[發明專利]用于設計水泥組合物的方法和裝置

有效

• 申請號: 201080055378.1
• 申請日: 2010-10-08
• 公開（公告）號: CN102648411A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 本杰明·約翰·艾弗森;羅伯特·菲利普·達爾布;里克·布拉德肖
• 申請（專利權）人: 哈里伯頓能源服務公司
• 主分類號: G01N33/38
• 分類號: G01N33/38;G01N29/024;G01N29/07;G01N29/22
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 張英;劉書芝

技術領域

本發明一般地涉及固井（井注水泥，well?cementing）。更具體地，本發明涉及用于設計水泥組合物的方法以及其中所使用的裝置。

背景技術

區域隔離是指隔離地下地層（subterranean?formation）或區域（其作為自然資源如氣、油、或水的來源）與其它地下地層。為了實現地下地層的隔離，通過向下鉆井筒到地下地層，同時通過井筒循環鉆井液。在鉆進結束以后，在井筒中移動管柱，例如，套管。接著，通常進行初次固井（初次注水泥），借此將水泥漿置于環形縫中并允許凝固成硬凝結物，從而將管柱連接于井筒的壁并密封環形縫。還可以進行隨后的二次固井操作如擠壓固井（擠壓注水泥）。

通常，用于油田應用的水泥漿設計涉及優化水泥漿密度、流變性能、泵送時間、流體損失、沉降、強度發展時間、氣體遷移（在放置期間），和機械性能如抗壓強度、拉伸強度、泊松比、楊氏模量等，用于長期區域隔離。可以通過包括具有不同密度的各種添加劑來改進這些機械性能。對包括上述添加劑的一個挑戰是添加劑的密度變化對水泥漿的均勻性的影響。添加劑的不同密度可以導致在水泥漿中的非均勻密度分布。例如，較高密度添加劑可以傾向于沉降到水泥漿的下部而較低密度添加劑傾向于上升到或保留在上部。

測定沉降的常規方法是用凝固水泥進行。然而，這樣的程序需要時間，因為在沉降測量以前必須固化和凝固水泥，其可以需要長達14天。因此，可取的是開發用于測定沉降的改進的方法。另外可取的是開發用于設計適用于地下地層的長期區域隔離的水泥組合物的方法。

發明內容

本文披露了一種方法，該方法包括：制備基礎水泥漿料，該基礎水泥漿料包含水泥、水、和一種或多種添加劑；將基礎水泥漿料的樣品放入具有垂直高度的樣品容器；以及在沿著垂直高度的一個或多個位置測量超聲波能量通過樣品的飛行時間以測定基礎水泥漿料的沉降性能。

本文還披露了一種方法，該方法包括：提供沉降試驗裝置，該沉降試驗裝置包括具有垂直高度的柱和彼此相對放置并且柱位于其間的至少一對超聲波轉換器；將水泥漿料樣品放置在柱內；以及在沿著垂直高度的一個或多個位置測量超聲波能量通過樣品的飛行時間以測定水泥漿料的沉降性能。

附圖說明

為了更完整地了解本發明和其優點，現參照以下簡要描述，并連同附圖和詳細描述。

圖1是說明設計水泥組合物的方法的流程圖。

圖2是沉降試驗裝置的示意圖。

圖3說明適用于實施本發明的若干實施方式的計算機系統。

圖4是流程圖，其說明利用圖2所示的沉降試驗裝置來測試水泥組合物的沉降的方法。

具體實施方式

在附圖和其后的描述中，在整個說明書和附圖中，通常分別用相同的標記數字來標記相同部分。附圖不一定是按比例的。可以以放大尺度或以在某種程度上示意圖的形式來示出本發明的某些特征，并且為了清晰和簡潔可以不示出常規元件的一些細節。

應當明了，本文中提及測定水泥組合物的機械性能是指測定凝固水泥組合物的性能。在本文中，“優化范圍”是指特定參數可以呈現的可接受值的范圍。如所指示的，“優化范圍”可以是參數的數值的特定范圍或可以是相對于基礎水泥組合物(BCC)的數值。在數值是相對于BCC(例如，由水泥、水、和可選的一種或多種添加劑構成的水泥漿料)的情況下，應當理解，所討論的參數是按照稱作ASTM的方法針對BCC所測得。

參照圖1，圖1示出流程圖，其說明設計適用于對地下地層固井（注水泥）的水泥組合物的方法100。應當明了，“地下地層（subterranean?formations）”包括在外露土以下的區域和在被水（如海洋或淡水）覆蓋的地球表面以下的區域。