ДВУХКОМПОНЕНТНЫЕ ЦЕМЕНТНЫЕ КОМПОЗИЦИИ С ОТСРОЧЕННЫМ СХВАТЫВАНИЕМ Российский патент 2017 года по МПК E21B33/13 C09K8/46 C04B28/02 C04B103/20 C04B111/20 

[0001] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к операциям подземного цементирования и в некоторых вариантах реализации к цементным композициям с отсроченным схватыванием и способам применения цементных композиций с отсроченным схватыванием в подземных пластах.

[0002] Цементные композиции могут быть использованы в различных подземных операциях. Например, при строительстве подземной скважины колонна труб (например, обсадная колонна, хвостовик, расширяемые трубные элементы и т.д.) может быть опущена в ствол скважины и зацементирована на месте. Процесс цементирования колонны труб на месте обычно называют «первичным цементированием». В обычном способе первичного цементирования цементная композиция может быть закачана в затрубное пространство между стенками ствола скважины и внешней поверхностью колонны труб, расположенной в нем. Цементная композиция может схватываться в кольцевом зазоре, образуя кольцевую оболочку из затвердевшего, по существу непроницаемого цемента (т.е. цементную оболочку), которая может поддерживать и удерживать на месте колонну труб в стволе скважины, и может прикреплять внешнюю поверхность колонны труб к подземному пласту. Помимо прочего, цементная оболочка, окружающая колонну труб, препятствует перемещению флюидов в затрубное пространство и защищает колонну труб от коррозии. Цементные композиции также могут быть использованы в способах ремонтного цементирования для герметизации трещин или отверстий в колоннах труб или цементных оболочках, для герметизации высокопроницаемых зон или трещин пласта или для установки цементной пробки и т.п.

[0003] В операциях подземного цементирования используют множество различных цементных композиций. В некоторых случаях используют цементные композиции с отсроченным схватыванием. Цементные композиции с отсроченным схватыванием характеризуются тем, что они остаются в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение по меньшей мере одного дня (например, около 7 дней, около 2 недель, около 2 лет или более) при комнатной температуре (например, около 26,6°С (80°F)) при статическом хранении. При необходимости применения, цементные композиции с отсроченным схватыванием должны быть способны к активации с последующим развитием требуемой прочности на сжатие. Например, активатор схватывания цемента может быть добавлен в цементную композицию с отсроченным схватыванием для инициации схватывания композиции в затвердевшую массу. Среди прочего, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут быть пригодны для применения в таких внутрискважинных применениях, в которых необходимо получить цементную композицию заранее. Это может обеспечивать возможность хранения цементной композиции до применения. Кроме того, это может обеспечивать возможность получения цементной композиции в удобном месте с последующей транспортировкой на рабочую площадку. Соответственно, капитальные затраты могут быть снижены благодаря уменьшению потребности в бестарном хранении на площадке и смесительном оборудовании. Это может быть особенно пригодно для шельфовых операций цементирования, где пространство на борту для установки емкостей может быть ограничено.

[0004] Несмотря на то, что до настоящего времени разработаны цементные композиции с отсроченным схватыванием, существуют проблемы их успешного применения в операциях подземного цементирования. Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием, полученные с применением портландцемента, могут вызывать нежелательные проблемы гелеобразования, которые могут ограничивать их применение и эффективность в операциях цементирования. Другие разработанные композиции с отсроченным схватыванием, например, композиции, содержащие гашеную известь и кварц, могут быть эффективными для некоторых операций, но могут иметь ограниченное применение при более низких температурах, поскольку они не могут развивать достаточную прочность на сжатие при использовании в подземных пластах, имеющих более низкие статические забойные температуры. Кроме того, проблема может заключаться в активации некоторых цементных композиций с отсроченным схватыванием при сохранении приемлемого времени загустевания и развития прочности на сжатие.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0001] Указанные чертежи иллюстрируют некоторые аспекты некоторых вариантов реализации способа согласно настоящему изобретению, и их не следует использовать для ограничения или определения границ объема указанного способа.

[0002] На фиг. 1 изображена система для получения и доставки цементной композиции с отсроченным схватыванием в ствол скважины в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

[0003] На фиг. 2А изображено наземное оборудование, которое может быть использовано для укладки цементной композиции с отсроченным схватыванием в ствол скважины в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

[0004] На фиг. 2В изображена укладка цементной композиции с отсроченным схватыванием в затрубное пространство ствола скважины в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Иллюстративные варианты реализации настоящего изобретения относятся к операциям подземного цементирования и, более конкретно, в некоторых вариантах реализации к цементным композициям с отсроченным схватыванием и способам применения цементных композиций с отсроченным схватыванием в подземных пластах.

[0006] Варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут, как правило, содержать воду, пуццолан и гашеную известь. Цементные композиции могут необязательно дополнительно содержать диспергатор и/или замедлитель схватывания цемента. Альтернативно, варианты реализации цементной композиции с отсроченным схватыванием могут содержать двухкомпонентную цементную композицию с отсроченным схватыванием, содержащую отдельные составные суспензии, где одна составная суспензия содержит пуццолан, а другая составная суспензия содержит известь. Варианты реализации двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием подробно рассмотрены ниже. Преимущественно, варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть способны сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение продолжительного периода времени. Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение по меньшей мере около 1 дня или дольше. Преимущественно, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут развивать требуемую прочность на сжатие после активации при относительно низких температурах. Хотя цементные композиции с отсроченным схватыванием могут быть пригодны для многих операций подземного цементирования, они могут быть особенно пригодны для применения в подземных пластах, имеющих относительно низкие статические забойные температуры, например, температуры менее около 93,3°С (200°F) или в диапазоне от около 37,7°С (100°F) до около 93,3°С (200°F). В альтернативных вариантах реализации цементные композиции с отсроченным схватыванием могут быть использованы в подземных пластах, имеющих статические забойные температуры до 232,2°С (450°F) или выше.

[0007] Вода, используемая в различных вариантах реализации, может быть из любого источника, при условии, что она не содержит избытка соединений, которые могут неблагоприятно влиять на другие компоненты цементных композиций с отсроченным схватыванием. Например, цементная композиция может содержать пресную воду или соленую воду. Соленая вода, как правило, может содержать одну или более солей, растворенных в ней, и может быть насыщенной или ненасыщенной, в зависимости от конкретного применения. Для применения в различных вариантах реализации может быть пригодна морская вода или рассолы. Кроме того, вода может присутствовать в количестве, достаточном для получения поддающейся насосной перекачке суспензии. Вода присутствует в цементных композициях с отсроченным схватыванием в количестве в диапазоне от около 33% до около 200% по массе пуццолана. В некоторых вариантах реализации изобретения вода может присутствовать в цементных композициях с отсроченным схватыванием в количестве в диапазоне от около 35% до около 70% по массе пуццолана. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящее количество воды для выбранного применения.

[0008] Варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут содержать пуццолан. Для применения в различных вариантах реализации подходит любой пуццолан. Иллюстративные варианты реализации, содержащие пуццолан, могут содержать золу-унос, кварцевую пыль, метакаолин, природный пуццолан (например, пемзу) или их комбинации.

[0009] Варианты реализации пуццолана могут содержать золу-унос. Могут быть пригодны различные типы золы-уноса, включая золу-унос, классифицированную Американским нефтяным институтом как зола-унос класса С и класса F, API Specification for Materials and Testing for Well Cements, API Specification 10, пятое изд., 1 июля, 1990. Зола-унос класса С содержит диоксид кремния и известь, поэтому при смешивании с водой она может схватываться с образованием затвердевшей массы. Зола-унос класса F, как правило, не содержит достаточного количества извести для инициации реакции цементирования, поэтому для цементной композиции с отсроченным схватыванием, содержащей золу-унос класса F, необходим дополнительный источник ионов кальция. В некоторых вариантах реализации изобретения известь может быть смешана с золой-уносом класса F в количестве в диапазоне от около 0,1% до около 100% по массе золы-уноса. В некоторых случаях известь может представлять собой гашеную известь. Подходящие примеры золы-уноса включают, но не ограничиваются ими, цементную добавку POZMIX^® А производства компании Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, штат Техас.

[0010] Варианты реализации пуццолана могут содержать метакаолин. Как правило, метакаолин представляет собой белый пуццолан, который может быть получен нагреванием каолиновой глины, например, до температур в диапазоне от около 600°С до около 800°С.

[0011] Варианты реализации пуццолана могут содержать природный пуццолан. Природные пуццоланы обычно находятся на поверхности земли и схватываются и затвердевают в присутствии гашеной извести и воды. Варианты реализации, содержащие природный пуццолан, могут содержать пемзу, диатомовую землю, вулканический пепел, опалиновый сланец, туф и их комбинации. Природные пуццоланы могут быть измельченными или неизмельченными. Как правило, природные пуццоланы могут иметь любое распределение частиц по размеру, соответствующее конкретному применению. В некоторых вариантах реализации изобретения природные пуццоланы могут иметь средний размер частиц в диапазоне от около 1 микрон до около 200 микрон. Средний размер частиц соответствует значениям d50, измеренным с помощью анализаторов размера частиц, таких как анализаторы производства компании Malvern Instruments, Вустершир, Великобритания. В конкретных вариантах реализации изобретения природные пуццоланы могут иметь средний размер частиц в диапазоне от около 1 микрона до около 200 микрон, от около 5 микрон до около 100 микрон или от около 10 микрон до около 50 микрон. В одном из конкретных вариантов реализации природные пуццоланы могут иметь средний размер частиц менее около 15 микрон. Пример подходящего промышленного природного пуццолана представляет собой пемза производства компании Hess Pumice Products, Inc., Малад, штат Айдахо, выпускаемая как легкий заполнитель DS-325, который имеет размер частиц менее около 15 микрон. Следует понимать, что слишком малый размер частиц может обусловливать проблемы при смешивании, тогда как слишком большой размер частиц может обусловливать недостаточно эффективное суспендирование в композициях и более слабую реакционную способность, обусловленную меньшей площадью поверхности. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут выбрать размер частиц природных пуццоланов, подходящий для использования в выбранном применении.

[0012] Варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут содержать гашеную известь. В контексте настоящего изобретения термин "гашеная известь" следует понимать как гидроксид кальция. В некоторых вариантах реализации изобретения гашеная известь может быть представлена в виде негашеной извести (оксида кальция), которая гидратируется при смешивании с водой с образованием гашеной извести. Гашеная известь может быть введена в различные варианты реализации, например, для получения гидравлической композиции с пуццоланом. Так, гашеную известь вводят в массовом соотношении пуццолана к гашеной извести, составляющем от около 10:1 до около 1:1 или в соотношении от около 3:1 до около 5:1. Гашеная известь может быть введена в цементные композиции с отсроченным схватыванием в количестве, например, в диапазоне от около 10% до около 100% по массе пуццолана. В некоторых вариантах реализации изобретения гашеная известь может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми и/или включая значения около 10%, около 20%, около 40%, около 60%, около 80% или около 100% по массе пуццолана. В некоторых вариантах реализации изобретения цементирующие компоненты, присутствующие в цементной композиции с отсроченным схватыванием, могут состоять по существу из пуццолана и гашеной извести. Например, цементирующие компоненты могут содержать, главным образом, пуццолан и гашеную известь без каких-либо дополнительных цементирующих компонентов (например, портландцемента), которые гидравлически схватываются в присутствии воды. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящее количество используемой гашеной извести для выбранного применения.

[0013] Варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут содержать замедлитель схватывания цемента. Для применения в цементных композициях с замедленным схватыванием могут быть использованы многочисленные замедлители схватывания цемента. Например, замедлитель схватывания цемента может включать фосфоновые кислоты, такие как этилендиаминтетра (метиленфосфоновая кислота), диэтилентриаминпента (метиленфосфоновая кислота) и т.д.; лигносульфонаты, такие как лигносульфонат натрия, лигносульфонат кальция и т.д.; соли, такие как сульфат олова(II), ацетат свинца, одноосновный фосфат кальция, органические кислоты, такие как лимонная кислота, винная кислота и т.д.; производные целлюлозы, такие как гидроксиэтилцеллюлоза (НЕС) и карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза (СМНЕС); синтетические со- или терполимеры, содержащие сульфонатные и карбоксильные группы, такие как сульфонат-функционализированные сополимеры акриламида и акриловой кислоты; боратные соединения, такие как бораты щелочных металлов, метаборат натрия, тетраборат натрия, пентаборат калия; их производные или их смеси. Примеры подходящих замедлителей схватывания цемента включают, среди прочих, производные фосфоновой кислоты. Один из примеров подходящего замедлителя схватывания цемента представляет собой замедлитель схватывания цемента Micro Matrix^® производства компании Halliburton Energy Services, Inc. Как правило, замедлитель схватывания цемента может присутствовать в цементных композициях с отсроченным схватыванием в количестве, достаточном для отсврочки схватывания на требуемое время. В некоторых вариантах реализации изобретения замедлитель схватывания цемента может присутствовать в цементных композициях с отсроченным схватыванием в количестве в диапазоне от около 0,01% до около 10% по массе пуццолана. В конкретных вариантах реализации изобретения замедлитель схватывания цемента может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми и/или включая значения около 0,01%, около 0,1%, около 1%, около 2%, около 4%, около 6%, около 8% или около 10% по массе пуццолана. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящее количество используемого замедлителя схватывания цемента для выбранного применения.

[0014] Как упомянуто выше, варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут необязательно содержать диспергатор. Примеры подходящих диспергаторов включают, без ограничения, диспергаторы на основе сульфонированного формальдегида (например, сульфонированный конденсат ацетона с формальдегидом), примеры которых могут включать диспергатор Daxad^® 19 производства компании Geo Specialty Chemicals, Амблер, штат Пенсильвания. Другие подходящие диспергаторы могут представлять собой поликарбоксилированные эфирные диспергаторы, такие как диспергаторы Liquiment^® 5581F и Liquiment^® 514L производства компании BASF Corporation, Хьюстон, штат Техас; или диспергатор Ethacryl™ G производства компании Coatex, Генай, Франция. Дополнительный пример подходящего имеющегося в продаже диспергатора представляет собой диспергатор CFR™-3 производства компании Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, штат Техас. Диспергатор Liquiment^® 514L может содержать 36 масс. % поликарбоксилированного эфира в воде. Хотя в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения могут быть использованы различные диспергаторы, поликарбоксилированные эфирные диспергаторы могут быть особенно подходящими для применения в некоторых вариантах реализации. Не ограничиваясь теорией, полагают, что поликарбоксилированные эфирные диспергаторы могут синергетически взаимодействовать с другими компонентами цементной композиции с отсроченным. схватыванием. Например, полагают, что поликарбоксилированные эфирные диспергаторы могут взаимодействовать с некоторыми замедлителями схватывания цемента (например, производными фосфоновой кислоты), что приводит к образованию геля, который суспендирует пуццолан и гашеную известь в композиции в течение продолжительного периода времени.

[0015] В некоторых вариантах реализации изобретения диспергатор может быть введен в цементные композиции с отсроченным схватыванием в количестве в диапазоне от около 0,01% до около 5% по массе пуццолана. В конкретных вариантах реализации диспергатор может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми и/или включая значения около 0,01%, около 0,1%, около 0,5%, около 1%, около 2%, около 3%, около 4% или около 5% по массе пуццолана. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящее количество используемого диспергатора для выбранного применения.

[0016] Некоторые варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут содержать источники диоксида кремния, помимо пуццолана, например, кристаллический диоксид кремния и/или аморфный диоксид кремния. Кристаллический диоксид кремния представляет собой порошок, который может быть введен в различные варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием, например, для предотвращения снижения прочности цемента на сжатие. Аморфный диоксид кремния представляет собой порошок, который может быть введен в различные варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием в качестве легковесного наполнителя и/или для повышения прочности цемента на сжатие. Аморфный диоксид кремния, как правило, представляет собой побочный продукт процесса получения ферросилиция, где аморфный диоксид кремния может быть образован посредством окисления и конденсации газообразного субоксида кремния, SiO, который образуется в указанном процессе как промежуточное соединение. Пример подходящего источника аморфного диоксида кремния представляет собой цементная добавка Silicalite™ производства компании Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, Штат Техас. В вариантах реализации, содержащих дополнительные источники диоксида кремния, 9

дополнительный источник диоксида кремния может быть использован по мере необходимости для улучшения прочности на сжатие или времени схватывания.

[0017] Другие добавки, подходящие для применения в операциях подземного цементирования, также могут быть введены в варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием. Примеры таких добавок включают, но не ограничиваются ими: утяжелители, легковесные добавки, газообразующие добавки, добавки для улучшения механических свойств, материалы для борьбы с потерей циркуляции, добавки для регулирования фильтрации, добавки для регулирования водопоглощения, пеногасители, пенообразующие агенты, тиксотропные добавки и их комбинации. В различных вариантах реализации одна или более указанных добавок могут быть добавлены в цементные композиции с отсроченным схватыванием после хранения, но до внесения цементной композиции с отсроченным схватыванием в подземный пласт. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут легко определить тип и количество добавки, подходящей для конкретного применения и требуемого результата.

[0018] Специалистам в данной области техники понятно, что варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием обычно должны иметь плотность, подходящую для конкретного применения. Например, цементные композиции могут иметь плотность в диапазоне от около 0,4793 т/м³ (4 фунтов на галлон ("фунт/гал.")) до около 2,379 т/м³ (20 фунт/гал). В некоторых вариантах реализации цементные композиции могут иметь плотность в диапазоне от около 0,9586 т/м³ (8 фунт/гал.) до около 2,037 т/м³ (17 фунт/гал). Варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть вспененными или невспененными, или могут содержать другие средства для снижения плотности, такие как полые микросферы, эластичные гранулы низкой плотности или другие добавки для снижения плотности, известные в данной области техники. В различных вариантах реализации изобретения плотность может быть понижена после хранения, но до внесения в подземный пласт. В различных вариантах реализации могут быть использованы утяжеляющие добавки для повышения плотности цементных композиций с отсроченным схватыванием. Примеры подходящих утяжеляющих добавок могут включать барит, гематит, гаусманнит, карбонат кальция, сидерит, ильменит или их комбинации. В конкретных вариантах реализации утяжеляющие добавки могут иметь удельную плотность, равную 3 или более. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящую плотность для конкретного применения.

[0019] Как упомянуто выше, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут иметь отсроченное схватывание в том отношении, что они остаются в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение по меньшей мере одного дня (например, около 1 дня, около 2 недель, около 2 лет или более) при комнатной температуре (например, около 26,6°С (80°F)) при статическом хранении. Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение периода времени от около 1 дня до около 7 дней или более. В некоторых вариантах реализации цементные композиции с отсроченным схватыванием могут сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение по меньшей мере около 1 дня, около 7 дней, около 10 дней, около 20 дней, около 30 дней, около 40 дней, около 50 дней, около 60 дней или более. Считают, что жидкость находится в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, если жидкость имеет консистенцию менее 70 единиц консистенции Вердена ("Вс"), измеренную на консистометре для замеров под давлением в соответствии с процедурой определения времени загустевания цемента, установленной в API RP Practice 10В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, первое издание, июль, 2005.

[0020] При необходимости применения, варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть активированы (например, смешиванием с активатором схватывания цемента) и могут схватываться в затвердевшую массу. Термин "активатор схватывания цемента" или "активатор" в контексте настоящего документа относится к добавке, которая активирует цементную композицию с отсроченным или слишком замедленным схватыванием и может также ускорять схватывание цементной композиции с отсроченным, слишком замедленным или иным схватыванием. Например, варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть активированы с получением затвердевшей массы в течение периода времени в диапазоне от около 1 часа до около 12 часов. Например, варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут схватываться с образованием затвердевшей массы в течение периода времени в диапазоне между любыми и/или включая значения около 1 дня, около 2 дней, около 4 дней, около 6 дней, около 8 дней, около 10 дней или около 12 дней.

[0021] В некоторых вариантах реализации цементные композиции с отсроченным схватыванием после активации могут схватываться и достигать требуемой прочности на сжатие. Прочность на сжатие, как правило, представляет собой способность материала или структуры выдерживать силы сдавливания, приложенные в осевом направлении. Прочность на сжатие может быть измерена в определенное время после активации цементной композиции с отсроченным схватыванием, и полученную композицию выдерживают при определенной температуре и давлении. Прочность на сжатие может быть измерена разрушающими или неразрушающими методами. В разрушающем методе физически испытывают прочность образцов состава для обработки приствольной зоны в различных точках времени, разрушая образцы в машине для испытания на сжатие. Прочность на сжатие рассчитывают по разрушающей нагрузке, деленной на площадь поперечного сечения, выдерживающую указанную нагрузку, и записывают в единицах фунт-силы на квадратный дюйм (фунт/кв. дюйм). В неразрушающих методах может быть использован ультразвуковой анализатор цемента UCA™ производства компании Fann Instrument Company, Хьюстон, штат Техас. Значения прочности на сжатие могут быть определены в соответствии с API RP 10В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, первое издание, июль, 2005.

[0022] Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут развивать 24-часовую прочность на сжатие в диапазоне от около 344,7378 кПа (50 фунт/кв. дюйм) до около 34473,7864 кПа (5000 фунт/кв. дюйм), в альтернативных вариантах от около 689,4757 кПа (100 фунт/кв. дюйм) до около 31026,4078 кПа (4500 фунт/кв. дюйм), или альтернативно от около 344,7378 кПа (50 фунт/кв. дюйм) до около 27579,0291 кПа (4000 фунт/кв. дюйм). В некоторых вариантах реализации изобретения цементные композиции с отсроченным схватыванием могут развивать прочность на сжатие за 24 часа, составляющую по меньшей мере около 344,7378 кПа (50 фунт/кв. дюйм), по меньшей мере около 689,4757 кПа (100 фунт/кв. дюйм), по меньшей мере около 3447,3786 кПа (500 фунт/кв. дюйм) или более. В некоторых вариантах реализации значения прочности на сжатие могут быть определены с помощью разрушающих или неразрушающих методов при температуре в диапазоне от 37,7°С (100°F) до 93,3°С (200°F).

[0023] В некоторых вариантах реализации изобретения цементные композиции с отсроченным схватыванием могут иметь требуемое время загустевания после активации. Время загустевания обычно относится к времени, в течение которого жидкость, такая как цементная композиция с отсроченным схватыванием, остается в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом. Для измерения времени загустевания могут быть использованы многочисленные лабораторные технологии. Консистометр для замеров под давлением, эксплуатируемый в соответствии с процедурой, описанной в вышеуказанном руководстве API RP Practice 10В-2, может быть использован для определения того факта, находится ли жидкость в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом. Время загустевания может представлять собой время, в течение которого жидкость для обработки приствольной зоны достигает значения 70 Вс, и может быть записано как время до достижения 70 Вс. В некоторых вариантах реализации изобретения цементные композиции могут иметь время загустевания более около 1 часа, альтернативно более около 2 часов, альтернативно более около 5 часов при 20684,2718 кПа (3000 фунт/кв. дюйм) и температурах в диапазоне от около 10°С (50°F) до около 204,4°С (400°F), альтернативно в диапазоне от около 26,6°С (80°F) до около 121,1°С (250°F) и альтернативно при температуре около 60°С (140°F).

[0024] Варианты реализации могут включать добавление активатора схватывания цемента в цементные композиции с отсроченным схватыванием. Примеры подходящих активаторов схватывания цемента включают, но не ограничиваются ими: цеолиты, амины, такие как триэтаноламин, диэтаноламин; силикаты, такие как силикат натрия; формиат цинка; ацетат кальция, гидроксиды элементов IA группы и IIA группы, такие как гидроксид натрия, гидроксид магния и гидроксид кальция; одновалентные соли, такие как хлорид натрия; двухвалентные соли, такие как хлорид кальция; нанодиоксид кремния (т.е. диоксид кремния, имеющий размер частиц менее или примерно 100 нанометров); полифосфаты; и их комбинации. В некоторых вариантах реализации изобретения для активации может быть использована комбинация полифосфата и одновалентной соли. Одновалентная соль может представлять собой любую соль, которая диссоциирует с образованием одновалентного катиона, такая как соли натрия и калия. Конкретные примеры подходящих одновалентных солей включают сульфат калия и сульфат натрия. В комбинации с одновалентными солями для активации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть использованы различные полифосфаты, включая полимерные метафосфатные соли, фосфатные соли и их комбинации. Конкретные примеры полимерных метафосфатных солей, которые могут быть использованы, включают гексаметафосфат натрия, триметафосфат натрия, тетраметафосфат натрия, пентаметафосфат натрия, гептаметафосфат натрия, октаметафосфат натрия и их комбинации. Конкретный пример подходящего активатора схватывания цемента содержит комбинацию сульфата натрия и гексаметафосфата натрия. В конкретных вариантах реализации может быть представлен активатор схватывания цемента, который добавлен в цементную композицию с отсроченным схватыванием в виде жидкой добавки, например, жидкой добавки, содержащей одновалентную соль, полифосфат и необязательно диспергатор.

[0025] Активатор схватывания цемента должен быть добавлен в различные варианты реализации цементной композиции с отсроченным схватыванием в количестве, достаточном для инициации схватывания композиции с отсроченным схватыванием в затвердевшую массу. В некоторых вариантах реализации изобретения активатор схватывания цемента может быть добавлен в цементную композицию в количестве в диапазоне от около 0,1% до около 20% по массе пуццолана. В конкретных вариантах реализации активатор схватывания цемента может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми и/или включая значения около 0,1%, около 1%, около 5%, около 10%, около 15% или около 20% по массе пуццолана. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящее количество используемого активатора схватывания цемента для выбранного применения.

[0026] Варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут включать применение двух отдельных составных суспензий, которые смешивают с получением двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием. Варианты реализации двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием могут включать обеспечение пуццолановой суспензии и известковой суспензии, которые хранят по отдельности вместо добавления замедлителей схватывания цемента. В двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием могут быть использованы две отдельные суспензии, таким образом, что ни одна из суспензий не может гидратироваться и, следовательно, схватываться по отдельности. Следовательно, каждая отдельная суспензия двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием должна сохраняться в состоянии с отсроченным схватыванием (т.е. сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение по меньшей мере около одного дня [например, по меньшей мере около 1 дня, около 2 недель, около 2 лет или более] при комнатной температуре при статическом хранении). Варианты реализации двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием могут содержать две составные суспензии. Одна составная суспензия содержит пуццолан и воду. Другая составная суспензия содержит известь и воду. В различных вариантах реализации изобретения каждая суспензия может храниться на буровой площадке или в другом месте хранения до применения. При необходимости применения две составные суспензии могут быть смешаны друг с другом до или во время закачивания в скважину. Затем смешанная суспензия может загустевать и схватываться в течение требуемого периода времени.

[0027] Преимущественно, применение двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием может обеспечивать возможность более быстрого схватывания при более низких температурах (например, при температурах ниже 60°С (140°F)). Кроме того, поскольку реакционноспособные компоненты двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием хранят по отдельности, то в двухкомпонентную цементную композицию с отсроченным схватыванием могут быть добавлены дополнительные добавки или более высокие концентрации добавок (например, дополнительные источники диоксида кремния, см. выше) без риска преждевременного схватывания или гелеобразования.

[0028] Варианты реализации двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием могут, как правило, содержать две составные суспензии, пуццолановую суспензию и известковую суспензию. Обе составные суспензии содержат воду. Необязательно, любая составная суспензия может дополнительно содержать диспергатор и/или замедлитель схватывания цемента. Преимущественно, варианты реализации двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть способны сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение продолжительного периода времени. Например, двухкомпонентные цементные композиции с отсроченным схватыванием могут сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение по меньшей мере около 1 дня или дольше. Преимущественно, двухкомпонентные цементные композиции с отсроченным схватыванием могут развивать требуемую прочность на сжатие после активации (например, посредством смешивания двух составных суспензий) при относительно низких температурах. Хотя двухкомпонентные цементные композиции с отсроченным схватыванием могут быть пригодны для многих операций подземного цементирования, они могут быть особенно пригодны для применения в подземных пластах, имеющих относительно низкие статические забойные температуры, например, температуры менее около 93,3°С (200°F) или в диапазоне от около 37,7°С (100°F) до около 93,3°С (200°F). В альтернативных вариантах реализации цементные композиции с отсроченным схватыванием могут быть использованы в подземных пластах, имеющих статические забойные температуры до 232,2°С (450°F) или выше.

[0029] Варианты реализации пуццолановой суспензии могут содержать пуццолан. Для применения в различных вариантах реализации подходит любой пуццолан. Иллюстративные варианты реализации, содержащие пуццолан, могут содержать золу-унос, кварцевую пыль, метакаолин, диатомовую землю, природный пуццолан (например, пемзу) или их комбинации. В одном из вариантов реализации двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием пуццолан может представлять собой негидравлический пуццолан, т.е. пуццолан, который не взаимодействует при смешивании с водой с образованием цементирующего материала в отсутствие гашеной извести. Например, некоторые типы золы-уноса класса С могут быть неподходящими для применения в одном из вариантов реализации двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием, поскольку зола-унос класса С может содержать известь и, следовательно, взаимодействовать при смешивании с водой с образованием цементирующего материала.

[0030] Варианты реализации пуццолановой суспензии могут содержать золу-унос. Могут быть пригодны различные типы золы-уноса, включая золу-унос, классифицированную Американским нефтяным институтом как зола-унос класса F, API Specification for Materials and Testing for Well Cements, API Specification 10, пятое изд., 1 июля, 1990. Зола-унос класса С содержит диоксид кремния и известь, поэтому при смешивании с водой она может схватываться с образованием затвердевшей массы и, следовательно, может быть неподходящей для применения в пуццолановой суспензии, поскольку она может нежелательным образом схватываться при смешивании с водой. Зола-унос класса F, как правило, не содержит достаточного количества извести для инициации реакции цементирования, поэтому при смешивании с водой остается в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом. Подходящие примеры золы-уноса включают, но не ограничиваются ими, цементную добавку POZMIX^® А производства компании Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, штат Техас.

[0031] Варианты реализации пуццолановой суспензии могут содержать метакаолин. Как правило, метакаолин представляет собой белый пуццолан, который может быть получен нагреванием каолиновой глины, например, до температур в диапазоне от около 600°С до около 800°С.

[0032] Варианты реализации пуццолановой суспензии могут содержать природный пуццолан. Природные пуццоланы обычно находятся на поверхности земли и схватываются и затвердевают в присутствии гашеной извести и воды. Варианты реализации, содержащие природный пуццолан, могут содержать пемзу, диатомовую землю, вулканический пепел, опалиновый сланец, туф и их комбинации. Природные пуццоланы могут быть измельченными или неизмельченными. Как правило, природные пуццоланы могут иметь любое распределение частиц по размеру, соответствующее конкретному применению. В некоторых вариантах реализации изобретения природные пуццоланы могут иметь средний размер частиц в диапазоне от около 1 микрон до около 200 микрон. Средний размер частиц соответствует значениям d50, измеренным с помощью анализаторов размера частиц, таких как анализаторы производства компании Malvern Instruments, Вустершир, Великобритания. В конкретных вариантах реализации изобретения природные пуццоланы могут иметь средний размер частиц в диапазоне от около 1 микрона до около 200 микрон, от около 5 микрон до около 100 микрон или от около 10 микрон до около 50 микрон. В одном из конкретных вариантов реализации природные пуццоланы могут иметь средний размер частиц менее около 15 микрон. Пример подходящего промышленного природного пуццолана представляет собой пемза производства компании Hess Pumice Products, Inc., Малад, штат Айдахо, выпускаемая как легкий заполнитель DS-325, который имеет размер частиц менее около 15 микрон. Следует понимать, что слишком малый размер частиц может обусловливать проблемы при смешивании, тогда как слишком большой размер частиц может обусловливать недостаточно эффективное суспендирование в композициях и более слабую реакционную способность, обусловленную меньшей площадью поверхности. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут выбрать размер частиц природных пуццоланов, подходящий для использования в выбранном применении.

[0033] Варианты реализации пуццолановой суспензии содержат воду. Вода, используемая в различных вариантах реализации пуццолановой суспензии, может быть из любого источника, при условии, что она не содержит избытка соединений, которые могут неблагоприятно влиять на другие компоненты пуццолановой суспензии. Например, пуццолановая суспензия может содержать пресную воду или соленую воду. Соленая вода, как правило, может содержать одну или более солей, растворенных в ней, и может быть насыщенной или ненасыщенной, в зависимости от конкретного применения. Для применения в различных вариантах реализации может быть пригодна морская вода или рассолы. Кроме того, вода может присутствовать в количестве, достаточном для получения поддающейся насосной перекачке суспензии. В некоторых вариантах реализации изобретения вода индивидуально присутствует в пуццолановой суспензии в количестве в диапазоне от около 33% до около 200% по массе пуццолана. В некоторых вариантах реализации изобретения вода может присутствовать в пуццолановой композиции в количестве в диапазоне от около 35% до около 85% по массе пуццолана. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящее количество воды для выбранного применения. Варианты реализации пуццолановой суспензии могут содержать добавки, подходящие для применения в операциях подземного цементирования. В пуццолановую суспензию могут быть добавлены любые добавки, включая дополнительные источники диоксида кремния. Примеры добавок включают, но не ограничиваются ими: утяжелители, легковесные добавки, газообразующие добавки, добавки для улучшения механических свойств, материалы для борьбы с потерей циркуляции, добавки для регулирования фильтрации, добавки для регулирования водопоглощения, пеногасители, пенообразующие агенты, тиксотропные добавки, диспергаторы, активаторы/ускорители схватывания цемента, замедлители схватывания цемента и их комбинации. В различных вариантах реализации пуццолановой суспензии одна или более указанных добавок могут быть добавлены в пуццолановую суспензию до или после хранения. Кроме того, одна или более указанных добавок могут быть добавлены в пуццолановую суспензию до или после смешивания пуццолановой суспензии с известковой суспензией. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут легко определить тип и количество добавки, подходящей для конкретного применения и требуемого результата.

[0034] Варианты реализации известковой суспензии содержат гашеную известь. В контексте настоящего изобретения термин "гашеная известь" следует понимать как гидроксид кальция. В некоторых вариантах реализации изобретения гашеная известь может быть представлена в виде негашеной извести (оксида кальция), которая гидратируется при смешивании с водой с образованием гашеной извести. Гашеная известь может быть введена в различные варианты реализации известковой суспензии для получения гидравлической композиции с пуццоланом. Например, гашеная известь может быть введена в массовом соотношении пуццолана к гашеной извести, составляющем от около 10:1 до около 1:1 или в соотношении от около 3:1 до около 5:1 относительно комбинированной смеси обеих составных суспензий. При ее наличии, известковая суспензия может содержать гашеную известь в количестве от около 10% до около 100% по массе пуццолана, присутствующего в пуццолановой суспензии. В некоторых вариантах реализации изобретения гашеная известь может присутствовать в известковой суспензии в количестве в диапазоне между любыми и/или включая значения около 10%, около 20%, около 40%, около 60%, около 80% или около 100% по массе пуццолана в пуццолановой суспензии. В некоторых вариантах реализации изобретения цементирующие компоненты, присутствующие в двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием, могут состоять по существу из пуццолана и гашеной извести. Например, цементирующие компоненты могут содержать, главным образом, пуццолан (например, пемзу) и гашеную известь без каких-либо дополнительных цементирующих компонентов (например, портландцемента), которые гидравлически схватываются в присутствии воды. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящее количество используемой гашеной извести для выбранного применения.

[0035] Варианты реализации известковой суспензии содержат воду. Вода, используемая в различных вариантах реализации известковой суспензии, может быть из любого источника, при условии, что она не содержит избытка соединений, которые могут неблагоприятно влиять на другие компоненты известковой суспензии. Например, известковая суспензия может содержать пресную воду или соленую воду. Соленая вода, как правило, может содержать одну или более солей, растворенных в ней, и может быть насыщенной или ненасыщенной, в зависимости от конкретного применения. Для применения в различных вариантах реализации может быть пригодна морская вода или рассолы. Кроме того, вода может присутствовать в количестве, достаточном для получения поддающейся насосной перекачке суспензии. Вода индивидуально присутствует в известковой суспензии в количестве в диапазоне от около 33% до около 200% по массе извести. В некоторых вариантах реализации изобретения вода может присутствовать в известковой композиции в количестве в диапазоне от около 35% до около 70% по массе извести. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящее количество воды для выбранного применения.

[0036] Варианты реализации известковой суспензии могут содержать добавки, подходящие для применения в операциях подземного цементирования. В известковую суспензию могут быть добавлены любые добавки, включая дополнительные источники диоксида кремния. Примеры таких добавок включают, но не ограничиваются ими: утяжелители, легковесные добавки, газообразующие добавки, добавки для улучшения механических свойств, материалы для борьбы с потерей циркуляции, добавки для регулирования фильтрации, добавки для регулирования водопоглощения, пеногасители, пенообразующие агенты, тиксотропные добавки, диспергаторы, активаторы/ускорители схватывания цемента, замедлители схватывания цемента и их комбинации. В различных вариантах реализации известковой суспензии одна или более указанных добавок могут быть добавлены в известковую суспензию до или после хранения. Кроме того, одна или более указанных добавок могут быть добавлены в известковую суспензию до или после смешивания известковой суспензии с пуццолановой суспензией. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут легко определить тип и количество добавки, подходящей для конкретного применения и требуемого результата.

[0037] Варианты реализации двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием могут содержать замедлитель схватывания цемента, как описано выше. Любой замедлитель схватывания цемента, описанный выше в вариантах реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием, может быть также пригоден для вариантов реализации двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием. Замедлители схватывания цемента могут быть добавлены в одну или обе составные суспензии или могут быть добавлены в комбинированную суспензию. Помимо прочих причин, замедлители схватывания цемента могут быть добавлены для увеличения времени загустевания. В некоторых вариантах реализации изобретения замедлитель схватывания цемента может присутствовать в составных суспензиях (в каждой по отдельности или в обеих) или в комбинированной суспензии двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием в количестве в диапазоне от около 0,01% до около 10% по массе пуццолана. В конкретных вариантах реализации замедлитель схватывания цемента может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми и/или включая значения около 0,01%, около 0,1%, около 1%, около 2%, около 4%, около 6%, около 8% или около 10% по массе пуццолана для пуццолановой суспензии или по массе извести для известковой суспензии. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящее количество используемого замедлителя схватывания цемента для выбранного применения.

[0038] Как упомянуто выше, варианты реализации двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием могут необязательно содержать диспергатор, как описано выше. Любой диспергатор, описанный в вариантах реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием, может быть также пригоден для вариантов реализации двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием. В некоторых вариантах реализации изобретения диспергатор может быть введен в одну или обе составные суспензии или в комбинированную суспензию двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием в количестве в диапазоне от около 0,01% до около 5% по массе пуццолана или гашеной извести. В конкретных вариантах реализации диспергатор может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми и/или включая значения около 0,01%, около 0,1%, около 0,5%, около 1%, около 2%, около 3%, около 4% или около 5% по массе пуццолана или гашеной извести. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящее количество используемого диспергатора для выбранного применения.

[0039] Варианты реализации могут включать добавление активатора схватывания цемента в двухкомпонентные цементные композиции с отсроченным схватыванием, как описано выше. Помимо прочих причин, активатор схватывания цемента может быть введен для сокращения времени схватывания. Любой активатор схватывания цемента, описанный в вариантах реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием, может быть также пригоден для вариантов реализации двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием. Любой активатор схватывания цемента может быть добавлен в любую одну или обе составные суспензии, а также в комбинированную суспензию в количестве, достаточном для ускорения схватывания комбинированной двухкомпонентной композиции с отсроченным схватыванием (при добавлении только в одну составную суспензию сокращение времени схватывания происходит только при смешивании составных суспензий). В различных вариантах реализации изобретения активатор схватывания цемента может быть добавлен в составные суспензии (в каждую по отдельности или в обе) или в комбинированную суспензию двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием в количестве в диапазоне от около 0,1% до около 20% по массе пуццолана. В конкретных вариантах реализации активатор схватывания цемента может присутствовать в составных суспензиях (в каждой по отдельности или в обеих) или в комбинированной суспензии двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием в количестве в диапазоне между любыми и/или включая значения около 0,1%, около 1%, около 5%, около 10%, около 15% или около 20% по массе пуццолана. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящее количество используемого активатора схватывания цемента для выбранного применения.

[0040] Специалистам в данной области техники понятно, что варианты реализации двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием обычно должны иметь плотность, подходящую для конкретного применения. Например, комбинированные двухкомпонентные цементные композиции могут иметь плотность в диапазоне от около 0,4793 т/м³ (4 фунтов на галлон ("фунт/гал.")) до около 2,379 т/м³ (20 фунт/гал). В некоторых вариантах реализации комбинированные двухкомпонентные цементные композиции могут иметь плотность в диапазоне от около 0,9586 т/м³ (8 фунт/гал.) до около 2,037 т/м³ (17 фунт/гал). Варианты реализации двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть вспененными или невспененными, или могут содержать другие средства для снижения плотности, такие как полые микросферы, эластичные гранулы низкой плотности или другие добавки для снижения плотности, известные в данной области техники. В различных вариантах реализации изобретения плотность может быть понижена после хранения, но до внесения в подземный пласт. В различных вариантах реализации могут быть использованы утяжеляющие добавки для повышения плотности двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием. Примеры подходящих утяжеляющих добавок могут включать барит, гематит, гаусманнит, карбонат кальция, сидерит, ильменит или их комбинации. В конкретных вариантах реализации утяжеляющие добавки могут иметь удельную плотность, равную 3 или более. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящую плотность для конкретного применения.

[0041] Как упомянуто выше, составные суспензии двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием могут иметь отсроченное схватывание в том отношении, что они остаются в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение по меньшей мере одного дня (например, около 1 дня, около 2 недель, около 2 лет или более) при комнатной температуре (например, около 26,6°С (80°F)) при статическом хранении. Например, составные суспензии двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием могут сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение периода времени от около 1 дня до около 7 дней или более. В некоторых вариантах реализации составные суспензии двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием могут сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение по меньшей мере около 1 дня, около 7 дней, около 10 дней, около 20 дней, около 30 дней, около 40 дней, около 50 дней, около 60 дней или более. Считают, что жидкость находится в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, если жидкость имеет консистенцию менее 70 единиц консистенции Вердена ("Вс"), измеренную на консистометре для замеров под давлением в соответствии с процедурой определения времени загустевания цемента, установленной в API RP Practice 10В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, первое издание, июль, 2005.

[0042] При необходимости применения, варианты реализации двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть активированы (например, смешиванием пуццолановой и известковой суспензий) и могут схватываться в затвердевшую массу. Например, варианты реализации двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть активированы с получением затвердевшей массы в течение периода времени в диапазоне от около 1 часа до около 12 часов. Например, варианты реализации двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием могут схватываться с образованием затвердевшей массы в течение периода времени в диапазоне между любыми и/или включая значения около 1 дня, около 2 дней, около 4 дней, около 6 дней, около 8 дней, около 10 дней или около 12 дней.

[0043] В некоторых вариантах реализации двухкомпонентные цементные композиции с отсроченным схватыванием после активации могут схватываться и достигать требуемой прочности на сжатие. Прочность на сжатие, как правило, представляет собой способность материала или структуры выдерживать силы сдавливания, приложенные в осевом направлении. Прочность на сжатие может быть измерена в определенное время после активации двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием, и полученную композицию выдерживают при определенной температуре и давлении. Прочность на сжатие может быть измерена разрушающими или неразрушающими методами. В разрушающем методе физически испытывают прочность образцов состава для обработки приствольной зоны в различных точках времени, разрушая образцы в машине для испытания на сжатие. Прочность на сжатие рассчитывают по разрушающей нагрузке, деленной на площадь поперечного сечения, выдерживающую указанную нагрузку, и записывают в единицах фунт-силы на квадратный дюйм (фунт/кв. дюйм). В неразрушающих методах может быть использован ультразвуковой анализатор цемента UCA™ производства компании Fann Instrument Company, Хьюстон, штат Техас. Значения прочности на сжатие могут быть определены в соответствии с API RP 10В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, первое издание, июль, 2005.

[0044] Например, двухкомпонентные цементные композиции с отсроченным схватыванием могут развивать 24-часовую прочность на сжатие в диапазоне от около 344,7378 кПа (50 фунт/кв. дюйм) до около 34473,7864 кПа (5000 фунт/кв. дюйм), в альтернативных вариантах от около 689,4757 кПа (100 фунт/кв. дюйм) до около 31026,4078 кПа (4500 фунт/кв. дюйм), или альтернативно от около 3447,378 кПа (500 фунт/кв. дюйм) до около 27579,0291 кПа (4000 фунт/кв. дюйм). В некоторых вариантах реализации изобретения двухкомпонентные цементные композиции с отсроченным схватыванием могут развивать прочность на сжатие за 24 часа, составляющую по меньшей мере около 344,7378 кПа (50 фунт/кв. дюйм), по меньшей мере около 689,4757 кПа (100 фунт/кв. дюйм), по меньшей мере около 3447,3786 кПа (500 фунт/кв. дюйм) или более. В некоторых вариантах реализации значения прочности на сжатие могут быть определены с помощью разрушающих или неразрушающих методов при температуре в диапазоне от 37,7°С (100°F) до 93,3°С (200°F).

[0045] В некоторых вариантах реализации изобретения двухкомпонентные цементные композиции с отсроченным схватыванием могут иметь требуемое время загустевания после активации. Время загустевания обычно относится к времени, в течение которого жидкость, такая как цементная композиция с отсроченным схватыванием, остается в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом. Для измерения времени загустевания могут быть использованы многочисленные лабораторные технологии. Консистометр для замеров под давлением, эксплуатируемый в соответствии с процедурой, описанной в вышеуказанном руководстве API RP Practice 10В-2, может быть использован для определения того факта, находится ли жидкость в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом. Время загустевания может представлять собой время, в течение которого жидкость для обработки приствольной зоны достигает значения 70 Вс, и может быть записано как время до достижения 70 Вс. В некоторых вариантах реализации изобретения двухкомпонентные цементные композиции с отсроченным схватыванием могут иметь время загустевания более около 1 часа, альтернативно более около 2 часов, альтернативно более около 5 часов в диапазоне от около 1000 фунт/кв. дюйм до около 20000 фунт/кв. дюйм и температурах в диапазоне от около 10°С (50°F) до около 204,4°С (400°F), альтернативно в диапазоне от около 26,6°С (80°F) до около 121,1°С (250°F) и альтернативно при температуре около 60°С (140°F).

[0046] Варианты реализации двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть использованы для вытеснения ранее закачанных флюидов (т.е. варианты реализации двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием могут быть использованы в качестве вытесняющей жидкости). Пуццолановая суспензия двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием, содержащая пуццолан и воду, может иметь такой же состав, как обычные вытесняющие жидкости. Благодаря указанному сходству, в различных вариантах реализации изобретения пуццолановая суспензия может быть использована в качестве вытесняющей жидкости. Пуццолановая суспензия может быть использована для вытеснения бурового раствора, выделения цемента из бурового раствора, вытеснения другого состава для обработки приствольной зоны, выделения бурового раствора из состава для обработки приствольной зоны и/или выделения цемента из состава для обработки приствольной зоны. Преимущественно, применение пуццолановой суспензии в качестве вытесняющей жидкости может обеспечивать кондиционирование подземного пласта за счет части той же композиции, которая в конечном итоге может быть использована в качестве кольцевого уплотнителя. Поэтому может быть снижен риск несовместимости между уплотнителем и вытесняющей жидкостью.

[0047] В тех вариантах реализации изобретения, в которых пуццолановая составная суспензия двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием может быть использована в качестве вытесняющей жидкости, плотность пуццолановой суспензии может быть отрегулирована посредством добавления воды и/или загустителя. Вода и загустители могут быть добавлены в количестве, обеспечивающем достижение требуемой плотности для получения подходящей реологической иерархии для данного применения. Пример подходящего загустителя представляет собой суспендирующий агент SA-1015™ производства компании Halliburton Energy Services, Хьюстон, штат Техас. Кроме того, могут быть добавлены утяжелители для регулирования плотности в случае необходимости сохранения подходящей реологической иерархии. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящую плотность и способ регулирования плотности, необходимые для выбранного применения.

[0048] Кроме того, в тех вариантах реализации изобретения, в которых пуццолановая суспензия может быть использована в качестве вытесняющей жидкости, вытесняющая жидкость может быть вспенена с помощью вспенивающей добавки и/или газа. Вытесняющая жидкость может быть вспенен, например, для обеспечения пониженной плотности вытесняющей жидкости. Газ, используемый для вспенивания композиции, может представлять собой любой подходящий для вспенивания газ, включая, но не ограничиваясь ими: воздух, азот или их комбинации. Как правило, газ должен присутствовать в количестве, достаточном для получения требуемого количества или качества пены. Вспенивающие добавки могут быть введены в различные варианты реализации, например, для облегчения пенообразования и/или стабилизации полученной пены, образованной с их помощью. Примеры подходящих вспенивающих добавок включают, но не ограничиваются ими: смеси аммониевой соли простого алкилэфирсульфата, поверхностно-активного кокоамидопропилбетаина, поверхностно-активного кокоамидопропилдиметиламиноксида, хлорида натрия и воды; смеси поверхностно-активной аммониевой соли простого алкилэфирсульфата, поверхностно-активного кокоамидопропилгидроксисультаина, поверхностно-активного кокоамидопропилдиметиламиноксида, хлорида натрия и воды; гидролизованный кератин; смеси поверхностно-активного простого эфирсульфата этоксилированного спирта, поверхностно-активного алкил- или алкенамидопропилбетаина и поверхностно-активного алкил- или алкендиметиламиноксида; водные растворы поверхностно-активного альфа-олефинсульфоната и поверхностно-активного бетаина; и их комбинации. Пример подходящей вспенивающей добавки представляет собой агент ZONESEALANT™ 2000 производства компании Halliburton Energy Services, Хьюстон, штат Техас.

[0049] Следует понимать, что любая добавка, компонент или вариант реализации, описанные в настоящем документе, могут быть дополнительно использованы или комбинированы с вариантами реализации двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием. Например, все ранее описанные добавки, такие как утяжелители, легковесные добавки, газообразующие добавки, добавки для улучшения механических свойств, материалы для борьбы с потерей циркуляции, добавки для регулирования фильтрации, добавки для регулирования водопоглощения, пеногасители, пенообразующие агенты, тиксотропные добавки, диспергаторы, замедлители схватывания цемента, активаторы/ускорители схватывания цемента, дополнительные источники диоксида кремния и т.п., и их комбинации могут быть использованы с вариантами реализации пуццолановой суспензии, известковой суспензии и комбинированной суспензии двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием таким же образом, как описано ранее. Следовательно, вариант реализации двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием включает каждую добавку, компонент или другой вариант реализации, который может быть использован в комбинации; включая применение активаторов схватывания цемента и замедлителей схватывания цемента. Например, двухкомпонентная цементная композиция с отсроченным схватыванием может содержать активатор схватывания цемента для сокращения времени схватывания и улучшения ранней прочности, дополнительно или альтернативно, двухкомпонентная цементная композиция с отсроченным схватыванием может содержать замедлитель схватывания цемента для увеличения времени загустевания. Любая добавка, компонент или вариант реализации, описанные в настоящем документе, могут быть добавлены к одной или к обеим составным суспензиям или к комбинированной суспензии двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием. Кроме того, любая добавка, компонент или вариант реализации, описанные в настоящем документе, которые используют с пуццолановой суспензией, известковой суспензией или комбинированной суспензией, могут быть использованы также с вариантами реализации двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием, которые содержат вытесняющую жидкость.

[0050] Специалистам в данной области техники понятно, что варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием, включая двухкомпонентные цементные композиции с отсроченным схватыванием, могут быть использованы в многочисленных подземных операциях, включая первичное и ремонтное цементирование. В некоторых вариантах реализации изобретения может быть обеспечена цементная композиция с отсроченным схватыванием (в вариантах реализации двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием она может представлять собой комбинированную двухкомпонентную цементную композицию с отсроченным схватыванием), которая содержит воду, пуццолан, гашеную известь, замедлитель схватывания цемента и необязательно диспергатор. Цементная композиция с отсроченным схватыванием может быть введена в подземный пласт и оставлена для схватывания. В контексте настоящего документа введение цементной композиции с отсроченным схватыванием в подземный пласт включает введение в любую часть подземного пласта, включая, без ограничения, в ствол скважины, пробуренный в подземном пласте, в призабойную зону, окружающую ствол скважины, и в оба варианта. Варианты реализации изобретения могут дополнительно включать активацию цементной композиции с отсроченным схватыванием. Активация цементной композиции с отсроченным схватыванием может включать, например добавление ускорителя схватывания цемента в цементную композицию с отсроченным схватыванием или смешивание двух составных суспензий двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием.

[0051] В некоторых вариантах реализации изобретения может быть обеспечена цементная композиция с отсроченным схватыванием, которая содержит воду, пуццолан, гашеную известь, замедлитель схватывания цемента и необязательно диспергатор. Цементная композиция с отсроченным схватыванием может храниться, например, в емкости или другом подходящем резервуаре. В альтернативных вариантах реализации изобретения может быть обеспечена двухкомпонентная цементная композиция с отсроченным схватыванием, которая содержит первую часть, содержащую составную суспензию из пуццолана и воды, и вторую часть, содержащую составную суспензию из гашеной извести и воды. Первая и вторая части могут храниться по отдельности и могут быть смешаны перед или во время закачивания в скважину. Цементные композиции с отсроченным схватыванием могут быть оставлены на хранении в течение требуемого периода времени. Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут быть оставлены на хранении в течение периода времени около 1 дня, около 2 недель, около 2 лет или более. Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут быть оставлены на хранении в течение периода времени около 1 дня, около 2 дней, около 5 дней, около 7 дней, около 10 дней, около 20 дней, около 30 дней, около 40 дней, около 50 дней, около 60 дней или до около 2 лет. В некоторых вариантах реализации изобретения цементная композиция с отсроченным схватыванием может быть оставлена на хранении в течение периода времени в диапазоне от около 1 дня до около 2 лет или более. Затем цементная композиция с отсроченным схватыванием может быть активирована, например, смешиванием двух составных суспензий друг с другом, введена в подземный пласт и оставлена для схватывания.

[0052] В вариантах реализации первичного цементирования, например, варианты реализации цементной композиции с отсроченным схватыванием могут быть введены в кольцевое пространство между трубой, расположенной в стволе скважины, и стенками ствола скважины (и/или трубы большего диаметра в стволе скважины), где ствол скважины проходит через подземный пласт. Цементная композиция с отсроченным схватыванием может быть оставлена для схватывания в кольцевом пространстве с образованием кольцевой оболочки из затвердевшего цемента. Цементная композиция с отсроченным схватыванием может образовывать барьер, который препятствует миграции флюидов в стволе скважины. Цементная композиция с отсроченным схватыванием может также, например, поддерживать трубу в стволе скважины.

[0053] В вариантах реализации ремонтного цементирования цементная композиция с отсроченным схватыванием может быть использована, например, в операциях исправительного цементирования или при установке цементных пробок. Например, композиция с отсроченным схватыванием может быть введена в ствол скважины для закупоривания отверстия (например, пустоты или трещины) в пласте, в гравийной набивке, в трубе, в цементной оболочке и/или между цементной оболочкой и трубой (например, в кольцевом микрозазоре).

[0054] Один из вариантов реализации включает способ цементирования, включающий: обеспечение пуццолановой суспензии, содержащей пуццолан и воду; обеспечение известковой суспензии, содержащей гашеную известь и воду; обеспечение возможности отдельного хранения пуццолановой суспензии и известковой суспензии в течение около одного дня или более; смешивание пуццолановой суспензии и известковой суспензии с получением цементной композиции; и обеспечение возможности схватывания цементной композиции.

[0055] Один из вариантов реализации включает способ вытеснения жидкости в подземном пласте, включающий: обеспечение пуццолановой суспензии, содержащей пуццолан и воду; обеспечение известковой суспензии, содержащей гашеную известь и воду; введение по меньшей мере части пуццолановой суспензии в ствол скважины, который проходит через подземный пласт, так чтобы пуццолановая суспензия вытеснила по меньшей мере одну жидкость из ствола скважины; активацию цементной композиции с отсроченным схватыванием посредством смешивания по меньшей мере части пуццолановой суспензии и по меньшей мере части известковой суспензии с получением цементной композиции; введение цементной композиции в подземный пласт; и обеспечение возможности схватывания цементной композиции в подземном пласте.

[0056] Один из вариантов реализации изобретения включает систему для цементирования, содержащую: пуццолановую суспензию, содержащую пуццолан и воду; известковую суспензию, содержащую гашеную известь и воду, для комбинирования с пуццолановой суспензией с получением цементной композиции.

[0057] Ссылаясь на фиг. 1, далее описано получение цементной композиции с отсроченным схватыванием в соответствии с иллюстративными вариантами реализации изобретения. На фиг. 1 изображена система 2 для получения цементной композиции с отсроченным схватыванием и доставки ее в ствол скважины в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения. Как показано, цементная композиция с отсроченным схватыванием может быть смешана в смесительном оборудовании 4, таком как, например, струйный смеситель, рециркуляционный смеситель или смеситель периодического действия, а затем закачана с помощью насосного оборудования 6 в ствол скважины. В некоторых вариантах реализации изобретения смесительное оборудование 4 и насосное оборудование 6 могут быть расположены на одном или более цементовозах, как понятно специалистам в данной области техники. В некоторых вариантах реализации изобретения может быть использован струйный смеситель, например, для непрерывного перемешивания известкового/схватывающегося материала с водой по мере его закачивания в ствол скважины. В двухкомпонентных вариантах реализации с отсроченным схватыванием может быть использовано смесительное оборудование (например, струйный смеситель, рециркуляционный смеситель и/или смеситель периодического действия) для смешивания суспензии комбинированной двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием.

[0058] Иллюстративная технология внесения цементной композиции с отсроченным схватыванием в подземный пласт описана далее со ссылкой на фиг. 2А и 2В. На фиг. 2А изображено наземное оборудование 10, которое может быть использовано для укладки цементной композиции с отсроченным схватыванием в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения. Следует отметить, что хотя на фиг. 2А показана в общем наземная операция, специалистам в данной области техники понятно, что принципы, описанные в настоящем документе, равным образом применимы к подводным операциям, в которых могут быть использованы плавучие или морские платформы и буровые установки, не отходя от границ объема настоящего описания. Как показано на фиг. 2А, поверхностное оборудование 10 может содержать цементировочную установку 12, которая может содержать один или более цементовозов. Цементировочная установка 12 может содержать смесительное оборудование 4 и насосное оборудование 6 (например, фиг. 1), как понятно специалистам в данной области техники. Цементировочная установка 12 может закачивать цементную композицию 14 с отсроченным схватыванием через питающую трубу 16 и в цементировочную головку 18, которая подает цементную композицию 14 с отсроченным схватыванием в скважину.

[0059] Обращаясь к фиг. 2В, цементная композиция 14 с отсроченным схватыванием может быть введена в подземный пласт 20 в соответствии с иллюстративными вариантами реализации изобретения. Как показано, ствол 22 скважины может быть пробурен в подземном пласте 20. Хотя ствол 22 скважины показан как направленный в основном вертикально в подземный пласт 20, принципы, описанные в настоящем документе, применимы также к стволам скважин, направленным через подземный пласт 20 под углом, таким как горизонтальные и наклонные стволы скважин. Как показано, ствол 22 скважины содержит стенки 24. В иллюстрированном варианте реализации изобретения в ствол 22 скважины вставлена кондукторная колонна 26. Кондукторная колонна 26 может быть зацементирована со стенками 24 ствола 22 скважины посредством цементной оболочки 28. В иллюстрированном варианте реализации изобретения в стволе 22 скважины также может быть расположен одна или более дополнительных труб (например, промежуточная колонна, эксплуатационная колонна, хвостовик и т.д.), показанных в настоящем документе как колонна 30. Как показано, затрубное пространство 32 ствола скважины образовано между колонной 30 и стенками 24 ствола 22 скважины и/или кондукторной колонной 26. Один или более центраторов 34 может быть присоединен к колонне 30, например, для центрирования колонны 30 в стволе 22 скважины до и во время операции цементирования.

[0060] Продолжая ссылаться на фиг. 2В, цементная композиция 14 с отсроченным схватыванием может быть закачана во внутреннюю часть колонны 30. Может быть обеспечено течение цементной композиции 14 с отсроченным схватыванием вниз по внутренней части колонны 30 через колонный башмак 32 в нижней части колонны 30 и вверх вокруг колонны 30 в затрубное пространство 32 ствола скважины. Цементная композиция 14 с отсроченным схватыванием может быть оставлена для схватывания в затрубном пространстве 32 ствола скважины, например, с образованием цементной оболочки, которая поддерживает и удерживает на месте колонну 30 в стволе 22 скважины. Хотя это не показано, для введения цементной композиции 14 с отсроченным схватыванием могут быть использованы также другие технологии. Например, может быть использована технология обратной циркуляции, которая включает введение цементной композиции 14 с отсроченным схватыванием в подземный пласт 20 через затрубное пространство 32 ствола скважины, а не через колонну 30.

[0061] Будучи введенной, цементная композиция 14 с отсроченным схватыванием может вытеснять другие флюиды 36, такие как буровые растворы и/или вытесняющие жидкости, которые могут присутствовать во внутренней части колонны 30 и/или в затрубном пространстве 32 ствола скважины. По меньшей мере часть вытесненных флюидов 36 может выходить из затрубного пространства 32 ствола скважины через сточный трубопровод 38 и может быть помещена, например, в один или более сточных резервуаров 40 (например, резервуар для бурового раствора), как показано на фиг. 2А. Снова обращаясь к фиг. 2В, нижняя пробка 44 может быть введена в ствол 22 скважины перед цементной композицией 14 с отсроченным схватыванием, например, для разделения цементной композиции 14 с отсроченным схватыванием от флюидов 36, которые могут находиться внутри колонны 30 перед цементированием. После того как нижняя пробка 44 достигнет муфты 46 для подвешивания колонны, должна разорваться мембрана или другое подходящее устройство, чтобы цементная композиция 14 с отсроченным схватыванием прошла через нижнюю пробку 44. На фиг. 2В нижняя пробка 44 показана на муфте 46 для подвешивания колонны. В иллюстрированном варианте реализации изобретения верхняя пробка 48 может быть введена в ствол 22 скважины после цементной композиции 14 с отсроченным схватыванием. Верхняя пробка 48 может разделять цементную композицию 14 с отсроченным схватыванием от вытесняющей жидкости 50, а также продавливать цементную композицию 14 с отсроченным схватыванием через нижнюю пробку 44.

[0062] Иллюстративные цементные композиции с отсроченным схватыванием, описанные в настоящем документе, могут прямо или косвенно воздействовать на один или более компонентов или частей оборудования, связанного с получением, доставкой, возвратом, утилизацией, повторным использованием и/или удалением описанных цементных композиций с отсроченным схватыванием. Например, описанные цементные композиции с отсроченным схватыванием могут прямо или косвенно воздействовать на один или более смесителей, связанное с ними смесительное оборудование, резервуары для бурового раствора, складские мощности или блоки, сепараторы композиций, теплообменники, датчики, измерительные приборы, насосы, компрессоры и т.п. оборудование, используемое для получения, хранения, мониторинга, регулирования и/или восстановления прежних свойств иллюстративных цементных композиций с отсроченным схватыванием. Описанные цементные композиции с отсроченным схватыванием также могут прямо или косвенно воздействовать на любое транспортное или доставочное оборудование, используемое для перевозки цементных композиций с отсроченным схватыванием к буровой площадке или их подачи в скважину, такое как, например, любые транспортировочные емкости, патрубки, трубопроводы, грузовики, системы труб и/или трубы, используемые для композиционного перемещения цементных композиций с отсроченным схватыванием с одного места на другое, любые насосы, компрессоры или двигатели (например, на верхних строениях или в скважине), используемые для приведения в движение цементных композиций с отсроченным схватыванием, любые клапаны или аналогичные соединения, используемые для регулирования давления или скорости потока цементных композиций с отсроченным схватыванием, и любые датчики (т.е., давления и температуры), измерительные приборы и/или их комбинации и т.п. Описанные цементные композиции с отсроченным схватыванием также могут прямо или косвенно воздействовать на различное внутрискважинное оборудование и инструменты, которые могут быть приведены в контакт с цементными композициями с отсроченным схватыванием, такие как, но не ограничиваясь ими, обсадная колонна ствола скважины, хвостовик ствола скважины, колонна заканчивания, вставные колонны, бурильная колонна, гибкие трубы, тросовый канат, кабельная проволока, бурильная труба, утяжеленные бурильные трубы, гидравлические забойные двигатели, внутрискважинные двигатели и/или насосы, цементировочные насосы, наземные двигатели и/или насосы, центраторы, турболизаторы, скребки, устройства поплавкового типа (например, башмаки, муфты, клапаны и т.д.), каротажные приборы и сопутствующее телеметрическое оборудование, приводные механизмы (например, электромеханические устройства, гидромеханические устройства и т.д.), скользящие муфты, эксплуатационные муфты, заглушки, сети, фильтры, регуляторы потока (например, регуляторы притока, автономные регуляторы притока, регуляторы расхода и т.д.), соединители (например, электрогидравлическое мокрое соединение, сухое соединение, индуктивный соединитель и т.д.), линии управления (например, электрические, оптоволоконные, гидравлические и т.д.), линии для технического надзора, буровые головки и наддолотные расширители, датчики или распределенные датчики, внутрискважинные теплообменники, клапаны и соответствующие приводные устройства, прокладки приборов, пакеры, цементные пробки, мостовые пробки и другие скважинные изолирующие устройства или компоненты и т.п.

ПРИМЕРЫ

[0063] Для облегчения понимания настоящих вариантов реализации изобретения приведены следующие примеры определенных аспектов некоторых вариантов реализации изобретения. Эти примеры ни в коем случае не следует воспринимать как ограничивающие или определяющие полный объем вариантов реализации изобретения.

Пример 1

[0064] Получили двухкомпонентную цементную композицию с отсроченным схватыванием, содержащую следующие составные суспензии:

[0065] Суспензию А получали в смесителе Waring^®, добавив в смеситель сначала воду, затем диспергатор Liquiment^® 5581F. Диспергатор оставили до полного диспергирования, затем добавили пемзу, диоксид кремния (цементная добавка Silicalite™) и утяжелитель (утяжелитель MicroMax^® FF). После добавления всех компонентов суспензию А перемешивали при скорости 6000 об./мин. в течение 40 секунд до полной гомогенизации образца. Суспензию В получили таким же образом, как суспензию А. Рассчитанная плотность суспензии А составила 1,597 т/м³ (13,33 фунтов на галлон (фунт/гал.)), а суспензии В - 1,528 т/м³ (12,75 фунт/гал).

[0066] Сразу после получения (обозначили как 0 день) и периодически после него определяли реологические свойства образцов, используя вискозиметр Fann модели 35А и пружину №2 с адаптером для определения предела текучести Fann (FYSA), в соответствии с процедурой, изложенной в API RP Practice 10В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements. При необходимости добавляли диспергатор для поддержания соответствующих значений вязкости. % bwoP относится к "проценту по массе пемзы", а % bwoHL относится к "проценту по массе гашеной извести".

[0067] Для получения схватывающейся комбинированной суспензии 129,4 г суспензии В добавили к 500,0 г суспензии А. Добавление выполнили посредством добавления суспензии А в смеситель Waring^®, установленный на 4000 об./мин., и медленного приливания суспензии В с получением суспензии АВ со следующим конечным составом суспензии:

[0068] Рассчитанная плотность суспензии АВ составила 1,585 т/м3 (13,23 фунт/гал). Часть суспензии АВ активировали с помощью 10% bwoP CaCl2, смешав 200,0 г суспензии АВ с 21,92 г 43% раствора CaCl2. Полученный образец представлен в таблице 5 как активированный. Сразу после получения измерили реологию образца, используя вискозиметр Fann модели 35А и пружину №2 с адаптером для определения предела текучести Fann (FYSA), в соответствии с процедурой, изложенной в API RP Practice 10В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements.

[0069] После смешивания двух составных суспензий для активации цементной композиции с отсроченным схватыванием, комбинированную суспензию отверждали в пластиковом цилиндре размером 2'' на 4'', который установили на водяную баню при температуре от около 32,2°С (90°F) до около 65,5°С (150°F), с получением затвердевших цилиндров. Затем измерили прочность на сжатие (C.S.) с разрушением, используя механический пресс в соответствии с API RP Practice 10В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements. Результаты испытаний представлены ниже в таблице 6. Представленные данные прочности на сжатие представляют собой среднее значение для двух цилиндров каждого образца. Измерения прочности на сжатие проводили через 24 часа.

[0070] Для сравнения получили суспензию с отсроченным схватыванием, которая не представляла собой двухкомпонентную композицию, смешав 350 г воды, 500 г пемзы, 100 г гашеной извести, 20 г утяжелителя Micromax^®, 6,25 г замедлителя схватывания цемента Micro Matrix^® и 3,5 г диспергатора Liquiment^® 5581F. Полученную суспензию (NC1) выдерживали в течение 35 дней до применения, активировали с помощью 10% bwoP раствора CaCl₂ и отверждали на водяной бане в течение такого же времени, как суспензию АВ.

* Суспензия оставалась незатвердевшей и текучей

** Суспензия превратилась в гель и не была текучей

[0071] Как показывает пример 1, суспензия АВ является более активной при более низких температурах, чем NC1. Не ограничиваясь теорией, этот эффект может быть обусловлен отсутствием замедлителей схватывания цемента в суспензии АВ и/или введением добавки диоксида кремния.

Пример 2

[0072] В предыдущих примерах смешивали пуццолановую и известковую суспензии с получением содержания гашеной извести 20,0% bwoP. В следующем примере показано, что может иметь преимущество смешивание двух компонентов в других соотношениях с получением суспензий с другим содержанием извести. В этом примере смешивали 258,8 г суспензии В с 500,0 г суспензии А с получением содержания извести 40% bwoP:

[0073] После смешивания полученный образец отверждали на водяной бане при 32,2°С (90°F) в течение 24 часов, затем определили прочность на сжатие при разрушении, которая составила 1034.2135 кПа (150 фунт/кв. дюйм). Прочность полученного образца была на около 33% выше, чем прочность образца, содержащего лишь 20% извести (1034.2135 кПа (105 фунт/кв. дюйм)).

Пример 3

[0074] Получили двухкомпонентную цементную композицию с отсроченным схватыванием, содержащую следующие составные суспензии:

[0075] Суспензию С получали в смесителе Waring^®, добавив в смеситель сначала воду, затем диспергатор Liquiment^® 5581F. Диспергатор оставили до полного диспергирования, затем добавили пемзу и утяжелитель (утяжелитель MicroMax^® FF). После добавления всех компонентов суспензию С перемешивали при скорости 6000 об./мин. в течение 40 секунд до полной гомогенизации образца. Суспензию D получили таким же образом, как суспензию С. Рассчитанная плотность суспензии С составила 1,587 т/м³ (13,24 фунтов на галлон (фунт/гал.)), а суспензии В - 1,528 т/м³ (12,75 фунт/гал).

[0076] Сразу после получения (обозначили как 0 день) и периодически после него определяли реологические свойства образцов, используя вискозиметр Fann модели 35А и пружину №2 с адаптером для определения предела текучести Fann (FYSA), в соответствии с процедурой, изложенной в API RP Practice 10В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements. При необходимости добавляли диспергатор для поддержания соответствующих значений вязкости.

[0077] Для получения схватывающейся комбинированной суспензии 129,4 г суспензии D добавили к 500,0 г суспензии С. Добавление выполнили посредством добавления суспензии С в смеситель Waring^®, установленный на 4000 об./мин., и медленного приливания суспензии D с получением суспензии CD со следующим конечным составом суспензии:

[0078] Рассчитанная плотность суспензии CD составила 1,573 т/м3 (13,13 фунт/гал). Часть суспензии CD активировали с помощью 10% bwoP CaCl2, смешав 200,0 г суспензии CD с 21,51 г 43% раствора CaCl2. Полученный образец представлен в таблице 11 как активированный. Сразу после получения измерили реологию образца, используя вискозиметр Fann модели 35А и пружину №2 с адаптером для определения предела текучести Fann (FYSA), в соответствии с процедурой, изложенной в API RP Practice 10В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements.

[0079] После смешивания двух составных суспензий для активации цементной композиции с отсроченным схватыванием, комбинированную суспензию отверждали в пластиковом цилиндре размером 2'' на 4'', который установили на водяную баню при температуре 87,7°С (190°F), с получением затвердевших цилиндров. Затем измерили прочность на сжатие (C.S.) с разрушением, используя механический пресс в соответствии с API RP Practice 10В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements. Результаты испытаний представлены ниже в таблице 12. Представленные данные прочности на сжатие представляют собой среднее значение для двух цилиндров каждого образца. Образцы и контрольные образцы отверждали при давлении 1 атмосфера, при температуре от около 32,2°С (90°F) до около 65,5°С (150°F); измерения прочности на сжатие проводили через 24 или 48 часов.

[0080] Для сравнения получили суспензию с отсроченным схватыванием, которая не представляла собой двухкомпонентную композицию, смешав 350 г воды, 500 г пемзы, 100 г гашеной извести, 20 г утяжелителя Micromax^®, 6,25 г замедлителя схватывания цемента Micro Matrix^® и 3,5 г диспергатора Liquiment^® 5581F. Полученную суспензию (NC1) выдерживали в течение 35 дней до применения, активировали с помощью 10% bwoP раствора CaCl₂ и отверждали на водяной бане в течение такого же времени, как суспензию АВ.

* Суспензия оставалась незатвердевшей и текучей

** Суспензия превратилась в гель и не была текучей

Пример 4

[0081] Получили двухкомпонентную цементную композицию с отсроченным схватыванием, содержащую следующие составные суспензии:

[0082] Суспензию Е получали в смесителе Waring^®, добавив в смеситель сначала воду, затем диспергатор Liquiment^® 5581F. Диспергатор оставили до полного диспергирования, затем добавили пемзу. После добавления всех компонентов суспензию Е перемешивали при скорости 6000 об./мин. в течение 40 секунд до полной гомогенизации образца. Суспензию F получили таким же образом, как суспензию Е. Рассчитанная плотность суспензии Е составила 1,606 т/м³ (13,4 фунтов на галлон (фунт/гал.)), а суспензии F - 1,486 т/м³ (12,4 фунт/гал). Затем суспензию Е и суспензию F хранили в течение 48 часов. Через 48 часов ни одна из суспензий не содержала

свободной воды. Однако суспензия F незначительно превратилась в гель, и потребовалось перемешивание для обеспечения ее текучести.

[0083] Через 48 часов 778,7 г суспензии Е добавили к 175,4 г суспензии F. Добавление выполнили посредством добавления суспензии Е в смеситель Waring^®, установленный на 4000 об./мин., и медленного приливания суспензии F с получением суспензии EF. После смешивания образовался гель, и добавили 1.0 г диспергатора (диспергатор Liquiment^® 5581F), чтобы смесь стала текучей.

[0084] Рассчитанная плотность готовой суспензии составила 1,582 т/м³ (13,2 фунт/гал). В готовую суспензию добавили 15,0 г порошка CaCl₂ (2,5% bwoP+HL), а затем поместили готовую суспензию в консистометр. Время загустевания измеряли через 5:38 часов при 60°С (140°F) и 20684.2718 кПа (3000 фунт/кв. дюйм). Время загустевания измеряли с помощью консистометра для замеров при высокой температуре и под высоким давлением в соответствии с процедурой определения времени загустевания цемента, установленной в API RP Practice 10В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, первое издание, июль, 2005.

[0085] Следует понимать, что композиции и способы описаны в настоящем документе в контексте "содержания", "вмещения" или "включения" различных компонентов или стадий, и композиции и способы могут также "состоять по существу из" или "состоять из" различных компонентов и стадий. Более того, формы единственного числа, используемые в формуле изобретения, означают один или несколько элементов.

[0086] Для краткости, в данном документе раскрыты полностью только определенные диапазоны. Тем не менее, диапазоны от любого нижнего предела могут быть скомбинированы с любым верхним пределом, чтобы описать диапазон, не описанный полностью, так же как диапазоны от любого нижнего предела могут быть скомбинированы с любым другим нижним пределом, чтобы описать диапазон, не описанный полностью, таким же образом, диапазоны от любого верхнего предела могут быть скомбинированы с любым другим верхним пределом, чтобы описать диапазон, не описанный полностью. Кроме того, во всех случаях, когда описан числовой диапазон с нижним пределом и верхним пределом, конкретно описано любое число и любой включенный диапазон, попадающие в указанный диапазон. В частности, каждый диапазон значений (в виде "от около а до около b" или, эквивалентно, "от приблизительно а до b" или, эквивалентно, "от приблизительно а-b"), описанный в настоящем документе, следует понимать как описывающий каждое число и диапазон, входящие в более широкий диапазон значений, даже если они не указаны в явном виде. Таким образом, каждая точка или отдельное значение могут выступать в качестве своего собственного нижнего или верхнего предела, скомбинированные с любой другой точкой или отдельным значением или с любым другим нижним или верхним пределом, чтобы описать диапазон, не описанный полностью.

[0087] Следовательно, варианты реализации настоящего изобретения хорошо приспособлены для достижения описанных и свойственных результатов и преимуществ. Конкретные варианты реализации изобретения, раскрытые выше, являются лишь иллюстрацией, и могут быть модифицированы и осуществлены различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области, у которых есть возможность ознакомиться с настоящим описанием. Хотя обсуждались только отдельные варианты реализации изобретения, настоящее описание охватывает все комбинации всех вариантов реализации изобретения. Кроме того, описанные в настоящем описании подробности конструкции или проекта не содержат ограничений за исключением описанных далее в формуле изобретения. Также, термины в формуле изобретения использованы в их простом, обычном значении, если обратное явным образом не указано заявителем. Таким образом, следует понимать, что частные иллюстративные варианты реализации, описанные выше, могут быть изменены или модифицированы, при этом все такие изменения находятся в пределах объема и сущности указанных вариантов реализации изобретения. При наличии противоречий в использовании слова или термина в настоящем описании и одном или более патенте(-ах) или других документах, которые могут быть включены в настоящее описание посредством ссылки, следует принимать определения, соответствующие настоящему описанию.

Изобретение относится к способу цементирования, включающему: обеспечение пуццолановой суспензии, содержащей пуццолан и воду в количестве от 33 мас. % до 200 мас. % по массе пуццолана; обеспечение известковой суспензии, содержащей гашеную известь и воду в количестве от 33 мас. % до 200 мас. % по массе извести; обеспечение возможности отдельного хранения пуццолановой суспензии и известковой суспензии в течение около одного дня или более; смешивание пуццолановой суспензии и известковой суспензии с получением цементной композиции, причем массовое соотношение пуццолана к гашеной извести составляет от 10:1 до 1:1; и обеспечение возможности схватывания цементной композиции.

Изобретение относится также к способу вытеснения флюида в подземном пласте и к системе цементирования. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. Технический результат - активация цементных композиций с отсроченным сроком схватывания при сохранении приемлемого времени загустевания и развития прочности на сжатие. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 15 табл., 3 ил.

1. Способ цементирования, включающий:

обеспечение пуццолановой суспензии, содержащей пуццолан и воду в количестве от 33 мас. % до 200 мас. % по массе пуццолана;

обеспечение известковой суспензии, содержащей гашеную известь и воду в количестве от 33 мас. % до 200 мас. % по массе извести;

обеспечение возможности отдельного хранения пуццолановой суспензии и известковой суспензии в течение около одного дня или более;

смешивание пуццолановой суспензии и известковой суспензии с получением цементной композиции, причем массовое соотношение пуццолана к гашеной извести составляет от 10:1 до 1:1; и

обеспечение возможности схватывания цементной композиции.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что цементную композицию вводят в ствол скважины, проходящий через подземный пласт, и оставляют для схватывания.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что пуццолан выбран из группы, состоящей из золы-уноса, кварцевой пыли, метакаолина, пемзы и любой их комбинации.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из пуццолановой суспензии, известковой суспензии или цементной композиции дополнительно содержит диспергатор.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что диспергатор содержит по меньшей мере один диспергатор, выбранный из группы, состоящей из диспергатора на основе сульфонированного формальдегида, поликарбоксилированного эфирного диспергатора и любой их комбинации.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из пуццолановой суспензии, известковой суспензии или цементной композиции дополнительно содержит замедлитель схватывания цемента.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что замедлитель схватывания цемента выбран из группы, состоящей из фосфоновой кислоты, производного фосфоновой кислоты, лигносульфоната, соли, органической кислоты, карбоксиметилированной гидроксиэтилцеллюлозы, синтетического со- или

терполимера, содержащего сульфонатные и карбоксильные группы, боратного соединения и любой их комбинации.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из пуццолановой суспензии, известковой суспензии или цементной композиции дополнительно содержит активатор схватывания цемента; причем активатор схватывания цемента содержит по меньшей мере один активатор схватывания цемента, выбранный из группы, состоящей из амина, силиката, формиата цинка, ацетата кальция, гидроксида элемента группы IA; гидроксида элемента группы IIA, одновалентной соли, двухвалентной соли, нанодиоксида кремния, полифосфата и любой их комбинации.

9. Способ по п. 1, дополнительно включающий хранение по меньшей мере одной из пуццолановой суспензии или известковой суспензии в течение периода времени около 7 дней или более до стадии смешивания.

10. Способ по п. 1, дополнительно включающий закачивание цементной композиции через питающую трубу и в затрубное пространство ствола скважины, проходящего через подземный пласт.

11. Способ вытеснения флюида в подземном пласте, включающий:

обеспечение пуццолановой суспензии, содержащей пуццолан и воду в количестве от 33 мас. % до 200 мас. % по массе пуццолана;

обеспечение известковой суспензии, содержащей гашеную известь и воду в количестве от 33 мас. % до 200 мас. % по массе извести;

введение по меньшей мере части пуццолановой суспензии в ствол скважины, проходящий через подземный пласт, так чтобы пуццолановая суспензия вытесняла по меньшей мере один флюид из ствола скважины;

активацию цементной композиции с отсроченным схватыванием посредством смешивания по меньшей мере части пуццолановой суспензии и по меньшей мере части известковой суспензии с получением цементной композиции, причем массовое соотношение пуццолана к гашеной извести составляет от 10:1 до 1:1;

введение цементной композиции в подземный пласт; и

обеспечение возможности схватывания цементной композиции в подземном пласте.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что пуццолан выбран из группы, состоящей из золы-уноса, кварцевой пыли, метакаолина, пемзы и любой их комбинации.

13. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что часть пуццолановой суспензии, которая вытесняет по меньшей мере один флюид из ствола скважины, вспенивают до вытеснения по меньшей мере одного флюида из ствола скважины.

14. Способ по п. 11, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из пуццолановой суспензии, известковой суспензии или цементной композиции дополнительно содержит диспергатор.

15. Способ по п. 11, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из пуццолановой суспензии, известковой суспензии или цементной композиции дополнительно содержит замедлитель схватывания цемента.

16. Способ по п. 11, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из пуццолановой суспензии, известковой суспензии или цементной композиции содержит активатор схватывания цемента.

17. Способ по п. 11, дополнительно включающий хранение по меньшей мере одной из пуццолановой суспензии или известковой суспензии в течение периода времени около 7 дней до стадии смешивания.

18. Способ по п. 11, дополнительно включающий закачивание цементной композиции через питающую трубу и в затрубное пространство ствола скважины, проходящего через подземный пласт.

19. Система цементирования, содержащая:

пуццолановую суспензию, содержащую пуццолан и воду в количестве от 33 мас. % до 200 мас. % по массе пуццолана;

известковую суспензию для комбинирования с пуццолановой суспензией с получением цементной композиции, причем известковая суспензия содержит гашеную известь и воду в количестве от 33 мас. % до 200 мас. % по массе извести,

причем массовое соотношение пуццолана к гашеной извести составляет от 10:1 до 1:1.

20. Система по п. 19, дополнительно содержащая смесительное оборудование для смешивания пуццолановой суспензии с известковой суспензией с получением цементной композиции, и насосное оборудование для доставки цементной композиции в ствол скважины.