NO853766L - H¯ytemperatur-br¯nn-sementeringsmetoder og sammensetninger - Google Patents

H¯ytemperatur-br¯nn-sementeringsmetoder og sammensetninger

Info

Publication number
NO853766L
NO853766L NO853766A NO853766A NO853766L NO 853766 L NO853766 L NO 853766L NO 853766 A NO853766 A NO 853766A NO 853766 A NO853766 A NO 853766A NO 853766 L NO853766 L NO 853766L
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
hydrogen
cement
approx
weight
metal cation
Prior art date
Application number
NO853766A
Other languages
English (en)
Inventor
Jerry Dale Childs
Roosevelt Love
Willis Alan Weigand
Original Assignee
Halliburton Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Halliburton Co filed Critical Halliburton Co
Publication of NO853766L publication Critical patent/NO853766L/no

Links

Landscapes

  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Description

Foreliggende oppfinnelse angår sementsammensetninger og fremgangsmåter hvor man bruker slike sammensetninger som blir utsatt for forhøyde temperaturer, f.eks. over ca. 205°C. Mere spesielt tilveiebringer oppfinnelsen retarderte sementsammensetninger for sementering av høytemperatur soner i brønner, foruten fremgangsmåter for sementering av slike soner hvor man bruker nevnte sammensetninger.
Under sementering i olje, gass og vannbrønner, blir normalt Portland cement blandet med fra ca. 40 til 50% vann basert
på vekten av tørrsement, hvorved man får en pumpbar suspensjon som pumpes inn i en underjordisk sone hvor sementeringen skal finne sted, ved hjelp av et brønnrør som gjennomtrenger denne sonen. Etter plasering i sonen vil sementsuspensjonen herdne til en hard masse.
Skjønt sementsammensetninger brukes for å utføre en rekke forskjellige operasjoner i brønner for å oppnå en rekke forskjellige formål, så brukes sementsammensetninger mest vanlig under brønnoperasjoner for å binde foringen inne i brønnhullet og forsegle soner, hvorved man hindrer en uønsket kommunikasjon mellom sonene. I de senere år har man boret brønner for produksjon av hydrokarboner til stadig økende dyp, og dette har gjort at man nu trenger lengre tid på blande sementsammensetningene og pumpe de ned i de forønskede sonene i brønnene. I tillegg til dette vil man på større dyp få høyere temperaturer som akselererer den normale herdningen av sementsammensetningene til det punkt hvor sementeringstiden, dvs. den tid som går med til blanding og plasering, overstiger den såkalte pumpbare tiden for sementsammensetningen, noe som gjør det vanskelig eller umulig å plasere disse på de forønskede posisjoner inne i brønnen. Ved begrepet "pumpbar tid"
forståes her det totale tidsrom fra det tidspunkt når sementsammensetningen blandes og det tidspunkt da den blir for tykk til at den kan pumpes.
Det har vært anvendt forskjellige fremgangsmåter for å forsinke herdningen av sementsammensetningen og derved øke den pumpbare tiden, noe som har gjort det mulig å sementere dype brønner hvor man møter høye temperaturer. Nevnte fremgangsmåte innbefatter at man bruker spesielt langsomt-herdende hydrauliske sementer og/eller tilsetter retarderende midler til sementsuspensjonen. Skjønt forskjellige typer retarderingsmidler er effektive til å forlenge de pumpbare tider for sementsammensetninger som underkastes temperaturer opp til ca. 205°C, så har man etøkende problem når sementsammensetningene møter temperaturer over ca. 205°C. Dette betyr at selv om sementsammensetningene innbefatter kjente forsinkningsmidler, så vil man i dype brønner hvor sementsammensetningene møter temperaturer over ca. 205°C,
få sementeringstider som overstiger pumpbarhetstiden for sementsammensetningene, hvorved selve sementeringen har vært lite heldig eller ufullstendig.
Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer forsinkede sementsammensetninger som er spesielt godt egnet for sementering av underjordiske soner hvor sementsammensetningene møter forhøyde temperaturer.
Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også fremgangsmåter for å sementere høytemperatur underjordiske soner som gjennomtrenges av borehull hvor man bruker sementsammensetninger ifølge foreliggende oppfinnelse.
De herdningsforsinkede sementsammensetninger ifølge foreliggende oppfinnelse består av en hydraulisk sement, tilstrekkelig vann til at man danner en pumpbar sementsuspensjon som vil herdne til en hard masse, og en effektiv menge av et herdningsforsinkende middel bestående av et metylenfosfonsyrederivat eller en blanding av slike derivater.
De pumpbare tider for slike sammensetninger er slik at sammensetningene effektivt kan brukes for sementering av brønner hvor sammensetningene møter temperaturer på opptil
287°C eller høyere.
De metylenfosfonsyrederivater som kan brukes i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse som herdningsforsink-ningsmidler, er som følger
(1) Forbindelser med følgend strukturformel:
hvor:
R^, R_ og R- uavhengig av hverandre er hydrogen, -CH2P03(X)2eller -CH2CH2-0-PC>3 (X) 2 med den begrensning av en av gruppene R^, R2og R alltid er -CH-PO-(X)„ eller 32.i 2.
-CH2CH2-0-P03(X)2,
X er hydrogen, et alkalimetallkation, ammonium,
eller et protonert amin eller et alkali jordmetallkation og i dette tilfelle er det bare en X pr. metylenfosfonatgruppe, og minst en av gruppene X er hydrogen som er forbundet med nitrogenatomet ved hjelp av en intramolekylær hydrogenbinding mellom nitrogenatomet og et oksygenatom som er forbundet til et fosforatom.
(2) Forbindelse med følgende strukturformel:
hvor:
n er et tall fra 1 til 4,
R1er hydrogen eller -CH2P03(X)2,
R2er hydrogen, -CH2P03(X)2eller -CH2CH2N(R3)2
hvor R3er hydrogen eller -CH2P03(X)2,
X er hydrogen, et alkalimetallkation, ammonium,
et protonert amin eller et alkali jordmetall kation, og i dette tilfelle er det bare en X pr metylenfosfonatgruppe, og
minst en av gruppene R^, R2eller R3er
-CH2P03(X)2 og hvor en av gruppene X er hydrogen forbundet med et nitrogenatom ved hjelp av en intramolekylær hydrogenbinding mellom nitrogenatomet og et oksygenatom forbundet med et fosforatom. (3) Forbindelse med følgende strukturformel:
hvor:
n er et tall fra 0 til 4,
R x er hydrogen eller -CH2P03(X)2,
R2er hydrogen, -CH2P03(X)2eller -CH2CH2N(R4)2
hvor R^
er hydrogen eller
-CH2P03(X)2, R3er -N(R5)2eller
- R,, hvor Rc er
hydrogen eller -CH2PC>3(X)2,
X er hydrogen, et alkalimetallkation, ammonium,
et protonert amin eller et alkalijordmetall kation, og i sistnevnte tilfelle er det bare en X pr. metylenfosfonatgruppe, og
hvor minst en av gruppene R^, R2 eller R3er
-CH2P03(X)2, og hvor en av gruppene X er hydrogen forbundet med et nitrogenatom ved hjelp av en intramolekylær hydrogenbinding mellom nitrogenatomet og et oksygenatom bundet til et fosforatom. (4) Forbindelser med følgende strukturformel:
hvor:
n er et tall fra 2 til 6,
R er hydrogen, -CH2P03(X)2eller -CH2CH2N(R^)2hvor R^ er hydrogen eller
-CH2P03(X)2,
X er hydrogen, et alkalimetallkation, ammonium,
et protonert amin eller et alkali jordmetallkation, og i sistnevnte tilfelle er det bare en X pr. metylenfosfonatgruppe, og
hvor minst en av gruppene R er -CH2P03(X)2og en av gruppene X er hydrogen forbundet med et nitrogenatom ved hjelp av en intramolekylær hydrogenbinding mellom nitrogenatomet og et oksygenatom som er bundet til et fosforatom.
(5) Forbindelser med følgende strukturformel:
hvor:
R er hydrogen, -CH2P03(X)2eller -CH2CH2N(R )
hvor R.^ er hydrogen eller -CH2P03(X)2,
X er hydrogen, et alkalimetallkation, ammonium,
et protonert amin eller et alkali jordmetallkation, og i sistnevnte tilfelle er det bare en X pr. metylenfosfonatgruppe, og
minst en av gruppene R er -CH^PO^(X)2og en av gruppene X er hydrogen som er forbundet med et nitrogenatom ved hjelp av en intramolekylær hydrogenbinding mellom nitrogenatomet og et oksygenatom som er forbundet med et fosforatom.
(6) Forbindelse med følgende strukturforme1:
hvor:
R er hydrogen, -CH2P03(X)2eller -CH2CH2N(R )2 hvor R er hydrogen eller -CH2PC>3(X)2, X er hydrogen, et alkalimetallkation, ammonium, et protonert amin eller et alkali jordmetallkation, og i sistnevnte tilfelle er det bare en X pr. metylenfosfonatgruppe, og minst en av gruppene R er -CH2P03(X)2og en av gruppene X er hydrogen som er forbundet med et nitrogenatom ved hjelp av en intramolekylær hydrogenbinding mellom nitrogenatomet og et oksygenatom bundet til et fosforatom. (7) Forbindelse med følgende strukturformel:
hvor:
R-^ er hydrogen eller - CH^,
R2er -CH2P03(X)2eller -CH2NHCH2P03(X)2, X er hydrogen, et alkalimetallkation, ammonium,
et protonert amin eller et alkali jordmetallkation, og i sistnevnte tilfelle er det bare en X pr. metylenfosfonatgruppe, og
når nitrogen er tilstede, så er minst en av gruppene X hydrogen som er forbundet med nitrogenatomet ved hjelp av en intramolekylær hydrogenbinding mellom nitrogenatomet og et oksygenatom bundet til et fosforatom.
(8) Forbindelser med følgende strukturformel:
hvor:
X er hydrogen, et alkalimetallkation, ammonium,
et protonert amin eller et alkali jordmetallkation, og i sistnevnte tilfelle er det bare en X pr. metylenfosfonatgruppe.
Som nevnt ovenfor vil de fleste derivater innbefatte minst en intramolekylær hydrogenbinding mellom et nitrogenatom og et oksygenatom som er festet til et fosforatom. Hydrogenet som inngår i denne bindingen er forskjellig fra andre sure nitrogenatomer ved at det er vanskelig å nøytralisere og bør være intakt i forbindelsen. Dette betyr at en fjerning av den intramolekylære hydrogenbinding som dannes når metylenfosfonsyrederivatet inneholder nitrogen, i høy grad nedsetter eller eliminerer derivatets effektivitet som et hernings- forsinkende middel for sementsammensetninger. De andre sure protonene kan imidlertid nøytraliseres som angitt ovenfor.
Eksempler på egnede forbindelser som faller innenfor de forskjellige kategorier som er angitt ovenfor er som følger: (1) aminotri(metylenfosfonsyre), natriumsaltet av aminotri-(metylenfosfonsyre), og trietanolamin substituert med
3 mol metylenfosfonsyre,
(2) etylendiamin substituert med 2 eller 3 mol metylenfosfonsyre, natriumsaltet av den forannevnte forbindelse, dietylentriamin substituert med 2 eller 3 mol metylenfosfonsyre og trietylentetramin substituert med fra 1 til 6 mol metylenfosfonsyre, (3) piperazinoetyletylendiamin substituert med 3 mol metylenfosfonsyre og natriumsaltet av denne forbindelsen, (4) propylendiamin substituert med 3 mol metylenfosfonsyre, natriumsaltet av den foregående forbindelsen, og butylen-diamin substituert med 3 mol metylenfosfonsyre,
(5) ureasubstituert med 1 til 3 mol metylen fosfonsyre,
(6) dietylenamineter substituert med 2 til 3 mol metylenfosfonsyre, (7) etanol substituert med 1 eller 2 mol metylenfosfonsyre,og
(8) 2-fosfono-butan-trikarboksylsyre.
De foretrukne forbindelser er etylendiamin substituert med
2 eller 3 mol metylenfosfonsyre, dietylentriamin substituert med 2 eller 3 mol metylenfosfonsyre, trietylentetramin substituert med 1 til 6 mol metylenfosfonsyre og blandinger av slike forbindelser.
De mest foretrukne forbindelser for anvendelse i herdningsforsinkende sementsammensetninger ifølge foreliggende oppfinnelse er metylenfosfonsyresubstituerte trietylentetraminforbindelser med fra 1 til 6 metylenfosfonsyregrupper pr. mol, fortrinnsvis fra 1 til 3 metylenfosfonsyregrupper pr. mol, og -mest foretrukket 3 metylenfosfonsyregrupper pr. mol.
De substituerte trietylentetraminforbindelser fremstilles
ved å tilsette formaldehyd og ortofosforsyre til trietylentetramin i nærvær av en syrekatalysator, fortrinnsvis salt-syre. Metylenfosfonsyre vil da utvikles in situ og vil substitueres i en eller flere av de seks aktive posisjonene i trietylentraminet, og derved danne en metylenfosfonsyre substituert trietylentetraminforbindelse med fra 1 til 6 metylfosfonsyregrupper per. mol. Et flytende produkt kan fremstilles ved å nøytralisere det sure reaksjonsproduktet til en pH på 7,0 0,1 med ytterligere trietylentetramin.
Et fast produkt kan fremstilles ved å tilsette kalsium-hydroksyd til det sure reaksjonsproduktet til en pH på 2,0 - 0,1. Et tykt viskøst produkt kan så utfelles som kalsiumsaltet i et overskudd av metylalkohol, hvoretter det frafiltreres og tørkes. En alternativ og mere foretrukket teknikk for fremstilling av et fast produkt er å adsorbere det flytende produktet i en viss mengde silisiumdioksydmel i en mengde på ca. 50%.
En herdningsorsinkende sementsammensetning ifølge foreliggende oppfinnelse består av en vandig hydraulisk sementsuspensjon inneholdende en effektiv mengde av et metylenfosfonsyrederivat eller en blanding av slike derivater valgt fra gruppen bestående av forbindelser med følgende strukturformel:
hvor:
P^, R2og R3uavhengig av hverandre er hydrogen, -CH2P03(X)2eller -CH2CH2"0-P03(X)2 med den begrensning at en av gruppene R.^, R2og R3alltid er -CH2P03(X)2eller -CH2CH2-0-P03(X)2 ,
X er hydrogen, et alkalimetallkation, ammonium, et protonert amin eller et alkali jordmetallkation og i dette tilfelle er det bare en X pr. metylenfosfonatgruppe, og
hvor minst en av gruppene X er hydrogen som er forbundet med nitrogenatomet ved hjelp av en intramolekylær hydrogenbinding mellom nitrogenatomet og et oksygenatom som er bundet til et fosforatom,
forbindelser med Æølgende strukturformel:
hvor:
n er et tall fra 1 til 4,
R1er hydrogen eller -CH2P03(X)2,
R2er hydrogen, -CH2P03(X)2eller -CH2CH2N(R3)2hvor
R3er hydrogen eller -CH2P03(X)2,
X er hydrogen, et alkalimetallkation, ammonium, et protonert amin eller et alkali jordmetall kation, og i sistnevnte tilfelle er det bare en X pr. metylenfosfonatgruppe, og
og hvor minst en av gruppene R-^, R2eller R3er -CH2P03(X)2 og en X er hydrogen som er forbundet med et nitrogenatom ved hjelp av en intramolekylær hydrogenbinding mellom nitrogen-.atomet og et oksygenatom festet til et fosforatom,
forbindelser med følgende strukturformel:
hvor:
n er et tall fra 0 til 4,
er hydrogen eller -CH2P03(X)2,
R2er hydrogen, -CH2P03(X)2eller -CH2CH2N(R4)2hvor
R.er hydrogen eller -CH2PO., (X) _,
R_. er -N(RC) „ eller
hvor Rj. er hydrogen
eller -CH2P03(X) ,
X er hydrogen, et alkalimetallkation, ammonium, et protonert amin eller et alkali jordmetallkation og i sistnevnte tilfelle er det bare en X pr. metylenfosfonatgruppe, og
hvor minst en av gruppene R^, R2eller R3er -CH2P03(X)2
og en X er hydrogen som er forbundet med et nitrogenatom ved hjelp av en itramolekylær hydrogenbinding mellom nitrogenatomet og et oksygenatom festet til et fosforatom, forbindelser med følgende strukturformel:
hvor:
n er et tall fra 2 til 6,
R er hydrogen, -CH2P03(X)2eller -CH2CH2N(R^2hvor R±
er hydrogen eller -CH2P03(<X>)2'
X er hydrogen, et alkalimetallkation, ammonium, et protonert amin eller et alkali jordmetallkation og i sistnevnte tilfelle er det bare en X gruppe pr. metylenfosfonatgruppe, og
hvor minst en av gruppene R er -CH2PC>3(X) 2°9X er hydrogen som er forbundet med et nitrogenatom ved hjelp av en intramolekylær hydrogenbinding mellom nitrogenatomet og et oksygenatom som er festet til et fosforatom,
forbindelser med følgende strukturformel:
eller
hvor:
R^er hydrogen eller -CH^,
R2er -CH2P03(X)2eller -CH2NHCH2PC>3 (X) ,
X er hydrogen, et alkalimetall kation, ammonium, et protonert amin eller et alkali jordmetall kation og i sistnevnte tilfelle er det bare en X pr. metylenfosfonatgruppe,
og når nitrogen er tilstede så er minst en X hydrogen som er forbundet med nitrogenatomet ved hjelp
av en intramolekylær hydrogenbinding mellom nitrogenatomet og et oksygenatom festet til et fosforatom, og
blandinger av slike forbindelser.
Vanligvis vil metylenfosfonsyrederivatene eller blandingen
av slike derivater være tilstede i sementsammensetningen i mengder som varierer fra ca. 1 til ca. 10 vekt-% i forhold til vekten av den tørre sementen.
En foretrukket sementsammensetning med forsinket herdning består av en hydraulisk sement i en vannsuspensjon inneholdende et herdningsforsinkende middel valgt fra gruppen bestående av etylendiamin substituert med 2 eller 3 mol metylenfosfonsyre, dietylentriamin substituert med 2 eller 3 mol metylenfosfonsyre, trietylentetramin substituert med fra 1 til 6 mol metylenfosfonsyre og blandinger av slike forbindelser, og hvor det forsinkende middel er tilstede i sammensetninger i en mengde fra ca. 1 til ca. 10 vekt-%
av den tørre sement som er brukt i suspensjonen.
En mere foretrukken sementsammensetning med forsinket herdning ifølge foreliggende oppfinnelse består av en hydraulisk sement, tilstrekkelig vann til at man danner en pumpbar suspensjon som vil herdne til en hard masse, og metylenfosfonsyre substituert trietylentetramin med fra 1 til 6 metylfosfonsyregrupper pr. mol, og hvor sistnevnte forbindelse er tilstede i sammensetningen i en mengde som varierer fra ca. 1 til 10 vekt-% av den tørre sementen.
I den mest foretrukne sammensetningen vil det forsinkende middel bestå av metylenfosfonsyresubstituert trietylentetramin med 3 metylfosfonsyregrupper pr. mol og hvor dette middel brukes i en mengde fra ca. 2 til ca. 8 vekt-% av den tørre sementen.
En spesielt godt egnet sammensetning består av Portland cement, vann i en mengde fra ca. 35 til ca. 62 vekt-% av den tørre sementen og metylenfosfonsyresubstituert trietylentetramin med 3 metylenfosfonsyregrupper pr. mol og hvor sistnevnte middel brukes i en mengde varierende fra ca. 2 til ca. 8 vekt-% av den tørre sementen.
For å bedre stabiliteten og gi sementsammensetningen permanent styrke etter herdningen i et høytemperaturmiljø, kan en partikkelformet krystallinsk siliskumdioksydkomponent tilsettes sammensetningen. Silisiumdioksydmaterialet kan være en partikkelformet krystallinsk silisiumdioksyd med en partikkelstørrelse som er mindre enn ca. 10 mesh, fortrinnsvis 20-80 mesh, og mest foretrukket 30 mesh. Når det partikkelformede krystallinske silisiumdioksyd blir tilsatt sementsammensetninger ifølge foreliggende oppfinnelse brukes det fortrinnsvis i mengder varierende fra ca. 17 til ca. 35 vekt-% av den tørre sementen og hvor metylenfosfonsyrederivatet brukes i en mengde fra ca. 2 til 8 vekt-% av den tørre sementen.
En spesielt foretrukket sammensetning som innbefatter partikkelformet krystallinsk silisiumdioksyd, består av Portland sement, silisiumdioksyd i en mengde på fra 25 til
35 vekt-% av den tørre sementen, vann i en mengde fra ca.
45 til 55 vekt-% av den tørre sementen og metylenfosfonsyresubstituert trietylentetramin med 3 metylenfosfonsyregrupper pr. mol i en mengde på fra 3 til 6 vekt-% av den tørre sementen.
Den mest foretrukne sammensetningen som innbefatter silisiumdioksyd består av Portland API klasse H sement, partikkelformet krystallinsk silisiumdioksyd i en mengde på ca. 35 vekt-% av den tørre sementen, vann i en mengde på ca. 54 vekt-% av den tørre sementen og metylenfosfonsyre substituert trietylentetramin med 3 metylenfosfonsyregrupper pr. mol i en mengde fra 3 til 6 vekt-% av den tørre sementen.
Det vann som brukes for å fremstille sammensetninger ifølge foreliggende oppfinnelse kan være ferskvann, saltvann, saltoppløsninger, sjøvann eller annet vann som ikke inneholder forbindelser som skader komponentene i sammensetningen. Det er underforstått at kjente komponenter og/eller andre additiver også kan tilsettes sammensetningene for å frembringe de forønskede resultater, f.eks. dispergeringsmidler, tetthets-reduserende komponenter, væsketapsreduserende additiver, friksjonsreduserende additiver etc.
Ved gjennomføring av de foreliggende fremgangsmåter for sementering av en sone som er gjennomtrengt av et borehull hvor man bruker en herdbar hydraulisk sementsuspensjon og hvor denne utsettes for forhøyede temperaturer, fremstiller man først en pumpbar herdningsforsinket sementsammensetning slik den er beskrevet ovenfor, idet man bruker vanlig kjent utstyr. Metylenfosfonsyrederivatet eller blandingen av slike derivater kan tilsettes sementen enten i fast eller flytende form før man tilsetter vannet, hvorved man fremstiller en suspensjon av vann og nevnte derivat, eller det herdningsforsinkende middel kan blandes med suspensjonen etterat denne er fremstillet.
Så snart sementsammensetningen er blitt fremstillet, pumpes den eller på annen måte føres inn i den sonen som skal sementeres, hvoretter man lar sammensetningen herdne til en hard masse.
Den spesielle mengde av det herdningsforsinkende middel som brukes i en sementsammensetning ifølge foreliggende oppfinnelse vil også bestemme den pumpbare tiden for sammensetningen,
og den pumpbare tiden øker med å øke mengden av det herdningsforsinkende midlet. Vanligvis vil sammensetningen inneholde relativt små mengder av nevnte forsinkende middel (1 til 3 vekt-% i forhold til sementen) idet man da får lange pumpbare timer (opp til 8 timer) ved temperaturer over 205°C. Sammensetningene har tilstrekkelige pumpetider,
dvs. pumpetider som overstiger sementeringstiden for dype brønner hvor sammensetningene møter temperaturer på opp til 315°C.
Prinsippene i foreliggende oppfinnelse kan anvendes generelt på hydrauliske sementer, heri inngår Portland-sement,
sementer med høyt aluminiumoksyd innhold, pozzolan, sementer med høyt gipsinnhold, sementer med høyt innhold av silisiumdioksyd og sementer som inneholder store mengder kalsiumaluminat. Fortrinnsvis bruker man Portland-sement,
og av denne er det forskjellige typer som f.eks. API klassene A-H og J sementer. Disse sementene er identifisert og definert i API spesifikasjon nr. 10, første utgave, januar 1982, fra det amerikanske petroleumsinstituttet og denne beskrivelse inngår her som referanse.
For å lette en forståelse av oppfinnelsen har man i det etterfølgende beskrevet en del eksempler. Med hensyn til de mengder som er gitt i disse eksempler, så betyr begrepet "sack" til en standard sekk som veier 42,67 kg slik det er definert i API Bulletin 10-C, tredje utgave av 15. april 1984, fra det amerikanske petroleums institutt. Denne publikasjonen beskriver den nomenklatur som brukes i oljebrønn sementeringsteknologien og inngår også her som referanse.
Eksempel 1
Det ble fremstilt en rekke sementsammensetninger besåtende av Portland-sement, dvs. Lone Star klasse H-sement, partikkelformet krystallinsk silisiumdioksyd med en partikkelstørrelse fra 20-80 mesh og i en mengde på 3 5 vekt-% av den tørre sement, ferskvann i en mengde på 54 vekt-% av tørrsementen (23 1 vann pr. sekk) og forskjellige mengder av metylenfosfonsyresubstituert trietylentetramin (TETA) med forskjellige grader av metylf osf onsyregruppe (-CH2PO.2H2) substitusjon. Sammenset- setningene ble prøvet for fortykningstid ved 2 32,2°C i overensstemmelse med standard API fortykningstids prøvemetode slik disse er angitt i publikasjon API spesifikasjon nr. 10, andre utgave, 15. juni 1984, som også inngår som en referanse her. Resultatene av disse prøvene er gitt i tabell I. Det fremgår fra tabell I at sementsammensetninger ifølge foreliggende oppfinnelse har utmerkede fortykningstider ved 2 32,2°C. De sammensetninger som inneholdt TETA substituert med en, to eller tre -C^PO^I^-substituenter pr. mol hadde alle gode egenskaper, og de sammensetninger som inneholdt TETA substituert med tre -CH2P03H2~substituenter ga de beste resultater, dvs. de lengste fortykningstider med den minste mengde av det herdningsretarderende middel. Sammensetninger inneholdende TETA substituert med fire og seks -CH2P03H2 substituenter reagerte på lignende måte, bortsett fra at det skjedde en geldannelse før styrke-utviklingen skjedde med visse konsentrasjoner av det herdningsforsinkende midlet.
Eksempel 2.
Det ble fremstilt en rekke sementsammensetninger bestående
av Lone Star klasse H sement, Trinity klasse H sement eller Centex klasse H sement, partikkelformet krystallinsk silisiumdioksyd med en partikkelstørrelse fra 20-80 mesh i en mengde på 35 vekt-% av den tørre sementen, ferskvann i en mengde på 54 vekt-% av den tørre sementen (23 liter/sekk) og forskjellige mengder TETA substituert med tre -CH2P03H2-grupper pr. mol.
Den substituerte TETA ble fremstilt ved å reagere formaldehyd og fosforsyre med TETA i nærvær av en saltsyrekatalysator. Den resulterende væsken ble adsorbert på et silisiumdioksydmel i en mengde på 50%. Det resulterende faste herdningsforsinkende . midlet ble brukt ved fremstillingen av sammensetningen .
Disse sammensetningene ble prøvet for fortykningstider ved hjelp av de metoder som er angitt i publikasjon API spesifikasjon LO, annen utgave, 15. juni 1984, ved 204,4, 232,2, 260,0 og 287,7°C. Resultatene av disse prøvene er gitt i tabell II.
Det fremgår av tabell II at sammensetninger ifølge foreliggende oppfinnelse har utmerkede fortykningstider ved forhøyede temperaturer.
Eksempel 3
Det ble fremstilt sementsammensetninger av den type som er beskrevet i eksempel 1 ovenfor idet man brukte saltvann (NaCl) i steden for ferskvann.
Disse sammensetninger ble prøvet for fortykningstider ved 232,2°C. Resultatene er gitt i tabell III.
Eksempel 4
Det ble fremstilt sementsammensetninger ifølge foreliggende oppfinnelse inneholdende ytterligere komponenter og additiver hvorved man fikk fremstilt en suspensjon med høy tetthet (2,28 g/cm 3). Sammensetningen var fremstilt ved hjelp av Lone Star klasse H sement, ferskvann i mengder på 23 l/sekk tørr sement, partikkelformet krystallinsk silisiumdioksyd med en partikkelstørrelse fra 20-80 mesh i en mengde av 35 vekt-% av den tørre sementen, Hematitt i en mengde på
3 3,14 kg/sekk, natriumklorid i en mengde på 9,57 kg/sekk, karboksymetylhydroksyetylcellulose i en mengde på 1,0 vekt-% av den tørre sementen, et additiv inneholdende en blanding av deltaglukonolakton i en mengde på 1,0 -vekt.-i% av den tørre sementen, et additiv inneholdende polypropylenglykol i en mengde på 0,25 vekt-% av den tørre sementen og forskjellige mengder av TETA substituert med tre -CI^PO^H grupper pr. mol. Disse sammensetningene ble prøvet for fortykningstid ved 232,2°C. Resultatene er angitt i tabell IV.
Eksempel 5
Metylenfosfonsyrederivatforbindelser av åtte typer av derivater som angitt ovenfor ble brukt for å fremstille sementsammensetninger med forsinket herdningstid. Hver av sammensetningene inneholdt Lone Star klasse H-xement, partikkelformet krystallinsk silisiumdioksyd med en partik-kelstørrelse fra 20-80 mesh i en mengde på 35 vekt-% av den tørre sementen, ferskvann i en mengde på 54 vekt-% av den tørre sementen og en mengde av en av de angitte forsinkende forbindelser. Sammensetningene ble prøvet for fortykningstid ved 232,2 og 260,0°C i overensstemmelse med den standard API fortykningstidsmetode som er angitt i API spesifikasjon 10, andre utgave, 15 juni 1984. Resultatene av prøvene er angitt i tabell V.
Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer således brønn-sementeringsmetoder og sammensetninger som er spesielt godt egnet i brønner hvor man møter høye temperaturer. Skjønt ovennevnte beskrivelse i alt vesentlig har beskrevet visse foretrukne sementsammensetninger, så er det selvsagt underforstått at man kan utføre variasjoner både med hensyn til sammensetninger og de fremgangsmåter som brukes ved gjennom-føring av fremgangsmåtene uten at man derved forlater de basiske prinsipper på hvilke oppfinnelsen er basert. For- andringer i de brukte materialer og de trinn som følges som er av denne type inngår derfor i foreliggende oppfinnelse slik denne fremgår av de etterfølgende krav.

Claims (9)

1. Herdningsforsinkende sementsammensetninger for sementering av høytemperatursoner i brønner, karakterisert ved å bestå av: en hydraulisk sement, tilstrekkelig vann til å fremstille en pumpbar suspensjon, og en effektiv mengde herdningsforsinkende middel bestående av et metylenfosfonsyrederivat valgt fra gruppen bestående av forbindelser med den generelle formel:
hvor: R^ , R2 og R^ uavhengig av hverandre er hydrogen, -CH2P03(X)2 eller -CH2CH2-0-P03(X)2 med den begrensning at en av gruppene R^ , R2 og R3 alltid er -CH2 P03 (X)2 eller -CH2 CH2~ 0-P03 (X)2 , X er hydrogen, et alkalimetallkation, ammonium, et protonert amin eller et alkali jordmetall kation, og i sistnevnte tilfelle er det bare en X pr metylenfosfonatgruppe, og at minst en av gruppene X er hydrogen som er forbundet med nitrogenatomet ved hjelp av en intramolekylær hydrogenbinding mellom nitrogenatomet og et oksygenatom bundet til et fosforatom, forbindelser med følgende strukturformel:
hvor: n er et tall fra 1 til 4, R1 er hydrogen eller -CH2 P03 (X)2 , R2 er hydrogen, - CU^ O^ iX) 2 eller -CH2CH2N (R3) 2 hvor R3 er hydrogen eller -GH2 P03 (X)2 , X er hydrogen, et alkalimetallkation, ammonium, et protonert amin eller et alkali jordmetallkation, og i sistnevnte tilfelle er det bare en X pr. metylenfosfonatgruppe; og hvor minst en av gruppene R^ , R2 eller R3 er-CH2P03(X)2 og en av gruppene X er hydrogen forbundet med et nitrogenatom ved hjelp av en intramolekylær hydrogenbinding mellom nitrogenatomet og et oksygenatom knyttet til et fosforatom, forbindelser med følgende strukturformel:
hvor: n er et tall fra 0 til 4, R1 er hydrogen eller -CH2 P03 (X)2 , R2 er hydrogen, -CH2 P03 (X)2 eller -CH2 CH2 N(R4 )2 hvor R, er hvdrogen eller -CH„PCU(X)„, R3 er -N(R5 )2 eller
hvor R<- er hydrogen eller -CI^PO^X^, X er hydrogen, et alkalimetallkation, ammonium, et protonert amin eller et alkali jordmetallkation og i sistnevnte tilfelle er det bare en X pr. metylenfosfonatgruppe, og at minst en av gruppene R^ , R2 eller R3 er -CH2 P03 (X)2 og en av gruppene X er hydrogen som er forbundet med et nitrogenatom ved hjelp av en intramolekylær hydrogenbinding mellom nitrogenatomet og et oksygenatom knyttet til et fosforatom, forbindelser med følgende strukturformel:
hvor: n er et tall fra 2 til 6, R er hydrogen, -CH2 P03 (X)2 eller -CH2 CH2 N(R^2 hvor R_L er hydrogen eller -CH2 P03 (X)2 , X er hydrogen, et alkalimetallkation, ammonium, et protonert amin eller et alkali jordmetallkation, og i sistnevnte tilfelle er det bare en X pr. metylen- fosf onatgruppe ; og at minst en av gruppene R er -CH2 P03 (X)2 og at en av gruppene X er hydrogen som er forbundet med et nitrogenatom ved hjelp av en intramolekylær hydrogenbinding mellom nitrogenatomet og et oksygenatom knyttet til et fosforatom, forbindelser med følgende strukturformel:
hvor: er hydrogen eller -CH^ , R2 er -CH2 P03 (X)2 -CH2 NHCH2 P03 (X) , X er hydrogen, et alkalimetallkation,ammonium, et protonert amin eller et alkali jordmetallkation, og i sistnevnte tilfelle er det bare en X pr metylenfosfonatgruppe; og når nitrogen er tilstede, så er minst en av gruppene X et hydrogenatom som er forbundet med nitrogenatomet ved hjelp av en intramolekylær hydrogenbinding mellom nitrogenatomet og et oksygenatom som er knyttet til et fosforatom; og blandinger av slike forbindelser.
2. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte herdningsforsinkende middel er tilstede i nevnte sammensetning i en megnde fra 1 til 10 vekt-% av den tørre sementen.
3. Sammensetning ifølge krav 2, karakterisert ved dessuten å inneholde partikkelformet krystallinsk silisiumdioksyd med en partikkelstørrelse som er mindre enn 10 mesh i en mengde fra 17 til 35 vekt-% av den tørre sementen.
4. Sementsammensetning med forsinket herdningstid for sementering av høyteperaturzoner i brønner, karakterisert ved å bestå av en pumpbar hydraulisk sement og vannsuspensjon inneholdende et herdningsforsinkende middel valgt fra gruppen bestående av etylendiamin substituert med 2 eller 3 mol metylenfosfonsyre, dietylentriamin substituert med 2 eller 3 mol metylenfosfonsyre, trietylentetramin substituert med fra 1 til 6 mol metylenfosfonsyre og blandinger av slike forbindelser, og hvor nevnte herdningsforsinkende middel er tilstede i mengder på fra 1 til 10 vekt-% av den tørre sementen.
5. Sammensetning ifølge krav 4, karakterisert ved å inneholde partikkelformet krystallinsk silisiumdioksyd med en partikkelstørrelse på mindre enn ca. 10 mesh i en mengde fra ca. 17 til ca. 35 vekt-% av den tørre sementen.
6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte hydrauliske sement er Portland-sement, nevnte vann er tilstede i mengder fra 35 til 62 vekt-% av den tørre sementen, og nevnte herdningsforsinkende middel er tilstede i mengder varierende fra 2 til 8 vekt-% av den tørre sementen.
7. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte hydrauliske sement er Portland-sement, nevnte silisiumdioksyd er tilstede i mengder fra ca. 25 til ca. 35 vekt-% av den tørre sementen, nevnte vann er tilstede i sammensetningen i mengder fra ca. 4 5 til ca. 55 vekt-% av den tørre sementen, og nevnte herdningsforsinkende middel er metylenfosfonsyre substituert trietylentetramin med 3 metylenfosfonsyregrupper pr. mol og tilstede i en mengde som varierer fra ca. 3 til ca. 6 vekt-% av den tørre sementen.
8. Fremgangsmåte for sementering av høytemperatur underjordiske soner gjennomboret av et brønnhull hvor en herdbar vandig hydraulisk sementsuspensjon plaseres i nevnte sone, karakterisert ved at sementsuspens jonen for å forsinke dens herdning ved høye temperaturer og for derved å hindre en for tidlig herdning av suspensjonen, er tilsatt en effektiv mengde av det herdningsforsinkende midlet inneholdende metylenfosfonsyrederivater ifølge ethvert av kravene 1 til 7.
9. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte sement er Portland-sement, nevnte herdningsforsinkende middel brukes i en mengde på fra 2 til 8 vekt-% av den tørre sementen, og ved at sammensetningen dessuten inneholder partikkelformet krystallinsk silisiumdioksyd med en patikkelstø rrelse på mindre enn ca. 10 mesh i en mengde fra ca. 17 til ca. 35 vekt-% av den tørre sementen, og at vann er tilstede i sammensetningen i en mengde som varierer fra ca. 35 til ca. 62 vekt-% av den tørre sementen.
NO853766A 1984-09-27 1985-09-25 H¯ytemperatur-br¯nn-sementeringsmetoder og sammensetninger NO853766L (no)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US65585984A 1984-09-27 1984-09-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NO853766L true NO853766L (no) 1986-04-01

Family

ID=24630680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO853766A NO853766L (no) 1984-09-27 1985-09-25 H¯ytemperatur-br¯nn-sementeringsmetoder og sammensetninger

Country Status (3)

Country Link
CA (1) CA1258366A (no)
DK (1) DK436385A (no)
NO (1) NO853766L (no)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9309153B2 (en) 2012-04-27 2016-04-12 Halliburton Energy Services, Inc. Wide temperature range cement retarder

Also Published As

Publication number Publication date
DK436385D0 (da) 1985-09-26
DK436385A (da) 1986-03-28
CA1258366A (en) 1989-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US2629667A (en) Retarded set cement and slurries thereof
EP3743400B1 (en) Settable, form-filling loss circulation control compositions comprising in situ foamed non-hydraulic sorel cement systems and method of use
CA1241029A (en) Set delayed cement compositions and method of using the same
US4450009A (en) Method of preparing a light weight cement composition from sea water
US5417759A (en) Set retarding additive for cement slurries
US2961044A (en) Cement compositions and process of cementing wells
US5900053A (en) Light weight high temperature well cement compositions and methods
US6405801B1 (en) Environmentally acceptable well cement fluid loss control additives, compositions and methods
US5571318A (en) Well cementing methods and compositions for use in cold environments
US4742094A (en) Low fluid loss salt saturated cement slurries, additives and methods
US4997487A (en) High temperature set retarded well cement compositions and methods
US4500357A (en) Oil field cementing methods and compositions
WO2004055321A1 (en) Methods of cementing high temperature wells and cement compositions therefor
US4461644A (en) Light weight composition and a method of sealing a subterranean formation
US4455169A (en) Salt water cement slurries and water loss reducing additives therefor
US4131578A (en) Aqueous hydraulic cement slurry
EP0177308B1 (en) Well cementing methods and compositions
US4791989A (en) Low fluid loss salt saturated cement slurries, additives and methods
US6978834B1 (en) Foamed and non-foamed cement compositions including silane treated amorphous silica and methods
EP0614859B1 (en) High temperature retarders for oil field cements, cement slurries and corresponding cementing processes
GB2080812A (en) Water loss reducing additives for salt water cement slurries
US2876841A (en) Hydraulic cements having an extended thickening time, methods of making the same, and processes employing the same
EP0444542B1 (en) Cementing compositions containing polyethyleneimine phosphonate derivatives as dispersants
US5109042A (en) Fluid loss additive for cement slurries containing a n-vinyl-2-pyrrolidone-ω-2-acrylamido-2-methylpropane sulfonate-ω-acrylic acid-ω-acrylamide polymer
NO853766L (no) H¯ytemperatur-br¯nn-sementeringsmetoder og sammensetninger