Способные к схватыванию композиции, содержащие невспученный перлит, и способы цементирования в подземных пластах


 


Владельцы патента RU 2562627:

ХЭЛЛИБЕРТОН ЭНЕРДЖИ СЕРВИСИЗ, ИНК. (US)

Настоящее изобретение относится к способу цементирования, включающему введение в ствол скважины способной к схватыванию композиции, содержащей невспученный перлит, цементную печную пыль, пумицит и воду, и предоставление возможности композиции схватиться. В варианте осуществления настоящего изобретения способ цементирования включает введение в ствол скважины способной к схватыванию композиции, содержащей цементную печную пыль, измельченный невспученный перлит, портландцемент, перемолотый с пумицитом, и воду; и предоставление возможности композиции схватиться. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. Технический результат - повышение прочности при сжатии отвердевшей композиции, используемой при цементировании. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 пр. 6 табл.

 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к операциям цементирования и, в частности, в некоторых вариантах осуществления, к способам и композициям, которые включают невспученный перлит с цементной печной пылью («CKD»), пумицитом или их сочетанием.

В способах цементирования, таких как строительство скважины и ремонтное цементирование, часто используют способные к схватыванию композиции. Используемый в настоящем документе термин «способная к схватыванию композиция» относится к композиции (композициям), которые гидравлически схватываются или иным образом проявляют прочность на сжатие. Способные к схватыванию композиции можно использовать в операциях первичного цементирования, при помощи которого колонны труб, такие как обсадная колонна и хвостовики, цементируют в стволе скважины. При осуществлении первичного цементирования способную к схватыванию композицию можно закачать в кольцевое пространство между подземным пластом и колонной труб, расположенной в подземном пласте. Способная к схватыванию композиция должна схватиться в кольцевом пространстве, таким образом образуя кольцеобразную оболочку затвердевшего цемента (например, цементное кольцо), которое должно поддерживать и устанавливать в требуемое положение колонну труб в стволе скважины и связывать внешнюю поверхность колонны труб со стенками ствола скважины. Способные к схватыванию композиции также можно использовать в способах ремонтного цементирования, таких как установка цементных пробок и исправительное цементирование под давлением для герметизации полостей в колонне труб, цементном кольце, гравийной набивке, пласте и тому подобное.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к операциям цементирования и, в частности, в некоторых вариантах осуществления, к композициям и способам, которые включают невспученный перлит, CKD и/или пумицит.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагается способ цементирования, включающий: введение в ствол скважины способной к схватыванию композиции, содержащей невспученный перлит, цементную печную пыль и/или портландцемент, перемолотый с пумицитом, и воду; и предоставление возможности способной к схватыванию композиции схватиться. Можно использовать или цементную печную пыль или портландцемент, перемолотый с пумицитом, или и то и другое.

В одном аспекте настоящего изобретения предлагается способ цементирования, включающий: введение в ствол скважины способной к схватыванию композиции, содержащей невспученный перлит, цементную печную пыль и воду; и предоставление возможности способной к схватыванию композиции схватиться.

В другом аспекте настоящего изобретения предлагается способ цементирования, включающий: введение в ствол скважины способной к схватыванию композиции, содержащей измельченный невспученный перлит, портландцемент, перемолотый с пумицитом, и воду; и предоставление возможности способной к схватыванию композиции схватиться.

В еще одном аспекте настоящего изобретения предлагается способная к схватыванию композиция, содержащая: измельченный невспученный перлит, цементную печную пыль и воду.

Признаки и преимущества настоящего изобретения будут легко понятны специалистам в данной области техники. Хотя специалистами в данной области могут быть осуществлены многочисленные изменения, такие изменения находятся в пределах объема изобретения.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Настоящее изобретение относится к операциям цементирования и, в частности, в некоторых вариантах осуществления, к способам и композициям, которые включают невспученный перлит с CKD, пумицит или их сочетание. Может быть несколько потенциальных преимуществ в способах и композициях настоящего изобретения, из которых только некоторые могут быть упомянуты в описании. Одно из многих потенциальных преимуществ вариантов осуществления настоящего изобретения заключается в том, что включение невспученного перлита в вариантах осуществления способной к схватыванию композиции может повысить прочность на сжатие способной к схватыванию композиции после схватывания. Другое потенциальное преимущество вариантов осуществления настоящего изобретения заключается в том, что CKD, невспученный перлит, пумицит или их сочетание можно использовать для уменьшения количества более дорогостоящего компонента, такого как портландцемент, что дает в результате более экономичную способную к схватыванию композицию. Еще одно потенциальное преимущество вариантов осуществления настоящего изобретения заключается в том, что уменьшение количества портландцемента может понизить углеродный след операции цементирования.

Способные к схватыванию композиции настоящего изобретения могут содержать невспученный перлит с CKD, пумицит или их сочетание. Способные к схватыванию композиции дополнительно могут содержать воду, например, в количестве, достаточном для образования поддающейся перекачиванию суспензии. Предпочтительно способная к схватыванию композиция может включать цементирующий компонент, который содержит невспученный перлит и CKD. Или способная к схватыванию композиция может включать цементирующий компонент, который содержит невспученный перлит, CKD и пумицит. Или способная к схватыванию композиция может включать цементирующий компонент, который содержит невспученный перлит и пумицит. Или способная к схватыванию композиция может включать цементирующий компонент, который содержит невспученный перлит и пумицит, перемолотый с гидравлическим цементом. Или способная к схватыванию композиция может включать цементирующий компонент, который содержит невспученный перлит, перемолотый с гидравлическим цементом. Необязательно способные к схватыванию композиции, описанные в данном документе, могут включать известь. В одном конкретном варианте осуществления способная к схватыванию композиция включает цементирующий компонент, который содержит невспученный перлит, CKD, пумицит и/или известь. Другие необязательные добавки также могут быть включены в варианты осуществления способных к схватыванию композиций по желанию, включая без ограничения зольную пыль, шлаковый цемент, метакаолин, сланец, цеолит, их сочетания и тому подобное. Способные к схватыванию композиции могут быть вспененными и/или разбавленными по желанию специалистов в данной области техники.

Способные к схватыванию композиции настоящего изобретения должны иметь плотность, подходящую для конкретного применения, как желательно специалистам в данной области, с преимуществом данного описания. В некоторых вариантах осуществления способные к схватыванию композиции могут иметь плотность в диапазоне от примерно 8 фунтов на галлон ("фунт/галлон") (0,96 кг/л) до примерно 16 фунт/галлон (1,92 кг/л). В других вариантах осуществления способные к схватыванию композиции могут быть вспенены до плотности в диапазоне от примерно 8 фунт/галлон (0,96 кг/л) до примерно 13 фунт/галлон (1,56 кг/л).

Способные к схватыванию композиции как правило могут содержать невспученный перлит. Перлит является рудой и обычно относится к встречающейся в природе аморфной кремнистой вулканической породе, состоящей главным образом из диоксида кремния и оксида алюминия. Характерной особенностью перлита является то, что он может расширяться с образованием зернистых, высокопористых частиц или полых сфер, содержащих пористые ядра, под воздействием высоких температур из-за внезапного испарения воды внутри перлита. Вспученный перлит может использоваться в качестве снижающей плотность добавки при приготовлении легких, способных к схватыванию, композиций.

Недавно было обнаружено, что добавление невспученного перлита в способные к схватыванию композиции, содержащие CKD и/или пумицит, может давать неожиданное увеличение прочности на сжатие. В соответствии с настоящим изобретением невспученный перлит можно использовать для увеличения прочности на сжатие способных к схватыванию композиций, содержащих CKD и/или пумицит. Кроме того, невспученный перлит может повышать прочность на сжатие способных к схватыванию композиций, содержащих портландцемент. Полагают, что невспученный перлит может особенно подходить для использования при повышенных температурах в стволе скважины в соответствии с настоящим изобретением, например, при температурах выше примерно 80°F (27°С), в качестве альтернативы - выше примерно 120°F (49°С), и в качестве другой альтернативы - выше примерно 140°F (60°С).

Предпочтительно невспученный перлит можно использовать, среди прочего, для замены более дорогостоящих цементирующих компонентов, таких как портландцемент, что дает в результате более экономичные способные к схватыванию композиции. Кроме того, замена портландцемента на невспученный перлит должна приводить к образованию способной к схватыванию композиции с пониженным углеродным следом.

Невспученный перлит может быть измельчен до любого размера, подходящего для использования в операциях цементирования. В варианте осуществления невспученный перлит измельчают до среднего размера частиц от примерно 1 мкм до примерно 400 мкм, в соответствии с другим вариантом - от примерно 1 мкм до примерно 100 мкм и, в соответствии с еще одним вариантом - от примерно 1 мкм до примерно 25 мкм. Средний размер частиц соответствует значениям d50, определенным с помощью коммерчески доступных анализаторов размера частиц, таких как анализаторы, производимые Malvern Instruments, Вустершир, Великобритания. В другом варианте осуществления невспученный перлит имеет распределение частиц по размерам от примерно 1 мкм до примерно 1000 мкм при среднем размере частиц от примерно 1 мкм до примерно 100 мкм. Распределение частиц по размерам соответствует максимальным и минимальным размерам, допустимым в распределении. Образец подходящего измельченного невспученного перлита доступен от Hess Pumice Products, Inc., Малед Сити, Айдахо, под торговой маркой IM-325 с размером частиц 325 меш (44 мкм).

В одном аспекте изобретения невспученный перлит может быть перемолот с гидравлическим цементом, например, таким как портландцемент. В другом варианте осуществления невспученный перлит может быть перемолот с гидравлическим цементом и пумицитом. Измельченная смесь перлит/цемент может содержать гидравлический цемент в количестве от примерно 25% до примерно 75% от массы смеси, и невспученный перлит в количестве от примерно 25% до примерно 75% от массы смеси. Гидравлический цемент может быть портландцементом, классифицированным как цемент типа V ASTM. В соответствии с изобретением гидравлический цемент и невспученный перлит могут быть смешаны и измельчены до любого размера, подходящего для использования в операциях цементирования. Гидравлический цемент и невспученный перлит могут быть измельчены до смешивания. Измельченная смесь перлит/цемент может иметь средний размер частиц от примерно 0,1 мкм до примерно 400 мкм, в качестве альтернативы - от примерно 0,5 мкм до примерно 50 мкм, и в качестве еще одной альтернативы - от примерно 0,5 мкм до примерно 10 мкм. Средний размер частиц соответствует значениям d50, определенным с помощью коммерчески доступных анализаторов размера частиц, таких как анализаторы, производимые Malvern Instruments, Вустершир, Великобритания.

Невспученный перлит может быть включен в способные к схватыванию композиции в количестве, достаточном для обеспечения желаемой прочности на сжатие, плотности, снижения стоимости и/или пониженного углеродного следа. Невспученный перлит может присутствовать в способных к схватыванию композициях настоящего изобретения в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 1% до примерно 75% от массы цементирующих компонентов. Цементирующие компоненты включают такие компоненты или сочетание компонентов способных к схватыванию композиций, которые гидравлически схватываются, или затвердевают иным образом с проявлением прочности на сжатие, включая, например, невспученный перлит, CKD, зольную пыль, пумицит, шлак, известь, сланец и тому подобное. Невспученный перлит может присутствовать в некоторых вариантах осуществления в количестве примерно 5%, примерно 10%, примерно 15%, примерно 20%, примерно 25%, примерно 30%, примерно 35%, примерно 40%, примерно 45%, примерно 50%, примерно 55%, примерно 60%, примерно 65% или примерно 70%. В одном варианте осуществления невспученный перлит может присутствовать в способных к схватыванию композициях в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 5% до примерно 50% от массы цементирующих компонентов. В другом варианте осуществления невспученный перлит может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 10% до примерно 40% от массы цементирующих компонентов. В еще одном варианте осуществления невспученный перлит может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 20% до примерно 30% от массы цементирующих компонентов. Специалист в данной области, с преимуществом настоящего описания, определит подходящее количество невспученного перлита для использования в выбранном применении.

Способные к схватыванию композиции как правило могут содержать CKD. Обычно огромные количества CKD, которые часто утилизируют как отходы, получают в производстве цемента. Удаление отходов CKD может добавить нежелательные затраты при производстве цемента, а также экологические проблемы, связанные с их утилизацией. Химический состав CKD от различных цементных производителей варьируется в зависимости от ряда факторов, к числу которых относятся конкретный обжигаемый материал, эффективность операции производства цемента и связанные с ним системы улавливания пыли. CKD как правило может содержать разные оксиды, такие как SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, SO3, Na2O и K2O.

CKD обычно может проявлять цементирующие свойства, в том, что она может схватываться и затвердевать в присутствии воды. В соответствии с настоящим изобретением CKD можно использовать, среди прочего, для замены более дорогостоящих цементирующих компонентов, таких как портландцемент, что дает в результате более экономичные способные к схватыванию композиции. Кроме того, замена портландцемента на CKD должна приводить к образованию способной к схватыванию композиции с пониженным углеродным следом.

CKD можно включать в способные к схватыванию композиции в количестве, достаточном для обеспечения желаемой прочности на сжатие, плотности, уменьшения стоимости и/или пониженного углеродного следа. CKD может присутствовать в способных к схватыванию композициях настоящего изобретения в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 1% до примерно 95% от массы цементирующих компонентов. CKD может присутствовать в количестве примерно 5%, примерно 10%, примерно 15%, примерно 20%, примерно 25%, примерно 30%, примерно 35%, примерно 40%, примерно 45%, примерно 50%, примерно 55%, примерно 60%, примерно 65%, примерно 70%, примерно 75%, примерно 80% или примерно 90%. CKD может присутствовать в способных к схватыванию композициях в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 5% до примерно 95% от массы цементирующих компонентов. Или CKD может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 50% до примерно 90% от массы цементирующих компонентов. Или CKD может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 60% до примерно 80% от массы цементирующих компонентов. Специалист в данной области, с преимуществом настоящего описания, определит подходящее количество CKD для использования в выбранном применении.

Способные к схватыванию композиции дополнительно могут содержать пумицит. Как правило, пумицит является вулканической породой, которая проявляет цементирующие свойства в том, что она может схватываться и затвердевать в присутствии гашеной извести и воды. Гашеную известь можно использовать в сочетании с пумицитом, например, для обеспечения достаточного количества ионов кальция для схватывания пумицита. В соответствии с настоящим изобретением пумицит можно использовать, среди прочего, для замены более дорогостоящих цементирующих компонентов, таких как портландцемент, что дает в результате более экономичные способные к схватыванию композиции. Как упоминалось ранее замена портландцемента должна также приводить к образованию способной к схватыванию композиции с пониженным углеродным следом.

Когда пумицит имеется в наличии, он может быть включен в количестве, достаточном для обеспечения желаемой прочности на сжатие, плотности, уменьшения стоимости и/или пониженного углеродного следа для конкретного применения. Пумицит может присутствовать в способных к схватыванию композициях настоящего изобретения в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 1% до примерно 95% от массы цементирующих компонентов. Например, пумицит может присутствовать в количестве примерно 5%, примерно 10%, примерно 15%, примерно 20%, примерно 25%, примерно 30%, примерно 35%, примерно 40%, примерно 45%, примерно 50%, примерно 55%, примерно 60%, примерно 65%, примерно 70%, примерно 75%, примерно 80% или примерно 90%. Пумицит может присутствовать в способных к схватыванию композициях настоящего изобретения в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 5% до примерно 95% от массы цементирующих компонентов. Или пумицит может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 5% до примерно 80% от массы цементирующих компонентов. Или пумицит может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 10% до примерно 50% от массы цементирующих компонентов. Или пумицит может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 25% до примерно 50% от массы цементирующих компонентов. Специалист в данной области, с преимуществом настоящего описания, определит подходящее количество пумицита для использования в выбранном применении.

Вода, которая может использоваться в способных к схватыванию композициях, включает, например, пресную воду, соленую воду (например, воду, содержащую одну или несколько растворенных в ней солей), рассол (например, насыщенную соленую воду, добываемую из подземных пластов), морскую воду или их сочетания. Как правило, вода может быть из любого источника при условии, что она не содержит избытка соединений, которые могут нежелательно воздействовать на другие компоненты в способной к схватыванию композиции. Предпочтительно вода может включаться в количестве, достаточном для образования поддающейся перекачиванию суспензии. Вода может быть включена в способные к схватыванию композиции настоящего изобретения в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 40% до примерно 200% от массы цементирующих компонентов. Или вода может быть включена в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 40% до примерно 150% от массы цементирующих компонентов. Специалист в данной области, с преимуществом настоящего описания, определит подходящее количество воды для использования в выбранном применении.

Способные к схватыванию композиции дополнительно могут содержать известь. Известь может быть гашеной известью. Известь может быть включена в способные к схватыванию композиции, например, для образования гидравлической композиции с другими компонентами способных к схватыванию композиций, такими как пумицит, зольная пыль, шлак и/или сланец. Когда известь имеется в наличии, она может быть включена в способные к схватыванию композиции в количестве, достаточном для конкретного применения. Известь может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 1% до примерно 40% от массы цементирующих компонентов. Например, известь может присутствовать в количестве примерно 5%, примерно 10%, примерно 15%, примерно 20%, примерно 25%, примерно 30% или примерно 35%. Например, известь может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 5% до примерно 20% от массы цементирующих компонентов. Специалист в данной области, с преимуществом настоящего описания, определит подходящее количество извести для использования в выбранном применении.

Следует понимать, что использование портландцемента в способных к схватыванию композициях можно уменьшить или даже исключить для обеспечения, например, желаемого снижения затрат и/или пониженного углеродного следа. Соответственно, способные к схватыванию композиции настоящего изобретения могут содержать портландцемент в количестве от 0% до примерно 75%. Например, портландцемент может присутствовать в количестве примерно 1%, примерно 5%, примерно 10%, примерно 15%, примерно 20%, примерно 24%, примерно 25%, примерно 30%, примерно 35%, примерно 40%, примерно 50%, примерно 55%, примерно 60%, примерно 65% или примерно 70%. Портландцемент может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 0% до примерно 20%. Или портландцемент может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 0% до примерно 10%. Или способные к схватыванию композиции могут практически не содержать портландцемента. Используемый в настоящем документе термин «практически не содержит» означает менее примерно 1% от массы цементирующих компонентов. Способная к схватыванию композиция может содержать портландцемент в количестве менее примерно 0,1% от массы цементирующих компонентов и, в качестве альтернативы, - менее примерно 0,01% от массы цементирующих компонентов. Как пример, способная к схватыванию композиция может не содержать портландцемента.

Портландцементы включают портландцементы, классифицированные как цементы классов A, C, G и H согласно Американскому институту нефти (API), API Specification for Materials and Testing for Well Cements, API Specification 10, Fifth Ed., July 1, 1990. Кроме того, портландцементы включают портландцементы, классифицированные как типы ASTM I, II или III.

Один пример подходящего гидравлического цемента включает смесь портландцемента и пумицита. Смесь цемент/пумицит может содержать портландцемент в количестве от примерно 25% до примерно 75% от массы смеси, и пумицит в количестве от примерно 25% до примерно 75% от массы смеси. Предпочтительно смесь цемент/пумицит содержит примерно 40% масс. портландцемента и примерно 60% масс. пумицита. Гидравлический цемент может содержать портландцемент, перемолотый с пумицитом. Портландцемент может быть классифицирован как цемент типа V ASTM. В соответствии с изобретением портландцемент и пумицит могут быть смешаны и измельчены до любого размера, подходящего для использования в операциях цементирования. Портландцемент и пумицит могут быть измельчены до смешивания. Предпочтительно смесь цемент/пумицит из портландцемента и пумицита имеет средний размер частиц от примерно 0,1 мкм до примерно 400 мкм, в качестве альтернативы - от примерно 0,5 мкм до примерно 50 мкм, и в качестве другой альтернативы - от примерно 0,5 мкм до примерно 10 мкм. Средний размер частиц соответствует значениям d50, определенным с помощью коммерчески доступных анализаторов размера частиц, таких как анализаторы, производимые Malvern Instruments, Вустершир, Великобритания. Образец подходящей смеси цемент/пумицит доступен от Halliburton Energy Services, Inc., под торговым названием цемент FineCem™ 925.

Полагают, что гидравлический цемент, перемолотый с пумицитом, при использовании в способной к схватыванию композиции в сочетании с невспученным перлитом возможно создает синергический эффект. Например, полагают, что сочетание невспученного перлита и смеси цемент/пумицит может обеспечивать существенно более высокую прочность на сжатие, особенно при повышенных температурах в стволе скважины. Соответственно, сочетание невспученного перлита и смеси цемент/пумицит может особенно подходить для использования в способных к схватыванию композициях при повышенных температурах в стволе скважины, например, при температурах более примерно 80°F (27°С), в качестве альтернативы - более примерно 120°F (49°С), и в качестве другой альтернативы - более примерно 140°F (60°С).

Способные к схватыванию композиции дополнительно могут содержать зольную пыль. Может подходить зольная пыль множества типов, включая зольную пыль, классифицируемую как зольная пыль класса С и класса F согласно Американскому Нефтяному Институту, API Specification for Materials and Testing for Well Cements, API Specification 10, Fifth Ed., July 1, 1990. Зольная пыль класса С содержит как диоксид кремния, так и известь, так что при смешивании с водой она должна схватываться с образованием затвердевшей массы. Зольная пыль класса F, как правило, не содержит достаточного количества извести, так что для зольной пыли класса F требуется дополнительный источник ионов кальция для образования гидравлической композиции. Известь можно смешать с зольной пылью класса F в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 0,1% до примерно 25% от массы зольной пыли. В некоторых случаях известь может быть гашеной известью. Подходящие образцы зольной пыли включают без ограничения цементную добавку POZMIX® А, коммерчески доступную от Halliburton Energy Services, Inc.

Когда зольная пыль имеется в наличии, ее, как правило, можно включать в способные к схватыванию композиции в количестве, достаточном для обеспечения желаемой прочности на сжатие, плотности и/или стоимости. Зольная пыль может присутствовать в способных к схватыванию композициях настоящего изобретения в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 1% до примерно 75% от массы цементирующих компонентов. Предпочтительно зольная пыль может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 10% до примерно 60% от массы цементирующих компонентов. Специалист в данной области, с преимуществом настоящего описания, определит подходящее количество зольной пыли для использования в выбранном применении.

Способные к схватыванию композиции дополнительно могут содержать шлаковый цемент. Шлаковый цемент, который может подходить для использования, может содержать шлак. Как правило, шлак не содержит достаточного количества основного материала, поэтому шлаковый цемент может дополнительно содержать основания для получения гидравлической композиции, которая может реагировать с водой для схватывания с образованием затвердевшей массы. Примеры подходящих источников оснований включают без ограничения гидроксид натрия, бикарбонат натрия, карбонат натрия, известь и их сочетания.

Когда шлаковый цемент имеется в наличии, его, как правило, можно включать в способные к схватыванию композиции в количестве, достаточном для обеспечения желаемой прочности на сжатие, плотности и/или стоимости. Шлаковый цемент может присутствовать в способных к схватыванию композициях настоящего изобретения в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 1% до примерно 75% от массы цементирующих компонентов. Шлаковый цемент может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 5% до примерно 50% от массы цементирующих компонентов. Специалист в данной области, с преимуществом настоящего описания, определит подходящее количество шлакового цемента для использования в выбранном применении.

Способные к схватыванию композиции дополнительно могут содержать метакаолин. Как правило, метакаолин является белым пуццоланом, который можно получить с помощью нагревания каолиновой глины, например, до температур, находящихся в диапазоне от примерно 600°C до примерно 800°C. Метакаолин может присутствовать в способных к схватыванию композициях настоящего изобретения в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 1% до примерно 75% от массы цементирующих компонентов. Метакаолин может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 10% до примерно 50% от массы цементирующих компонентов. Специалист в данной области, с преимуществом настоящего описания, определит подходящее количество метакаолина для использования в выбранном применении.

Способные к схватыванию композиции дополнительно могут содержать сланец. Среди прочего, сланец, включенный в способные к схватыванию композиции, может реагировать с избытком извести с образованием подходящего цементирующего материала, например, гидрата силиката кальция. Подходят разнообразные сланцы, включая сланцы, содержащие кремний, алюминий, кальций и/или магний. Пример подходящего сланца включает спекшийся сланец. Подходящие образцы спекшегося сланца включают без ограничения материал PRESSUR-SEAL FINE LCM и материал PRESSUR-SEAL COARSE LCM, которые коммерчески доступны от TXI Energy Services, Inc. Как правило, сланец может иметь любое распределение размеров частиц, желательное для конкретного применения. Сланец может иметь распределение размеров частиц в диапазоне от примерно 37 мкм до примерно 4750 мкм.

Когда сланец имеется в наличии, он может быть включен в способные к схватыванию композиции настоящего изобретения в количестве, достаточном для обеспечения желаемой прочности на сжатие, плотности и/или стоимости. Сланец может присутствовать в способных к схватыванию композициях настоящего изобретения в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 1% до примерно 75% от массы цементирующих компонентов. Например, сланец может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 10% до примерно 35% от массы цементирующих компонентов. Специалист в данной области, с преимуществом настоящего описания, определит подходящее количество сланца для использования в выбранном применении.

Способные к схватыванию композиции дополнительно могут содержать цеолит. Цеолиты, как правило, представляют собой пористые алюмосиликатные минералы, которые могут быть природным или синтетическим материалом. Синтетические цеолиты основаны на том же типе структурной ячейки, что и природные цеолиты, и могут включать гидраты алюмосиликатов. Используемый в настоящем документе термин "цеолит" относится ко всем природным и синтетическим формам цеолита. Примеры подходящих цеолитов описаны более подробно в патенте США № 7445669. Образец подходящего источника цеолита доступен от C2C Zeolite Corporation, Калгари, Канада. Цеолит может присутствовать в способных к схватыванию композициях настоящего изобретения в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 1% до примерно 65% от массы цементирующих компонентов. Например, цеолит может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 10% до примерно 40% от массы цементирующих компонентов. Специалист в данной области, с преимуществом настоящего описания, определит подходящее количество цеолита для использования в выбранном применении.

Способные к схватыванию композиции дополнительно могут содержать добавку-замедлитель схватывания. Используемый в настоящем документе термин "добавка-замедлитель схватывания" относится к добавке, которая замедляет схватывание способных к схватыванию композиций настоящего изобретения. Примеры подходящих добавок-замедлителей схватывания включают без ограничения аммоний, щелочные металлы, щелочноземельные металлы, металлические соли сульфоалкилированных лигнинов, органические кислоты (например, гидроксикарбоновые кислоты), сополимеры, которые содержат акриловую кислоту или малеиновую кислоту, и их сочетания. Один пример подходящего сульфоалкилированного лигнина включает сульфометилированный лигнин. Подходящие добавки-замедлители схватывания более подробно описаны в патенте США № Re. 31190, полное описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки. Подходящие добавки-замедлители схватывания коммерчески доступны от Halliburton Energy Services, Inc. под торговыми названиями замедлителей HR® 4, HR® 5, HR® 7, HR® 12, HR® 15, HR® 25, SCR 100 и SCR 500. Как правило, когда добавка-замедлитель схватывания используется, ее можно включать в способные к схватыванию композиции настоящего изобретения в количестве, достаточном для обеспечения желаемого замедления схватывания. Добавка-замедлитель схватывания может присутствовать в способных к схватыванию композициях настоящего изобретения в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 0,1% до примерно 5% от массы цементирующих компонентов. Специалист в данной области, с преимуществом настоящего описания, определит подходящее количество добавки-замедлителя схватывания для использования в выбранном применении.

Необязательно в способные к схватыванию композиции настоящего изобретения можно добавлять другие дополнительные добавки, которые специалист в данной области, с преимуществом данного описания, сочтет целесообразными. Примеры таких добавок включают без ограничения добавки, контролирующие снижение прочности, ускорители схватывания, утяжелители, добавки, облегчающие вес, газогенерирующие добавки, добавки для улучшения механических свойств, вещества для борьбы с потерей циркуляции, добавки для регулирования фильтрации, диспергаторы, добавки для понижения водоотдачи, пеногасители, пенообразователи, маслонабухающие частицы, водонабухающие частицы, тиксотропные добавки, и их сочетания. Конкретные примеры этих и других добавок включают кристаллический кремнезем, аморфный кремнезем, пирогенный кремнезем, соли, волокна, гидрофильные глины, микросферы, золу рисовой шелухи, эластомеры, эластомерные частицы, смолы, латекс, их сочетания и тому подобное. Специалист в данной области с преимуществом настоящего изобретения сможет легко определить тип и количество добавки, подходящие для конкретного практического применения и желаемого результата.

Как будет понятно специалистам в данной области, способные к схватыванию композиции можно использовать во множестве подземных применений, включающих первичное и вторичное цементирование. Способные к схватыванию композиции могут быть введены в подземный пласт и оставлены там схватываться. Например, способная к схватыванию композиция может быть введена в пространство между подземным пластом и обсадной трубой, помещенной в подземный пласт. Цементные композиции могут включать, например, воду и один или несколько компонентов из невспученного перлита, CKD или пумицита.

В вариантах осуществления первичного цементирования способная к схватыванию композиция, например, может вводиться в пространство между подземным пластом и обсадной трубой (например, колонной труб, хвостовиками), помещенной в подземный пласт. Способная к схватыванию композиция может быть оставлена схватываться с образованием кольцеобразной оболочки затвердевшего цемента в пространстве между подземным пластом и обсадной трубой. Среди прочего, отвердевшая способная к схватыванию композиция может сформировать барьер, предотвращающий миграцию флюидов в ствол скважины. Отвердевшая способная к схватыванию композиция также может, например, поддерживать обсадную трубу в стволе скважины.

В вариантах осуществления ремонтного цементирования способная к схватыванию композиция может использоваться, например, в операциях исправительного цементирования под давлением или при установке цементных пробок. В качестве примера, способная к схватыванию композиция может вводиться в ствол скважины для закупорки пустоты или трещины в пласте, в гравийной набивке, в обсадной трубе, в цементном кольце и/или микрозазоре между цементным кольцом и обсадной трубой.

Для обеспечения лучшего понимания настоящего изобретения приводятся следующие примеры определенных аспектов некоторых вариантов осуществления. Нижеследующие примеры никоим образом не следует считать ограничивающими или определяющими объем изобретения.

Пример 1

Серию образцов готовили и подвергали 24-часовым испытаниям прочности на раздавливание в соответствии с описанием 10 API для анализа свойств силы сопротивления способных к схватыванию композиций, которые содержат невспученный перлит. Образцы композиций оставляли отвердевать на водяной бане на 24 часа при температуре, указанной в таблице ниже. Сразу же после снятия с водяной бани прочность на раздавливание определяли с помощью прибора для испытания Tinius Olsen. Результаты испытаний прочности на раздавливание изложены в таблице ниже.

Испытания №№ 1-6 выполняли на образцах с плотностью 14,2 фунт/галлон (0,24 кг/л) и содержащих воду, портландцемент класса H, измельченный невспученный перлит, известь и воду, как указано в таблице ниже. Измельченным невспученным перлитом был IM-325 от Hess Pumice Products с размером частицы примерно 325 меш США (44 мкм).

Испытания №№ 7-8 выполняли на образцах с плотностью 14,2 фунт/галлон (0,24 кг/л) и содержащих воду, портландцемент класса H, пумицит и известь, как указано в таблице ниже. Пумицит имел размеры частиц примерно 200 меш США (74 мкм).

Испытания №№ 9-14 выполняли на образцах с плотностью 14,2 фунт/галлон (0,24 кг/л) и содержащих воду, измельченную смесь цемент/пумицит (цемент FineCem™ 925), невспученный перлит, известь и воду, как указано в таблице ниже. Измельченная смесь цемент/пумицит содержала портландцемент типа V (40% по массе), перемолотый с пумицитом (60% по массе). Измельченная смесь цемент/пумицит имела средний размер частиц в диапазоне от примерно 1 до примерно 4 мкм. Измельченным невспученным перлитом был IM-325 от Hess Pumice Products с размером частицы примерно 325 меш США (44 мкм).

В нижеследующей таблице проценты по массе основаны на массе портландцемента, смеси цемент/пумицит, пумицита и невспученного перлита в образце, и галлоны на мешок (галлон/мешок) рассчитаны на 94-фунтовый (42,64 кг) мешок портландцемента, смеси цемент/пумицит, пумицита, и невспученного перлита.

Таблица 1
Испытания прочности на раздавливание
Испы-тание № Вода, галлон/мешок
(л/кг)
Портланд-цемент, % масс. Измельченная смесь пумицит/цемент,
% масс.
Пумицит, % масс. Измельченный невспученный перлит,
% масс.
Известь,
% масс.
Тем-ра
°F
(°С)
24-часовая прочность на раздавливание, фунт/кв.дюйм
(кг/см2)
1 7,44
(0,66)
100 - - - 80
(26,7)
330
(23,2)
2 7,44
(0,66)
100 - - - 140
(60,0)
674
(47,4)
3 6,74
(0,60)
75 - 25 - 80
(26,7)
290
(20,4)
4 6,74
(0,60)
75 - 25 - 140
(60,0)
777
(54,6)
5 6,95
(0,62)
75 - 25 5 80
(26,7)
352
(24,8)
6 6,95
(0,62)
75 - 25 5 140
(60,0)
886
(62,3)
7 6,74
(0,60)
75 25 - - 140
(60,0)
835
(58,7)
8 6,95
(0,62)
75 25 - 5 140
(60,0)
734
(51,6)
9 6,03
(0,53)
- 100 - - - 80
(26,7)
827
(58,1)
10 6,03
(0,53)
- 100 - - - 140
(60,0)
1877
(132,0)
11 5,68
(0,50)
- 75 - 25 - 80
(26,7)
597
(42,0)
12 5,68
(0,50)
- 75 - 25 - 140
(60,0)
2740
(192,6)
13 5,89
(0,52)
- 75 - 25 5 80
(26,7)
530
(37,3)
14 5,89
(0,52)
- 75 - 25 5 140
(60,0)
2610
(183,5)

Таким образом, пример 1 показывает, что замена по меньшей мере части портландцемента на невспученный перлит может увеличить прочность на раздавливание способных к схватыванию композиций. Например, при 140°F (60°С) испытания №№ 6 и 4 с невспученным перлитом дали величины прочности на раздавливание 886 фунт/кв. дюйм (62,29 кг/см2) и 777 фунт/кв. дюйм (54,63 кг/см2) по сравнению с прочностью на раздавливание 674 фунт/кв. дюйм (47,39 кг/см2) в испытании № 2 со 100% масс. портландцемента.

Пример 1 дополнительно показывает, что измельченная смесь пумицит/цемент в сочетании с невспученным перлитом может оказывать синергическое воздействие на способную к схватыванию композицию, проявляющееся в том, что это сочетание может обеспечить повышенную прочность на раздавливание при повышенных температурах. Например, при 140°F (60°С) испытания №№ 12 и 14 с измельченной смесью пумицит/цемент и невспученным перлитом дали величины прочности на раздавливание 2740 фунт/кв. дюйм (192,6 кг/см2) и 2610 фунт/кв. дюйм (183,5 кг/см2). Эта прочность на раздавливание заметно выше, чем прочности на раздавливание для композиций со 100% портландцементом (674 фунт/кв. дюйм (47,39 кг/см2) при 140°F (60°С)) и композиций с портландцементом и пумицитом, которые не были измельчены до мелкодисперсного размера частиц (835 фунт/кв. дюйм (58,71 кг/см2) и 734 фунт/кв. дюйм (51,61 кг/см2) при 140°F (60°С)). Эту повышенную прочность на сжатие для сочетаний измельченная смесь пумицит/цемент и невспученный перлит нельзя объяснить исключительно добавлением невспученного перлита, поскольку сочетание имело существенно более высокую прочность на раздавливание, чем прочность, отмеченная при добавлении невспученного перлита к портландцементу (777 фунт/кв. дюйм (54,63 кг/см2) и 886 фунт/кв. дюйм (62,29 кг/см2) при 140°F (60°С)). Кроме того, эту повышенную прочность на сжатие для сочетаний измельченная смесь пумицит/цемент и невспученный перлит нельзя объяснить исключительно добавлением смеси пумицит/цемента, поскольку сочетание имело существенно более высокую прочность на раздавливание, чем отмеченная с одной только измельченной смесью пумицит/цемент (1877 фунт/кв. дюйм (54,63 кг/см2) при 140°F (60,0°С)).

Пример 2

Дополнительную серию образцов способных к схватыванию композиций готовили и испытывали для анализа свойств силы сопротивления способных к схватыванию композиций, которые содержат CKD и невспученный перлит. Образцы композиций оставляли отвердевать на водяной бане на 24 или 72 часа при температуре, указанной в таблице ниже. Сразу же после снятия с водяной бани прочность на раздавливание определяли с помощью прибора для испытания Tinius Olsen. Результаты испытаний прочности на раздавливание изложены в таблице ниже.

Испытания №№ 15-28 выполняли на образцах с плотностью 14,2 фунт/галлон (0,24 кг/л) и содержащих воду, CKD, измельченный невспученный перлит и известь, как указано в таблице ниже. Образцы дополнительно содержали замедлитель схватывания цемента (замедлитель схватывания цемента CFR-3™, Halliburton Energy Services, Inc.) в количестве примерно 0,4% по массе. Измельченным невспученным перлитом был IM-325 от Hess Pumice Products с размером частицы примерно 325 меш США (44 мкм).

В нижеследующей таблице проценты по массе основаны на массе CKD и невспученного перлита в образце, и галлоны на мешок (галлон/мешок) рассчитаны на 94-фунтовый (42,64 кг) мешок CKD и невспученного перлита.

Таблица 2
Испытания прочности на раздавливание
Испытание № Вода, галлон/мешок
(л/кг)
CKD,
% масс.
Измельченный невспученный перлит,
% масс.
Известь,
% масс.
Температура
°F
(°С)
Время,
ч
Прочность на раздавливание, фунт/кв.дюйм
(кг/см2)
15 5,99
(0,53)
100 - - 80
(26,7)
24 21,7
(1,5)
16 5,99
(0,53)
100 - - 140
(60,0)
24 267
(18,8)
17 6,19
(0,55)
100 - 5 80
(26,7)
72 173
(12,2)
18 6,19
(0,55)
100 - 5 140
(60,0)
72 457
(32,1)
19 5,65
(0,51)
75 25 - 80
(26,7)
24 23,8
(1,7)
20 5,65
(0,51)
75 25 - 140
(60,0)
24 969
(68,1)
21 5,87
(0,52)
75 25 5 80
(26,7)
24 19,6
(1,4)
22 5,87
(0,52)
75 25 5 140
(60,0)
24 1004
(70,6)
23 5,5
(0,49)
50 50 5 80
(26,7)
72 124
(8,7)
24 5,5
(0,49)
50 50 5 140
(60,0)
72 1191
(83,7)
25 5,15
(0,46)
25 75 5 80
(26,7)
72 52
(3,7)
26 5,15
(0,46)
25 75 5 140
(60,0)
72 613
(43,1)
27 4,81
(0,43)
- 100 5 80
(26,7)
72 14
(1,0)
28 4,81
(0,43)
- 100 5 140
(60,0)
72 145
(10,2)

Таким образом, пример 2 показывает, что невспученный перлит можно использовать для повышения прочности на раздавливание композиций, содержащих CKD. Кроме того, этот эффект особенно выражен при повышенных температурах. Например, при 140°F (60°С) испытание № 20 с 75% CKD и 25% невспученного перлита дало 24-часовую прочность на раздавливание в 969 фунт/кв. дюйм (70,59 кг/см2) по сравнению с 24-часовой прочностью на раздавливание в 267 фунт/кв. дюйм (32,13 кг/см2) для испытания № 16 со 100% CKD.

Пример 3

Дополнительную серию образцов способных к схватыванию композиций готовили и испытывали для дополнительного анализа свойств силы сопротивления способных к схватыванию композиций, которые содержат CKD и невспученный перлит. Образцы композиций оставляли отвердевать на водяной бане на 24 часа при температуре, указанной в таблице ниже. Сразу же после снятия с водяной бани прочность на раздавливание определяли с помощью прибора для испытания Tinius Olsen. Результаты испытаний прочности на раздавливание изложены в таблице ниже.

Испытания №№ 29-37 выполняли на образцах с плотностью 14,2 фунт/галлон (0,24 кг/л) и содержащих воду, CKD, измельченный невспученный перлит и известь, как указано в таблице ниже. Образцы дополнительно содержали диспергатор цемента в количестве примерно 0,4% по массе. Измельченным невспученным перлитом был IM-325 от Hess Pumice Products с размером частицы примерно 325 меш США (44 мкм).

В нижеследующей таблице проценты по массе основаны на массе CKD и невспученного перлита в образце, и галлоны на мешок (галлон/мешок) рассчитаны на 94-фунтовый (42,64 кг) мешок CKD и невспученного перлита.

Таблица 3
Испытания прочности на раздавливание
Испытание № Вода, галлон/мешок
(л/кг)
CKD,
% масс.
Измельченный невспученный перлит,
% масс.
Известь,
% масс.
Температура
°F (°С)
24-часовая прочность на раздавливание, фунт/кв.дюйм
(кг/см2)
29 6,19
(0,55)
100 - 5 140
(60,0)
278
(19,6)
30 5,48
(0,49)
90 10 - 140
(60,0)
649
(45,6)
31 6,05
(0,54)
90 10 5 140
(60,0)
533
(37,5)
32 5,7
(0,51)
80 20 - 140
(60,0)
934
(65,7)
33 5,92
(0,52)
80 20 5 140
(60,0)
958
(67,4)
34 5,42
(0,48)
60 40 - 140
(60,0)
986
(69,3)
35 5,64
(0,50)
60 40 5 140
(60,0)
1241
(87,3)
36 5,28
(0,48)
50 50 - 140
(60,0)
897
(63,1)
37 5,5
(0,49)
50 50 5 140
(60,0)
1197
(84,2)

Таким образом, пример 3 показывает, что невспученный перлит можно использовать для повышения прочности на раздавливание композиций, содержащих CKD. Например, как указано в вышеприведенной таблице, прочность на раздавливание образцов постепенно повышалась, по мере того как концентрация невспученного перлита в образце возрастала от 0% по массе до 40% по массе.

Пример 4

Дополнительную серию образцов способных к схватыванию композиций готовили и испытывали для дополнительного анализа свойств силы сопротивления способных к схватыванию композиций, которые содержат CKD и невспученный перлит. Образцы композиций оставляли отвердевать на водяной бане на 24 часа при температуре, указанной в таблице ниже. Сразу же после снятия с водяной бани прочность на раздавливание определяли с помощью прибора для испытания Tinius Olsen. Результаты испытаний прочности на раздавливание изложены в таблице ниже.

Испытания №№ 38-43 выполняли на образцах с плотностью 14,2 фунт/галлон (0,24 кг/л) и содержащих воду, CKD, перлит и известь, как указано в таблице ниже. Образцы дополнительно содержали диспергатор цемента в количестве примерно 0,4% по массе. В испытаниях №№ 38 и 39 использовали измельченный невспученный перлит (IM-325) от Hess Pumice Products с размером частицы примерно 325 меш США (44 мкм). В испытаниях №№ 40 и 41 использовали неизмельченную перлитовую руду, имеющую средний размер частиц (d50) примерно 190 мкм. В испытаниях №№ 42 и 43 использовали вспученный перлит.

В нижеследующей таблице проценты по массе основаны на массе CKD и перлита в образце, и галлоны на мешок (галлон/мешок) рассчитаны на 94-фунтовый (42,64 кг) мешок CKD и перлита.

Таблица 4
Испытания прочности на раздавливание
Испытание № Вода, галлон/мешок
(л/кг)
CKD,
% масс.
Измельченный невспученный перлит,
% масс.
Перлитовая руда,
% масс.
Вспученный перлит,
% масс.
Известь,
% масс.
Температура
°F
(°С)
24-часовая прочность на раздавливание, фунт/кв.дюйм
(кг/см2)
38 5,65
(0,50)
75 25 - - - 140
(60,0)
969
(68,1)
39 5,87
(0,52)
75 25 - - 5 140
(60,0)
1004
(70,6)
40 5,63
(0,50)
75 - 25 - - 140
(60,0)
199
(14,0)
41 5,85
(0,52)
75 - 25 - 5 140
(60,0)
204
(14,3)
42 1,07
(0,10)
75 - - 25 - 140
(60,0)
Не поддается смешиванию
43 1,29
(0,11)
75 - - 25 5 140
(60,0)
Не поддается смешиванию

Таким образом, пример 4 показывает, что невспученный перлит обеспечивает превосходное повышение прочности в композициях, содержащих CKD, по сравнению с неизмельченной перлитовой рудой и вспученным перлитом. Действительно, образец со вспученным перлитом даже не мог быть протестирован из-за проблем со смешиваемостью.

Пример 5

Дополнительную серию образцов способных к схватыванию композиций готовили и испытывали для дополнительного анализа способных к схватыванию композиций, которые содержат CKD и невспученный перлит. Образцы композиций оставляли отвердевать на водяной бане на 24 часа при температуре, указанной в таблице ниже. Сразу же после снятия с водяной бани прочность на раздавливание определяли с помощью прибора для испытания Tinius Olsen. Результаты испытаний прочности на раздавливание изложены в таблице ниже. Время загустевания для каждого образца также определяли при 140°F (60°С) в соответствии с описанием 10 API.

Испытания №№ 44-56 выполняли на образцах с плотностью 12,5 фунт/галлон (0,24 кг/л) и содержащих CKD, перлит и известь, как указано в таблице ниже. Образцы дополнительно содержали диспергатор цемента в количестве примерно 0,4% по массе и замедлитель схватывания цемента (замедлитель схватывания цемента HR® 5, Halliburton Energy Services, Inc.). В испытаниях №№ 45, 48, 51 и 54 использовали измельченный невспученный перлит (IM-325) от Hess Pumice Products с размером частицы примерно 314 меш США (46 мкм). В испытаниях №№ 46, 49, 52 и 55 использовали неизмельченную перлитовую руду, имеющую средний размер частиц (d50) примерно 190 мкм. В испытаниях №№ 47, 50, 53 и 56 использовали вспученный перлит.

В нижеследующей таблице проценты по массе основаны на массе CKD и перлита в образце, и галлоны на мешок (галлон/мешок) рассчитаны на 94-фунтовый (42,64 кг) мешок CKD и перлита.

Таблица 5
Испытания прочности на раздавливание и времени загустевания
Испыта-ние № Вода, галлон / мешок
(л/кг)
CKD,
% масс.
Измельченный невспученный перлит,
% масс.
Перлито-вая руда,
% масс.
Вспучен-ный перлит,
% масс.
Известь
% масс.
Замедлитель схватывания
% масс.
Темп.
°F
(°С)
Время загустевания до 70 BC (ч:мин) 24-часовая прочность на раздавливание, фунт/кв.дюйм
(кг/см2)
44 10,51
(0,93)
100 - - - 5 0,3 140
(60)
4:06 126
(8,9)
45 10,34
(0,91)
90 10 - - 5 0,3 140
(60)
4:17 178,2
(12,5)
46 10,36
(0,92)
90 - 10 - 5 0,3 140
(60)
5:16 119
(8,4)
47 90 - - 10 5 0,6 140
(60)
Смешивается, не поддается перекачиванию
48 10,18
(0,90)
80 20 - - 5 0,3 140
(60)
4:20 311
(21,9)
49 10,18
(0,90)
80 - 20 - 5 0,3 140
(60)
5:49 100
(7,0)
50 80 - - 20 5 0,3 140
(60)
Не поддается смешиванию
51 9,84
(0,87)
60 40 - - 5 0,3 140
(60)
5:05 508
(35,7)
52 60 - 40 - 5 0,15 140
(60)
9:44 88
(6,2)
53 60 - - 40 5 0,3 140
(60)
Не поддается смешиванию
54 9,67
(0,86)
50 50 - - 5 0,3 140
(60)
8:04 616
(43,3)
55 50 - 50 - 5 0 140
(60)
23:30 78
(5,4)
56 50 - - 50 5 0,3 140
(60)
Не поддается смешиванию

Таким образом, пример 5 показывает, что невспученный перлит обеспечивает повышенную прочность в композициях, содержащих CKD, по сравнению с неизмельченной перлитовой рудой и вспученным перлитом. Аналогично предыдущему примеру образцы со вспученным перлитом даже не могут быть протестированы из-за проблем со смешиваемостью.

Пример 6

Дополнительную серию образцов способных к схватыванию композиций готовили и испытывали для дополнительного анализа способных к схватыванию композиций, которые содержат CKD и невспученный перлит. Образцы композиций оставляли отвердевать на водяной бане на 24 часа при температуре, указанной в таблице ниже. Сразу же после снятия с водяной бани прочность на раздавливание определяли с помощью прибора для испытания Tinius Olsen. Результаты испытаний прочности на раздавливание изложены в таблице ниже.

Испытание № 57 выполняли на образце с плотностью 12,5 фунт/галлон (0,24 кг/л) и содержащем воду, портландцемент типа V, CKD, неизмельченную перлитовую руду и пумицит, как указано в таблице ниже. Неизмельченная перлитовая руда имела средний размер частиц (d50) примерно 190 мкм. Пумицит имел средний размер частиц (d50) примерно 4 мкм.

Испытание № 58 выполняли на образце с плотностью 12,5 фунт/галлон (0,24 кг/л) и содержащем воду, измельченную смесь цемент/пумицит, CKD и измельченный невспученный перлит. Измельченная смесь цемент/пумицит содержала портландцемент типа V (40% по массе), перемолотый с пумицитом (60% по массе). Измельченная смесь цемент/пумицит имела средний размер частиц примерно 1-4 мкм. Измельченным невспученным перлитом был IM-325 от Hess Pumice Products с размером частицы примерно 325 меш США (44 мкм).

В нижеследующей таблице проценты по массе основаны на массе CKD, цемента, перлита, пумицита и/или смеси пумицит/цемент в образце, и галлоны на мешок (галлон/мешок) рассчитаны на 94-фунтовый (42,64 кг) мешок CKD, цемента, перлита, пумицита и/или смеси пумицит/цемент в образце.

Таблица 6
Испытания прочности на раздавливание
Испытание № Вода, галлон/
мешок
(л/кг)
Портланд-цемент,
% масс.
Пумицит,
% масс.
Измельченная смесь пумицит/цемент
% масс.
CKD,
% масс.
Измельченный невспученный перлит
% масс.
Перлитовая руда
% масс.
Темп.
°F
(°С)
24-часовая прочность на раздавливание, фунт/кв.дюйм
(кг/см2)
57 9,52
(0,84)
20 30 - 25 - 25 140
(60)
201
(14,1)
58 9,72
(0,86)
- - 50 25 25 - 140
(60)
1086
(76,4)

Таким образом, пример 6 показывает, что невспученный перлит в сочетании с измельченным пумицитом обеспечивает повышенную прочность в композициях, содержащих CKD, по сравнению с композициями со стандартным цементом, пумицитом и неизмельченной перлитовой рудой.

Следует понимать, что хотя составы и способы описаны терминами "охватывающие", "содержащие" или "включающие" различные компоненты или стадии, составы и способы также могут "состоять существенным образом из" или "состоять из" различных компонентов и стадий.

Для краткости только некоторые диапазоны описаны в настоящем документе явным образом. Однако диапазоны от любого нижнего предела могут быть объединены с любым верхним пределом для указания диапазона, не указанного явным образом, а также диапазоны от любого нижнего предела могут быть объединены с любым другим нижним пределом для указания диапазона, не указанного явным образом, точно так же диапазоны от любого верхнего предела могут быть объединены с любым другим верхним пределом для указания диапазона, не указанного явным образом. Кроме того, всякий раз, когда описывается численный диапазон с нижним пределом и верхним пределом, любое число и любой включенный диапазон в пределах данного диапазона являются конкретно раскрытыми. В частности, каждый диапазон значений (в форме «от примерно "a" до примерно "b"», или равнозначно, «от приблизительно "a" до "b"», или равнозначно, «от приблизительно "a-b"»), описанный в настоящем документе, следует понимать как указывающий на каждое число и диапазон в более широком диапазоне значений, даже если они не указаны явным образом. Таким образом, каждая точка или индивидуальное значение может выступать в качестве своего собственного нижнего или верхнего предела, в сочетании с любой другой точкой или индивидуальным значением или любым другим нижним или верхним пределом, чтобы указать диапазон, не указанный явным образом.

Следовательно, настоящее изобретение хорошо приспособлено для достижения упомянутых целей и преимуществ, а также целей и преимуществ, которые являются неотъемлемыми для данного изобретения. Конкретные варианты осуществления, описанные выше, являются только иллюстративными, поскольку настоящее изобретение можно модифицировать и практически применять различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, использующих преимущества изобретения, описанного в данном документе. Хотя обсуждаются отдельные варианты осуществления, изобретение охватывает все комбинации всех этих вариантов осуществления. Более того, на детали конструкции или дизайн, приведенные в настоящем документе, не налагается ограничений, кроме описанных ниже в формуле изобретения. Также термины в формуле изобретения имеют свое прямое обычное значение, если иное не определено недвусмысленно и ясно патентообладателем. Таким образом, очевидно, что конкретные иллюстративные варианты осуществления, описанные выше, могут быть изменены или модифицированы, и все такие изменения считаются входящими в объем настоящего изобретения.

1. Способ цементирования, включающий:
введение в ствол скважины способной к схватыванию композиции, содержащей невспученный перлит, цементную печную пыль, пумицит и воду; и
предоставление возможности способной к схватыванию композиции схватиться.

2. Способ по п. 1, в котором способная к схватыванию композиция имеет плотность от примерно 8 фунтов на галлон (0,9 кг/л) до примерно 16 фунтов на галлон (1,9 кг/л).

3. Способ по п. 1 или п 2, в котором невспученный перлит измельчают до среднего размера частиц от примерно 1 мкм до примерно 400 мкм.

4. Способ по п. 1 или 2, в котором невспученный перлит измельчают до среднего размера частиц от примерно 1 мкм до примерно 100 мкм.

5. Способ по п. 1 или 2, в котором невспученный перлит присутствует в способной к схватыванию композиции в количестве от примерно 1% до примерно 75% от массы цементирующих компонентов.

6. Способ по п. 1 или 2, в котором цементная печная пыль присутствует в способной к схватыванию композиции в количестве от примерно 1% до примерно 95% от массы цементирующих компонентов.

7. Способ по п. 1 или 2, в котором вода содержит по меньшей мере воду, выбранную из группы, состоящей из пресной воды, соленой воды, рассола, морской воды и любого их сочетания.

8. Способ по п. 1 или 2, в котором вода присутствует в количестве от примерно 40% до примерно 200% от массы цементирующих компонентов.

9. Способ цементирования, включающий:
введение в ствол скважины способной к схватыванию композиции, содержащей
размолотый невспученный перлит в количестве, достаточном для увеличения прочности на сжатие способной к схватыванию композиции,
цементную печную пыль,
смесь цемента и пумицита, содержащую пумицит перемолотый с цементом,
воду и
предоставление возможности способной к схватыванию композиции схватиться.

10. Способ по п. 9, в котором размолотый невспученный перлит измельчают до среднего размера частиц от примерно 1 мкм до примерно 400 мкм.

11. Способ по п. 9, в котором размолотый невспученный перлит измельчают до среднего размера частиц от примерно 1 мкм до примерно 100 мкм.

12. Способ по п. 9, в котором размолотый невспученный перлит присутствует в способной к схватыванию композиции в количестве от примерно 1% до примерно 75% от массы цементирующих компонентов, а цементная печная пыль присутствует в способной к схватыванию композиции в количестве от примерно 1% до примерно 95% от массы цементирующих компонентов.

13. Способ по п. 9, в котором в котором способная к схватыванию композиция имеет плотность от примерно 8 фунтов на галлон (0,9 кг/л) до примерно 16 фунтов на галлон (1,9 кг/л), а вода присутствует в количестве от примерно 40% до примерно 200% от массы цементирующих компонентов.

14. Способ по п. 1, в котором смесь цемента и пумицита имеет средний размер частиц от примерно 0,5 мкм до примерно 10 мкм.

15. Способ по п. 9, в котором смесь цемента и пумицита имеет средний размер частиц от примерно 0,5 мкм до примерно 10 мкм.

16. Способ по п. 1 или 9, в котором способная к схватыванию композиция дополнительно содержит известь.

17. Способ по п. 1, или 9, в котором способная к схватыванию композиция дополнительно содержит по меньшей мере одну добавку, выбранную из группы, состоящей из зольной пыли, шлакового цемента, метакаолина, сланца, цеолита, кристаллического кремнезема, аморфного кремнезема, пирогенного кремнезема, соли, волокна, гидрофильной глины, микросфер, золы рисовой шелухи, эластомера, эластомерных частиц, смолы, латекса и любого их сочетания.

18. Способ по п. 1 или 9, в котором способная к схватыванию композиция дополнительно содержит по меньшей мере одну добавку, выбранную из группы, состоящей из добавки-замедлителя схватывания, добавки, контролирующей снижение прочности, ускорителя схватывания, утяжелителя, добавки, облегчающей вес, газогенерирующей добавки, добавки для улучшения механических свойств, материала для борьбы с потерей циркуляции, добавки для регулирования фильтрации, диспергатора, добавки для понижения водоотдачи, пеногасителя, пенообразователя, маслонабухающих частиц, водонабухающих частиц, тиксотропной добавки и любого их сочетания.

19. Способ по п. 1 или 2, в котором способную к схватыванию композицию оставляют схватываться в стволе скважины при температуре, большей чем примерно 120°F (49°С).

20. Способ по п. 9, в котором способную к схватыванию композицию вводят в ствол скважины.

21. Способ по п. 1 или 20, в котором способную к схватыванию композицию оставляют схватываться в стволе скважины в кольцевом пространстве между подземным пластом и обсадной трубой в стволе скважины.

22. Способ по п. 1, дополнительно включающий закачку под давлением способной к схватыванию композиции в полость, включающую по меньшей мере одну полость, выбранную из группы, состоящей из полости в подземном пласте, пустот в гравийной набивке, отверстий в обсадной трубе и микрозазора между цементным кольцом и обсадной трубой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к биополимерным буровым растворам, используемым при бурении скважин, в том числе горизонтальных, наклонно-направленных, а также для восстановления скважин бурением вторых стволов.

Изобретение относится к безглинистым биополимерным буровым растворам, которые используются для бурения в сложных горно-геологических условиях. Технический результат изобретения - повышение структурно-реологических свойств и термостойкости, обеспечение солестойкости, снижение вредного влияния на окружающую среду, уменьшение количества и концентрации компонентов, необходимых для приготовления бурового раствора, при сохранении ингибирующих, смазочных, фильтрационных и противоприхватных свойств.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к технологии создания забойных фильтров в глубоких скважинах, вскрывших неустойчивые слабосцементированные породы коллектора.

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к составам для удаления асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО), и может быть использовано для растворения и удаления АСПО из нефтепромыслового оборудования, призабойной зоны пласта, насосно-компрессорных труб, выкидных линий, трубопроводов, резервуаров и оборудования нефтеперерабатывающих предприятий.

Изобретение относится к области крепления нефтяных и газовых скважин, а именно к утяжеленным буферным жидкостям, применяемым при цементировании обсадных колонн. Техническим результатом является снижение водоотдачи, повышение плотности, повышение седиментационной устойчивости, образование структуры, способной нести утяжелитель, и исключение коагуляции контактных зон между буровыми и тампонажными растворами в зоне аномально высоких пластовых давлений и температур.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности. Технический результат - повышение скорости растворения и удаления солевых отложений, предотвращение образования труднорастворимых эмульсий в пласте, уменьшение коррозии подземного оборудования.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к растеплению ствола в процессе эксплуатации или ремонта газовых и газоконденсатных скважин, расположенных в зоне многолетнемерзлых высокольдистых горных пород.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам ограничения водопритока в обводненных коллекторах и выравнивания профиля приемистости нагнетательных скважин с использованием водорастворимых полимеров.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для ограничений водогазопритоков и проведения ремонтно-изоляционных работ (РИР) в нефтяных, нагнетательных и газовых высокотемпературных скважинах от 56 до 120°C.

Изобретение относится к повышению нефтеотдачи пласта. Способ микробиологического повышения нефтеотдачи из нефтеносного пласта по четырем его вариантам включает обработку воды, предназначенной для закачки в нефтеносный пласт, для реализации микробиологической активности и добавление кислорода, способствующего микробиологического активности.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к обработке добывающих и нагнетательных скважин с трудноизвлекаемыми запасами нефти. В способе увеличения нефтеотдачи пласта, включающем последовательную закачку в пласт циклами не менее двух, разбитых на равные порции оторочек полимера в воде и солевого сшивающего агента в воде с буфером воды между ними, в качестве солевого сшивающего агента используют реагент АМГ и дополнительно осуществляют закачку оторочек глинистого агента в воде и оторочек реагента многофункционального действия и спирта алифатического и/или ароматического, или отхода производства, их содержащего, с обеспечением снижения межфазного натяжения в системе «нефть-вода» до 0,005 мН/м, в следующей последовательности оторочек и при следующих их составах, мас.%: 1) 0,001-3 полимера в воде, 2) 0,0001-0,5 АМГ в воде, 3) 0,0001-20 глинистого агента в воде, 4) реагент многофункционального действия 0,1-99,9 и указанные спирт или отход остальное, при соотношении объемов состава 1) и реагента многофункционального действия равном 1: (0,06-0,25) или 1) 0,001-3 полимера в воде, 2) 0,0001-0,5 АМГ и 0,0001-20 глинистого агента в воде, 3) реагент многофункционального действия 0,1-99,9 и указанные спирт или отход остальное, при соотношении объемов состава 1) и реагента многофункционального действия равном 1:0,06-0,25. Технический результат - повышение эффективности. 3 пр., 1 табл.

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано при разработке нефтяных месторождений с высокой пластовой температурой, в том числе на поздних стадиях разработки. Реагент для нефтедобычи, содержащий порошкообразный полиакриламид - ПАА, обработанный ионизирующим облучением, содержит порошкообразный ПАА с молекулярной массой 14-25 млн. ед. и степенью гидролиза 20-30%, обработанный ионизирующим облучением дозой 3-20 кГр ускоренными электронами с энергией 5-10 МэВ в составе композиции, содержащей дополнительно 5-20 мас.% от массы ПАА стабилизатора - порошка сульфата алюминия или алюмокалиевых квасцов. Способ нефтедобычи, включающий закачку в нагнетательную скважину оторочки, содержащей водный раствор хлоридов натрия и кальция с минерализацией 4-40 г/л или пластовой воды той же минерализации и указанный выше реагент при его концентрации 0,5-2,0 мас.%. Технический результат - повышение температурного предела работоспособности реагента при сохранении простоты операций. 2 н.п. ф-лы, 4 табл., 4 пр.

Изобретение относится к антиагломерирующей композиции, предназначенной для ингибирования образования гидратов газа в жидкости, состоящей из соединений формулы (I) или (III) и полярного растворителя или смеси полярных растворителей. Где для соединений формул (I) или (III) R представляет собой по меньшей мере один насыщенный или ненасыщенный С8, С10, С12, C14, C16 и C18 алкил или алкенил, Hex представляет собой гексил, Bu представляет собой бутил, COCO представляет собой кокоамин и X- представляет собой противоион, обозначающий по меньшей мере один галогенид или карбоксилат. Также изобретение относится к способу ингибирования образования агломератов гидратов в жидкости, содержащей воду, газ и необязательно жидкие углеводороды. Технический результат заключается в разработке антиагломерирующих композиций, предназначенных для ингибирования образования агломератов гидратов в жидкости, содержащей воду, газ и, необязательно, жидкие углеводороды, где жидкость необязательно содержится в трубопроводе нефти или газа или на нефтеперерабатывающем заводе. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к составам для глушения скважин, и может быть использовано при проведении ремонтных работ в скважинах с пластовым давлением равным или ниже гидростатического. Технический результат - повышение агрегативной устойчивости, термостабильности, снижение фильтрации, сокращение сроков освоения и выхода скважины на режим в послеремонтный период. Эмульсионный состав для глушения скважины включает, мас.%: газовый конденсат 30-40, сульфацелл 0,5-2,0, неонол 0,5-2,0, поливинилпирролидон 0,05-0,20, вода - остальное. 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к ремонтно-изоляционному тампонажному составу на основе магнезиальных вяжущих веществ и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности, в процессах бурения и ремонта нефтяных, газовых и водяных скважин. Технический результат - создание ремонтно-изоляционного тампонажного состава на основе магнезиальных вяжущих веществ, который обладает следующими качествами: контролируемость и прогнозируемость времени схватывания тампонажного камня, с точностью до минуты, в различных баротермальных условиях от минусовых (минус 5°C) температур до 180°C; предотвращение потерь прочностных характеристик во время пребывания материала в условиях обводненности, обеспечение седиментационной устойчивости раствора. Ремонтно-изоляционный тампонажный состав на основе магнезиальных вяжущих веществ, содержащий оксид магния и воду, дополнительно содержит семиводный сульфат магния, гексаметафосфат натрия и нитрилотриметилфосфоновую кислоту при следующем содержании компонентов, мас.%: оксид магния 44,71-55.56, семиводный сульфат магния 13,33-22,47, вода 29,47-35,77, гексаметафосфат натрия 0,1-2,7, нитрилотриметилфосфоновая кислота 0,1-1,14. 7 ил., 1 табл.

Изобретение касается способа регулирования свойств линейного теплового расширения цементного раствора при размещении в подземной скважине, имеющей по крайней мере одну обсадную трубу, путем введения в состав цементного раствора углеродистого материала для того, чтобы коэффициент линейного расширения раствора был выше, чем у схватившегося цемента, не содержащего углеродистый материал. Изобретение также относится к применению конкретных видов указанного углеродистого материала в составе цементного расширяющегося раствора. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. Технический результат - повышение адгезионных свойств полученной цементной оболочки к обсадной трубе и минимизация напряжения, возникающего в цементной оболочке. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 пр., 7 табл.

Изобретение относится к способу добычи нефти путем заводнения микроэмульсией Винзор типа III, в котором через не менее чем одну нагнетательную скважину в нефтяное месторождение закачивают предназначенный для снижения поверхностного натяжения между нефтью и водой до значений менее 0,1 мН/м водный состав, поверхностно-активных веществ, содержащий, по крайней мере, одно ионное поверхностно-активное вещество, а из месторождения через не менее чем одну эксплуатационную скважину добывают сырую нефть, отличающийся тем, что используют водный состав поверхностно-активных веществ, содержащий, по крайней мере, одно поверхностно-активное вещество общей формулы R1-O-(D)n-(B)m-(A)l-XY-M+, где R1 означает линейный или разветвленный насыщенный или ненасыщенный алифатический и/или ароматический углеводородный остаток с числом атомов углерода от восьми до тридцати, A означает этиленоксидную группу, B означает пропиленоксидную группу и D означает бутиленоксидную группу, l означает число от 0 до 99, m означает число от 0 до 99 и n означает число от 1 до 99, X означает алкильную или алкиленовую группу с числом атомов углерода от 0 до 10, M+ означает катион и Y- выбирают из группы: сульфатные группы, сульфонатные группы, карбоксилатные группы и фосфатные группы, при этом группы A, B и D могут иметь статистическое или чередующееся распределение или же они могут присутствовать в виде двух, трех, четырех или нескольких блоков в любой последовательности, сумма l+m+n лежит в пределах от 3 до 99 и содержание 1,2-бутиленоксидных групп из расчета на все количество бутиленоксидных групп составляет не менее 80%. Использованное вещество обладает особой эффективностью при его применении при заводнении с использованием поверхностно-активных веществ. 6 з.п. ф-лы, 7 табл.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления керамических проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта - ГРП. Шихта для изготовления магнийсиликатного проппанта, содержащая измельченную до фракции менее 8 мм смесь термообработанного серпентинита и кварцполевошпатного песка, в качестве указанного песка содержит песок Южно-Ильинского месторождения фракции менее 2 мм, состава, мас.%: диоксид кремния 90,0 - 91,0, оксид алюминия 3,3 - 3,5, оксид кальция 0,9 - 1,0, оксид железа 1,6 - 1,8, оксид калия 1,2 - 1,3, оксид натрия 0,7 - 0,8, примеси - остальное, при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%: указанный серпентинит - 61,0 - 67,0; указанный песок - 33,0 - 39,0. Магнийсиликатный проппант получен из вышеуказанной шихты. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к способам предупреждения и ликвидации поглощений бурового раствора в процессе строительства скважины. Технический результат - повышение эффективности способа бурения скважин, осложненных поглощающими горизонтами, при одновременном снижении материальных и временных затрат и обеспечении непрерывности процесса. Способ бурения скважин, осложненных поглощающими горизонтами, включает циркулирование пресного или минерализованного водного бурового раствора в стволе скважины, введение в него добавки, включающей высококоллоидальную глину и эфир целлюлозы, и последующее генерирование афронов посредством введения в буровой раствор афронобразующего поверхностно-активного вещества ПАВ. В качестве добавки используют в количестве не менее 1,2 мас.% от массы бурового раствора афронстабилизирующий комплекс, обеспечивающий десятисекундное статическое напряжение сдвига образующегося бурового раствора, по меньшей мере 25,5 дПа, и содержащий указанный эфир целлюлозы, щелочную добавку Синтал БТ - продукт модификации жирных кислот калиевой щелочью и неионогенным ПАВ, и высококоллоидальную глину - палыгорскитовый глинопорошок, при следующем их массовом соотношении как (1÷2):(1÷2):(7,5÷20) соответственно. В качестве афронобразующего ПАВ используют для пресного бурового раствора ПАВ на основе сложных эфиров жирных кислот растительных масел, или альфа-олефинсульфонат натрия, или протеиновый пенообразователь, а для минерализованного бурового раствора - оксиэтилированные моноалкилфенолы или оксиэтилированные высшие жирные спирты в количестве 0,05-0,6 мас.% от массы бурового раствора. 3 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 пр.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к составам для изоляции и ограничения водопритока в скважины, и может быть использовано при изоляции заколонного и межколонного пространства, герметизации обсадных колонн, герметизации резьбовых соединений и изоляции обводнившихся пропластков в нефтяных и газовых скважинах. Состав содержит, мас.%: карбамидоформальдегидная смола 50,0-95,0, сополимеризатор 4,5 - 45,0, растворитель 0,5 - 20,0 и инициатор полимеризации 0,5-3,0. Техническим результатом является повышение надежности и эффективности изоляции водопритока, улучшение изолирующих и упругодеформационных свойств, увеличение контролируемости процесса закачки состава в скважину, расширение температурного диапазона применения состава. 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 20 пр.
Наверх