自修復水泥制造技術

一種自適應水泥配制物包含水泥、水和熱塑性嵌段聚合物顆粒。凝固水泥證明當暴露于甲烷時具有自體愈合的性質，并且特別適用于固井應用。在設置并固化后，如果凝固水泥與形成物或套管柱之間的粘結被破壞，或者如果在凝固水泥基質中出現裂縫或缺陷，或者如果發生這兩種情況，則自體愈合的性質幫助保持層間隔離。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本公開涉及自適應水泥。具體而言，本公開涉及“自體愈合”的凝固水泥，即，能夠適應于補償水泥物理結構中的變化或缺陷、或者在油、氣、水或地熱井等的固井中在水泥凝固階段之后適應于水泥的結構的配制物。
技術介紹
在建造井的過程中，使用水泥來牢固和支持井內的套管，并防止不同的地下含流體層之間的流體流通或所產生的不需要的流體進入到井中。已經研發出多種方法來防止水泥殼的失效。一種方法為設計出考慮了物理應力的水泥殼，所述的這種物理應力在水泥殼的存在期內可能會遭遇到。該方法在例如US6，296，057中有所描述。另一種方法為在水泥組合物中包含能夠改善凝固水泥的物理性質的材料。US 6，458，198描述了將非晶體金屬纖維加入到水泥漿中，從而改善其強度和對沖擊損壞的抗性。EP 1129047和WO 00/37387描述了將撓性材料(橡膠或聚合物)加入到水泥中從而賦予水泥殼以一定程度的撓性。然而，一旦水泥殼由于形成了裂縫或微環隙而實際上發生了失效，上述方法則不能恢復層間隔離。已知許多自體愈合混凝土用于建造工業中。例如在US 5，575，841、US 5，660，624、US 5，989，334、US 6，261，360 和 US 6,527,849，以及在標題為“Three designs forthe internal release of sealants, adhesives, and waterproofing chemicals intoconcrete to reduce permeability”，Dry, C.M., Cement and Concrete Research30(2000) 1969-1977的文件中有所描述。但是，由于這些自體愈`合混凝土需要在設置過程中能夠可泵送的材料，所以它們都不能立即用于井的固井操作。最終，研發出用于油和氣工業應用的“自體愈合”水泥，例如在US 2007/0204765AUffO 2004/101951和WO 2004/101952 Al中所述。這些配制物通常包含在與井底流體接觸時能夠反應和/或膨脹的添加劑。當水泥殼開始劣化時，將水泥基質或水泥殼表面暴露于井底流體，則添加劑會產生應答并密封裂縫或裂隙，由此恢復水泥基質的完整性和層間隔離。井的水泥在發揮作用的過程中潛在地暴露于多種類型的流體，包括液態和氣態的烴、水、鹵水和/或二氧化碳。因此，根據預計的井眼(wellbore)環境，理想的是引入能夠對一種或多種類型的井底流體產生應答的添加劑。盡管由現有技術得到了許多有價值的貢獻，但是理想的是使用對包含高濃度的氣態烴的配制流體產生應答的自體愈合凝固水泥。專利技術概述本公開提供了在暴露于烴時是自體愈合的凝固水泥，以及可以制備該水泥并使該水泥應用于地下井的方法。在一個方面中，多個實施方案涉及用于將層間隔離保持在地下井中的方法，其中所述的地下井滲透一種或多種含烴配制物。在另一個方面中，多個實施方案涉及熱塑性嵌段聚合物顆粒賦予水泥配制物以自體愈合性質的用途，其中所述的水泥配制物被設置在滲透一種或多種含烴配制物的地下井中。附圖簡述附圖說明圖1為在各種溫度和壓力下，在甲烷存在下，示出苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)顆粒的膨脹特征。圖2為測量斷裂的水泥樣品的自體愈合能力的實驗儀器示意圖。圖3表示對于暴露于甲烷的包含SIS和SBS的凝固水泥而言，歸一化的流動速率降低的情況。圖4表示對于暴露于甲烷的包含SIS和SBS顆粒的凝固水泥而言，水泥漿密度對歸一化的流動速率降低情況的影響。圖5表不對于在不同壓力下暴露于甲燒的包含SIS和SBS的凝固水泥而言，歸一化的流動速率降低的情況。專利技術詳述開始時，應該注意的是在任何此類實際實施方案的研發中，必須對大量的實施方式作出特定的決策以達到研發者特定的目標，例如順應與系統相關的和商業相關的限制，這會使一個實施方式與另一個實施方式不同。此外，應該理解的是此類研發努力可能是復雜的并耗時的，但是對于具有本公開的權益的本領域的普通技術人員而言，這仍然是常規的事業。此外 ，本文所使用/公開的組合除了所引用的那些以外，還可以包含一些成分。在專利技術概述和本部分的專利技術詳述中，除非在內容中另作說明，否則每個數值都應該如同被術語“大約”(除非已經明確地表達如此修飾)所修飾那樣讀取一次，接著如同未被如此修飾那樣再讀取一次。此外，在專利技術概述和本部分的專利技術詳述中，應該理解的是作為有用的、合適的等而列出或描述的濃度范圍都被預計為在該范圍內(包含端點)的任何且每個濃度都被認為是已經陳述過的。例如，“從I至10的范圍”被讀作表示了在沿著大約I至大約10之間的連續統的每一個可能的數。因此，即使具體的數點處于一定的范圍內或者甚至數點不在范圍內被明確地確認或者僅適用于較少的具體的點，但是應該理解的是專利技術人了解并理解在一定范圍內的任何且所有數點都被認為是確定的，并且專利技術人具有整個范圍和該范圍內所有點的知識。本公開關于用于固井地下井的組合物，其包含可凝固的材料、水以及在凝固材料(即，水泥殼)發生結構失效或損壞時能夠膨脹的至少一種添加劑。這種行為在失效區域中恢復并保持物理學和水力學屏障。結果，在地下井中，層間隔離被保持。此類凝固水泥被稱為“自體愈合”或“自修復”。在本申請中，這兩個術語可以無差別使用，并被理解為在水泥殼遭受基質滲透性增加、結構缺陷(例如裂縫或裂隙)、或者由套管或形成表面上松解(即，微環隙)之后恢復水力學隔離的能力?？赡滩牧系膶嵗?但不限于)Portland水泥、超細水泥、地聚合物、水泥與地聚合物的混合物、石膏、石灰-硅石混合物、樹脂、磷鎂水泥或化學鍵合的磷陶瓷(CBPC)。如上文所述，需要自體愈合的凝固水泥，具體而言，該自體愈合的凝固水泥能夠在包含高濃度氣態烴的環境下操作。令人驚奇的是，專利技術人發現可以通過在水泥配制物中引入熱塑性嵌段聚合物顆粒而在所述的環境中得到自體愈合的性質。典型的嵌段聚合物包含一種化學化合物的部分被不同的化學化合物的部分、或低分子量的偶聯基團交替隔離。例如，嵌段聚合物可以具有結構(A-b-B-b-A)，其中A表示為玻璃態或半晶態的嵌段，而B為彈性體的嵌段。原則上，A可以為通常被認為是熱塑性的任何聚合物(例如聚苯乙烯、聚甲基甲基丙烯酸酯、全規聚丙烯、聚亞安酯等)，而B可以為通常被認為是彈性體的任何聚合物(例如聚異戊二烯、聚丁二烯、聚醚、聚酯等)。其他實施方案涉及用于在具有鉆孔(borehole)的地下井中保持層間隔離的方法，其中所述的井眼會滲透一種或多種含烴配制物。該方法包括將包含熱塑性嵌段聚合物的顆粒的水泥漿泵入到所述的井中，并允許水泥漿形成水泥殼。本領域的技術人員將認識到，在將水泥漿設置于所述的井中的過程中其將經歷的整個溫度范圍下，在剪切速率為IOOiT1下，當水泥漿的粘度低于或等于IOOOmPa-S時，水泥漿通常被認為是可泵送的。水泥殼可以位于井的套管與井眼的壁之間，或者位于套管與另一個套管柱之間。如果在水泥殼、套管-水泥的界面、或者水泥-井眼壁的界面中形成微環隙、裂縫或缺陷，則所述的顆粒將會暴露與配制物烴中，從而導致它們膨脹并能夠使水泥殼具有自體愈合的性質。另一些實施方案的目的在于熱塑性嵌段聚合物顆粒在地下井本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于在地下井中保持層間隔離的方法，其中井眼滲透一種或多種包含烴的配制物，所述的方法包括：(i)將包含熱塑性前段聚合物顆粒的水泥漿泵入所述的井中；以及(ii)使得所述的水泥漿凝固從而形成水泥殼；其中如果在所述的水泥殼中形成了微環隙、裂縫或缺陷，則允許得自所述的配制物的烴與所述的顆粒相接觸，從而使得所述的顆粒膨脹，并能夠使所述的水泥殼具有自體愈合的性質。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：西爾凡·勒羅伊德拉熱，洛爾·馬丁阿勒哈提卜，
申請(專利權)人：普拉德研究及開發股份有限公司，
類型：發明
國別省市：維爾京群島;VG