一种方法，该方法包括：制备包含水泥、水、和一种或多种添加剂的基础水泥浆料，将基础水泥浆料的样品放入具有垂直高度的样品容器，然后在沿着垂直高度的一个或多个位置测量能量通过样品的飞行时间，以测定基础水泥浆料的沉降性能。一种方法，该方法包括：提供沉降试验装置，该装置包括具有垂直高度的柱和至少一对转换器，其中转换器彼此相对放置并且柱位于其间；将水泥浆料样品放入柱内；然后在沿着垂直高度的一个或多个位置测量超声波能量通过样品的飞行时间，以测定水泥浆料的沉降性能。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及固井(井注水泥,well cementing)。更具体地,本专利技术涉及用于设计水泥组合物的方法以及其中所使用的装置。
技术介绍
区域隔离是指隔离地下地层(subterranean formation)或区域(其作为自然资源如气、油、或水的来源)与其它地下地层。为了实现地下地层的隔离，通过向下钻井筒到地下地层，冋时通过井筒循环钻井液。在钻进结束以后，在井筒中移动管柱，例如，套管。接着，通常进行初次固井(初次注水泥)，借此将水泥浆置于环形缝中并允许凝固成硬凝结物，从而将管柱连接于井筒的壁并密封环形缝。还可以进行随后的二次固井操作如挤压固井(挤 压注水泥)。通常，用于油田应用的水泥浆设计涉及优化水泥浆密度、流变性能、泵送时间、流体损失、沉降、强度发展时间、气体迁移(在放置期间)，和机械性能如抗压强度、拉伸强度、泊松比、杨氏模量等，用于长期区域隔离。可以通过包括具有不同密度的各种添加剂来改进这些机械性能。对包括上述添加剂的一个挑战是添加剂的密度变化对水泥浆的均匀性的影响。添加剂的不同密度可以导致在水泥浆中的非均匀密度分布。例如，较高密度添加剂可以倾向于沉降到水泥浆的下部而较低密度添加剂倾向于上升到或保留在上部。测定沉降的常规方法是用凝固水泥进行。然而，这样的程序需要时间，因为在沉降测量以前必须固化和凝固水泥，其可以需要长达14天。因此，可取的是开发用于测定沉降的改进的方法。另外可取的是开发用于设计适用于地下地层的长期区域隔离的水泥组合物的方法。
技术实现思路
本文披露了一种方法，该方法包括制备基础水泥浆料，该基础水泥浆料包含水泥、水、和一种或多种添加剂；将基础水泥浆料的样品放入具有垂直高度的样品容器；以及在沿着垂直高度的一个或多个位置测量超声波能量通过样品的飞行时间以测定基础水泥浆料的沉降性能。本文还披露了一种方法，该方法包括提供沉降试验装置，该沉降试验装置包括具有垂直高度的柱和彼此相对放置并且柱位于其间的至少一对超声波转换器；将水泥浆料样品放置在柱内；以及在沿着垂直高度的一个或多个位置测量超声波能量通过样品的飞行时间以测定水泥浆料的沉降性能。附图说明为了更完整地了解本专利技术和其优点，现参照以下简要描述，并连同附图和详细描述。图I是说明设计水泥组合物的方法的流程图。图2是沉降试验装置的示意图。图3说明适用于实施本专利技术的若干实施方式的计算机系统。图4是流程图，其说明利用图2所示的沉降试验装置来测试水泥组合物的沉降的方法。具体实施例方式在附图和其后的描述中，在整个说明书和附图中，通常分别用相同的标记数字来标记相同部分。附图不一定是按比例的。可以以放大尺度或以在某种程度上示意图的形式来示出本专利技术的某些特征，并且为了清晰和简洁可以不示出常规元件的一些细节。应当明了，本文中提及测定水泥组合物的机械性能是指测定凝固水泥组合物的性 能。在本文中，“优化范围”是指特定参数可以呈现的可接受值的范围。如所指示的，“优化范围”可以是参数的数值的特定范围或可以是相对于基础水泥组合物(BCC)的数值。在数值是相对于BCC(例如，由水泥、水、和可选的一种或多种添加剂构成的水泥浆料)的情况下，应当理解，所讨论的参数是按照称作ASTM的方法针对BCC所测得。参照图1，图I示出流程图，其说明设计适用于对地下地层固井(注水泥)的水泥组合物的方法100。应当明了地下地层(subterranean formations)”包括在外露土以下的区域和在被水(如海洋或淡水)覆盖的地球表面以下的区域。在方框105处，方法100以待引入水泥组合物的地下地层的评估开始。评估可以开始于检索供实验室分析的地层(formation)和储层的样品。尤其是，对于井筒，方法100可以开始于收集用来产生钻井日志(测井)的信息。这样的信息通常包括由井筒穿过的地球地层的特征，和自然资源的地下储层的位置。测井(well logging)是一种技术，用于向地层评估专业人员或钻探者提供关于待钻探的特定地球地层的信息。可以通过若干方法进行收集关于井下条件的信息，其通常被称为〃测井(logging)。可以通过例如电磁、声学、核、或电机方式并借助于井筒测井工具，如随钻测井(LWD)和有线工具，来获得许多地层性能的原位测量结果。这些测井工具使得能够原位测定多种性能如岩石地层的孔隙度、渗透率、和岩性特征；在感兴趣的区带中的储层压力和温度；鉴定存在的流体；以及许多其它参数。借助于本专利技术披露的内容，用于评估地下地层和获得为配制水泥组合物所必要的信息的方法是本领域技术人员已知的。方法100进行到方框110，此处配制基础水泥组合物(BCC)。可以配制BCC以赋予一组所期望的性能，其是通过评估地下地层加以确定(如先前在方框105中所描述的)。可以配制这样的BCC :作用为支撑在井筒中的套管、隔离地下地层、或两者，并且将既不超过地层的破裂梯度(fracture gradient)也不允许地层流体的流入(在固井阶段期间)。在一种实施方式中，BCC包含水泥、水、和一种或多种添加剂。水泥可以是水硬水泥(hydraulic cement),其包括I丐、招、娃、氧、和/或硫,并通过和水的反应进行凝固和硬化。水硬水泥的实例包括但不限于卜特兰水泥(例如，等级A、C、G、和H卜特兰水泥)、火山灰水泥、石膏水泥、磷酸盐水泥、高氧化铝含量的水泥、硅石水泥、高碱度水泥、或它们的混合物。BCC可以包括足量的水以形成可泵送的水泥浆料。水可以是淡水或咸水，例如，不饱和盐水溶液或饱和盐水溶液如盐水或海水。水的存在量可以是水泥的约20至约180重量百分比(wt. %)，可替换地约20至约IOOwt. %，可替换地约28至约60wt. %。BCC可以进一步包含一种或多种添加剂，其被选用以赋予如通过评估地下地层(如先前在方框105中所描述的)所需要的一组基本性能。添加剂的实例包括但不限于密度增加添加剂如增重剂，密度降低添加剂如玻璃珠，发泡和扩张添加剂如气体，悬浮助剂，消泡剂等。通过本领域技术人员已知的技术并借助于本专利技术披露的内容，可以配制BCC以赋予如通过评估地下地层所需要的一组基本性能。在配制满足如通过评估地下地层所需要的一组基本性能的BCC以后，方法100进行到方框115，此处通过混合水泥、水、和添加剂来制备BCC(即，水泥浆料)。在制备水泥浆料以后，方法100进行到方框120，此处测定浆料的密度和粘度。例如，浆料可以具有约41b/加仑至约221b/加仑的密度， 可替换地约81b/加仑至约201b/加仑，可替换地约121b/加仑至约181b/加仑。衆料可以具有约I伯登稠度单位(Bearden unit of Consistency) (Be)至约IOOBc的粘度，可替换地约5Bc至约60Bc，可替换地约IOBc至约40Bc。在一种实施方式中，浆料的泵送时间的度量是为达到约70Bc所需要的时间。然后将浆料样品放入沉降试验装置。以后本文将描述沉降试验装置(例如，如图2所示)以及其使用方法(例如，如图4所示)。在方框125处，在浆料凝固以前通过利用沉降试验装置来测定水泥浆料的沉降性能。换句话说，利用沉降试验装置和方法(如本文以后描述的)对未凝固BCC进行沉降测试以测定它的沉降性能。然后方法100进行到方框130并且该B本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.10.09 US 12/576,8931.一种方法，包括 制备基础水泥浆料,所述基础水泥浆料包含水泥、水、和一种或多种添加剂； 将所述基础水泥浆料的样品放入具有垂直高度的样品容器；以及 在沿着所述垂直高度的一个或多个位置测量能量通过所述样品的飞行时间，以测定所述基础水泥浆料的沉降性能。2.根据权利要求I所述的方法，其中，测量能量的飞行时间进一步包括 在第一时间测量第一飞行时间； 在以后的第二时间测量第二飞行时间；以及 比较所述第一飞行时间和所述第二飞行时间， 其中在第一飞行时间和所述第二飞行时间之间的差异表明在所述浆料中的沉降。3.根据权利要求I或2所述的方法，其中，在沿着所述样品容器的所述垂直高度的多个垂直分隔开的位置测量所述飞行时间。4.根据权利要求3所述的方法，其中，在沿着所述样品容器的所述垂直高度的所述垂直分隔开的多个位置同时测量所述飞行时间。5.根据权利要求2、3或4所述的方法，其中，在多个时间和在沿着所述样品容器的所述垂直高度的垂直分隔开的多个位置测量所述飞行时间。6.根据权利要求3、4或5所述的方法，其中，在所述多个垂直分隔开的位置测得的飞行时间之间的差异表明在所述浆料中的沉降。7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，在所述多个时间、所述多个垂直分隔开的位置、或两者测得的飞行时间之间的差异表明在所述浆料中的沉降。8.根据权利要求I至7中任一项所述的方法，进一步包括将基础水泥组合物的沉降性能与参比沉降值比较。9.根据权利要求8所述的方法，其中，通过关联水泥浆料的飞行时间测量值和在所述浆料凝固以后在相应的测量位置获得的另外的沉降测量值来测定所述参比值。10.根据权利要求8或9所述的方法，进一步包括，在所述基础水泥组合物并不符合所述参比沉降值的情况下，基于所述沉降性能来调节所述基础水泥组合物，以产生经调节的基础水泥组合物。11.根据权利要求10所述的方法，其中，调节所述基础水泥组合物包括改变所述组合物的密度、在所述组合物中一种或多种添加剂的表面积、在所述组合物中一种或多种添加剂的选择、在所述组合物中一种或多种添加剂的量、所述组合物的流变性能、或它们的组口 o12.根据权利要求10或11所述的方法，进一步包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：本杰明·约翰·艾弗森，罗伯特·菲利普·达尔布，里克·布拉德肖，
申请(专利权)人：哈里伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：
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