|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Суспензия цемента для нефтяных скважин высокой плотности, содержащая воду, портландцемент, утяжеляющий материал и необязательно кварцевую муку, микрокремнезем, волокна, каучукообразные частицы, добавку для уменьшения потери текучих сред и замедлитель, отличающаяся тем, что утяжеляющий материал представляет собой микродисперсный ильменит в виде частиц, имеющий содержание FeTiO 3 по меньшей мере 85 мас.%, удельную площадь поверхности (БЭТ) в пределах между 1 и 5 м 2 /г, и 90% объема частиц имеют размер меньше чем 12,5 мкм и значение D50 в пределах между 3 и 6 мкм, измеренное с помощью дифракции лазерного света с использованием анализатора размеров частиц на основе дифракции лазерного света Malvern, и частицы имеют среднюю круглость по меньшей мере 0,85, определенную с помощью анализа изображений. 2. Суспензия цемента по п.1, отличающаяся тем, что микродисперсный ильменит имеет удельную площадь поверхности в пределах между 1,5 и 4 м 2 /г. 3. Суспензия цемента по п.1, отличающаяся тем, что частицы ильменита имеют круглость по меньшей мере 0,90.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Суспензия цемента для нефтяных скважин высокой плотности, содержащая воду, портландцемент, утяжеляющий материал и необязательно кварцевую муку, микрокремнезем, волокна, каучукообразные частицы, добавку для уменьшения потери текучих сред и замедлитель, отличающаяся тем, что утяжеляющий материал представляет собой микродисперсный ильменит в виде частиц, имеющий содержание FeTiO 3 по меньшей мере 85 мас.%, удельную площадь поверхности (БЭТ) в пределах между 1 и 5 м 2 /г, и 90% объема частиц имеют размер меньше чем 12,5 мкм и значение D50 в пределах между 3 и 6 мкм, измеренное с помощью дифракции лазерного света с использованием анализатора размеров частиц на основе дифракции лазерного света Malvern, и частицы имеют среднюю круглость по меньшей мере 0,85, определенную с помощью анализа изображений. 2. Суспензия цемента по п.1, отличающаяся тем, что микродисперсный ильменит имеет удельную площадь поверхности в пределах между 1,5 и 4 м 2 /г. 3. Суспензия цемента по п.1, отличающаяся тем, что частицы ильменита имеют круглость по меньшей мере 0,90.
Евразийское 028444 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.11.30
(21) Номер заявки 201690108
(22) Дата подачи заявки
2011.11.21
(51) Int. Cl.
C09K 8/48 (2006.01) C09K 8/03 (2006.01)
C09K 8/04 (2006.01)
(54) СУСПЕНЗИЯ ЦЕМЕНТА ДЛЯ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН
(31) 20111012
(32) 2011.07.11
(33) NO
(43) 2016.05.31
(62) 201201367; 2011.11.21
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ЭЛКЕМ АС (NO)
(72) Изобретатель:
Аль-Багоури Мохамед (NO),
Драйздейл Стил Кристофер (GB)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(56) GB-A-149587
IRON OXIDES AS WEIGHT MATERIALS FOR DRILLING MUD. Tuntland, Oystein B., Herfjord, Hans J., Lehne, Karl A., Haaland, Ellen 1981 Erdoel-Erdgas-Zeitschrift 97 (8), pp. 300-302; whole document
Metal partitioning in ilmenite-and barite-based drill cuttings on seabed sections in a mesocosm laboratory Schaanning, M.T., Trannum, H.C., Pinturier, L, Rye, H. 2011SPE Drilling and Completion 26 (2), pp. 268-277; whole document
Application of ilmenite as Weight Material in Water Based and Oil Based Drilling Fluids Saasen, A., Hoset, H., Rostad, E.J., Fjogstad, A., Aunan, O., Westgad, E., Norkyn, P.I. 2001 Proceedings -SPE Annual Technical Conference and Exhibition, pp. 721-725; whole document
The use of ilmenite as weighting material in drilling mud. Jumin R., Idris A.K., Ismail A.R., 1998 Environemental issues and waste management in energy and mineral production, pp. 415-418; whole document
WO-A1-8505118 GB-A-2066876 US-A1-5919739 US-A1-20050277551
(57) Иобретение относится к суспензии цемента для нефтяных скважин высокой плотности, содержащей воду, портландцемент, утяжеляющий материал и необязательно кварцевую муку, микрокремнезем, волокна, каучукообразные частицы, добавку для уменьшения потери текучих сред и замедлитель, причем утяжеляющий материал представляет собой микродисперсный ильменит в виде частиц, имеющий содержание FeTiO3 по меньшей мере 85 мас.%, удельную площадь поверхности (БЭТ) в пределах между 1 и 5 м2/г, и 90% объема частиц имеют размер меньше чем 12,5 мкм и значение D50 в пределах между 3 и 6 мкм, средняя круглость частиц составляет по меньшей мере 0,85. Суспензия цемента для нефтяных скважин по настоящему изобретению имеет низкую тенденцию к оседанию и улучшенные реологические свойства.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к суспензии цемента для нефтяных скважин высокой плотности, содержащей воду, портландцемент, утяжеляющий материал и необязательно кварцевую муку, микрокремнезем, волокна, каучукообразные частицы, добавку для уменьшения потери текучих сред и замедлитель.
Уровень техники
При разведке нефти и газа как буровые жидкости, так и суспензии цемента должны иметь соответствующую плотность для компенсации давления в скважине в формациях. Буровые жидкости, как правило, используют, чтобы они служили определенным функциям, таким как подъем осколков на поверхность земли, смазка и охлаждение бурового долота, поддержание давления в скважине и тому подобное. Имеются два главных класса буровых жидкостей, а именно буровые жидкости на водной основе (WBM) и буровые жидкости на неводной основе (NAF). Как правило, буровая жидкость на водной основе содержит воду как сплошную фазу вместе с другими добавками, такими как модификатор вязкости, такой как глина или органический полимер, ингибитор гидратации сланцев, дисперсант и утяжеляющий агент, такой как соляной раствор, или любые тяжелые частицы с плотностью (SG) > 2 г/см3.
Одна из главных функций композиции цемента для нефтяных скважин заключается в поддержании целостности скважины в течение всего срока службы скважины, который может составлять более чем 30 лет. Цемент вносит вклад в уменьшение риска неконтролируемого протекания нефти или газа (обеспечивает изоляцию проницаемых зон), обеспечивает механическую опору для обсадной колонны, защищает колонну от коррозии и поддерживает стенки ствола скважины для предотвращения коллапса формаций. Цементы для нефтяных скважин дополнительно используют для получения постоянных или временных уплотнений (пробок).
Суспензия цемента содержит в основном портландцемент, воду и добавки, такие как дисперсант, агент для предотвращения потерь текучей среды, агенты для уменьшения потерь текучей среды, замедлитель и другие. Кроме того, она может содержать каучукообразный материал или волокна для улучшения механических свойств и полые сферы или утяжеляющие агенты для оптимизации плотности.
Широко используемые утяжеляющие агенты как для буровых жидкостей, так и для суспензий цемента представляют собой барит (BaSO4, SG минимум 4,2), тетраоксид марганца (Mn3O4, SG 4,7-4,9), карбонат кальция (СаСО3, SG 2,7-2,8), ильменит (FeTiO3, SG 4,5-4,7), гематит (Fe3O4, SG 4,9-5,2), галенит (PbS, SG 7,4-7,7) и измельченный оксид кремния (SiO2, SG 2,2-2,3).
Ильменит, оксид железа - титана (FeTiO3), в качестве добываемого минерала был первые введен в области разведки и добычи нефти и газа в качестве утяжеляющего агента Titania AS в 1979 году.
В статье "Application of ilmenite as weight material in water based and oil based drilling fluids" (SPE 71401) by A. Saasen et al., 2001 SPE Annual Technical Conference and Exhibition in New Orleans 30 September - 3 October 2001, описывают использование ильменита в буровых жидкостях на водной основе и на нефтяной основе. Используемый ильменит имеет D50 9,5±1,5 мкм, с долей частиц, больших чем 45 мкм, меньше чем 1,5 мас.% и с долей частиц, меньших чем 1 мкм, меньше чем 10 мас.%. Распределение размеров частиц измеряют с помощью метода седиментации, используя Sedigraph. Это дает распределение частиц в мас.%. Полномасштабные исследования с буровым раствором, содержащим ильменит и барит в качестве утяжеляющих агентов, показали, что использование ильменита вместо барита не приводит к повышению истирания. Однако обнаружено, что реологические свойства являются неудовлетворительными, когда используют ильменит с размером частиц, описанным Saasen et al.
В заявке на патент США № 2005/0277551 описывают систему для увеличения плотности текучей фазы буровой жидкости посредством добавления твердофазного утяжеляющего материала, имеющего распределение размеров частиц где по меньшей мере 50 мас.% частиц находится в пределах от примерно 1 до примерно 5 мкм и по меньшей мере 90 мас.% частиц находится в пределах от 4 до 8 мкм. Твердофазный материал выбирают из группы, состоящей из барита, кальцита, гематита, ильменита или их сочетаний. Однако все примеры приводятся с баритом, и нет указаний на результаты, полученные посредством использования утяжеляющего материала, иного чем барит.
Описание изобретения
Настоящее изобретение относится к суспензии цемента для нефтяных скважин высокой плотности, содержащей воду, портландцемент, кварцевую муку, микрокремнезем, утяжеляющий материал и необязательную добавку для уменьшения потерь текучих сред, и замедлитель, где утяжеляющий материал представляет собой микродисперсный ильменит в виде частиц, имеющий содержание FeTiO3 по меньшей мере 85 мас.%, удельную площадь поверхности (БЭТ) в пределах между 1 и 5 м2/г, и 90% объема частиц имеет размер меньший чем 12,5 мкм и значение D50 в пределах между 3 и 6 мкм, измеренное с помощью дифракции лазерного света с использованием анализатора размеров частиц на основе дифракции лазерного света Malvern, частицы имеют среднюю круглость по меньшей мере 0,85, определенную с помощью анализа изображений.
Предпочтительно, средняя круглость микродисперсных частиц ильменита составляет по меньшей мере 0,90.
Обнаружено, что суспензия цемента для нефтяных скважин высокой плотности в соответствии с
настоящим изобретением, содержащая микродисперсный ильменит, имеет низкую тенденцию к оседанию по сравнению с суспензиями для цемента для нефтяных скважин, использующих гематит в качестве утяжеляющего материала по настоящему изобретению, показывает улучшенные реологические свойства по сравнению с цементом для нефтяных скважин, содержащим гематит.
Микродисперсный ильменит, используемый в буровых жидкостях для нефтяных скважин и в композиции цемента для нефтяных скважин в соответствии с настоящим изобретением, может добавляться в форме сухих частиц. Для буровых жидкостей на водной основе и для композиции цемента микродисперсный ильменит может также добавляться в форме водной суспензии.
Краткое описание чертежей
На чертеже показаны профили реологии для суспензий цемента, содержащих различные утяжеляющие материалы.
Подробное описание изобретения
Пример 1. Цемент для нефтяных скважин.
Три композиции цемента для нефтяных скважин содержат три различных утяжеляющих материала для получения суспензии цемента с плотностью 2,22 г/мл. Композиция суспензии цемента для нефтяных скважин показана в табл. 1.
Таблица 1
Химикалии
Масса в (г)
Micromax (гематит, ильменит)
Гематит
Ильменит
Свежая вода
260
260
260
G-цемент
522
522
522
Кварцевая мука
183
183
183
Цисперсант
/Агент для уменьшения потерь текучих сред
Замедлитель
Пеногаситель
0, 92
0, 92
0, 92
Micromax
308
Гематит
302
Ильменит
330
Как показано в табл. 1, используют три следующих утяжеляющих материала:
1) микродисперсный ильменит в соответствии с настоящим изобретением с D50 5 мкм и D90 12,5 мкм;
2) гематит сорта API с D50 20 мкм;
3) тетраоксид марганца от Elkem AS, продаваемый под торговым наименованием MICROMAX.
Суспензии цемента приготавливают и исследуют в соответствии с протоколом API 10A. Для приготовления и исследования суспензий цемента используют следующее оборудование: реометр Fann 35 и система фильтрования под давлением для измерения потерь текучих сред при НТНР.
Колебательный смеситель с постоянной скоростью 250- и 500-мл ячейка без созревания Результаты исследований показаны в табл. 2.
Таблица 2
Система цемента
Данные вискозиметра Farm в об/мин при 60°С
Потери текучих сред мл (60 °С)
Отфильтрованная лепешка мм (примерно)
300
200
100
фунт/100 кв. фут (кг/кв. см)
Micromax
0,5
46,5
0,5 (0,025)
Ильменит
120
135
(-0,75)
Гематит
238
162
1,5
250,5
-12,5 (0,63)
Как можно увидеть из табл. 2, суспензия цемента, содержащая микродисперсный ильменит, имеет значительно более низкую реологию, чем суспензия цемента, содержащая гематит. Для суспензии цемента, содержащей гематит, наблюдают большое оседание, и количество свободной воды выше по сравнению с суспензией цемента, содержащей ильменит или Micromax. Это оседание может вызвать неоднородность в отвержденном цементе. Использование микродисперсного ильменита может преодолеть эту проблему. Как можно увидеть из табл. 2, суспензия цемента, содержащая микродисперсный ильменит, не показывает никакой свободной воды и, таким образом, также показывает более низкую тенденцию к оседанию, чем суспензия цемента, содержащая гематит.
Чертеж показывает профиль реологии для трех суспензий цемента. Как можно увидеть, суспензия цемента в соответствии с настоящим изобретением, содержащая микродисперсный ильменит, показывает низкую пластическую вязкость по сравнению с суспензией цемента, содержащей гематит, но она гораздо выше, чем для суспензии цемента, содержащей тетраоксид марганца. Данные с отрицательной точкой разрыва (YP) являются нелогичными, и это означает, что используемая обычно пластическая модель Бингхема для вычисления PV и YP не пригодна для такой системы цемента и применение нелинейной модели, такой как модель Хершеля-Балкли, дает лучшее совпадение, как показано на чертеже.
Пример 2. Суспензия микродисперсного ильменита.
Исследуют 4 суспензии, содержащие ультрадисперсный ильменит в соответствии с настоящим изобретением. Суспензии содержат примерно 80 мас.% ультрадисперсного ильменита и различные диспер-санты. Композиция и рН и вязкость суспензий показаны в табл. 3.
Таблица 3
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Суспензия цемента для нефтяных скважин высокой плотности, содержащая воду, портландцемент, утяжеляющий материал и необязательно кварцевую муку, микрокремнезем, волокна, каучукооб-разные частицы, добавку для уменьшения потери текучих сред и замедлитель, отличающаяся тем, что утяжеляющий материал представляет собой микродисперсный ильменит в виде частиц, имеющий содержание FeTiO3 по меньшей мере 85 мас.%, удельную площадь поверхности (БЭТ) в пределах между 1 и 5 м2/г, и 90% объема частиц имеют размер меньше чем 12,5 мкм и значение D50 в пределах между 3 и 6 мкм, измеренное с помощью дифракции лазерного света с использованием анализатора размеров частиц на основе дифракции лазерного света Malvern, и частицы имеют среднюю круглость по меньшей мере 0,85, определенную с помощью анализа изображений.
2. Суспензия цемента по п.1, отличающаяся тем, что микродисперсный ильменит имеет удельную площадь поверхности в пределах между 1,5 и 4 м2/г.
3. Суспензия цемента по п.1, отличающаяся тем, что частицы ильменита имеют круглость по меньшей мере 0,90.
1.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
028444
- 1 -
(19)
028444
- 1 -
(19)
028444
- 1 -
(19)
028444
- 4 -
(19)
028444
- 4 -
|
