TW396204B

TW396204B - Methods of cementing a wellbore

Info

Publication number: TW396204B
Application number: TW087105628A
Authority: TW
Inventors: Sudhir Mehta; William J Cavent
Original assignee: Atlantic Richfield Co; Halliburton Energy Serv Inc
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 2000-07-01
Also published as: PE85199A1; DE69802790T2; US5972103A; NO994952L; CN1257465A; CA2287473C; EP0973698A1; NO994952D0; US5749418A; CO5021176A1; WO1998046542A1; CN1095810C; HK1022295A1; DE69802790D1; MY117956A; NO324879B1; EP0973698B1; AR012005A1; CA2287473A1; ID23807A

Description

A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製五、發明説明（般而f ’本發明係關於使用黏結组合物黏結井孔之方法水泥係依其之化學和物理性質以及其之應用而分成許多種類例如美國材料試驗學會（American Society for

Testing and Materials (ASTM))將水泥分成許多型式。水泥的ASTM種類範圍從型i (Type j)至型v (Type V)。在油井和天然氣井建造工業中，美國石油學會（American Petroleum Institute (API))建立不同種類水泥的標準，其類似於ASTM所建立的那些。API根據其在油井和天然氣井中的用途而將水泥分成八種不同種類，種類A至η。由於對某些水泥而言’為要確保適當的水泥和水泥漿液之特性而必須要有《嚴格的需求，所以這些不同的分類係必須的。要以泵打入油井和天然氣井口内的水泥和水泥漿液受到許多不同型式的能量。此能量主要係具有不同強度和耐用水準的動能及熱力能，該強度和耐用水準會影響水泥的水合速率、形態學和衆液性質。建造級水泥通常係由許多製造商供應並且與用於使油井和天然氣井黏結的水泥比較係非常便宜。這些建造級水泥一般包含0.7 5 %至3.0%鹼金屬硫酸鹽（以水泥之重量计），（依氣候而定，其係鈉、鉀）或者雙金屬硫酸鹽。較佳的油井水泥一般含〇 · 3 %以下的鹼金屬硫酸鹽（依水泥之重量計）。雖然，便宜或建造水泥可適用於大量的表面應用，但是其鮮少符合API所建立之需求，像例如，增稠時間、自由 -S'装1T------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4- A7 B7 經濟部中央標準局負工消費合作社印裝五、發明説明（2 水分、、壓縮強度和化學補強等參數。每_個製造商的建造級水泥之組合物皆不同，因此難以預測因而產生之水泥和水泥漿液的物理性質和凝固時間。因Λ 水有也是很少用於地下孔穴應用。當要使油井;:天及=二中間物和生產套黏結時，這係特別實在的。由於便宜的水泥可欣然地採用，所以能在油井或天然氣井中使其轉化或利用將係有利的，尤其在使中間物和生產套黏結時。另夕卜，其它符纟或以其它方式符合ΑΡΙ油井水泥規格的水泥可具有不想要的品質，例如，不良的流變學、邊緣強度發展或對添加劑、摻合物或污垢物的不良感應；因此，常常想要增強其之流變學和特性。現已驚人哋發現，水泥品質可藉由添加氣化鐵而改進，因此該水泥可用以黏結井孔。較佳用於本發明方法的水泥组合物包括水泥與0.3 %以上鹼金屬硫酸鹽（以水泥之重量計）和氯化鐵（例如，氯化亞鐵（FeCl2)、氯化鐵（FeCls)或其之混合物）的摻合物，其中氯化鐵之含量係在0.1 %至10 0%(以其中的無水水泥之重量計）範圍内，而更特定言之，係在〇 5%至2 〇%(以其中的無水水泥之重量計）範圍内。然而，用於本發明方法之另一較佳水泥組合物包括符合API油井水泥規格的波特蘭（Portland)水泥和氯化鐵（例如，氯化亞鐵（FeCi2)、氣化鐵（F e C13)或其之混合物）的摻合物，其中氣化鐵之含量係在0 . 1 %至10 _ 〇 % (以其中的無水黏結物質之重量計）範圍内’而更特定言之’係在0.5%至2.0 〇/〇(以其中的無水黏結 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 象- '1T* -5-

經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（物質之重量計）範圍内。使油井和天然氣井之井孔黏結的方法係藉由將足以形成可泵抽漿液之量的水加至摻合物内而完成。接著’將浆液泵抽至井孔内的選定位置並使其固化。本發明之黏結組合物及方法最好係用於油井和天然井的鑽孔操作。本發明利用氯化鐵來使水凝黏結物質的特性增進，該水凝黏結物質係，例如，任何波特蘭（p〇rtiand)水泥，尤其係鹼金屬硫酸鹽含量高的便宜或建造級水泥，即，含有0_3。/。以上鹼金屬硫酸鹽（以水泥之重量計）。在本發明中使用的氯化鐵化合物与括氯化亞鐵（FeC12)、氣化鐵（FeCl 3)及其之混合物。較佳的不符合A p〖規格的建造級水泥通常由許多製造商供應並且和較高等級之用於使油井和天然氣井黏結的水泥比較係非常便宜。物理上，建造級水泥不符合供油井黏結操作使用所必須的增稠時間和壓縮強度需求。廷些建造級或便宜水泥一般包含〇·75 %至3 〇 %鹼金屬硫酸鹽（以水泥之重量計）並且依氣候而定’其可為鈉、奸或雙金屬疏酸鹽。比較起來，符合Α ρι油井水泥規格的水泥一般包含0.3 %以下鹼金屬硫酸鹽（以水泥之重量計）。因此’較佳的水凝水泥在本文中被定義為具有〇 3 %以上鹼金屬硫酸鹽含量（以水泥之重量計）的那些。用於本發明之經改良過井用水泥组合物係由下列各物所組成··水凝黏結物質’例如，具有〇 3 %以上鹼金屬硫酸鹽 (以水泥之重量計）的建造級或便宜水凝水泥、符合A p J油井使用規格的水泥及其類似物足以形成可泵抽漿液的水； -6- 本紙張尺度適用中關家料（CNS)A5i7'2I0X 297^1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 ----—----B7 五、發明説明（4 ) 乂及選自包括氯化亞鐵、氣化鐵及其之混合物的氯化鐵。氯化鐵係以0.1%至10.0%(以其中的無水黏結物質之重量計)範圍内的量存在，而更佳係在05%至20%(以其中的無水黏結物質之重量計)範圍内。另夕卜其它已知的添加劑研可包括在組合物内’其包括流體損耗添加劑、阻滯劑、分散劑和減低黏度劑。黏結組合物中使用的水可為來自任何來源的水，只要其不含有過量的，會和组合物中其它組份產生不利反應或者影響的化合物。新鮮的水最好係以20%至15〇% (以其中的無水黏結物質之重量計）範圍内的量存在。為了評估氯化鐵對水泥的供地下丼條件使用之特徵改進方面的影響，使用不同之具有θ·3%以上鹼金屬硫酸鹽（以水泥之重量計）的商業供應水泥以及符合A ρ〗油井使用規格的波特蘭（Portland)水泥來施行試驗。表j顯示使用不同之水泥組合物施行的試驗結果。可計算出組合物使用之氯化亞鐵含量範圍為1.25%至2.00。/0(以其中的無水水泥之重量計（bw〇C))。所有的試驗皆是根據API規格1〇A程序施行。表11顯示表I中所示之樣本的相對應黏度讀數。表1 ί諳先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部中央標準局員工消費合作社印製增稠時間樣本 # 核物質鐵 %(bwoc) 鹼金屬硫酸鹽 %(bwoc) 水 %(bwoc) ΈΕΠ3 %(bvroc) SCWOCL1 GAL/SK HALAD® -344L2 GALSK HALAD® -34ft? GADSK iB/GAL T 增稠時間 1 種類G 水泥 5.5 1.90 45.1 0 〇 0 0 15.8 100 6小時 30分鐘 2 種類G 水泥 5.5 1.90 L__ 11 TT, l·! 45.1 1.5 〇 0 0 15.8 100 2小時 50分鐘本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公疫）

7 7 A B 五、發明説明（5 ) 3 種類G 水泥 4.3 1.74 38 0 0.1 1.1 0 15.5 167 9小時 30分鐘 4 種類G 水泥 4.3 1.74 38 1.5 0.1 1.1 0 15.5 167 3小時 34分鐘 5 種類G 水泥 4.3 1.74 38 2.0 0.1 1.1 0 15.5 167 2小時 0分鐘 6 種類Η 水泥 5.5 0.2 39 0 0.05 0 0.4 16.4 167 3小時 17分鐘 7 種類Η 水泥 5.5 0.2 39 1.25 0.05 0 0.4 16.4 167 1小時 15分鐘 1. "SCR 100"液禮係來自賀利伯頓能源供應公司(Halliburton Energy Services)，當肯 (Duncan)，奥克拉荷馬(Oklahoma) 2. 液體損耗添加劑(賀拉德@(似1^0@)-34礼由賀利伯頓能源供應公司(Halliburton Energy Services)，當肯(Duncan)，奥克拉荷馬(Oklahoma)所供應） 3. 液體損耗添加劑(賀拉德®(HALAD®)-344L由賀叫伯頓能源供應公司(Halliburton Energy Services)，當肯(Duncan)，奥克拉荷烏(Oklahoma)所供應） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

1T 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -8 - 本纸張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐）五、發明説明（6 ) A7 B7 表II80°F的氯化鐵漿液FANN 35 # 水凝物質 300RPM 200RPM 100RPM 6RPM 3RPM PV/YP 1 種類G 水泥 72 61 49 30 28 35/37 2 種類G 水泥 68 60 50 33 28 27/41 3 種類G 水泥 153 112 66 9 7 131/22 4 種類G 水泥 168 125 78 13 10 135/33 5 種類G 水泥 — _____ — 6 種類Η 水泥 113 82 46 4.5 7 101/12 7 種類Η 水泥 150 112 68 11 8 123/27 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 袈.

1T 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 396204 A7 B7 經濟部中央標準局負工消费合作社印裂五、發明説明（7 t可由表Ϊ中所列之結果看出，所有樣本的增稠時間皆因氯化鐵的加入而明顯減少含量在3 8 %至4 5 % (以無水黏結物質之重量計（bwoc))範圍内的水加入以使漿液達到声要的稠度。依黏結物質之重量計加入的氣化鐵量係依特：的應用和需求想要的増稠時間而S，該應用和需求係，例如，壓縮強度、流體損耗控制和氣體控制等性質。不同品牌的劣等品質水泥所需要的氯化鐵實際含量亦可改變並且應在黏結工作之前藉由實驗室試驗來決定。如岫文曾提及，一些符合A p j油井水泥規格的水泥可具有不想要的品質，例如，不良的流變學 '邊緣強度發展和對其它添加劑或摻合物的不良感應，這些添加劑或摻合物包括’例如，阻滯劑、加速分散劑和流體損耗劑。所以，氣化鐵可加至任何一種水凝黏結物質（例如，波特蘭 (Portland )水泥或類似物中，並且其之流變學和特性因而增進。一旦黏結組合物被調製成本可泵抽漿液後，可根據本發明以泵將其置入井孔内想要的位置。黏結作用通常係藉由將衆液向下泵抽穿過井套、而完成。接著，一股另外的流體在其後被泵抽進入丼套，因此，水泥漿液被強迫或擠壓到套的底部之外並經由井套外部和孔洞之間的環或空間倒流至想要的位置。接著使漿液在原處固化。由於驗金屬硫酸鹽含量高的便宜或建造級水泥可轉化成供油井和天然氣井建造使用，所以本發明有許多優點。氣化鐵改變水泥的化學和物理性質，以致於壓縮強度和增稠 -10- 本紙乐尺度適财DU家縣（CNS ) M規格（21以297公瘦） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

1T 398204

五、發明説明（ :^被改良以符合A p丨標準。另外，用於本發明之氯化鐵 '·.符& A P I油井水泥規格的波特蘭（)水泥係有效時，因為因而產生之組合物的被增進之流變學和特性係想要的β ‘τ尤申請者所知’在水凝黏結物質，而更特定言之係帶有包含約0 · 3 %以上鹼金屬硫酸鹽（以水泥之重量計）之水泥的水凝黏結物質中未曾使用氯化鐵來使其轉變成可供油井和天然氣井之地下凝結操作使用的型態。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -5 經濟部中央標準局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐}

Claims

A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局员工消費合作社印装獅04 申請專利範圍 1. —種使井孔黏結之方法，其包括之步鄉為·· 形成一種黏結组合物，其包含水凝水泥’其中含有 0.3 %以上鹼金屬硫酸鹽（以水泥之重量計）’足以形成可泵抽漿液的水和以〇 _ 1 %至1 〇 % (以該水泥之重量計）範圍内的量存在的氯化鐵；將該漿液泵送至井孔内；和使漿液在井孔内固化。 2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中该氟化鐵係選自化亞鐵、乱化鐵或其混合物。 3. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該水泥係波特蘭 (Portland)水泥。 4. 根據申後專利範圍第1項之方法，其中該氣化鐵係以 0.5 %至2，0 % (以組合物中水泥之〜重量計）範圍内的量存在。 5. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該水係以2 〇 %至 1 5 0 % (以組合物中水泥之重量計）範圍内的糞存在。 6·根據申請專利範圍第1項之方.法，其中該水泥含有 0.5 %以上鹼金屬硫酸鹽（以其重量計）。 7. 根據申請專利範圍第1項之方法，並φ今，人士 A T琢水泥含有 1 . 0 %以上鹼金屬硫酸鹽（以其重量計）。 8. 根據申請專利範圍第1項之方法，並 *甲芨水泥含.有 1 · 5 °/。以上鹼金屬硫酸鹽（以其重量計）。 9. 一種使井孔爲ϋ之—方法’其包括之步帮為. 形成一後黏結—复合物’其包含坡餘自久符蘭水泥，其中含 12- 本紙張尺度埴用中國國家揉率（CNS ) A4規格（210x297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局员工消費合作社印装獅04 申請專利範圍 1. —種使井孔黏結之方法，其包括之步鄉為·· 形成一種黏結组合物，其包含水凝水泥’其中含有 0.3 %以上鹼金屬硫酸鹽（以水泥之重量計）’足以形成可泵抽漿液的水和以〇 _ 1 %至1 〇 % (以該水泥之重量計）範圍内的量存在的氯化鐵；將該漿液泵送至井孔内；和使漿液在井孔内固化。 2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中该氟化鐵係選自化亞鐵、乱化鐵或其混合物。 3. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該水泥係波特蘭 (Portland)水泥。 4. 根據申後專利範圍第1項之方法，其中該氣化鐵係以 0.5 %至2，0 % (以組合物中水泥之〜重量計）範圍内的量存在。 5. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該水係以2 〇 %至 1 5 0 % (以組合物中水泥之重量計）範圍内的糞存在。 6·根據申請專利範圍第1項之方.法，其中該水泥含有 0.5 %以上鹼金屬硫酸鹽（以其重量計）。 7. 根據申請專利範圍第1項之方法，並φ今，人士 A T琢水泥含有 1 . 0 %以上鹼金屬硫酸鹽（以其重量計）。 8. 根據申請專利範圍第1項之方法，並 *甲芨水泥含.有 1 · 5 °/。以上鹼金屬硫酸鹽（以其重量計）。 9. 一種使井孔爲ϋ之—方法’其包括之步帮為. 形成一後黏結—复合物’其包含坡餘自久符蘭水泥，其中含 12- 本紙張尺度埴用中國國家揉率（CNS ) A4規格（210x297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

396204 六、申請專利範圍 :〇·3%以上驗金屬碳酸鹽（以水泥之重量計）；足以形 =栗抽漿液的水；和以G 1%至1〇%(以該水泥之重範圍内的量存在的氣化鐵，此氯化鐵係選自氯化亞鐵'氯化鐵或其混合物；將此笨液泵送至并孔内；和使漿液在井孔内固化。 10·根據申請專利範圍第9項之古冰甘 w帀具之万去，其中孩氯化鐵係以〇 · 5 %至2 % (以組合物中水泥之重量計）範圍内的量存在。 11«中請專利_第9項之方法，其中該水係以20%至 150%(以組合物中丸泥之重量計）範圍内的量存在。 12. 根據申.請專利範圍第9項之方法，其中該水泥含有〇 ·5 %以上鹼金屬硫酸鹽（以其重量計）。 13. 根據申請袁利範圍第9項之方法，其中該水泥具有 1 · 0 %以上鹼金屬硫酸鹽（以其重量計）。 14. 根據申請專利範阖第9項之方法，其中該水泥具有 1 · 5 %以.上鹼金屬硫酸鹽（以其重量計）。 - 15. —種使井孔黏結之方法，其包括之步驟為：形成一種黏結組合物，其包含水凝水泥，其中含有〇 . 3 %以上鹼金屬硫酸鹽（以水泥之重量計以2 〇 %至 1 5 0 % (以組合物中水泥之重量計）範圍内的量存在的水；和以0 . 1 %至1 0 % (以該水泥之重量計）範圍内的量存在的氯化鐵，此氯化鐵係選自氯化亞鐵、氯化鐵或其 >昆合物； -13 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Μ規格（210Χ297公釐） ---------f^— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ,1T 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 396204 ?88 D8 六、申請專利範圍，•‘ ·，將此漿液泵送至井孔内；和使漿液在井孔内固化。 16. 根據申請專利範圍第1 5項之方法，其中該氯化鐵係以 0.5 %至2 % (以組合物中水泥之重量計）範圍内的量存在。 17. 根據申請專利範圍第1 5項之方法，其中該水泥係波特蘭（Portland )水泥。 18. 根據申請專利範圍第1 5項之方法，其中該水泥具有 0 · 5 %以上鹼金屬硫酸鹽（以其重量計）。 19. 根據申請專利範圍第1 5項之方：法，其中該水泥具有 1 . 0 %以上鹼金屬硫酸鹽（以其重量計）。 20. 根據申*請專利範圍第1 5項之方法，其中該水泥具有 1 . 5 %以上鹼金屬硫酸鹽（以其重量計）。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) *1T 經濟部中央標隼局負工消費合作社印製 -14- 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）