ЦЕМЕНТИРУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ ЦЕМЕНТНУЮ ПЫЛЬ, СТЕКЛОВИДНЫЙ ГЛИНИСТЫЙ СЛАНЕЦ, ЦЕОЛИТ И/ИЛИ АМОРФНЫЙ КРЕМНЕЗЕМ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ЗАПОЛНЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ОБЪЕМА, И СВЯЗАННЫЕ СПОСОБЫ Российский патент 2011 года по МПК C04B7/12 C04B7/24 C04B7/36 C09K8/46 E21B33/13 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к цементировочным работам и, в особенности, к использованию цементирующих композиций, содержащих воду, цементную пыль («ЦП»), стекловидный глинистый сланец, цеолит и/или аморфный кремнезем, которые изготавливают путем использования заполнения относительного объема, и связанным способам использования.

Цементирующие композиции обычно используют в различных подземных операциях. Подземные применения, которые могут включать цементирующие композиции, включают, но без ограничения, первичное цементирование, корректирующее цементирование и операции бурения. Например, цементирующие композиции используются в операциях первичного цементирования посредством бурильных труб, так, например, обсадные трубы и лейнеры цементируют в скважинах. При первичном цементировании цементирующие композиции нагнетают в кольцеобразное пространство между стенами скважины и внешней поверхностью бурильной трубы, расположенной внутри. Цементирующую композицию можно поместить в кольцеобразное пространство, таким образом образуя кольцеобразную оболочку затвердевшего по существу непроницаемого цемента, который по существу поддерживает и помещает бурильную трубу в скважину и соединяет внешнюю поверхность бурильной трубы со стенками скважины. Цементные композиции также используются в операциях закупоривания и ликвидации скважины, так же как в операциях корректирующего цементирования, например закупоривание проницаемых зон или разломов в скважинах, закупоривание трещин и отверстий в бурильных трубах и т.п. Цементирующие композиции также могут использоваться в поверхностных применениях, например строительное цементирование.

Цементирующие композиции, используемые прежде, обычно включают портланд-цемент. Портланд-цемент, как правило, главный компонент стоимости цементирующих композиций. Для уменьшения стоимости таких цементирующих композиций другие твердые зернистые компоненты могут быть включены в цементирующую композицию в дополнение или вместо портланд-цемента. Получаемая комбинация множества твердых зернистых материалов в цементирующих композициях может привести к «эффекту осаждения», при котором зернистые материалы разного размера будут оседать при разных скоростях. Осаждение твердых частей в цементирующей композиции может привести к нарушению процессов цементирования и разрушению застывшего цемента, обеспечивающего зональную изоляцию. Таким образом, среди прочего, есть необходимость в улучшенной цементной композиции для тампонажного цемента, которая может быть использована без эффекта осаждения твердых частиц.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к цементировочным операциям и, в особенности, цементирующим композициям, содержащим воду, ЦП, стекловидный глинистый сланец, цеолит и/или аморфный кремнезем, которые изготавливают путем использования заполнения относительного объема, и связанным способам использования.

В одном воплощении настоящее изобретение обеспечивает композицию, содержащую воду и по меньшей мере 3 зернистых материала, выбранных из группы, состоящей из (а) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц в диапазоне от приблизительно 7 нанометров до приблизительно 50 нанометров; (b) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц в диапазоне от приблизительно 0,05 микрон до приблизительно 0,5 микрон; (с) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц в диапазоне от приблизительно 0,5 микрон до приблизительно 10 микрон; (d) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц в диапазоне от приблизительно 10 микрон до приблизительно 20 микрон; (е) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц в диапазоне от приблизительно 20 микрон до приблизительно 200 микрон; (f) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц в диапазоне от приблизительно 200 микрон до приблизительно 800 микрон; и (g) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц более чем приблизительно 1 миллиметр, где твердая фаза составляет в общей сложности по меньшей мере три зернистых материала, составляющих максимальное уплотнение относительного объема.

В одном воплощении настоящее изобретение обеспечивает способ, состоящий из получения негидратированной смеси по меньшей мере трех зернистых материалов, выбранных из группы, состоящей из (а) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц в диапазоне от приблизительно 7 нанометров до приблизительно 50 нанометров; (b) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц в диапазоне от приблизительно 0,05 микрон до приблизительно 0,5 микрон; (с) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц в диапазоне от приблизительно 0,5 микрон до приблизительно 10 микрон; (d) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц в диапазоне от приблизительно 10 микрон до приблизительно 20 микрон; (е) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц в диапазоне от приблизительно 20 микрон до приблизительно 200 микрон; (f) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц в диапазоне от приблизительно 200 микрон до приблизительно 800 микрон; и (g) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц более чем приблизительно 1 миллиметр, где твердая фаза составляет в общей сложности по меньшей мере три зернистых материала, составляющих максимальное уплотнение относительного объема, и добавления воды к негидратированной смеси для образования заданной композиции.

В одном воплощении настоящее изобретение обеспечивает способ, состоящий в получении цементирующей композиции, где цементирующая композиция содержит воду и по меньшей мере три зернистых материала, выбранных из группы, состоящей из (а) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющего размер частиц в диапазоне от приблизительно 7 нанометров до приблизительно 50 нанометров; (b) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц в диапазоне от приблизительно 0,05 микрон до приблизительно 0,5 микрон; (с) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц в диапазоне от приблизительно 0,5 микрон до приблизительно 10 микрон; (d) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц в диапазоне от приблизительно 10 микрон до приблизительно 20 микрон; (е) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц в диапазоне от приблизительно 20 микрон до приблизительно 200 микрон; (f) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц в диапазоне от приблизительно 200 микрон до приблизительно 800 микрон; и (g) цементной пыли, стекловидного глинистого сланца, цеолита или аморфного кремнезема, имеющих размер частиц более чем приблизительно 1 миллиметр, где твердая фаза составляет в общей сложности по меньшей мере три зернистых материала, составляющих максимальное заполнение относительного объема, и помещении цементирующей композиции в подземное образование.

Особенности и преимущества настоящего изобретения будут явными для специалиста в данной области техники.

Описание предпочтительных вариантов воплощений

Настоящее изобретение относится к цементировочным работам и, в особенности, к цементирующим композициям, содержащим воду, ЦП, стекловидный глинистый сланец, цеолит и/или аморфный кремнезем, которые изготавливают путем использования заполнения относительного объема, и связанным способам использования. Цементирующие композиции настоящего изобретения могут быть использованы в различных подземных операциях, включая первичное цементирование, корректирующее цементирование и операции бурения. Цементирующие композиции настоящего изобретения также могут использоваться в поверхностных применениях, например в строительном цементировании.

В некоторых воплощениях цементирующие композиции настоящего изобретения содержат воду, ЦП, стекловидный глинистый сланец, цеолит и/или аморфный кремнезем, которые используют для заполнения относительного объема. Необязательные добавки также могут быть включены в цементирующие композиции настоящего изобретения как желательные, включая, но без ограничения, гидравлический цемент, другие материалы, такие как кремнезем, гематит или другой оксид железа, гидроксид бария, карбонаты, глинозем и другие, а также органические продукты, такие как пластмассовые отходы и другие сходные отходы. Цементирующая композиция может, кроме того, включать добавки, замедляющие отверждение, добавки, ускоряющие отверждение, диспергирующие агенты, добавки для борьбы с водопоглащением, добавки, облегчающие вес, и т.п.

Цементирующие композиции настоящего изобретения следует использовать для заполнения относительного объема, подходящего для подобного применения, как требуется. Как здесь используется, термин «заполнение относительного объема» относится к объему твердых зернистых материалов в жидкости, деленному на общий объем жидкости. Диапазоны размеров предпочтительных твердых зернистых материалов выбирают так же, как и их соответствующие пропорции, для того, чтобы обеспечить максимальное (или близкое к возможному максимуму) заполнение относительного объема, так чтобы жидкость была в состоянии, имеющем пониженную способность к отверждению. Известно, что в таком состоянии твердые диспергированные материалы ведут себя “совместно” как пористый твердый материал. Считается, что состояние, имеющее пониженную способность к отверждению, соответствует на практике более высокой концентрации твердого материала в жидкости, чем описано в известном уровне техники.

Настоящее изобретение состоит из комбинации по меньшей мере трех отличительных признаков для получения максимального заполнения относительного объема. Один представляет собой использование по меньшей мере трех зернистых материалов, где по меньшей мере три зернистых материала находятся в диапазоне размеров, “разделенных” друг от друга. Другой отличительный признак настоящего изобретения представляет собой выбор пропорций трех зернистых материалов в зависимости от смешивания, так что жидкость при смешивании находится в состоянии, имеющем пониженную способность к отверждению. Другой отличительный признак представляет собой выбор пропорций трех зернистых материалов между собой и в соответствии с их относительными диапазонами размеров так, чтобы достичь в значительной степени максимального заполнения относительного объема в общей сумме всех зернистых материалов в жидкой системе. Заполнение относительного объема описано далее подробно в патенте Соединенных Штатов № 5518996, полное раскрытие которого включено в настоящее описание посредством ссылки.

Настоящее изобретение применяет использование по меньшей мере трех зернистых материалов, содержащих ЦП, стекловидный глинистый сланец, цеолит и/или аморфный кремнезем. Размеры этих материалов могут быть “ультрамелкие”, “очень мелкие”, “мелкие”, “маленькие”, “средние”, “крупные” и “очень крупные”. «Ультрамелкие» зернистые материалы могут быть представлены размером в диапазоне от приблизительно 7 нанометров до приблизительно 50 нанометров. “Очень мелкие” зернистые материалы могут быть представлены размером в диапазоне от приблизительно 0,05 микрон до приблизительно 0,5 микрон. “Мелкие” зернистые материалы могут быть представлены размером в диапазоне от приблизительно 0,5 микрон до приблизительно 10 микрон. “Маленькие” зернистые материалы могут быть представлены размером в диапазоне от приблизительно 10 микрон до приблизительно 20 микрон. “Средние” зернистые материалы могут быть представлены размером в диапазоне от приблизительно 20 микрон до приблизительно 200 микрон. “Крупные” зернистые материалы могут быть представлены размером в диапазоне от приблизительно 200 микрон до приблизительно 800 микрон. “Очень крупные” зернистые материалы могут быть представлены размером больше чем приблизительно 1 миллиметр. Специалисту в данной области техники понятно, что зернистый материал, выбранный в композиции, зависит от конечного использования. В любом случае пропорция зернистых материалов и относительные размеры и концентрации в данной композиции должны быть выбраны на основе максимального заполнения относительного объема, как раскрыто в настоящем описании.

В некоторых воплощениях цементирующие композиции настоящего изобретения могут содержать ЦП, отходы производства, полученные в процессе производства цемента. ЦП в том значении, как здесь используется, относится к частично кальцинированному сырью в обжиговой печи, которое извлечено из газового потока и собрано в пылеулавливателе в процессе производства цемента. Химический анализ ЦП разных цементных производств изменяется в зависимости от ряда факторов, включая конкретный материал, загружаемый в печь, эффективность операции производства цемента и связанную с ним систему пылеулавливателей. ЦП в большинстве случаев содержит различные оксиды, такие как SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, SO₃, Na₂O и K₂O. В некоторых воплощениях ЦП может быть представлена как мелкие зернистые материалы. В других воплощениях ЦП может быть представлена как маленькие зернистые материалы. В других воплощениях ЦП может быть представлена как средние зернистые материалы. В других воплощениях ЦП может быть представлена как крупные зернистые материалы. В определенных воплощениях ЦП может быть представлена в цементирующих композициях настоящего изобретения в количествах в диапазоне от приблизительно 25% до приблизительно 75% от веса вышеуказанной композиции («овк»).

В определенных воплощениях цементирующие композиции настоящего изобретения могут содержать стекловидный глинистый сланец в количестве, достаточном для обеспечения требуемой прочности при сжатии, плотности и/или стоимости. Подходит ряд глинистых сланцев, включая содержащие кремний, алюминий, кальций и/или магний. Подходящие примеры стекловидного глинистого сланца включают, но без ограничения, "PRESSUR-SEAL® FINE LCM" материал и "PRESSUR-SEAL® COAR SELCM" материал, которые коммерчески доступны от TXI Energy Services, Inc., Houston, Texas. В определенных воплощениях стекловидный глинистый сланец может быть представлен как крупные зернистые материалы. В других воплощениях стекловидный глинистый сланец может быть представлен как очень крупные зернистые материалы. В определенных воплощениях стекловидный глинистый сланец может быть представлен в цементирующих композициях настоящего изобретения в количествах в диапазоне от приблизительно 10% до приблизительно 30% овк. Средний специалист в данной области техники с помощью этого раскрытия предмета изобретения сможет определить соответствующее количество стекловидного глинистого сланца.

В определенных воплощениях цементирующие композиции настоящего изобретения могут содержать цеолит. Цеолит может быть использован в сочетании со стекловидным глинистым сланцем в некоторых воплощениях. В других воплощениях цеолит может быть альтернативой стекловидному глинистому сланцу. Выбор может быть обусловлен рядом факторов, таких как итоговая степень прочности при сжатии цемента, время для проявления цементирующей композицией прочности при сжатии и плотность композиции. Цеолиты в большинстве случаев представляют собой пористые алюминиево-кремниевые материалы, которые могут быть как натуральными, так и синтетическими. Синтетические цеолиты основаны на том же типе структурных ячеек, что и натуральные цеолиты, и могут содержать гидраты алюмосиликатов. Как здесь используется, термин «цеолит» относится ко всем натуральным и синтетическим формам цеолитов. В определенных воплощениях цеолит может быть представлен как мелкие зернистые материалы. В других воплощениях цеолит может быть представлен как маленькие зернистые материалы. В других воплощениях цеолит может быть представлен как средние зернистые материалы. В других воплощениях цеолит может быть представлен как крупные зернистые материалы. В определенных воплощениях цеолит может быть представлен в цементирующих композициях настоящего изобретения в количествах в диапазоне от приблизительно 10% до приблизительно 25% овк.

В определенных воплощениях подходящие цеолиты для использования в настоящем изобретении могут включать «анальцим» (который представляет собой гидрированный силикат натрия-алюминия), «бикитаит» (который представляет собой силикат лития-алюминия), "бревстерит" (который представляет собой гидрированный силикат стронция-бария-кальция-алюминия), "хабазит" (который представляет собой гидрированный силикат кальция-алюминия), "клиноптилолит" (который представляет собой гидрированный силикат натрия-алюминия), "фожазит" (который представляет собой гидрированный силикат натрия-калия-кальция-магния-алюминия), "гармотом" (который представляет собой гидрированный силикат бария-алюминия), "гейландит" (который представляет собой гидрированный силикат натрия-кальция-алюминия), "ломонтит" (который представляет собой гидрированный силикат кальция-алюминия), "мезолит" (который представляет собой гидрированный силикат натрия-кальция-алюминия), "натролит" (который представляет собой гидрированный силикат натрия-алюминия), "паулингит" (который представляет собой гидрированный силикат калия-натрия-кальция-бария-алюминия), "филлипсит" (который представляет собой гидрированный силикат калия-натрия-кальция-алюминия), "сколецит" (который представляет собой гидрированный силикат кальция-алюминия), "стеллерит" (который представляет собой гидрированный силикат кальция-алюминия), "стильбит" (который представляет собой гидрированный силикат натрия-кальция-алюминия), "томсонит" (который представляет собой гидрированный силикат натрия-кальция-алюминия) и их комбинации. В определенных воплощениях подходящие цеолиты для использования в настоящем изобретении включают хабазит и клиноптилолит. Пример подходящего источника цеолита доступен от C2C ZEOLITE Corporation of Calgary, Canada.

В определенных воплощениях цементирующие композиции настоящего изобретения могут содержать аморфный кремнезем. Аморфный кремнезем в большинстве случаев представляет собой побочный продукт процесса производства феррокремния, при котором аморфный кремнезем может образовываться путем окисления и конденсации газообразной закиси кремния, SiO, которая образуется как промежуточный продукт в процессе производства. Пример подходящего источника аморфного кремнезема представляет собой коммерчески доступный от Halliburton Energy Services, Inc., Duncan, Oklahoma, под торговой маркой "SILICALITE". В определенных воплощениях аморфный кремнезем может быть представлен как очень мелкие зернистые материалы. В определенных воплощениях аморфный кремнезем может быть представлен как мелкие зернистые материалы. В других воплощениях аморфный кремнезем может быть представлен как маленькие зернистые материалы. В других воплощениях аморфный кремнезем может быть представлен как средние зернистые материалы. В определенных воплощениях аморфный кремнезем может быть представлен в цементирующих композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 40% овк.

Вода, используемая в цементирующих композициях настоящего изобретения, может включать пресную воду, минерализованную воду (например, вода, содержащая одну или более соль, растворенную в ней), рассол (например, насыщенная минерализованная вода, получаемая из подземной формации), морскую воду или их комбинацию. В большинстве случаев вода может быть из любого источника, при условии, что она не содержит избыток соединений, которые могут отрицательно повлиять на другие компоненты в цементирующей композиции. В некоторых воплощениях вода может быть включена в количестве, достаточном для образования способной к закачиванию суспензии. В некоторых воплощениях вода может быть включена в цементирующие композиции настоящего изобретения в количестве в диапазоне от приблизительно 40% до приблизительно 200% от веса. Как здесь используется, термин «от веса», когда используется для ссылки на процент компонента в цементирующей композиции, означает от веса, включенного в цементирующие композиции настоящего по отношению к весу сухих компонентов в цементирующей композиции. В некоторых воплощениях вода может быть включена в количестве в диапазоне от приблизительно 40% до приблизительно 150% от веса.

Цементирующие композиции настоящего изобретения могут необязательно содержать гидравлический цемент. Различные гидравлические цементы могут использоваться согласно настоящему изобретению, включая, но без ограничения, содержащие кальций, алюминий, кремний, кислород, железо и/или серу, которые отверждают и придают твердость в результате взаимодействия с водой. Подходящие гидравлические цементы включают, но без ограничения, портланд-цементы, пуццолановые цементы, гипсоцементы, цементы с высоким содержанием глинозема, шлаковые цементы, силикатные цементы и их комбинации. В определенных воплощениях гидравлический цемент может содержать портланд-цемент. В некоторых воплощениях портланд-цементы, которые подходят для использования в настоящем изобретении, классифицируются как классы цементов А, С, Н и G согласно американскому нефтяному институту API Specification for Materials and Testing for Well Cement, API Specification 10, Fifth Ed. July 1, 1990.

В определенных воплощениях цемент может быть представлен в цементирующих композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне от приблизительно 20% до приблизительно 50% овк.

В определенных воплощениях цементирующие композиции настоящего изобретения могут, кроме того, содержать добавку, замедляющую отверждение. Как здесь используется, термин “добавка, замедляющая отверждение” относится к добавке, которая замедляет способность к отверждению цементирующих композиций настоящего изобретения. Примеры подходящих добавок, замедляющих отверждение, включают, но без ограничения, аммоний, щелочные металлы, щелочноземельные металлы, металлические соли сульфоалкилированных лигнинов, гидроксикарбоновые кислоты, сополимеры, которые содержат акриловую кислоту или малеиновую кислоту или их комбинации. Пример подходящего сульфоалкилированного лигнина включает сульфометилированный лигнин. Подходящие добавки, замедляющие отверждение, раскрываются более подробно в патенте Соединенных Штатов № Re. 31,190, полное раскрытие которого включено здесь посредством ссылки. Подходящие добавки, замедляющие отверждение, коммерчески доступны от Halliburton Energy Services, Inc., Duncan, Oklahoma, под торговыми марками “HR^® 4”, “HR^® 5”, “HR^® 7”, “HR^® 12”, “HR^® 15”, “HR^® 25”, “SCR^TM 100” и “SCR^TM 500”. В большинстве случаев, где используется добавка, замедляющая отверждение, она может быть включена в цементирующие композиции настоящего изобретения в количестве, достаточном для обеспечения требуемого замедления отверждения. В некоторых воплощениях добавка, замедляющая отверждение, может быть представлена в количестве в диапазоне от приблизительно 0,1% до приблизительно 5% от веса.

Необязательно другие дополнительные добавки могут быть добавлены в цементирующие композиции настоящего изобретения, как считает подходящим специалист в данной области техники с помощью этого раскрытия. Примеры таких добавок включают, но без ограничения, ускорители, добавки, понижающие вес, утяжеляющие добавки, материал для борьбы с поглощением, добавки для регулирования водоотдачи, диспергаторы и их комбинации. Подходящие примеры таких добавок включают кристаллические соединения кварца, аморфный кремнезем, соли, волокна, гидрированный глинозем, микросферы, пуццолановую известь, латекс-цемент, тиксотропные добавки, их комбинации и т.п.

Пример цементирующей композиции настоящего изобретения может содержать воду, цемент, ЦП, аморфный кремнезем, стекловидный глинистый сланец. Другой пример цементирующей композиции настоящего изобретения может содержать воду, цемент, ЦП, аморфный кремнезем, цеолит, стекловидный глинистый сланец. Если требуется специалисту в данной области техники, с помощью этого раскрытия подобная цементирующая композиция настоящего изобретения, кроме того, может содержать любую из перечисленных выше добавок, также как любую из множества других добавок, подходящих для использования для подземного применения.

Цементирующая композиция настоящего изобретения может использоваться для множества подземных применений, включая, но без ограничения, первичное цементирование, корректирующее цементирование и операции бурения. Цементирующие композиции также могут использоваться в поверхностных применениях, например строительное цементирование.

Пример способа настоящего изобретения включает получение композиции настоящего изобретения, содержащей воду и зернистые материалы в состоянии, имеющем пониженную способность к отверждению; помещение цементирующей композиции в место цементирования и предоставление возможности цементирующим композициям затвердеть. В некоторых воплощениях место цементирования может быть на земле, например в строительном цементировании. В некоторых воплощениях место цементирования может быть в подземных образованиях, например при подземных применениях. Если требуется специалисту в данной области техники, с помощью этого раскрытия цементирующие композиции настоящего изобретения, полезные в этом способе, кроме того, могут содержать любую из вышеперечисленных добавок так же, как любую из множества других добавок, подходящих для использования для подземного применения.

Таким образом, настоящее изобретение хорошо адаптировано для достижения целей и упомянутых преимуществ так же, как и тех, которые присущи изобретению. Несмотря на то что многочисленные изменения могут быть сделаны специалистом в данной области техники, подобные изменения охвачены идеей настоящего изобретения, как определено в приложенной формуле изобретения. Термины в формуле изобретения имеют их явные обыкновенные значения, если иначе особо и очевидно не определено владельцем патента.

Изобретение относится к отверждаемой цементирующей композиции, способу ее получения и к способу цементирования с использованием отверждаемой цементирующей композиции и может найти применение при первичном цементировании с использованием бурильных труб или при закупоривании и ликвидации скважин. Технический результат - повышение седиментационной устойчивости. Отверждаемая цементирующая композиция содержит воду и зернистые материалы, включающие цементную пыль и по меньшей мере два материала, выбранные из группы, состоящей из стекловидного глинистого сланца, цеолита и аморфного кремнезема. Причем зернистые материалы имеют по меньшей мере три различных размера частиц, выбранных из группы, состоящей из частиц с размерами в диапазоне: от приблизительно 7 нанометров до приблизительно 50 нанометров, от приблизительно 0,05 микрон до приблизительно 0,5 микрон, от приблизительно 0,5 микрон до приблизительно 10 микрон, от приблизительно 10 микрон до приблизительно 20 микрон, от приблизительно 20 микрон до приблизительно 200 микрон, от приблизительно 200 микрон до приблизительно 800 микрон, более чем приблизительно 1 миллиметр, где общий объем твердой фазы по меньшей мере трех зернистых материалов обеспечивает максимальное заполнение относительного объема. Способ получения отверждаемой цементирующей композиции включает получение негидратированной смеси зернистых материалов указанной композиции и добавление в нее воды. Способ цементирования включает получение указанным способом указанной отверждаемой цементирующей композиции, помещение ее в подземную формацию с последующим ее отверждением. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. 3 н.и 16 з.п. ф-лы.

1. Отверждаемая цементирующая композиция, содержащая
воду и
зернистые материалы, включающие цементную пыль и, по меньшей мере, два материала, выбранные из группы, состоящей из:
стекловидного глинистого сланца, цеолита и аморфного кремнезема, причем зернистые материалы имеют, по меньшей мере, три различных размера частиц, выбранных из группы, состоящей из:
(a) размер частиц в диапазоне от приблизительно 7 нм до приблизительно 50 нм;
(b) размер частиц в диапазоне от приблизительно 0,05 мкм до приблизительно 0,5 мкм;
(c) размер частиц в диапазоне от приблизительно 0,5 мкм до приблизительно 10 мкм;
(d) размер частиц в диапазоне от приблизительно 10 мкм до приблизительно 20 мкм;
(e) размер частиц в диапазоне от приблизительно 20 мкм до приблизительно 200 мкм;
(f) размер частиц в диапазоне от приблизительно 200 мкм до приблизительно 800 мкм;
(g) размер частиц более чем приблизительно 1 мм,
где общий объем твердой фазы, по меньшей мере, трех зернистых материалов составляет максимальное заполнение относительного объема.

2. Композиция по п.1, в которой вода включает, по меньшей мере, одну, выбранную из следующей группы: пресная вода, минерализованная вода, соляной раствор, морская вода.

3. Композиция по п.1, дополнительно содержащая гидравлический цемент.

4. Композиция по п.1, дополнительно содержащая материал, выбранный из группы, состоящей из кремнезема, гематита или другого оксида железа, гидроксида бария, карбонатов, глинозема и органических продуктов, таких как пластмассовые отходы.

5. Композиция по п.1, дополнительно содержащая, по меньшей мере, одну из следующей группы: добавка, замедляющая отверждение; ускоритель;
наполнитель для борьбы с водопоглощением; добавки для регулирования водоотдачи; диспергатор.

6. Композиция по п.1,
в которой цементная пыль находится в количестве в диапазоне от приблизительно 25% до приблизительно 75% от веса композиции.

7. Композиция по п.1,
в которой стекловидный глинистый сланец находится в количестве в диапазоне от приблизительно 10% до приблизительно 30% от веса композиции.

8. Композиция по п.1,
в которой цеолит находится в количестве в диапазоне от приблизительно 10% до приблизительно 25% от веса композиции.

9. Композиция по п.1,
в которой аморфный кремнезем находится в количестве в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 40% от веса композиции.

10. Способ получения отверждаемой цементирующей композиции, включающий: получение негидратированной смеси зернистых материалов, включающих цементную пыль и, по меньшей мере, два материала, выбранных из группы, состоящей из: стекловидного глинистого сланца, цеолита и аморфного кремнезема, причем зернистые материалы имеют, по меньшей мере, три различных размера частиц, выбранных из группы, состоящей из:
(a) размер частиц в диапазоне от приблизительно 7 нм до приблизительно 50 нм;
(b) размер частиц в диапазоне от приблизительно 0,05 мкм до приблизительно 0,5 мкм;
(c) размер частиц в диапазоне от приблизительно 0,5 мкм до приблизительно 10 мкм;
(d) размер частиц в диапазоне от приблизительно 10 мкм до приблизительно 20 мкм;
(e) размер частиц в диапазоне от приблизительно 20 мкм до приблизительно 200 мкм;
(f) размер частиц в диапазоне от приблизительно 200 мкм до приблизительно 800 мкм;
(g) размер частиц более чем приблизительно 1 мм,
где общий объем твердой фазы, по меньшей мере, трех зернистых материалов составляет максимальное заполнение относительного объема;
и
добавление воды к негидратированной смеси для образования отверждаемой цементирующей композиции.

11. Способ по п.10, дополнительно включающий помещение отверждаемой цементирующей композиции в подземную формацию.

12. Способ по п.10, в котором отверждаемая цементирующая композиция дополнительно содержит гидравлический цемент.

13. Способ по п.10, в котором отверждаемая цементирующая композиция дополнительно содержит материал, выбранный из группы, состоящей из кремнезема, гематита или другого оксида железа, гидроксида бария, карбонатов, глинозема и органических продуктов, таких как пластмассовые отходы.

14. Способ по п.10, в котором отверждаемая цементирующая композиция дополнительно содержит, по меньшей мере, одну из следующей группы:
добавка, замедляющая отверждение; ускоритель; наполнитель для борьбы с водопоглощением; добавка для регулирования водоотдачи; диспергатор.

15. Способ по п.10,
в котором цементная пыль находится в отверждаемой цементирующей композиции в количестве в диапазоне от приблизительно 25% до приблизительно 75% от веса композиции.

16. Способ по п.10,
в котором стекловидный глинистый сланец находится в отверждаемой цементирующей композиции в количестве в диапазоне от приблизительно 10% до приблизительно 30% от веса композиции.

17. Способ по п.10,
в котором цеолит находится в отверждаемой цементирующей композиции в количестве в диапазоне от приблизительно 10% до приблизительно 25% от веса композиции.

18. Способ по п.10,
в котором аморфный кремнезем находится в отверждаемой цементирующей композиции в количестве в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 40% от веса композиции.

19. Способ цементирования, включающий получение отверждаемой цементирующей композиции, где цементирующая композиция содержит воду, зернистые материалы, включающие цементную пыль, и, по меньшей мере, два материала, выбранные из группы, состоящей из: стекловидного глинистого сланца, цеолита и аморфного кремнезема, причем зернистые материалы имеют, по меньшей мере, три различных размера частиц, выбранных из группы, состоящей из:
(a) размер частиц в диапазоне от приблизительно 7 нм до приблизительно 50 нм;
(b) размер частиц в диапазоне от приблизительно 0,05 мкм до приблизительно 0,5 мкм;
(c) размер частиц в диапазоне от приблизительно 0,5 мкм до приблизительно 10 мкм;
(d) размер частиц в диапазоне от приблизительно 10 мкм до приблизительно 20 мкм;
(e) размер частиц в диапазоне от приблизительно 20 мкм до приблизительно 200 мкм;
(f) размер частиц в диапазоне от приблизительно 200 мкм до приблизительно 800 мкм;
(g) размер частиц более чем приблизительно 1 мм, где общий объем твердой фазы, по меньшей мере, трех зернистых материалов составляет максимальное заполнение относительного объема;
помещение отверждаемой цементирующей композиция в подземную формацию и предоставление возможности отверждаемой цементирующей композиции затвердеть.