[发明专利]用于注蒸汽应用的低渗水性水泥体系

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在对油井或类似井进行注水泥时使用的水泥添加剂，具体地，本发明涉及一种作为用于水泥组合物的堵塞剂的低Tg聚合物。

背景技术

在通常的井注水泥作业中，在地面上制备水泥浆，并将所述水泥浆泵送到井眼内以填充套管与井壁之间的环状空间，从而提供产层隔离(zonalisolation)和机械支撑。由于重油存在的巨大储藏量，而轻质油的储藏量逐渐减少的原因，因此对重油开采的关注度逐渐增加。热力采油法是采出重油的主要方法之一。热采法通过增加油温来工作，油温的增加将减小油的粘度。所使用的主要的热采法之一是注蒸汽法。然而，对于产层隔离来说的问题之一是在注蒸汽操作之后水泥的渗透性。当初始凝固时，水泥可以提供良好的密封，然而，在重复注蒸汽过程期间，压力和温度的变化可能产生应力并影响水泥的完整性。

用于这种应用的体系通常是传统的低密度水泥，所述传统的低密度水泥在几个注蒸汽循环之后变得可高度渗透。通常是在在定期注蒸汽之后，水泥环内达到大约300℃的温度，并且通常凝固水泥将丧失强度并增加渗透性。这可能使产层隔离丧失，并使已取岩心的套管渗透和/或蒸汽泄露。因而，热采井的寿命由于水泥所处于的所有这些应力而缩短。

堵漏问题通常由于这种井眼的不结实且疏松的地层而发生，因此需求低密度水泥体系，然而，这在凝固水泥特性方面是有害的。因为凝固水泥的透水性与传统水泥的密度成反比。因此采用热力采油法的重油井主要属于低泥浆定价是竞争关键点的低端市场。

与传统的水泥相比，FlexSTONE(Schlumberger)研制的一种水泥体系保持高压缩强度和抗拉强度，并且用在蒸汽驱作业中。然而，在300℃，所述水泥的渗透性仍旧是个问题。

因此，本发明的目的是提供一种增加凝固水泥的长期渗透性能力的节省成本的添加剂。

发明内容

本发明的第一方面包括一种水泥浆组合物，所述水泥浆组合物包括具有低Tg点的堵塞剂聚合物。

聚合物可以具有低于150℃的Tg点。具有低Tg点表示聚合物将在井眼中在热采操作期间所达到温度下熔化，并流入到水泥基质的孔隙中。

优选地，水泥浆组合物中的聚合物是蜡。在一种优选的组合物中，聚合物是聚乙烯蜡乳状液、聚丙烯蜡乳状液、巴西棕榈蜡乳状液或鳞状蜡乳状液。蜡是可以使用的节省成本的添加剂。

水泥浆组合物可以是低密度水泥。

本发明的第二方面包括一种用于堵塞井眼中的水泥基质的孔隙的方法，所述方法包括以下步骤：将根据前述权利要求中任一项所述的水泥浆泵送到井眼中；凝固井眼中的水泥；在添加剂的Tg点之上加热水泥；以及冷却水泥，使得添加剂将凝固。

优选地，所述方法包括执行注蒸汽操作以加热水泥。

一种用于降低井眼中的水泥组合物的渗透性的方法，所述方法包括以下步骤：将具有低Tg点的聚合物添加到水泥浆中；以及将水泥浆泵送到井眼中。

附图说明

图1显示水合水泥膏中的固体和孔隙的尺寸范围；

图2显示硬化水泥膏中的毛细管孔隙的SEM；以及

图3显示孔隙直径(nm)与渗透体积(penetration volume)(cm³/g)的关系的曲线图。

具体实施方式

当水泥被水合时，如图1中所示，形成不同尺寸的相互连接的孔隙。水泥基质中的孔隙由C-S-H层1之间的颗粒间的间隔、毛细管空隙2、水泥膏中的Ca(OH)₂或低硫酸盐的六方晶体3、C-S-H颗粒的聚集体4、混入空气的气泡5、残存空气的空隙6形成。孔隙可以被分为宏观孔隙、毛细管孔隙和凝胶孔隙。C-S-H之间的层间间隔(凝胶孔隙)通常具有等于大约28％的凝胶的体积和在几分之nm到几nm范围内的尺寸。这些类型的孔隙不影响材料的耐用性，因为所述孔隙太小而不允许侵蚀性物种的有效迁移。毛细管孔隙是没有被硬化水泥膏的水合作用的固态产物填充的空隙。图2显示包括片状晶体之间的微观毛细管的水泥，宏观毛细管也是可见的。基于固化时间以及水与水泥的比率，毛细管孔隙通常具有10nm至1微米的尺寸。图3画出孔隙直径与渗透体积的关系曲线。毛细管孔隙决定材料的耐用性。为了防止产层间连通(interzonal communication)，对水的渗透性将不会超过0.1mD。因此，本发明提供具有固体颗粒的水泥浆，所述固体颗粒将填充宏观孔隙，并且当被融化时可以流动通过更小的孔隙以减少孔隙相互连接，因此减小水泥的渗透性。