JP6410816B2 - 弾性ラテックスポリマーを含むセメント - Google Patents
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Description
添付の図面は、本開示の現在の好ましい実施形態にかかる実施例の説明を補助するために明細書に包含される。
一般的解釈
本明細書で使用される単語または用語は、本開示において明示的に及び明確に定義される場合を除いては、あるいは具体的な文脈で異なる意味に解釈すべき必要がない限り、本開示の分野での単純な、通常の意味を有する。
坑井からの産出との関係において、「石油」及び「ガス」はそれぞれ原油及び天然ガスをいうことが理解される。石油及びガスは特定の地下層中で天然に存在する炭化水素である。
貯留層から石油またはガスを産出するために、地下層に坑井孔が掘削される。これは貯留層であっても貯留層に隣接していてもよい。典型的には、坑井の坑井孔は、炭化水素含有層に到達させるために、地面に数百〜数千フィート掘削されなければならない。
「坑井」は、坑口と、坑口から地面に貫入する少なくとも1つの坑井孔とを含む。「坑井口」は坑井孔の表面端であり、この表面は陸地にあっても海底にあってもよい。
本明細書において、「相」は、異なる化学組成または異なる物理的状態を有する物質の隣接相と区別できる、ある化学組成及び物理的状態を有する物質のことをいうために使用される。
粒子及び微粒子
本明細書においては、文脈において別に解釈すべき場合を除き、「ポリマー」または「ポリマー材料」にはホモポリマー、コポリマー、ターポリマー等が含まれる。また、本明細書において、用語「コポリマー」は、2種のモノマー単位を有するポリマーの組み合わせに限定されず、モノマー単位の任意の組み合わせ(例えばターポリマーやテトラポリマーなど)も含まれる。
分散物は、1つの化学組成及び物理的状態の物質の粒子が、異なる化学組成または物理的状態のもう1つの物質の中に分散されている系である。また、相は入れ子状であってもよい。物質が2つ以上の相を有する場合、異なる内部相の数または入れ子状の相の数に関わらず、最も外部にある相が物質全体としての連続相とみなされる。
流体は均一であっても不均一であってもよい。一般に、流体はそれが入っている容器の形に従って流れ、形を変える性質を持つ、約1マイクロメートル未満の粒子の連続相であるか、または、該連続相を有する、非晶質の物質である。
別段の規定がある場合あるいは文脈上明確に他の意味に解釈すべき場合を除き、いずれの比率またはパーセンテージも重量基準を意味する。
セメンチング及び水硬性セメント組成物
単語の最も一般的な意味では、「セメント」は、バインダー、すなわち凝結して他の材料を一体化することができる物質である。本明細書において、「セメント」は、水と混合されると凝結が始まり、固まってコンクリート材になる無機セメントのことをいう。
一般的な添加剤はシリカ(二酸化ケイ素)である。シリカは通常凝結セメントの強度安定剤として添加される。SSA−1TM試剤(シリカフラワーとも呼ばれる)は、高温条件下で油井セメントが低浸透率及び高圧縮強度を維持することを助ける、粉末状の砂である。SSA−1TM試剤は、静温が230°Fを超える坑井のセメンチングにおける使用が推奨される。この温度より上では、ほとんどのセメント組成物は初期凝結後に十分な圧縮強度を示すものの、連続的に高温にさらされると急速に強度を失うであろう。SSA−1TM試剤は、高温でセメントと化学的に反応することによって、この問題を回避する助けをする。SSA−1TM試剤は、耐火型セメントとの併用で、熱回収坑井で広く使用されてきた。SSA−1TM試剤は採掘され、次の2つの形態で行われる:(a)標準重量のセメント濃度で最大の反応性にするための、マイナス200メッシュ粉末、(b)より重い重量及び最大の反応性が必要とされる高密度セメント用に選択された粒度設計、に加工される。
セメント組成物を配置する際、地下層または坑井の中に導入する際中、及びセメント組成物がセメントで固める地下層または坑井の部分に配置されるまで、セメント組成物がポンプ移送可能なままでいることが必要とされる。セメント組成物が坑井のセメントで固めるべき部分に到達した後、セメント組成物は最終的に凝結する。ポンプ移送中に早く増粘し過ぎるセメント組成物はポンプ装置やブロックチュービング若しくはパイプにダメージを与える場合があり、また凝結が遅すぎるセメント組成物はセメント組成物が凝結するのを待つ間の時間と費用がかかる場合がある。
本明細書において、用語「凝結」は硬化によって固体になり硬くなる過程を意味する。
本明細書において、何れかの試験(例えばシックニングタイムまたは圧縮強度)が凝結組成物、セメント組成物などの混合工程を必要とする場合、混合工程は次のようにANSI/API推奨基準10B−2に従って行われる。乾燥微粒子状物質である成分の何れかを予めブレンドしておく。液体を混合容器に入れ、その後容器をミキサー台に置く。例えばミキサーはLightning Mixerとすることができる。台のモーターの電源を入れ、約4,000回転毎分(rpm)に維持する。予めブレンドした乾燥成分を、15秒(s)以内に一定の速度で容器に添加する。全ての乾燥成分を容器中の液体成分に添加した後、容器に蓋をし、組成物を12,000rpm(+/−500rpm)で35秒(+/−1秒)混合する。組成物は標準実験室条件下(約77°F、約1大気圧)で混合されることが理解されるべきである。
坑井の中の望ましい場所に配置するまでセメントをポンプ移送可能なスラリー状態に維持することは重要である。この目的のため、セメントスラリー中に凝結遅延剤を使用することができる。これは、凝結の進行を遅らせ、セメントスラリーを配置するための十分なポンプ移送時間を与える。代わりに、またはこれに加えて、凝結促進剤を使用することができる。これは凝結の進行を早める。遅延剤または促進剤の使用は、シックニングタイムまたはセメント組成物の凝結の制御を助けるために使用することができる。
本開示の別の実施形態によれば、坑井の処理方法が提供され、該方法は、本開示にかかる水硬性セメント組成物を形成する(スラリーとして)工程と、坑井中に該組成物を導入する工程とを含む。
流体の形成
坑井の中へ流体を移送する工程は、多くの場合、流体を形成した後比較的短期間、例えば30分から1時間未満のうちに行われる。より好ましくは、流体を移送する工程は、流体形成工程後すぐであり、これは「オンザフライ」である。
様々な実施形態では、導入工程は処理層の破壊圧力未満の速度及び圧力である。
坑井または層にセメント組成物を導入する工程の後、セメント組成物の凝結のための時間が与えられる。これは、好ましくは地下流体の層の条件下で経時的に生じる。
好ましくは、本開示にかかる流体のこのような使用の後の、坑井または特定の層から炭化水素を産出する工程が、望ましい目的である。
SBDIラテックスを含む実施例では、スチレン−ブチルアクリレート−ジビニルベンゼン−2−イソプロペニルオキサゾリンラテックスは以下の特性を有していた。外観は乳白色エマルションであり、固体含量は39.8%であり、比重は1.05であり、pHは8.2であり、ガラス転移温度は−58°F(−50℃)であった。
表1にまとめられているように、スチレンブタジエンラテックスまたはSBDIラテックスと、他の添加剤とを含む、密度約16.8ppg(2.01kg/l)の水硬性セメントスラリーA〜Eを調製した。スチレン−ブタジエンラテックスを含有する水硬性セメントスラリーは、SBDIラテックスを含むスラリーとの比較のために調製した。
表 1. 密度 16.8 ppg (2.01kg/l)のスラリー設計
表2. 密度 16.8 ppg (2.01kg/l)のスラリーの組成物
セメントスラリーのレオロジーが測定された。FANNTM35型が流体のレオロジー特性を測定するために使用される標準的な装置である。測定は、API 10B−2/ISO10426−2のとおりに行われた。この粘度計はクエット構造を有する回転粘度計である。
表 3. スラリーのレオロジー及び流体損失
沈降試験は次のように行った。確実に漏れを防止するために、また試験管にダメージを与えることなく凝結セメントを凝結後に取り出すことができるように、沈降試験管の内側及び全てのジョイントに薄くグリースを塗った。管はセメントに対して不活性であり、試験中に変形しない。試料スラリーを沈降管に流し込んだ。管を、蓋をしてオートクレーブセルの中に置き、その後3,000psi(20,700kPa)の圧力を加えた。スラリーを試験温度で24時間硬化させた。硬化後、オートクレーブチャンバーを約120°F(49℃)まで冷却し、その後圧力を逃がした。セルから管を取り出し、水浴に入れることによって80°F(27℃)まで冷却した。凝結セメントを管から取り出し、上部、中間部、下部に印をつけた。セメントを各部分同じ大きさで3片にスライスした。各部分の重量を空気中及び水中で測定した。アルキメデスの原理を用いることによって、各部分の相対密度を計算した。
表 4. 220 °F (104°C)での沈降試験
スチレン−ブタジエンラテックスまたはSBDIラテックスを含有するセメントスラリーのシックニングタイムは、180°F(82℃)、10,500psi(72,400kPa)で測定した。
表 5. 試料の圧縮強度及び破壊強度
*3測定の平均値
凝結セメント試料の機械特性を、伸び計を備えた油圧プレス(万能試験機)を用いて測定した。軸方向ひずみ及び径方向ひずみの両方について、内臓のソフトウェアから応力−ひずみデータを得た。ヤング率は軸応力−軸ひずみ曲線の直線部の傾きである。
表 6. 試料のヤング率
以上から、本開示は、言及した目的及び利点、並びにこれらに内在する目的及び利点を得るのに非常に適している。
本発明の好ましい態様は、下記の通りである。
〔1〕
(i)水硬性セメントと、
(ii)オキサゾリン基を有する少なくとも1種のモノマーを含むポリマーと、
を含有する組成物。
〔2〕前記ポリマーが少なくとも1種のモノ−ビニルモノマーと少なくとも1種のジ−ビニルモノマーとを含む、前記〔1〕に記載の組成物。
〔3〕前記モノ−ビニルモノマーが、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、スチレン、アクリロニトリル、アルキルビニルエーテル、及びアルコキシビニルエーテルからなる群から選択される、前記〔2〕に記載の組成物。
〔4〕前記ジ−ビニルモノマーが、アルカンジオールジアクリレート、アルカンジオールジメタクリレート、アルケングリコールジアクリレート、アルケングリコールジメタクリレート、アルカンジオールジビニルエーテル、アルケングリコールジビニルエーテル、ジビニルベンゼン、アリルメタクリレート、及びアリルアクリレートからなる群から選択される、前記〔2〕に記載の組成物。
〔5〕前記ポリマーがスチレン、アクリル酸ブチル、ジビニルベンゼン、及び2−イソプロペニル−2−オキサゾリンのモノマーを含む、前記〔1〕に記載の組成物。
〔6〕前記ポリマー中の前記モノマーのモル比が、スチレン約10%〜約35%、アクリル酸ブチル約25%〜約60%、ジビニルベンゼン約2%〜約15%、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン約10〜約40%の範囲である、前記〔5〕に記載の組成物。
〔7〕前記ポリマーがラテックスの形態である、前記〔1〕に記載の組成物。
〔8〕前記水硬性セメントがポルトランドセメントを含む、前記〔1〕に記載の組成物。
〔9〕前記水硬性セメント組成物が水を含み、スラリーの形態である、前記〔4〕に記載の組成物。
〔10〕シリカ微粒子、遅延剤、分散剤、無機塩、安定剤、消泡剤、フライアッシュ、及び加重剤からなる群から選択される1つ以上の添加剤を更に含有する、前記〔1〕〜〔9〕のいずれか1項に記載の水硬性セメント組成物。
〔11〕
(A)(i)水硬性セメントと、
(ii)オキサゾリン基を有する少なくとも1種のモノマーを含むポリマーと、
(iii)水と、
を含有する水硬性セメント組成物を形成すること、及び、
(B)坑井中に前記水硬性セメント組成物を導入すること、
を含む、坑井中のセメンチング方法。
〔12〕前記ポリマーが少なくとも1種のモノ−ビニルモノマーと少なくとも1種のジ−ビニルモノマーとを含む、前記〔11〕に記載の方法。
〔13〕前記モノ−ビニルモノマーが、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、スチレン、アクリロニトリル、アルキルビニルエーテル、及びアルコキシビニルエーテルからなる群から選択される、前記〔12〕に記載の方法。
〔14〕前記ジ−ビニルモノマーが、アルカンジオールジアクリレート、アルカンジオールジメタクリレート、アルケングリコールジアクリレート、アルケングリコールジメタクリレート、アルカンジオールジビニルエーテル、アルケングリコールジビニルエーテル、ジビニルベンゼン、アリルメタクリレート、及びアリルアクリレートからなる群から選択される、前記〔12〕に記載の方法。
〔15〕前記ポリマーがスチレン、アクリル酸ブチル、ジビニルベンゼン、及び2−イソプロペニル−2−オキサゾリンのモノマーを含む、前記〔11〕に記載の方法。
〔16〕前記ポリマー中の前記モノマーのモル比が、スチレン約10%〜約35%、アクリル酸ブチル約25%〜約60%、ジビニルベンゼン約2%〜約15%、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン約10〜約40%の範囲である、前記〔15〕に記載の方法。
〔17〕前記ポリマーがラテックスの形態である、前記〔11〕に記載の方法。
〔18〕前記水硬性セメントがポルトランドセメントを含む、前記〔11〕に記載の方法。
〔19〕前記水硬性セメント組成物が水を含み、スラリーの形態である、前記〔11〕に記載の方法。
〔20〕前記水硬性セメント組成物が、シリカ微粒子、遅延剤、分散剤、無機塩、安定剤、消泡剤、フライアッシュ、及び加重剤からなる群から選択される1つ以上の添加剤を更に含有する、前記〔11〕〜〔19〕のいずれか1項に記載の方法。
Claims (12)
- (i)水硬性セメントと、
(ii)スチレン、アクリル酸ブチル、ジビニルベンゼン、及び2−イソプロペニル−2−オキサゾリンのモノマーを含むポリマーと、
を含有する組成物。 - 前記ポリマー中の前記モノマーのモル比が、スチレン10%〜35%、アクリル酸ブチル25%〜60%、ジビニルベンゼン2%〜15%、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン10〜40%の範囲である、請求項1に記載の組成物。
- 前記ポリマーがラテックスの形態である、請求項1に記載の組成物。
- 前記水硬性セメントがポルトランドセメントを含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記組成物が水を含み、スラリーの形態である、請求項1に記載の組成物。
- シリカ微粒子、遅延剤、分散剤、無機塩、安定剤、消泡剤、フライアッシュ、及び加重剤からなる群から選択される1つ以上の添加剤を更に含有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成物。
- (A)(i)水硬性セメントと、
(ii)スチレン、アクリル酸ブチル、ジビニルベンゼン、及び2−イソプロペニル−2−オキサゾリンのモノマーを含むポリマーと、
(iii)水と、
を含有する水硬性セメント組成物を形成すること、及び、
(B)坑井中に前記水硬性セメント組成物を導入すること、
を含む、坑井中のセメンチング方法。 - 前記ポリマー中の前記モノマーのモル比が、スチレン10%〜35%、アクリル酸ブチル25%〜60%、ジビニルベンゼン2%〜15%、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン10〜40%の範囲である、請求項7に記載の方法。
- 前記ポリマーがラテックスの形態である、請求項7に記載の方法。
- 前記水硬性セメントがポルトランドセメントを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記水硬性セメント組成物が水を含み、スラリーの形態である、請求項7に記載の方法。
- 前記水硬性セメント組成物が、シリカ微粒子、遅延剤、分散剤、無機塩、安定剤、消泡剤、フライアッシュ、及び加重剤からなる群から選択される1つ以上の添加剤を更に含有する、請求項7〜11のいずれか1項に記載の方法。
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