ПЕНОГАСЯЩИЕ КОМПОЗИЦИИ
DEFOAMING COMPOSITIONS

Данная заявка испрашивает приоритет на основании предварительной заявки США 61/541,790, поданной 30 сентября 2011 г., которая включена в данную заявку посредством ссылки во всей ее полноте.
Область техники
Настоящее изобретение в целом относится к пеногасящим композициям и способам снижения захвата воздуха в жидкостях.
Предшествующий уровень техники
Оценивают, что в мире ежегодно производят 1,8 миллиардов тонн портландцемента, что делает его одним из наиболее широко используемых продуктов человеческой деятельности на Земле. Бетон и другие материалы на основе цемента являются основным компонентом материалов, используемых в области гражданских инженерных объектов, таких как здания, мосты, дороги и другие транспортные инфраструктуры, а также подземных сооружений, таких как цементирование ствола скважины.
Первичное цементирование - это процесс размещения цемента в кольцевом пространстве между обсадной трубой и формацией, примыкающей к стволу скважины. С момента его разработки в 1903 году основная цель первичного цементирования всегда заключалась в обеспечении зональной изоляции нефтяных, газовых и водяных скважин. Для достижения этой цели должна быть создана гидравлическая изоляция между обсадной трубой и цементом, и между цементом и формацией, которая одновременно предотвращает образование каналов флюида в цементной оболочке. Службы по цементированию нефтегазовых компаний предложили использовать различные химические добавки для достижения и улучшения желаемых свойств цементных растворов. Многие из таких добавок в цемент могут приводить к пенообразованию в процессе смешивания цементного раствора. Чрезмерное пенообразование в цементном растворе может иметь несколько нежелательных последствий. Может происходить гелеобразование цементного раствора и потеря гидравлического давления во время перекачки вследствие кавитации в перемешивающейся системе. Кроме того, захват воздуха может привести к нежелательной плотности цементного раствора, подлежащего закачиванию в скважину, поскольку измеренная плотность на поверхности будет отличаться от действительной плотности в скважине, увеличивая риск повреждения формации.
При перемешивании цементного раствора используется денситометр или измеритель массового расхода, чтобы помочь полевым операторам определить пропорции твердых и жидких ингредиентов. Если на поверхности цементного раствора присутствует воздух, плотность системы "цемент + вода + воздух" измеряют с помощью денситометра. Поскольку воздух сжимается в скважине, истинная плотность цементного раствора в скважине становится выше, чем плотность, измеренная на поверхности, что может повредить формацию. Противовспенивающие агенты или пеногасители обычно добавляют в примешиваемую воду или смешивают с цементом в сухом виде, чтобы предотвратить такие проблемы. Они также могут быть использованы для разрушения вспененной жидкости. В таких приложениях пеногаситель может быть использован для разрушения избыточной вспененной жидкости, возвращаемой на поверхность после обработки скважины, и, таким образом, для облегчения процесса утилизации. В общем, желательные эффективные противовспенивающие агенты или пеногасители имеют следующие характеристики: а) они нерастворимы во вспенивающейся системе, и б) они имеют меньшее поверхностное натяжение, чем вспенивающаяся система. Противовспенивающий агент в значительной степени работает благодаря распределению на поверхности пены или благодаря вхождению в тонкий слой пены. Поскольку пленка, образованная в результате распределения пеногасителя на поверхности вспененной жидкости, не поддерживает пену, пенообразование снижается.
Сущность изобретения
В данном описании раскрыты пеногасящие композиции, содержащие один или более сложных эфиров органических кислот с полимерами, выбранных из сложного эфира органической кислоты и этиленоксидного полимера, сложного эфира органической кислоты и пропиленоксидного полимера и их смеси. В некоторых вариантах осуществления изобретения композиции могут дополнительно содержать сложный эфир органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида. В данной заявке также раскрыты цементные композиции, включающие пеногасящую композицию, способы снижения захвата воздуха в цементных композициях и способы цементирования подземной формации.
Изобретение можно легче понять на основании следующего подробного описания различных признаков изобретения и примеров, включенных в данное описание.
Краткое описание графических материалов
На фиг. 1 представлен график зависимости пеногасящего эффекта различных диолеатных эфиров полиоксиэтиленовых (ЕО) полимеров от плотности цементных растворов. Средняя молекулярная масса эфиров ЕО DO -1, ЕО DO -2 и ЕО DO -3 составляет соответственно 828, 928 и 1128 дальтон. Концентрации даны в массовых процентах от массы цемента (BWOC).
На фиг. 2 представлен график зависимости пеногасящего эффекта различных диолеатных эфиров полиоксипропиленовых (РО) полимеров от плотности цементных растворов. Средняя молекулярная масса эфиров РО DO -1, РО DO -2 и РО DO -3 составляет соответственно 1528, 2528 и 4528 дальтон. Концентрации даны в массовых процентах от массы цемента (BWOC).
На фиг. 3 представлен график зависимости пеногасящего эффекта эфиров РО DO в комбинации и диэфирами ЕО или ЕО/РО. Пеногасящие композиции описаны в таблице 4.
На фиг. 4 представлен график зависимости пеногасящего эффекта эфиров ЕО DO, диэфиров ЕО/РО и их различных смесей. Пеногасящие композиции описаны в таблице 5.
Подробное описание
Предложены пеногасящие композиции и способы снижения захвата воздуха в жидкости, такой как цементная композиция. Пеногасящие композиции, как правило, содержат один или более сложных эфиров органических кислот с полимерами, выбранных из сложного эфира органической кислоты и этиленоксидного полимера, сложного эфира органической кислоты и пропиленоксидного полимера и их смеси. В некоторых вариантах осуществления изобретения композиции могут дополнительно содержать сложный эфир органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида.
В других вариантах осуществления изобретения один или более сложных эфиров органических кислот с полимерами выбраны из (а) сложного эфира органической кислоты и этиленоксидного полимера, (b) сложного эфира органической кислоты и пропиленоксидного полимера, и (с) сложного эфира органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида.
В определенных вариантах осуществления изобретения пеногасящие композиции содержат два или более сложных эфиров органических кислот с полимерами, выбранных из (а) сложного эфира органической кислоты и этиленоксидного полимера, (b) сложного эфира органической кислоты и пропиленоксидного полимера, и (с) сложного эфира органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида.
В любых упомянутых вариантах осуществления изобретения сложные эфиры органических кислот имеют низкое кислотное число, например менее 15.
Эти пеногасящие композиции обеспечивают эффективный контроль пенообразования благодаря снижению захвата воздуха по сравнению с другими обычными пеногасителями, являются относительно биоразлагаемыми и менее токсичными.
В одном из вариантов осуществления изобретения композиция содержит сложный эфир органической кислоты и этиленоксидного полимера. В другом варианте осуществления изобретения композиция содержит сложный эфир органической кислоты и пропиленоксидного полимера. В определенных вариантах осуществления изобретения композиция содержит сложный эфир органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида. В другом варианте осуществления изобретения композиция содержит сложный эфир органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида и сложный эфир органической кислоты и этиленоксидного полимера или сложный эфир органической кислоты и пропиленоксидного полимера.
В одном из вариантов осуществления изобретения композиция содержит сложный эфир органической кислоты и этиленоксидного полимера и сложный эфир органической кислоты и пропиленоксидного полимера. В одном из вариантов осуществления изобретения композиция содержит сложный эфир органической кислоты и этиленоксидного полимера и сложный эфир органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида. В другом варианте осуществления изобретения композиция содержит сложный эфир органической кислоты и пропиленоксидного полимера, и сложный эфир органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида.
В одном из вариантов осуществления изобретения композиция содержит сложный эфир органической кислоты и этиленоксидного полимера формулы
где R представляет собой линейную или разветвленную, насыщенную или ненасыщенную алкильную или алкилкарбоксилатную группу, содержащую от 3 до 40 атомов углерода; и n' равно от 4 до 23.
В одном из вариантов осуществления изобретения композиция содержит сложный эфир органической кислоты и пропиленоксидного полимера формулы
где R представляет собой линейную или разветвленную, насыщенную или ненасыщенную алкильную или алкилкарбоксилатную группу, содержащую от 3 до 40 атомов углерода; и n равно от 16 до 68.
В одном из вариантов осуществления изобретения композиция содержит сложный эфир органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида формулы:
где R представляет собой линейную или разветвленную, насыщенную или ненасыщенную алкильную или алкилкарбоксилатную группу, содержащую от 3 до 40 атомов углерода, а равно от 2 до 8 и b равно от 16 до 68.
В одном из вариантов осуществления изобретения пеногасящая композиция содержит сложный эфир органической кислоты и этиленоксидного полимера и сложный эфир органической кислоты и пропиленоксидного полимера. В определенных вариантах осуществления изобретения сложноэфирные группы органической кислоты в сложном эфире органической кислоты этиленоксидного полимера и сложноэфирные группы органической кислоты в сложном эфире органической кислоты пропиленоксидного полимера являются одинаковыми. В определенных вариантах осуществления изобретения сложноэфирные группы органической кислоты в сложном эфире органической кислоты этиленоксидного полимера и сложноэфирные группы органической кислоты в сложном эфире органической кислоты пропиленоксидного полимера являются различными.
В одном из вариантов осуществления изобретения пеногасящая композиция содержит сложный эфир органической кислоты и этиленоксидного полимера и сложный эфир органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида. В определенных вариантах осуществления изобретения сложноэфирные группы органической кислоты в сложном эфире органической кислоты этиленоксидного полимера и сложноэфирные группы органической кислоты в сложном эфире органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида являются одинаковыми. В определенных вариантах осуществления изобретения сложноэфирные группы органической кислоты в сложном эфире органической кислоты этиленоксидного полимера и сложноэфирные группы органической кислоты в сложном эфире органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида являются различными.
В одном из вариантов осуществления изобретения пеногасящая композиция содержит сложный эфир органической кислоты и пропиленоксидного полимера и сложный эфир органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида. В определенных вариантах осуществления изобретения сложноэфирные группы органической кислоты в сложном эфире органической кислоты пропиленоксидного полимера и сложноэфирные группы органической кислоты в сложном эфире органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида являются одинаковыми. В определенных вариантах осуществления изобретения сложноэфирные группы органической кислоты в сложном эфире органической кислоты пропиленоксидного полимера и сложноэфирные группы органической кислоты в сложном эфире органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида являются различными.
Используемые в данном описании термины "полимер", "полимеры", "полимерный" и аналогичные используются в их обычном смысле, понятном специалисту, и, таким образом, могут использоваться для обозначения или описания большой молекулы (или группы таких молекул), которая содержит повторяющиеся звенья. Полимеры могут быть получены любыми способами, включая полимеризацию мономеров, и/или путем химической модификации одного или более повторяющихся звеньев полимера-предшественника. Полимер может быть гомополимером, содержащим по существу одинаковые повторяющиеся звенья, полученным путем, например, полимеризации конкретного мономера. Полимер может быть сополимером, содержащим два или более видов повторяющихся звеньев, полученным путем, например, сополимеризации двух или более различных мономеров, и/или путем химической модификации одного или более повторяющихся звеньев полимера-предшественника.
Полиоксиэтилен, также известный как этиленгликоль (ПЭГ), имеет низкую токсичность и используется во многих продуктах. Подходящие полиоксиэтиленовые полимеры для использования в настоящем изобретении имеют концевые гидроксильные группы и молекулярную массу от приблизительно 200 до приблизительно 1000 дальтон. В определенных вариантах осуществления изобретения средняя молекулярная масса полимера составляет от приблизительно 200 до приблизительно 600 дальтон. В других вариантах осуществления изобретения средняя молекулярная масса полимера составляет от приблизительно 300 до приблизительно 400 дальтон.
Полиоксипропилен, также известный как полипропиленгликоль (ППГ), имеет более низкую токсичность, чем ПЭГ. Подходящие полиоксипропиленовые полимеры имеют концевую гидроксильную группу и молекулярную массу от 1000 до 4000 дальтон.
Сложные эфиры органических кислот и полиоксиэтилена или полиоксипропилена пригодны для использования в пеногасящих композициях, описанных в данной заявке. Сложный эфир органической кислоты либо с полиоксиэтиленовым полимером, либо с полиоксипропиленовым полимером представляет собой продукт реакции полимера и органической кислоты, которая имеет по меньшей мере одну карбоксильную группу, включая одну, две или множество карбоксильных групп.Подходящие карбоновые кислоты включают, не ограничиваясь этим, олеиновую кислоту, стеариновую кислоту, субериновую кислоту, азелаиновую кислоту, себациновую кислоту, фталевую кислоту, изофталевую кислоту, терефталевую кислоту и их смеси. Сложный эфир органической кислоты и полиоксиэтиленового полимера или полиоксипропиленового полимера имеет формулы, представленные ниже
где R представляет собой линейную или разветвленную, насыщенную или ненасыщенную алкильную или алкилкарбоксилатную группу, содержащую от 3 до 40 атомов углерода, n равно от 16 до 68 и n' равно от 4 до 23. Многие диэфиры ПЭГ и ППГ имеются в продаже.
Блоксополимер этиленоксида и пропиленоксида не ограничен какой-либо конкретной структурой, в продаже имеется несколько типов. Подходящие сополимеры этиленоксида и пропиленоксида имеют концевые гидроксильные группы и обычно имеют среднюю молекулярную массу от 1000 до 5000 дальтон, а в других вариантах осуществления изобретения - среднюю молекулярную массу от 2000 до 4000 дальтон, и в еще других вариантах осуществления изобретения - среднюю молекулярную массу от 2000 до 2750 дальтон, и предпочтительно имеют температуру плавления ниже 20°C. Например, полоксамеры представляют собой неионные триблочные сополимеры, состоящие из основной гидрофобной цепи пропиленоксида, от которой ответвляются две гидрофильные цепи полиэтиленоксида. Схематичная структура сополимера полоксамера представлена ниже
Блоксополимеры этиленоксида и пропиленоксида также известны под торговыми наименованиями Pluronic от компании BASF и Mulsifan от компании Zschimmer & Schwarz GmbH & Со. Поскольку длины полимерных блоков можно варьировать, существует много различных ЕО/РО блоксополимеров, имеющих немного отличающиеся свойства.
Эфир органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида представляет собой продукт реакции блоксополимера и органической кислоты, содержащей по меньшей мере одну карбоксильную группу, включая одну, две или множество карбоксильных групп. Подходящие карбоновые кислоты включают, не ограничиваясь этим, олеиновую кислоту, стеариновую кислоту, пробковую кислоту, азелаиновую кислоту, себациновую кислоту, фталевую кислоту, изофталевую кислоту, терефталевую кислоту и их смеси.
Эфир органической кислоты и этиленоксида-пропиленоксида имеет следующую общую структуру:
где R представляет собой линейную или разветвленную, насыщенную или ненасыщенную алкильную или алкилкарбоксилатную группу, или арильную или арилкарбоксилатную группу, содержащую от 3 до 40 атомов углерода, а равно от 2 до 8 и b равно от 16 до 68. Как указано выше, композиция имеет низкое кислотное число. В одном из вариантов осуществления изобретения кислотное число составляет менее 15, в других вариантах кислотное число составляет менее 5.
Термин "кислотное число", используемое в данном описании, означает количество миллиграммов гидроксида калия, которое необходимо для нейтрализации карбоксильных групп в одном грамме полимера. Таким образом, в случае эфиров двух- и многоосновных кислот свободные карбоксильные группы, если присутствуют, могут быть дополнительно этерифицированы для предотвращения нежелательного влияния на другие свойства жидкости. Конкретная блочная структура не ограничена конкретными структурами, она может быть упорядоченной (ЕО-РО-ЕО или РО-ЕО-РО) или статистической. Например, в некоторых вариантах полиоксиэтилен-полиоксипропиленовая часть имеет полиоксипропиленовую основную цепь с концевыми фрагментами полиоксиэтилена, в других вариантах - полиоксиэтилен-полиоксипропиленовые эфиры жирных кислот имеют полиоксиэтиленовую основную цепь с концевыми фрагментами полиоксипропилена. Далее, в некоторых вариантах осуществления изобретения алкильная группа R основной цепи может дополнительно содержать гидроксилсодержащие заместители, такие как заместители, которые могут существовать при использовании производных касторового масла в качестве двух- или многоосновной кислоты.
Эфиры органической кислоты и полиоксиэтилена-полиоксипропилена могут быть получены обычными способами, такими как реакция конденсации требуемого спирта (например, этиленгликоль-пропиленгликолевого (ЕО/РО) блоксополимера) с одно-, двух- или многоосновной карбоновой кислотой в присутствии подходящего катализатора при повышенной температуре. Альтернативно, эфиры органической кислоты и полиоксиэтилена-полиоксипропилена могут быть получены переэтерификацией ЕО/РО блоксополимера с триглицеридом требуемой одно-, двух- или многоосновной карбоновой кислоты в присутствии основания в качестве катализатора, такого как гидроксид калия или другие подходящие щелочи.
В любых упомянутых вариантах осуществления изобретения сложным эфиром органической кислоты может быть сложный эфир олеиновой кислоты.
В конкретном варианте осуществления изобретения композиция может дополнительно содержать гидрофобные твердые вещества. Возможные гидрофобные твердые вещества, такие как диоксид кремния (кремнезем), можно использовать для улучшения пеногасящей способности эфиров. Гидрофобный кремнезем может представлять собой коллоидальный кремнезем, осажденный кремнезем или их смесь. Другие подходящие гидрофобные твердые вещества включают тальк, глины, алюмосиликаты, слюду, глинозем и тому подобное.
Пеногасящие композиции также можно разбавлять в системе разбавителей, например в органическом разбавителе или в смеси разбавителей. Такие разбавители включают, но не ограничены этим, минеральное масло, растительное масло, альфа-олефины, гликоли, спирты, керосин и их смеси. Пеногасящие композиции также могут содержать воду. В конкретных вариантах осуществления изобретения пеногасящая композиция содержит растительное масло.
В одном из вариантов осуществления изобретения пеногасящая композиция содержит один или более сложных эфиров органических кислот с полимерами, выбранных из (а) сложного эфира органической кислоты и этиленоксидного полимера, (b) сложного эфира органической кислоты и пропиленоксидного полимера, и (с) сложного эфира органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида; и каждый компонент может составлять от приблизительно 0 до приблизительно 100 масс.% сложных эфиров органических кислот с полимерами в композиции. В определенных вариантах осуществления изобретения два или более типов сложных эфиров органической кислоты и полимеров включены в композицию, и каждое из этих полимерных соединений может содержаться в количестве (в массовых процентах от массы композиции): от приблизительно 1% до приблизительно 99%, от приблизительно 2% до приблизительно 98%, от приблизительно 5% до приблизительно 95%, от приблизительно 10% до приблизительно 90%, от приблизительно 15% до приблизительно 85%, от приблизительно 20% до приблизительно 80%, от приблизительно 25% до приблизительно 75%, от приблизительно 30% до приблизительно 70%, от приблизительно 35% до приблизительно 65%, от приблизительно 40% до приблизительно 60%, от приблизительно 45% до приблизительно 55% или приблизительно 50% каждого.
Пеногасящую композицию, содержащую эфиры органической кислоты и полиоксиэтилена, полиоксипропилена и/или блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида, как описано выше, можно добавлять в цементные композиции в количестве от 0,01 до 1 масс.% от массы цемента (BWOC).
Пеногасящие композиции можно добавлять к цементной композиции до, во время или после смешивания различных компонентов цементной композиции. Пеногасящие композиции можно добавлять в форме жидкости, эмульсии или в сухом виде, в зависимости от того, как требуется в соответствии с целевым назначением. В одном из вариантов осуществления пеногасящую композицию можно объединить с цементным материалом и жидкостью, такой как вода, с образованием цементной композиции до или во время смешивания этих компонентов. Такое смешивание может осуществляться в напорной части насоса, который закачивает цементную композицию вниз по кольцевому пространству ствола скважины (т.е. в область между стенками ствола скважины и обсадной трубой), где ее оставляют схватываться с получением твердого материала, например цемента. Пеногасящие композиции служат для предотвращения или снижения образования пены в процессе приготовления или закачивания цементной композиции, или для разрушения пены в жидкости для обработки скважины, которая возвращается на поверхность. В другом из вариантов пеногасящую композицию можно добавлять к уже приготовленной цементной композиции перед ее закачиванием в подземную формацию, где ее оставляют схватываться с получением твердого цемента. В этом случае пеногасящая композиция может служить для предотвращения или снижения образования пены в цементной композиции в процессе ее закачивания. В каждом из этих вариантов способность пеногасящей композиции снижать уровень захваченного цементной композицией газа может привести к образованию относительно более крепкого цемента, который может должным образом поддерживать трубопровод в стволе скважины. Пеногасящую композицию можно также вводить в цементную композицию для облегчения контроля плотности отвержденного впоследствии цемента. В еще одном варианте осуществления пеногасящие композиции можно объединить с уже вспененной жидкостью для обработки ствола скважины, такой как вспененный цемент или вспененный буровой раствор, для разрушения или уменьшения количества содержащейся в ней пены. Благодаря удалению пены жидкость для обработки ствола скважины можно легко удалить после ее использования.
В одном из вариантов осуществления изобретения предложен способ снижения захвата воздуха в цементной композиции, включающий: добавление пеногасящей композиции в цементную композицию, где пеногасящая композиция содержит один или более сложных эфиров органических кислот с полимерами, выбранных из сложного эфира органической кислоты и этиленоксидного полимера, сложного эфира органической кислоты и пропиленоксидного полимера, и их смесей; где захват воздуха в цементной композиции снижают по сравнению с цементной композицией, не содержащей эту пеногасящую композицию. В определенных вариантах осуществления изобретения композиция может дополнительно содержать сложный эфир органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида. В определенных вариантах осуществления изобретения пеногасящую композицию добавляют в цементную композицию в количестве от 0,01 до 1 масс. % от массы цемента.
В одном из вариантов осуществления изобретения предложен способ снижения захвата воздуха в цементной композиции, включающий добавление пеногасящей композиции в цементную композицию, где пеногасящая композиция содержит один или более сложных эфиров органических кислот с полимерами, выбранных из (а) сложного эфира органической кислоты и этиленоксидного полимера, (b) сложного эфира органической кислоты и пропиленоксидного полимера, и (с) сложного эфира органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида; где захват воздуха в цементной композиции снижают по сравнению с цементной композицией, не содержащей эту пеногасящую композицию. В определенных вариантах осуществления изобретения пеногасящую композицию добавляют в цементную композицию в количестве от 0,01 до 1 масс.% от массы цемента.
В одном из вариантов осуществления изобретения предложен способ снижения захвата воздуха в цементной композиции, включающий добавление пеногасящей композиции в цементную композицию, где пеногасящая композиция содержит два или более сложных эфиров органических кислот с полимерами, выбранных из (а) сложного эфира органической кислоты и этиленоксидного полимера, (b) сложного эфира органической кислоты и пропиленоксидного полимера, и (с) сложного эфира органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида; где захват воздуха в цементной композиции снижают по сравнению с цементной композицией, не содержащей эту пеногасящую композицию. В определенных вариантах осуществления изобретения пеногасящую композицию добавляют в цементную композицию в количестве от 0,01 до 1 масс.% от массы цемента.
В одном из вариантов осуществления изобретения предложена цементная композиция, содержащая гидравлический цемент, воду и пеногасящую композицию, содержащую один или более сложных эфиров органических кислот с полимерами, выбранных из сложного эфира органической кислоты и этиленоксидного полимера, сложного эфира органической кислоты и пропиленоксидного полимера, и их смесей. В определенных вариантах осуществления изобретения композиция может дополнительно содержать сложный эфир органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида.
В одном из вариантов осуществления изобретения предложена цементная композиция, содержащая гидравлический цемент, воду и пеногасящую композицию, содержащую один или более сложных эфиров органических кислот с полимерами, выбранных из (а) сложного эфира органической кислоты и этиленоксидного полимера, (b) сложного эфира органической кислоты и пропиленоксидного полимера, и (с) сложного эфира органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида.
В одном из вариантов осуществления изобретения предложена цементная композиция, содержащая гидравлический цемент, воду и пеногасящую композицию, содержащую два или более сложных эфиров органических кислот с полимерами, выбранных из (а) сложного эфира органической кислоты и этиленоксидного полимера, (b) сложного эфира органической кислоты и пропиленоксидного полимера, и (с) сложного эфира органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида.
В конкретном варианте осуществления изобретения гидравлический цемент включает гидравлические цементы, содержащие кальций, алюминий, кремний, кислород и/или серу; портландцементы, такие как цементы классов А, В, С, G и Н согласно спецификации Американского Института Нефти (American Petroleum Institute (API)) на материалы и методы испытаний цементов для скважин; пуццолановые цементы, гипсовые цементы, фосфатные цементы, цементы с высоким содержанием глинозема, шлаковые цементы, цементную пыль, кремнеземные цементы, высокощелочные цементы и комбинации, содержащие по меньшей мере один из перечисленных цементов.
В другом варианте осуществления изобретения предложен способ цементирования подземной формации, в котором в подземную формацию вводят цементную композицию, содержащую гидравлический цемент, воду и пеногасящую композицию, содержащую один или более сложных эфиров органических кислот с полимерами, выбранных из сложного эфира органической кислоты и этиленоксидного полимера, сложного эфира органической кислоты и пропиленоксидного полимера, и их смесей; и оставляют цемент схватываться.
В определенных вариантах осуществления изобретения композиция может дополнительно содержать сложный эфир органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида.
В другом варианте осуществления изобретения предложен способ цементирования подземной формации, в котором в подземную формацию вводят цементную композицию, содержащую гидравлический цемент, воду и пеногасящую композицию, содержащую один или более сложных эфиров органических кислот с полимерами, выбранных из (а) сложного эфира органической кислоты и этиленоксидного полимера, (b) сложного эфира органической кислоты и пропиленоксидного полимера, и (с) сложного эфира органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида; и оставляют цемент схватываться.
В другом варианте осуществления изобретения предложен способ цементирования подземной формации, в котором в подземную формацию вводят цементную композицию, содержащую гидравлический цемент, воду и пеногасящую композицию, содержащую два или более сложных эфиров органических кислот с полимерами, выбранных из (а) сложного эфира органической кислоты и этиленоксидного полимера, (b) сложного эфира органической кислоты и пропиленоксидного полимера, и (с) сложного эфира органической кислоты и блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида; и оставляют цемент схватываться.
В определенных вариантах осуществления изобретения введение цементной композиции включает закачивание цементной композиции в кольцевое пространство между стенками ствола скважины и обсадной трубой в течение операции первичного или вторичного цементирования. В одном из вариантов осуществления изобретения гидравлический цемент является вспененным, и пеногасящую композицию добавляют в гидравлический цемент в количестве, эффективном для разрушения пены, и посредством этого снижают захват газа в гидравлическом цементе. В одном из вариантов осуществления изобретения количество пеногасящей композиции составляет от 0,01 до 1 масс.% от массы гидравлического цемента.
Цементные композиции могут содержать пеногасящие композиции, раскрытые в данном описании, цементный материал и достаточное количество жидкости для обеспечения возможности перекачивания насосом. Можно использовать любые виды цемента, подходящие для цементирования в подземной формации. Цементный материал может включать, например, гидравлические цементы, которые схватываются и отверждаются при реакции с водой. Примеры подходящих гидравлических цементов включают, но не ограничены этим, портландцементы классов А, В, С, G и Н согласно спецификации Американского Института Нефти (American Petroleum Institute (API)) на материалы и методы испытаний цементов для скважин; пуццолановые цементы, гипсовые цементы, фосфатные цементы, цементы с высоким содержанием глинозема, шлаковые цементы, цементную пыль, кремнеземные цементы, высокощелочные цементы и комбинации, содержащие по меньшей мере один из перечисленных цементов. Примеры подходящих жидкостей для применения в цементной композиции включают, но не ограничены этим, свежую воду, пластовую воду, морскую воду, солевые растворы и комбинации, содержащие по меньшей мере одну из перечисленных жидкостей.
Если специалист сочтет целесообразным, к цементной композиции можно добавлять дополнительные добавки для улучшения или изменения свойств цемента. Примеры таких добавок включают, но не ограничены этим, ингибиторы схватывания, добавки для контроля потери жидкости, диспергенты, ускорители схватывания и агенты для обработки пласта. Другие добавки, такие как бентонит и тонкая кремнеземная пыль, можно вводить в цементную композицию для предотвращения осаждения частиц цемента в нижнюю часть жидкости. Также в цементную композицию можно вводить соль, такую как хлорид натрия или хлорид калия.
Описанные пеногасящие композиции можно включать в различные текучие конечные материалы для снижения количества захваченного газа, присутствующего в этих материалах. Кроме цементных композиций, другие примеры таких конечных материалов включают, но не ограничены этим, различные жидкости для обработки ствола скважины, такие как буровые растворы, жидкости для воздействия на пласт, композиции для обработки отходов, композиции для обработки сточных вод, композиции для выщелачивания (например, для горной промышленности), бетон и строительные материалы, композиции для разделения нефти и/или газа. Различные компоненты таких композиций очевидны для специалистов в данной области.
Следующие примеры приведены только для иллюстративных целей и не предназначены для ограничения.
Примеры
Пример 1
3
В этом примере измеряли прочность на сжатие для цементных композиций с пеногасителем. Трибутилфосфат является обычным пеногасителем для цемента и был использован в качестве контроля для сравнения поведения пеногасящих композиций. Пеногасители описаны в таблице 1. Данные прочности на сжатие вплоть до 48 часов для цемента класса А согласно API с плотностью 1800 кг/м представлены в таблице 2. Испытание прочности на сжатие проводили на ультразвуковом анализаторе цемента СТЕ модели 2000-5 согласно API RP 10 В-2 (рекомендованный метод для испытаний скважинных цементов), работающем при давлении 4000 psi (примерно 27,58 МПа) и температуре 50°C. Результаты показывают, что цементы, содержащие пеногаситель, отвечают необходимым требованиям в отношении прочности на сжатие, и что пеногасящие композиции можно использовать для создания жизнеспособных и полезных цементных смесей. Минимальным требованием для цементирования скважин является прочность на сжатие 3,5 МПа через 48 часов.
Пример 2
3
В этом примере изучали влияние пеногасящей композиции на реологию смесей цемента класса А согласно API с плотностью 1800 кг/м с использованием вискозиметра Fann 35А при температуре 25 и 50°C. Цементный раствор получали путем смешивания сухого цемента и водопроводной воды в смесителе Waring согласно API RP 10 В-2 и оставляли на 20 минут для созревания с использованием атмосферного консистометра Chandler Engineering модели 1200 при указанных температурах. Данные реологии представлены в таблице 3. Было обнаружено, что пеногасящая композиция оказывала минимальное влияние или не оказывала влияния на реологическое поведение цементных растворов.
3
Таблица 3: Реологическое поведение смесей цемента класса А согласно API с плотностью 1800 кг/м
Пример 3
3
В этом примере изучали пеногасящие характеристики различных композиций диэфиров полиоксиэтилена (ЕО) в цементных растворах из цемента класса А согласно API с проектной плотностью 1650 кг/м, содержащих 1 масс.% лигносульфоната натрия от массы цемента (BWOC) и 20 масс.% водного хлорида натрия. Диэфиры были получены с использованием олеиновой кислоты (обозначены DO). Лигносульфонаты обычно используются для приготовления цементных растворов в качестве диспергирующих агентов. Плотность измеряли немедленно после приготовления цементного раствора (с использованием метода API RP 10 В-2) с использованием градуированного цилиндра и навески цементного раствора. Данные графически представлены на фиг. 1. Было обнаружено, что все испытанные пеногасящие композиции в концентрациях от 0,01 до 0,10 масс.% от массы цемента являются эффективными для снижения захвата воздуха.
Пример 4
3
В этом примере изучали пеногасящие характеристики различных композиций диэфиров полиоксипропилена (РО) в цементных растворах из цемента класса А согласно API с проектной плотностью 1650 кг/м, содержащих 1 масс.% лигносульфоната натрия от массы цемента (BWOC) и 20 масс.% водного хлорида натрия. Диэфиры были получены с использованием олеиновой кислоты.
Лигносульфонаты обычно используются для приготовления цементных растворов и вообще известны в качестве диспергирующих агентов для цемента. Плотность измеряли немедленно после приготовления цементных растворов (с использованием метода API RP 10 В-2) с использованием градуированного цилиндра и навески цементного раствора. Данные графически представлены на фиг. 2. Было обнаружено, что все испытанные пеногасящие композиции в концентрациях от 0,05 до 0,20 масс.% от массы цемента являются эффективными для снижения захвата воздуха.
Пример 5
3
3
3
Многие добавки к цементам, включая поверхностно-активные агенты, такие как диспергенты, могут вызывать пенообразование в цементных растворах в процессе смешивания. В этом примере изучали поведение различных пеногасящих композиций в высоковспененной системе, содержащей лигносульфонат натрия (1 масс.% от массы цемента), хлорид натрия (20% от массы воды) и цемент класса А согласно API, с проектной плотностью 1650 кг/м. Данные графически представлены на фиг. 3, а пеногасящие композиции описаны в таблице 4. Как показано на фиг. 3, при отсутствии пеногасителя захват воздуха приводит к тому, что плотность цементного раствора (1039 кг/м) становится существенно меньше, чем проектная плотность 1650 кг/м. В отличие от этого все пеногасящие композиции (добавленные в количестве 0,10 масс.% от массы цемента) были эффективны против пенообразования или для уменьшения пенообразования в такой системе.
Пример 6
В этом примере изучали влияние добавления 0,1% пеногасящей композиции от массы цемента (BWOC) на свойства цементной композиции, содержащей 1 масс.% лигносульфоната натрия от массы цемента и 20 масс.% водного хлорида натрия. Плотность цементного раствора измеряли немедленно после смешивания сухого цемента с соленой водой и диспергентом. Данные графически представлены на фиг. 4, а пеногасящие композиции описаны в таблице 5. Как показано на фиг.4, было обнаружено, что композиции, содержащие как диэфиры ЕО-полимеров, так и диэфиры ЕО/РО сополимеров, являются эффективными пеногасителями на основании близости значений измеренной плотности и проектной плотности.