Способы определения индекса реакционной способности цементирующих компонентов, связанные с ними композиции и способы их применения
Изобретение относится к способам и композициям, включая, в одном варианте осуществления, способ цементирования, содержащий: получение отверждаемой композиции, содержащей воду и цементирующий компонент, имеющий расчетный индекс реакционной способности, и обеспечение отверждения композиции для формирования твердой массы. Технический результат - повышение эффективности цементирования. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.
Уровень техники
Настоящее изобретение относится к цементирующим компонентам и, более конкретно, в некоторых вариантах осуществления, к способам определения индекса реакционной способности цементирующих компонентов.
В общем случае, обработка скважин включает в себя широкий спектр способов, которые могут выполняться в нефтяных, газовых, геотермальных и/или водных скважинах, таких как бурение, освоение и способы капитального ремонта скважин. Бурение, освоение и способы капитального ремонта скважин могут включать, но этим не ограничиваются, бурение, разрыв пласта, кислотную обработку скважины, каротажные работы, цементирование, гравийную набивку, перфорирование отверстий и соответствующие способы. Многие из этих способов обработки скважины направлены на повышение и/или облегчение извлечения желаемых текучих сред из подземной скважины. Эти текучие среды могут включать углеводороды, такие как нефть и/или газ.
В цементирующих способах, таких как формирование скважины и ремонтное цементирование скважины, обычно используются отверждаемые композиции. Используемый в настоящем документе термин "отверждаемая композиция" относится к композиции(ям), которая гидравлически отверждается или иначе проявляет устойчивость к сжимающим нагрузкам. Отверждаемые композиции могут использоваться в основных операциях цементирования, посредством чего колонна труб, таких как обсадные трубы и направляющие колонны, цементируются в буровых скважинах. При выполнении основного цементирования отверждаемая композиция может закачиваться в затрубное/кольцевое пространство между подземной формацией и колонной обсадных труб, расположенных в подземной формации, или между колонной труб и трубопроводом большего диаметра, расположенным в подземном пласте месторождения. Отверждаемая композиция должна располагаться в кольцевом пространстве между колоннами, тем самым, формируя кольцевую предохранительную оболочку из затвердевшего цемента (например, цементная оболочка), которая должна поддерживать и определять местоположение колонны трубопровода в буровой скважине, и связывать внешнюю поверхность колонны трубопровода со стенами буровой скважины или с трубопроводом большего диаметра. Отверждаемые композиции могут также использоваться в способах ремонтного цементирования, таких как размещение цементных пробок и в цементировании путем нагнетания под давлением для герметизации пустот в колонне труб, цементной оболочке, гравийной набивке, пласте и тому подобное. Отверждаемые композиции могут также использоваться в наземном применении, например для цементирования в строительстве.
Отверждаемые композиции для использования в подземных пластах месторождений могут, как правило, включать в себя цементирующий компонент, который гидравлически отверждается, или иначе затвердевает для проявления предела прочности при сжатии. Примеры цементирующих компонентов, которые могут включаться в отверждаемые композиции, содержат портландцемент, кальциево-алюминатный цемент, цементную пыль, известковую печную пыль, зольную пыль, шлак, пемзу и наряду с прочим золу оболочки рисового зерна. Эффективность этих различных цементирующих компонентов в отверждаемых композициях может изменяться и может изменяться даже для конкретного цементирующего компонента в зависимости, например, от отдельно взятого типа компонента или от источника его получения. Например, некоторые из этих цементирующих компонентов могут иметь нежелательные свойства, которые могут сделать их неподходящими для использования в обработках скважины. Кроме того, изменение характеристик цементирующих компонентов может приводить к отсутствию предсказуемости и постоянства цементирующих компонентов при использовании в текучих средах обработки. Это отсутствие предсказуемости может наблюдаться в случае того же самого цементирующего компонента, например, если он поставляется из различных мест.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к цементирующим компонентам и, конкретно, в некоторых вариантах осуществления к способам определения индекса реакционной способности цементирующих компонентов.
Варианты осуществления описывают способ цементирования, включающий: обеспечение отверждаемой композиции, содержащей воду и цементирующий компонент, имеющий определенный индекс реакционной способности; и обеспечение отверждения отверждаемой композиции с образованием твердой массы.
Другой вариант осуществления описывает способ измерения реакционной способности цементирующего компонента, включающий: измерение параметра цементирующего компонента, имеющего удельную площадь поверхности; и деление измеренного параметра на удельную площадь поверхности цементирующего компонента для получения индекса реакционной способности цементирующего компонента.
Еще один вариант осуществления описывает отверждаемую композицию, содержащую воду и цементирующий компонент, имеющий расчетный индекс реакционной способности.
Отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения должны быть очевидными для специалистов, работающих в данной области техники. Несмотря на то, что многочисленные изменения могут делаться специалистами в данной области техники, такие изменения находятся в пределах сущности настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Эти чертежи иллюстрируют определенные аспекты некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения и не должны использоваться для ограничения или установления границ настоящего изобретения.
На фиг. 1 представлена индикаторная диаграмма, показывающая измеренные показатели реакционной способности различных предложенных источников цементной печной пыли.
На фиг. 2 представлена индикаторная диаграмма, в которой сравниваются фактические и расчетные пределы предела прочности при сжатии для сухих смесей цементной печной пыли.
На фиг. 3 представлена индикаторная диаграмма, содержащая сравнение фактической и расчетной величин среднего значения структурной вязкости при 511 с-1 для сухих смесей цементной печной пыли.
На фиг. 4 представлена таблица, содержащая сравнение фактической и расчетной величины среднего значения структурной вязкости при 51 с-1 для сухих смесей цементной печной пыли.
Описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения
Настоящее изобретение относится к цементирующим компонентами, более конкретно, в некоторых вариантах осуществления, к способам определения индекса реакционной способности для цементирующих компонентов. Благодаря определению индекса реакционной способности цементирующих компонентов, смеси цементирующих компонентов могут использоваться в обработках скважины в соответствии с конкретными вариантами осуществления, которые могут обеспечить более предсказуемую и стабильную эффективность. Кроме того, дополнительные варианты осуществления могут включать использование определенного индекса реакционной способности для обеспечения смесей цементирующих компонентов, у которых один или более параметров были выбраны с оптимальными характеристиками, включая предел прочности при сжатии, модуль Юнга, водоотдачу и/или, например, время схватывания.
Не ограничиваясь теорией, индекс реакционной способности цементирующего компонента может упоминаться в качестве меры реакционной способности цементирующего компонента, с учетом корректировок для площади поверхности. Примеры способов определения индекса реакционной способности могут содержать измерение параметра цементирующего компонента, и затем деление измеренного параметра на удельную площадь поверхности цементирующего компонента. В некоторых вариантах осуществления индекс реакционной способности цементирующего компонента можно подсчитать согласно следующему уравнению:
RI=MP/SSA,
где RI является индексом реакционной способности, MP - измеренный параметр цементирующего компонента, SSA является удельной площадью поверхности безводного цементирующего компонента. Обычно удельная площадь поверхности является свойством твердых частиц, и, используемая в настоящем документе, определяется как общая площадь поверхности цементирующего компонента, деленная на массу цементирующего компонента, или общая площадь поверхности, деленная на объем насыпного цементирующего компонента.
Обычно, цементирующие компоненты являются твердыми частицами, которые гидравлически застывают или иначе затвердевают в присутствии воды для проявления предела прочности при сжатии. Неограничивающие примеры цементирующих компонентов, которые могут быть подходящими для использования в вариантах осуществления настоящего изобретения, включают: портландцементы, алюминат кальция, гипс, пуццолановые материалы и печную пыль. Также могут быть использованы смеси из одного или более различных цементирующих компонентов. В некоторых вариантах осуществления цементирующий компонент может быть объединен с известью.
В некоторых вариантах осуществления цементирующий компонент может содержать портландцемент. Портландцемент является часто используемым цементирующим компонентом, который гидравлически реагирует с водой для проявления предела прочности при сжатии. Примеры подходящих портландцементов могут включать только те цементы, которые классифицированы как классы A, C, G и H, согласно American Petroleum institute, API Specification for Materials and Testing far Well Cements, API Specification 10, Fifth Edition, July 1, 1990. Кроме того, портландцементы, подходящие для использования в вариантах осуществления настоящего изобретения, также могут включать в себя те, которые классифицированы как ASTM тип I, I/II, II, III, IV или V. В некоторых вариантах осуществления могут использоваться смеси цементирующих компонентов, содержащих портландцемент.
В некоторых вариантах осуществления цементирующий компонент может содержать алюминат кальция. Алюминат кальция может гидравлически реагировать с водой для проявления предела прочности. Алюминат кальция может быть включен в цементы, обычно называемые кальциево-алюминатными цементами или цементами с высоким содержанием оксида алюминия. Кальциево-алюминатные цементы можно приготовить в способе производства, который включает смешивание материала, содержащего кальций (например, известняка), и материала, содержащего алюминий (например, боксит).
В некоторых вариантах осуществления цементирующий компонент может содержать гипс. Гипс является материалом, который в присутствии воды затвердевает, проявляя предел прочности. Гипс может быть включен в цементы, обычно относящиеся к так называемым гипсовым цементам. Для использования в цементах, гипс может, в отдельных случаях, подвергаться обжигу при чрезвычайно высоких температурах, и затем быть измельченным, в специфических вариантах осуществления гипс может добавляться к портландцементу.
В некоторых вариантах осуществления цементирующий компонент может содержать пуццолановый материал. Пуццолановые материалы, которые могут быть пригодными для использования, включают широкое разнообразие естественных или искусственных материалов, которые проявляют цементирующие свойства в присутствии гидроксида кальция. Примеры подходящего пуццоланового материала, способного быть пригодным для использования в вариантах осуществления настоящего изобретения, включают природные и искусственные пуццоланы, такие как зольная пыль, микрокремнезем, шлак, горючий сланец, обожженная глина, метакаолин, пемза, кизельгур, вулканический пепел, опаловые глины, туф и сожженные органические материалы, такие как отходы сельскохозяйственного производства, муниципальные отходы (например, зола твердых коммунальных отходов), зола отходов обработки сточных вод, зола отходов животного происхождения, зола промышленных отходов неживотного и нечеловеческого происхождения и их комбинации. Конкретные примеры золы сельскохозяйственных отходов включают, например, золу рисовой шелухи, золу дерева (например, древесных опилок, коры дерева, веток, ветвей и других древесных отходов), золу древесных листьев, золу сердцевины початков кукурузы, золу тростника (например, сахарного тростника), золу сухого измельченного волокна, золу зерна (например, амарантового дерева, ячменя, зерна льняного семени, пшена, овса, лебеды, ржи, пшеницы и т.д.) и золу соответствующего сопутствующего продукта(ов) (например, выжимки, кожицы и т.д.), золу фруктовых деревьев, золу обрезков виноградной лозы, золу травы (например, Корай, Тифтон, природной shiba и т.д.), золу соломы, золу оболочки арахиса, золу растений из семейства бобовых (например, соевого боба) и их комбинации.
В некоторых вариантах осуществления цементирующий компонент может содержать печную пыль. Один из примеров печной пыли включает цементную печную пыль. Так называемая цементная печная пыль, используемая в настоящем документе, относится к частично сожженному сырью для печи, которое удалено из газового потока и собрано, например, в пылесборнике в процессе производства цемента. Цементная печная пыль, как правило, может проявлять цементирующие свойства, заключающиеся в том, что она может густеть и затвердевать в присутствии воды. Как правило, от больших количеств цементной печной пыли, собранной в производстве цемента, обычно избавляются как от отходов. Утилизация цементной печной пыли может добавить нежелательные расходы по отношению к производству цемента, а также могут возникнуть проблемы защиты окружающей среды, связанные с ее утилизацией. Химический анализ цементной печной пыли от различных производств цемента изменяется в зависимости от ряда факторов, включая материал, загружаемый в печь, эффективность операций по производству цемента и связанные с ней системы сбора пыли. Печная цементная пыль обычно может содержать различные оксиды, такие как SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, SO3, Na2O и K2O. Другой пример цементной печной пыли включает известковую печную пыль. Термин «известковая печная пыль», используемый в настоящем документе, относится к продукту, получаемому в результате производства извести. Известковая печная пыль может быть собрана, например, с помощью системы контроля по улавливанию пыли в процессе обжига известняка.
В некоторых вариантах осуществления один или более параметров цементирующего компонента могут быть измерены и затем использованы в определении индекса реакционной способности. Параметры могут включать в себя ряд различных показателей, которые можно измерить, используя стандартные лабораторные экспериментальные технологии для отверждаемой композиции, содержащей цементирующий компонент и воду. Дополнительные компоненты также могут включаться в отверждаемую композицию, например, для изменения одного или более свойств обрабатывающих составов. Параметры цементирующего компонента или отверждаемой композиции, содержащей эти компоненты, которые могут быть измерены, включают, например, предел прочности при сжатии, модуль Юнга, водоотдачу, время застывания (затвердевания), реологические величины (например, среднюю величину структурной вязкости, пластическую вязкость, предел текучести и т.д.) и/или свободную воду.
Предел прочности при сжатии является обычно способностью материала или структуры выдерживать направленную вдоль оси силу нажатия. Предел прочности цементирующего компонента можно измерить в заданное время после того, как цементирующий компонент был смешан с водой и полученный обрабатывающий состав выдерживают при определенных условиях температуры и давлении. Например, предел прочности при сжатии можно измерить во времени в диапазоне приблизительно от 24 до приблизительно 48 часов после того, как состав смешан и выдержан при температуре 170°F при атмосферном давлении. Предел прочности при сжатии можно измерить с помощью либо разрушающего метода, либо неразрушающего метода. С помощью разрушающего метода физически проверяется прочность образцов обрабатывающего состава в различные моменты времени с помощью разрушения образцов в машине для испытаний на сжатие. Предел прочности при сжатии подсчитывается, исходя из разрушающей нагрузки, деленной на площадь поперечного сечения, сопротивляющейся грузу, и характеризуется в единицах фунт-сила на квадратный дюйм (psi). В неразрушающих методах, как правило, может использоваться ультразвуковой анализатор цемента ("OCA"), доступный от производителя Fann Instrument Company, Houston, TX. Предел прочности при сжатии может быть определен в соответствии с API RP 10B-2, Recommended. Practice for Testing Well Cements, First Edition, July 2005.
Модуль Юнга, также упоминаемый, как модуль упругости, является мерой взаимосвязи приложенного напряжения к разрушению, получающемуся в результате деформации, в общем, очень деформируемый материал (пластик) будет показывать более низкий модуль, когда ограниченное напряжение будет увеличено. Таким образом, модуль Юнга является константой упругости, которая демонстрирует способность испытуемого материала выдерживать приложенные нагрузки. Многие различные лабораторные методы могут использоваться для измерения модуля Юнга обрабатывающего состава, содержащего цементирующий компонент, после того, как обрабатывающий состав выдерживали в течение периода времени в определенных условиях: температуры и давления.
Водоотдача обычно относится к потере жидкости, как например, обрабатывающими составами в подземном пласте месторождения. Многие различные лабораторные методики могут использоваться для измерения водоотдачи у обрабатывающего состава, чтобы дать представление о характере поведения обрабатывающего состава в скважине. Водоотдачу можно измерить с использованием статического теста потери жидкости, либо при статическом положении, либо при ограниченном перемешивании, в соответствии с вышеупомянутой API RP Practice 10B-2.
Время схватывания обычно относится к тому времени, в течение которого жидкость, например обрабатывающий состав, содержащий цементирующий компонент, остается в жидком состоянии и способен перекачиваться. Многие различные лабораторные методики могут использоваться для измерения времени схватывания, чтобы дать представление о количестве времени, необходимом обрабатывающему составу, чтобы оставаться способным к перекачиванию в скважину.
Примером методики для того, чтобы определить является ли обрабатывающий состав способным к перекачиванию, может служить использование высокотемпературного консистометра высокого давления в заданных условиях температуры и давления в соответствии с порядком определения времени схватывания цемента, изложенного в вышеупомянутой API RP Practice 10B-2. Время схватывания может быть временем достижения обрабатывающего состава 70 единиц консистенции Бердена ("Bc"), и может быть охарактеризовано временем достижения 70 Bc.
Реологические величины жидкости могут быть определены для характеристики реологического поведения жидкости. Реологические величины, которые могут быть определены, среди прочих включают среднюю величину структурной вязкости, предел текучести и пластическую вязкость. Пластическая вязкость, как правило, является мерой сопротивления текучей среды течению. В некоторых вариантах осуществления предел текучести может быть параметром пластичной модели Бингема, где предел текучести является угловым коэффициентом линии напряжения сдвига/скорости сдвига выше точки текучести. Предел текучести, как правило, является точкой значения, при котором материал больше не может упруго деформироваться. В некоторых вариантах осуществления предел текучести может быть параметром пластичной модели Бингема, пределом текучести, являющимся напряжением, возникающим при текучести, экстраполируемым к нулевой скорости сдвига. Многие различные лабораторные методики могут использоваться для измерения реологических величин обрабатывающего состава, чтобы дать представление о поведении обрабатывающего состава в скважине. Реологические величины могут быть определены в соответствии со способом, описанным в API RP Practice 10B-2.
Свободную воду, как правило, относят к любой воде в текучей среде, которая находится в избытке по отношению к той, которая требуется для полной гидратации компонентов текучей среды. Свободная вода может быть нежелательной по причине ее физического отделения от цементной композиции при ее застывании. Свободная вода может также упоминаться как свободная текучая среда. Многие различные лабораторные методики могут использоваться для измерения свободной воды обрабатывающего состава, чтобы дать представление о характере поведения обрабатывающего состава в скважине. Свободная вода может быть определена в соответствии со способом, описанным в API RP Practice 10B-2.
Как упоминалось ранее, реакционная способность цементирующих компонентов может изменяться между различными типами цементных компонентов или в зависимости от различных источников получения для конкретного типа цементирующего компонента. Например, реакционная способность портландцемента и другого цементирующего компонента, такого как пуццолановый материал, может различаться. С помощью дальнейшего примера реакционная способность цементирующего компонента может изменяться в зависимости от различных источников получения цементирующего компонента. В некоторых вариантах осуществления индекс реакционной способности цементирующего компонента может изменяться между двумя или более различными источниками с коэффициентом, по меньшей мере, приблизительно 2:1. Например, индекс реакционной способности цементирующего компонента между различными источниками может изменить величину между любым из и/или включая любой из приблизительно 2:1, приблизительно 10:1, приблизительно 50:1, приблизительно 100:1, приблизительно 250:1, приблизительно 500:1 или приблизительно 1000:1. Поскольку реакционная способность изменяется между различными цементирующими компонентами и даже между различными источниками для цементирующего компонента, действие различных цементирующих компонентов может быть непредсказуемым, и может также привести к недостаточной консистенции цементирующих компонентов при использовании в обрабатывающем составе, таком как отверждаемые композиции; в некоторых случаях функциональные показатели отдельно взятого цементирующего компонента могут иметь нежелательные свойства, которые могут сделать его непригодным для использования. Например, у цементирующего компонента, полученного от конкретного источника, могут быть свойства, делающие его непригодным для использования.
В некоторых вариантах осуществления смесь двух или более различных цементирующих компонентов может использоваться для обеспечения смешанного цементирующего компонента, который может иметь свойства, пригодные для использования в конкретном применении. Это может быть особенно полезным, например, когда у одного из цементирующих компонентов в смеси могут быть свойства, делающие его нежелательным для использования в особых применениях. Например, цементирующий компонент такой, как печная цементная пыль от первого источника, может быть смешан с цементирующим компонентом таким, как печная цементная пыль от второго источника. В некоторых вариантах осуществления один или оба цементирующих компонента могут иметь реакционные способности, которые не подходят для использования в конкретном применении. Например, реакционные способности каждого цементирующего компонента могут быть в отдельности слишком медленными или слишком быстрыми для использования в конкретном применении. Смеси цементирующих компонентов от двух различных источников могут формировать смешанный цементирующий компонент, имеющий свойства предела прочности при сжатии, которые являются подходящими для применения. В некоторых вариантах осуществления относительные соотношения (например, массовая доля) каждого цементирующего компонента в смешанном цементирующем компоненте могут затем быть скорректированы с тем, чтобы отрегулировать свойства предела прочности при сжатии смешанного цементирующего компонента.
Два или более цементирующих компонента в смешанном цементирующем компоненте могут включать, например, два или более различных типов цементирующих компонентов, таких как портландцемент и печная цементная пыль. В качестве альтернативы два или более цементирующих компонента в смешанном цементирующем компоненте могут включать, например, цементирующий компонент от двух или более различных источников получения. Например, первый цементирующий компонент может содержать печная цементная пыль от первого источника, а второй цементирующий компонент может содержать печная цементная пыль от второго источника. Следует понимать, что варианты осуществления не ограничены только двумя различными источниками и могут включать цементирующий компонент, такой как печная цементная пыль, от трех, четырех, пяти или даже более разных источников. Два или более различных источника для цементирующего компонента могут включать различные производства, различные цементные промышленные предприятия и тому подобное. Цементирующий компонент, такой как печная цементная пыль, которая является побочным продуктом цементного промышленного предприятия, может иметь несколько различных источников, доступных со всего мира. Например, различные источники для цементной печной пыли могут включать различные промышленные предприятия со всего мира, в которых печная цементная пыль может образовываться.
Два или более цементирующих компонента могут быть смешаны для формирования смешанного цементирующего компонента, например, до смешивания с водой и/или другими компонентами обрабатывающего состава. В конкретных вариантах осуществления два или более цементирующих компонента могут быть смешаны в сухом виде для формирования сухой смешанной смеси, содержащей два или более цементирующих компонента. Сухая смесь затем может быть смешана с водой и/или другими компонентами в любом порядке для формирования обрабатывающего состава. Тем не менее, использование термина "смесь" не предназначено, чтобы подразумевать, что два или более цементирующих компонента были предварительно в сухом виде смешаны до комбинации с водой. Например, смесь двух или более цементирующих компонентов не может быть объединена после того, как один или даже оба цементирующих компонента были уже смешаны с водой.
В некоторых вариантах осуществления индекс реакционной способности может использоваться для оптимизации смешанного цементирующего компонента, где смешанный цементирующий компонент содержит два или более цементирующих компонента. Например, индекс реакционной способности может использоваться для оптимизации одного или более параметров смешанного цементирующего компонента, включая предел прочности при сжатии, модуль Юнга, водоотдачу и/или время застывании. Оптимизация смешанного цементирующего компонента может включать определение индекса реакционной способности для каждого из цементирующих компонентов в смешанном цементирующем компоненте. Показатели реакционной способности для цементирующих компонентов могут затем использоваться для прогнозирования поведения смешанного цементирующего компонента. Отношение каждого цементирующего компонента может быть отрегулировано для оптимизации поведения смешанного цементирующего компонента. Поведение смешанного цементирующего компонента может быть оптимизировано путем выполнения для смешанного цементирующего компонента следующего расчетного уравнения:
где EPсмеси является расчетным параметром для смешанного цементирующего компонента, i является индивидуальным цементирующим компонентом из набора цементирующих компонентов от 1 до n, где n является целым числом, RIi является показателем реакционной способности цементирующего компонента i, SSAi является удельной площадью поверхности цементирующего компонента i, fi является массовой долей цементирующего компонента i, и где m является числом от 1 до 10. Набор цементирующих компонентов может включать 2 или более различных цементирующих компонентов. Два или более различных цементирующих компонентов могут быть различными типами цементирующих компонентов, например, портландцемент и шлак или могут быть от различных источников, например, печная цементная пыль от первого источника и печная цементная пыль от второго источника. В некоторых вариантах осуществления m может быть 1. В альтернативных вариантах осуществления m может быть 7/3.
В некоторых вариантах осуществления средний размер частиц цементирующего компонента может быть изменен от ее исходного размера. Индекс реакционной способности может затем быть измерен для измененного цементирующего компонента. Измененный цементирующий компонент может быть включен в смешанный цементирующий компонент. В соответствии с настоящими вариантами осуществления средний размер частиц цементирующего компонента может быть изменен при помощи использования подходящих технических приемов, включая без ограничения измельчение или разделение, чтобы обеспечить материал с измененным размером частиц. Разделение цементирующего компонента может включать в себя просеивание или другой подходящий способ разделения цементирующего компонента для обеспечения среднего размера частиц, который является измененным относительно своего первоначального размера. Например, просеивание может быть использовано для получения цементирующего компонента с повышенным или пониженным средним размером частиц, который будет желательным для использования в конкретном применении. В качестве еще одного примера измельчение может использоваться для уменьшения среднего размера частиц цементирующего компонента. Комбинация помола и разделения может быть в некоторых вариантах осуществления. Термин "толченный" или "измельченный", применяемый в настоящем документе, означает использование измельчителя (например, шаровую мельницу, стержневую барабанную мельницу и т.д.) для уменьшения размера частиц указанного компонента(ов). Примером подходящего измельчителя является шаровая мельница 8000 Mixer/Mill*, доступная от фирмы SPEX Sample Prep. В некоторых вариантах осуществления цементирующий компонент можно размалывать в течение периода времени в диапазоне приблизительно от 30 минут до приблизительно 1 часа.
Средний размер частицы цементирующего компонента можно изменять до любого размера, подходящего для использования в операциях цементирования. В некоторых вариантах осуществления средний размер частиц цементирующего компонента может быть изменен от его первоначального размера до среднего размера частиц в диапазоне приблизительно от 1 микрона до приблизительно 350 микрон. Средний размер частиц соответствует значению d-50, измеренному с помощью анализатора размера частиц такого, как производит компания Malvern Instruments, Worcestershire, United Kingdom.
В некоторых вариантах осуществления средний размер частиц цементирующего компонента можно повысить от его первоначального размера. Например, средний размер частиц цементирующего компонента может быть, по меньшей мере, на 5% больше его первоначального размера. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, у части цементирующего компонента может быть повышен размер частиц, который будет находиться в интервале большем, чем его первоначальный размер, приблизительно от 5% до приблизительно на 500%. В некоторых вариантах осуществления средний размер частиц может быть увеличен до размера, располагающегося между любым из и/или, включая любой из: приблизительно на 5%, приблизительно на 10%, приблизительно на 20%, приблизительно на 30%, приблизительно на 40%, приблизительно на 50%, приблизительно на 60%, приблизительно на 70%, приблизительно на 80%, приблизительно на 90%, приблизительно на 100%, приблизительно на 200%, приблизительно на 300%, приблизительно на 400% или приблизительно на 500% больше, чем его первоначальный размер.
В некоторых вариантах осуществления средний размер частиц цементирующего компонента можно уменьшить от его первоначального размера. Например, средний размер частиц можно уменьшить до величины, достаточной для повышения предела прочности при сжатии. В некоторых вариантах осуществления цементирующий компонент может иметь средний размер частиц, который, по меньшей мере, на 5% меньше его первоначального размера. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, у части цементирующего компонента можно уменьшить размер частиц, чтобы иметь средний размер в диапазоне приблизительно от 5% до приблизительно 95% от его первоначального размера. Например, средний размер частиц может быть уменьшен до размера, располагающегося между любым из и/или, включая любой из: приблизительно на уровне 5%, приблизительно на уровне 10%, приблизительно на уровне 15%, приблизительно на уровне 20%, приблизительно на уровне 25%, приблизительно на уровне 30%, приблизительно на уровне 35%, приблизительно на уровне 40%, приблизительно на уровне 45%, приблизительно на уровне 50%, приблизительно на уровне 55%, приблизительно на уровне 60%, приблизительно на уровне 65%, приблизительно на уровне 70%, приблизительно на уровне 75%, приблизительно на уровне 80%, приблизительно на уровне 90% или приблизительно на уровне 95% от его первоначального размера. В качестве примера уменьшенный размер частиц цементирующего компонента может иметь средний размер частиц приблизительно менее чем 15 микрон. В некоторых вариантах осуществления уменьшенный размер частиц цементирующего компонента может иметь средний размер приблизительно менее чем 10 микрон, приблизительно менее чем 5 микрон, приблизительно менее чем 4 микрона, приблизительно менее чем 3 микрона, приблизительно менее чем 2 микрона или приблизительно менее чем 1 микрон. В конкретных вариантах осуществления уменьшенный размер частиц цементирующего компонента может иметь средний размер частиц в диапазоне приблизительно от 0,1 микрона до приблизительно 15 микрон, приблизительно от 0,1 микрона до приблизительно 10 микрон или приблизительно от 1 микрона до приблизительно 10 микрон. Специалист в данной области техники, с преимуществом данного описания должен быть в состоянии выбрать размер частиц для цементирующего компонента, подходящего для конкретного применения.
В некоторых вариантах осуществления средний размер частиц цементной печной пыли можно уменьшить до величины, достаточной, чтобы обеспечить повышение предела прочности при сжатии для отверждаемой композиции. Например, средний размер частицы можно уменьшить, чтобы обеспечить повышение предела прочности, по меньшей мере, приблизительно на 5%, приблизительно на 25%, приблизительно на 50%, приблизительно на 75% или приблизительно на 100%.
В соответствии с настоящими вариантами осуществления цементирующие компоненты можно включать в обрабатывающие составы, которые можно использовать в различных операциях, выполнение которых осуществляется в подземных пластах. Цементирующий компонент может иметь индекс реакционной способности, рассчитанный в соответствии с описанными вариантами осуществления. В некоторых вариантах осуществления может быть использован смешанный цементный компонент. В некоторых вариантах осуществления индекс реакционной способности может использоваться при определении цементирующих компонентов в конкретном смешанном цементирующем компоненте. Как упомянуто в настоящем документе термин "обрабатывающий состав" следует понимать, что он будет относиться к любой текучей среде, которая может использоваться в подземном применении в сочетании с желаемой функцией и/или для желаемой цели. Термин "обрабатывающий состав" не предназначен для того, чтобы подразумевать какое-либо конкретное действие со стороны текучей среды. Обрабатывающий состав часто используются, например, в бурении скважин, процессе бурения, начиная с момента входа в пласт, и в операциях по интенсификации добычи нефти.
Примеры таких обрабатывающих составов включают буровые растворы, жидкости для очистки скважины, жидкости для капремонта скважин, жидкости для охвата площади, жидкости для гравийной набивки, жидкости для кислотной обработки скважин, жидкости для закрепления трещин цементными композициями, буферные жидкости и тому подобное.
В то время как варианты осуществления композиций и способов могут использоваться в различных областях применениях, они могут быть также особенно полезны для подземных завершающих и аварийно-восстановительных работ, таких как основное цементирование обсадной колонны и вкладышей в стволах скважин. Они также могут быть полезными для операций по цементированию поверхности, включая операции цементирования конструкций. Соответственно в вариантах осуществления настоящего изобретения описываются отверждаемые композиции, содержащие цементирующий компонент и воду.
Цементирующий компонент может быть включен в варианты осуществления отверждаемых композиций в количестве, подходящем для конкретного применения. В некоторых вариантах осуществления цементирующий компонент может содержать печную цементную пыль. Печная цементная пыль может присутствовать в количественном диапазоне приблизительно от 0,01% до 100% по массе цементирующего компонента ("bwoc"). Например, цементная пыль может присутствовать в количественном диапазоне, располагающемся между любым из и/или, включая любой из: приблизительно 0,01%, приблизительно 5%, приблизительно 10%, приблизительно 20%, приблизительно 30%, приблизительно 40%, приблизительно 50%, приблизительно 60%, приблизительно 70%, приблизительно 80%, приблизительно от 90% или приблизительно 100%. Цементирующий компонент может быть свободным или совершенно свободным (например, не более чем 1% по массе цементирующего компонента) от любых дополнительных цементирующих компонентов, отличных от цементирующего компонента. В некоторых вариантах осуществления цементирующий компонент может быть в основном свободным от портландцемента. Специалист в данной области техники с преимуществами данного описания должен быть в состоянии определить соответствующее количество цементирующего компонента, подходящего для конкретного применения.
Вода, использованная в вариантах осуществления отверждаемых композиций настоящего изобретения, может включать, например, пресную воду, минерализованную воду (например, воду, содержащую одну или более солей, растворенных в ней), соляной раствор из скважины (например, насыщенная минерализованная вода, полученная из подземных формирований), морскую воду или их любые комбинации. Обычно вода может быть из любого источника при условии, например, что она не содержит избыток соединений, которые могут нежелательным образом повлиять на другие компоненты в отверждаемой композиции. В некоторых вариантах осуществления вода может включаться в количестве, достаточном для формирования прокачиваемой взвеси. В некоторых вариантах осуществления вода может включаться в отверждаемые композиции настоящего изобретения в количественном диапазоне приблизительно от 40% до приблизительно 200% bwoc. Например, вода может присутствовать в количественном диапазоне, располагающемся между любым из и/или, включая приблизительно 50%, приблизительно 75%, приблизительно 100%, приблизительно 125%, приблизительно 150% или приблизительно 175% по массе цемента. В конкретных вариантах осуществления вода может включаться в количественном диапазоне приблизительно от 40% до приблизительно 150% bwoc. Специалист в данной области техники с преимуществами данного описания должен быть в состоянии определить соответствующее количество воды, подходящее для выбранного применения.
Другие добавки, подходящие для использования в подземных операциях по цементированию, могут также быть добавлены в варианты осуществления отверждаемых композиций в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Примеры таких добавок включают, но этим не ограничиваются: добавку по снижению потери жидкости, добавку для замедления схватывания, добавку контроля снижения прочности, добавку для ускорения схватывания, добавки-утяжелители, облегчающие добавки, газогенерирующие добавки, добавки, усиливающие механические свойства, материалы для борьбы с поглощениями, добавки, регулирующие фильтрацию, добавки пенообразователи, тиксотропные добавки и их любые комбинации. Конкретные примеры этих и других добавок включают кристаллический диоксид кремния, аморфную двуокись кремния, преобразованный диоксид кремния, соли, волокна, гидрофильные глины, прокаленный сланец, стекловидный сланец, микросферы, полые стеклянные сферы, зольную пыль, кизельгур, метакаолин, размолотый перлит, золу рисовой шелухи, природный пуццолан, цеолит, печную цементную пыль, смолы, их любые комбинации и тому подобное. Специалист в данной области техники с преимуществами данного описания должен быть в состоянии определить тип и количество добавки, необходимой для конкретного применения и получения желаемого результата.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что в вариантах осуществления, как правило, у отверждаемых композиций должна быть плотность, подходящая для конкретного применения. В качестве примера в вариантах осуществления отверждаемых композиций плотность может составлять приблизительно от 4 фунтов на галлон (lb/gal) до приблизительно 20 lb/gal. В некоторых вариантах осуществления у отверждаемых композиций плотность может составлять приблизительно от 8 lb/gal до приблизительно 17 lb/gal. В вариантах осуществления отверждаемые композиции могут быть вспененными или невспененными, или могут содержать другие средства для уменьшения их плотности, например полые микросферы, упругие шарики с низкой плотностью или другие добавки для понижения плотности, известные в данной области техники. Кроме того, отверждаемые композиции могут содержать утяжелители или другие средства для повышения их плотности. Специалист в данной области техники с преимуществами настоящего описания сможет определить необходимую плотность для конкретного применения.
В некоторых вариантах осуществления отверждаемые композиции могут иметь время застывания приблизительно более чем 1 ч, в качестве альтернативы, приблизительно более чем 2 часа, в качестве альтернативы, приблизительно более чем 5 часов при 3000 фунтов на квадратный дюйм (psi) и температурах в диапазоне приблизительно от 50°F до приблизительно 400°F, в качестве альтернативы, в диапазоне приблизительно от 80°F до приблизительно 250°F и, в качестве альтернативы, при температуре приблизительно I40°F. В некоторых вариантах осуществления отверждаемые композиции могут иметь 24-часовую устойчивость к сжимающим нагрузкам в диапазоне приблизительно от 100 psi до приблизительно 10000 psi и, в качестве альтернативы, приблизительно от 350 psi до приблизительно 3000 psi при атмосферном давлении и температуре в диапазоне приблизительно от 50°F до приблизительно 400°F, в качестве альтернативы в диапазоне приблизительно от 80°F до приблизительно 250°F и, в качестве альтернативы, при температуре приблизительно 180°F.
Компоненты отверждаемой композиции могут быть объединены в любом порядке, желательном для формирования отверждаемой композиции, которая может быть помещена в подземную формацию. Кроме того, компоненты отверждаемой композиции могут быть объединены, используя любое смесительное оборудование, совместимое с композицией, включая, например, смеситель для сыпучих материалов. В некоторых вариантах осуществления сухую смесь могут вначале сформировать с цементирующим компонентом или смесью цементирующих компонентов. Сухую смесь могут затем объединить с водой для создания отверждаемой композиции. Другие подходящие технологии могут использоваться для приготовления отверждаемых композиций, что будет принято во внимание специалистами, компетентными в данной области техники, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
Специалистам в данной области техники следует понимать, что варианты осуществления цементных композиций настоящего изобретения могут использоваться в различных операциях цементирования, включая операции на поверхности и под землей, например, основное и ремонтное цементирование. В некоторых вариантах осуществления цементная композиция может быть обеспечена, если содержит цементирующий компонент и воду, и допускает застывание. В некоторых вариантах осуществления цементная композиция может вводиться в подземную формацию с возможностью застывания там. В данном контексте введение цементной композиции в подземную формацию включает введение ее в любую часть подземного пласта, в том числе без ограничения в буровую скважину, пробуренную в подземной формации, в район призабойной зоны, окружающей буровую скважину, или в то и другое.
В вариантах осуществления первичного цементирования, например, варианты осуществления могут включать обеспечение цементной композицией, ввод цементной композиции в затрубное пространство буровой скважины; и позволение цементной композиции застывать в затрубном пространстве с формированием твердой массы. Затрубное пространство буровой скважины может включать в себя, например, кольцевое пространство между трубопроводом (например, колонная труба, направляющая труба и т.д.) и стеной ствола буровой скважины или между трубопроводом и трубопроводом большего диаметра в буровой скважине. Обычно, в большинстве случаев твердеющая масса должна фиксировать трубопровод в стволе буровой скважины.
В вариантах осуществления ремонтного цементирования цементная композиция может использоваться, например, в операциях вторичного цементирования или в размещении цементных пробок. В качестве примера, цементная композиции может быть помещена в буровую скважину для тампонирования отверстий, таких как пустоты или трещины в формации, в гравийной набивке, в трубопроводе, в цементном кольце, и/или в микрозазоре между цементным кольцом и обсадной трубой или формацией. Пример такого способа может включать размещение цементной композиции в пустоты, и давать возможность цементной композиции оставаться в пустотах.
Несмотря на то, что предшествующее описание направлено на использование цементирующего компонента в способах цементирования, следует понимать, что варианты осуществления настоящей технологии также охватывают использование цементирующего компонента в любом из множества различных подземных способов обработки. Цементирующий компонент может иметь индекс реакционной способности, определенный в соответствии с раскрытыми вариантами осуществления. В некоторых вариантах осуществления может использоваться смешанный цементирующий компонент. В некоторых вариантах осуществления индекс реакционной способности может использоваться в определении количества цементирующих компонентов, которые находятся в конкретном смешанном цементирующем компоненте. В качестве примера способ может включать способ подземной обработки, который включает обрабатывающий состав, содержащий цементирующий компонент, и введение обрабатывающего состава в подземную формацию. Например, буровой раствор может содержать цементирующий компонент, где буровой раствор может циркулировать сверху вниз через буровую трубу и буровую коронку, и затем вверх через буровую скважину на поверхность. Используемый буровой раствор может иметь любое количество флюидов (газообразных или жидких) и смеси жидкостей и твердых веществ (таких как твердые взвеси, смеси и эмульсии).
В некоторых вариантах осуществления буферная жидкость может содержать цементирующий компонент, который может иметь определенный индекс реакционной способности в соответствии с описанными вариантами осуществления. Буферные жидкости могут использоваться, например, для вытеснения жидкостей из буровой скважины. В варианте осуществления жидкость, вытесняемая с помощью буферной жидкости, содержит буровой раствор. В качестве примера, буферная жидкость может использоваться для вытеснения бурового раствора из буровой скважины. Буровой раствор может включать, например, любое количество флюидов, таких как твердые взвеси, смеси и эмульсии. Дополнительные шаги в вариантах осуществления способов изобретения могут включать введение колонны труб в ствол буровой скважины, введение цементной композиции в буровую скважину с буферной жидкостью, разделяя цементную композицию и первую текучую среду. В варианте осуществления цементной композиции может быть разрешено застывать в буровой скважине. Цементная композиция может включать, например, цемент и воду. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, часть буферной жидкости может быть оставлена внутри буровой скважины, буферная жидкость в условиях буровой скважины застывает с образованием твердой массы.
Примеры
Для облегчения лучшего понимания настоящего изобретения представлены следующие примеры определенных аспектов некоторых вариантов осуществления. Никоим образом следующие примеры не должны быть прочитаны как ограничивающие или определяющие всю сферу действия настоящего изобретения.
Пример 1
Показатели реакционной способности для предела прочности при сжатии были определены и представлены на фигуре 1 для тридцати трех различных образцов цементной печной пыли, обозначенные как образцы от A вплоть до GG. Каждый из образцов CKD представляет собой образец из различных источников поставки. Показатели реакционной способности для тридцати трех CKD образцов были определены путем деления вычисленного 24-часового предела прочности при сжатии для отверждаемой композиции на удельную площадь поверхности образца CKD. Удельная площадь поверхности для каждого образца CKD была определена путем деления общей площади поверхности конкретного образца CKD на массу образца. Площадь поверхности определяли, используя анализатор размера частиц Malvern. 24-часовой предел прочности для каждого образца CKD определяли путем приготовления исходной отверждаемой композиции, которая содержала образец CKD в количестве 100% bwoc и воду в количестве, достаточном для обеспечения плотности приблизительно 13 lb/gal. После приготовления отверждаемой композиции позволили затвердеть в течение 24 часов в 2''×4'' металлических цилиндрах, которые помещали в водяную баню при температуре 170°F для формирования набора цементных цилиндров. Сразу же после удаления из водяной бани были определены разрушительные сжимающие силы, используя механический пресс в соответствии с API RP 10В-2.
Пример 2
Приготавливали смешанные цементирующие компоненты, которые содержали смеси CKD образцов из Примера 1, как показано в таблице ниже. Вычисленные показатели реакционной способности для CKD образцов были затем использованы в следующем уравнении, чтобы рассчитать эффективность каждого смешанного цементирующего компонента.
CSсмесь=(RIZ(SSAZ)(fZ)m +(RIF)(SSAF)(fF)m +(RIE)(SSAE)(fE)m,
где CSсмесь является предполагаемой устойчивостью к сжимающим нагрузкам для смешанного цементного компонента, RIZ - индекс реакционной способности для предела прочности при сжатии при сжатии для CKD образца Z и составлял 6,9, m - это 1, SSAZ является удельной площадью поверхности для CKD образца Z и составляла 2,32, fF является массовой долей CKD образца F, RIf - индекс реакционной способности для предела прочности при сжатии для CKD образца F и составлял 105, SSAF является удельной областью поверхности для CKD образца F и составляла 2,33, fF является массовой долей CKD образца F, RIE - индекс реакционной способности для предела прочности при сжатии при сжатии для CKD образца E и составлял 107, SSAE является удельной площадью поверхности для CKD образца E и составляла 3,6, и fE является массовой долей CKD образца E.
Расчетные значения предела прочности при сжатии при сжатии для смешанных цементирующих компонентов затем сравнивали с фактическими значениями 24-часовой предела прочности при сжатии для смешанных цементирующих компонентов. 24-часовой предел прочности при сжатии для каждого смешанного цементирующего компонента был определен с помощью подготовки исходной отверждаемой композиции, которая содержала смешанный цементирующий компонент в количестве 100% bwoc и воду в количестве, достаточном для обеспечения плотности 13 lb/gal. Цементный диспергатор (CFR-3™ вещество, понижающее трение цементного раствора, от Halliburton Energy Services, Inc.) в количестве от 0,5% bwoc до 1,0% bwoc добавляли в некоторые из образцов, который не должен влиять на значения определяемого предела прочности при сжатии. После подготовки, отверждаемой композиции предоставили возможность загустеть в течение 24 час в 2''×4'' металлических цилиндрах, которые были помещены в водяную баню при температуре 140°F для формирования набора цементных цилиндров. Сразу после удаления из водяной бани разрушительные сжимающие силы были определены, используя механический пресс в соответствии с API RP 10B-2.
Индикаторная диаграмма фактических значений предела прочности при сжатии при сжатии по сравнению с расчетными значениями предела прочности при сжатии при сжатии представлена на фигуре 2. Как показано на фигуре 2, величины, показанные условными значками, имеют значения: R2 - 0,952 и наклон 0,9253. Также ниже, в таблице 1, представлены расчетные и фактические значения предела прочности при сжатии при сжатии для смешанных цементирующих компонентов.
| Таблица 1 | ||||
| CKD образец Z (% bwoc) |
CKD образец F (% bwoc) |
CKD образец E (% bwoc) |
Расчетный предел прочности при сжатии (psi) | Фактический предел прочности при сжатии (psi) |
| 100 | 0 | 0 | 16 | 16 |
| 75 | 25 | 0 | 73 | 51 |
| 25 | 75 | 0 | 187 | 183 |
| 0 | 100 | 0 | 244 | 244 |
| 75 | 0 | 25 | 108 | 84 |
| 50 | 0 | 50 | 200 | 192 |
| 25 | 0 | 75 | 292 | 216 |
| 0 | 0 | 100 | 384 | 384 |
Пример 3
Показатели реакционной способности средней величины структурной вязкости при 511 с-1 и 51 с-1 были определены для CKD образцов Z, F и E из Примера 1 и представлены ниже в Таблице 2. Показатели реакционной способности для этих образцов определяли путем деления вычисленного среднего значения структурной вязкости для отверждаемой композиции на значение удельной площади поверхности CKD образца. Удельная площадь поверхности для каждого CKD образца была определена с помощью деления общей поверхности конкретного CKD образца на массу образца. Площадь поверхности определяли с помощью анализатора размера частиц Malvern. Среднее значение 24-часовой структурной вязкости ("VAV") для каждого CKD образца определяли путем приготовления исходной отверждаемой композиции, которая содержала CKD образец в количестве 100% bwoc и воду в количестве, достаточном для обеспечения значения вязкости приблизительно 12 lh/gal. Средние значения структурных вязкостей были измерены при 511 с-1 и 51 с-1 в соответствии с API RP 10B-2.
| Таблица 2 | |||
| CKD образец Z | CKD образец F | CKD образец E | |
| SSA | 2,32 | 2,33 | 3,6 |
| VAV при 511 с-1 (ср) | 11 | 62 | 123 |
| RI при 511 с-1 | 5 | 27 | 32 |
| VAV при 51 с-1 (ср) | 40 | 410 | 860 |
| RI при 51 с-1 | 17 | 176 | 239 |
Далее, приготавливали смешанные цементирующие компоненты, которые включали в себя смеси CKD образцов Z, F, E, показанные в таблице ниже. Найденные показатели реакционной способности при 511 с-1 и 51 с-1 для CKD образцов, затем были использованы в следующем уравнении для расчета эффективности каждого смешанного цементирующего компонента.
VAVсмесь=(RIZ)(SSAZ)(fZ)m+(RIF(SSAF)(fF}m+(RIE)(SSAE)(fE)m ,
где VAVсмесь является расчетной средней величиной структурной вязкости для смешанного цементирующего компонента, RIZ - индекс реакционной способности для средней величины структурной вязкости для CKD образца Z, SSAZ - удельная площадь поверхности для CKD образца Z, fZ - массовая доля CKD образца Z, m составляет 7/3, RIF - индекс реакционной способности для средней величины структурной вязкости для CKD образца F, SSAF - удельная площадь поверхности для CKD образца F, fF является массовой долей CKD образца F, RIE - индекс реакционной способности для средней величины структурной вязкости для CKD образца E, SSAE является удельной площадью поверхности для CKD образца E, и fE является массовой долей CKD образца E.
Расчетные средние величины структурной вязкости при 511 с-1 и 51 с-1 для смешанных цементирующих компонентов затем сравнивали с фактическими средними величинами структурных вязкостей при 511 с-1 и 51 с-1 для смешанных цементирующих компонентов. Средние величины структурных вязкостей для каждого смешанного цементирующего компонента определяли с помощью приготовления исходной отверждаемой композиции, которая содержала смешанный цементирующий компонент в количестве 100% bwoc и воду в количестве, достаточном для обеспечения плотности 12 lb/gal. После приготовления, средние величины структурных вязкостей были измерены при 511 с-1 и 51 с-1 в соответствии с API RP 10B-2,
Индикаторные диаграммы фактических средних значений вязкости по сравнению с предполагаемыми средними значениями вязкости представлены на фигурах 3 и 4. Как показано на фигуре 3, схематические значения при 511 с-1 имели величины R2 - 0,9894 и наклон 0,9975. Как показано на фигуре 4, схематические значения при 51 с-1 имели величины R2 - 0,9931 и наклон 0,9814. Расчетные и фактические значения вязкости для смешанных цементирующих компонентов также представлены в таблице 2 ниже.
| Таблица 3 | ||||||
| CKD образец Z (% bwoc) |
CKD образец Z (% bwoc) | CKD образец Z (% bwoc) | Фактическ. VAV @511 с-1 (ср) |
Вычисленная VAV @511 с-1 (ср) |
Фактическ VAV @51 с-1 (ср) |
Вычисленная VAV @51 с-1 (ср) |
| 100 | 0 | 0 | 11,0 | 11,0 | 40,0 | 40,0 |
| 75 | 25 | 0 | 11,0 | 8,1 | 40,0 | 36,7 |
| 25 | 75 | 0 | 24,0 | 32,2 | 190,0 | 211,3 |
| 0 | 100 | 0 | 62,0 | 62,0 | 410,1 | 410,0 |
| 0 | 0 | 100 | 123,0 | 123,0 | 860,2 | 860,0 |
| 25 | 0 | 75 | 66,0 | 63,4 | 500,1 | 441,5 |
| 50 | 0 | 50 | 25,0 | 26,7 | 160,0 | 179,0 |
| 75 | 0 | 25 | 16,0 | 10,5 | 60,0 | 54,5 |
Следует понимать, что композиции и способы описаны в выражениях "содержащий", "охватывающий" или "включающий" - для различных компонентов или стадий; композиции и способы могут также "состоять по существу из" или "состоит из" различных компонентов или стадий.
Ради краткости только определенные диапазоны конкретно раскрыты в настоящем документе. Однако диапазоны от любого нижнего предела могут быть комбинированы с любым верхним пределом, чтобы описать диапазон, не конкретно описанный, также как диапазоны от любого нижнего предела могут быть комбинированы с любым другим нижним пределом, чтобы описать диапазон не конкретно описанный; таким же образом, диапазоны от любого верхнего предела могут быть комбинированы с любым другим верхним пределом, чтобы описать диапазон не конкретно описанный. В дополнение к этому, всякий раз, когда числовой диапазон с нижним пределом и верхним пределом раскрыт, то любое число и любой включенный диапазон, находящийся в пределах диапазона, определенно раскрыты, в частности, когда диапазон значений (формы, "приблизительно от a до приблизительно b," или, то же самое, что, "приблизительно от a до b", или, эквивалентно, "приблизительно от a-b") раскрыт в настоящем документе, то должны понимать, что формулируется каждое число и диапазон, охваченные в пределах более широкого диапазона значений, даже если не конкретно описан. Таким образом, каждый пункт или индивидуальное значение могут служить своим собственным более низким или верхним пределом, комбинированным с любым другим пунктом или индивидуальным значением, или любым другим более низким или верхним пределом, чтобы описать диапазон, не конкретно описанный.
Поэтому настоящее изобретение хорошо адаптировано для достижения упомянутых целей и преимуществ, а также тех, которые присущи ему. Конкретные варианты осуществления, описанные выше, являются только иллюстративными, поскольку настоящее изобретение может быть модифицировано и осуществлено различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, имеющих преимущество от изложенного в настоящем описании. Хотя отдельные варианты осуществления обсуждены, изобретение охватывает все комбинации всех тех вариантов осуществления. Кроме того, никакие ограничения не предназначены для особенностей исполнения или исполнения, показанных в настоящем документе, за исключением случаев, описанных в приведенной ниже формуле изобретения. К тому же, у терминов в формуле изобретения есть свое понятное, обычное значение, если иное конкретно и четко не определено патентообладателем. Таким образом, очевидно, что конкретные иллюстративные варианты осуществления, описанные выше, могут быть изменены или модифицированы, и все такие вариации рассматриваются в рамках объема и сущности настоящего изобретения; если возникает какой-то конфликт в употреблении слова или термина в настоящей спецификации и в одном или более патенте(ах), или других документах, которые могут быть включены в настоящий документ посредством ссылки, то определение, которое совместимо с требованиями этой спецификации, должно быть принято.
1. Способ цементирования, содержащий:
обеспечение отверждаемой композиции, содержащей воду и цементирующий компонент, имеющий расчетный индекс реакционной способности, причем указанный индекс реакционной способности является измеренным параметром цементирующего компонента, деленным на удельную площадь поверхности цементирующего компонента, и
обеспечение отверждения отверждаемой композиции для формирования твердой массы.
2. Способ по п.1, в котором отверждаемая композиция имеет плотность в диапазоне приблизительно от 4 фунтов на галлон до приблизительно 20 фунтов на галлон.
3. Способ по п.1, в котором вода присутствует в количестве, достаточном для формирования поддающейся перекачке насосом суспензии.
4. Способ по п.1, в котором цементирующий компонент содержит по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, состоящей из портландцемента, алюмината кальция, гипса, пуццоланового материала, печной пыли и любых их комбинаций.
5. Способ по п.1, в котором отверждаемая композиция дополнительно содержит второй цементирующий компонент, причем цементирующий компонент и второй цементирующий компонент имеют различные индексы реакционной способности.
6. Способ по п.5, в котором цементирующий компонент и второй цементирующий компонент имеют индексы реакционной способности, которые изменяются с коэффициентом, по меньшей мере, приблизительно 2:1.
7. Способ по п.5, в котором цементирующий компонент и второй цементирующий компонент имеют показатели реакционной способности, которые изменяются с коэффициентом, по меньшей мере, приблизительно 100:1.
8. Способ по п.1, в котором величина частиц цементирующего компонента была скорректирована, чтобы отрегулировать определенный индекс реакционной способности.
9. Способ по п.1, в котором размер частицы цементирующего компонента был уменьшен путем измельчения, чтобы отрегулировать вычисленный индекс реакционной способности.
10. Способ по п.1, в котором измеренным параметром является предел прочности при сжатии, модуль Юнга, водоотдача, время застывания, реологическая величина, свободная вода или любая их комбинация.
11. Способ по п.1, в котором отверждаемая композиция содержит смешанный цементирующий компонент, включающий цементирующий компонент.
12. Способ по п.11, дополнительно содержащий оценку рабочей характеристики отверждаемой композиции, посредством использования следующего уравнения:
где EPсмеси является расчетным параметром для смешанного цементирующего компонента, i является индивидуальным цементирующим компонентом из набора цементирующих компонентов от 1 до n, где n является целым числом, RIi является показателем реакционной способности цементирующего компонента i, SSAi является удельной площадью поверхности цементирующего компонента i, fi является массовой долей цементирующего компонента i, и где m является числом от 1 до 10.
13. Способ по п.1, дополнительно содержащий размещение отверждаемой композиции в подземное формирование, через которое проходит ствол буровой скважины.
14. Способ по п.13, в котором отверждаемая композиция используется при основном цементировании в стволе буровой скважины.
15. Способ по п.13, в котором отверждаемая композиция используется в ремонтных работах в стволе буровой скважины.
16. Способ измерения реакционной способности цементирующего компонента, содержащий:
измерение параметра цементирующего компонента, имеющего удельную площадь поверхности; и
деление измеренного параметра на удельную площадь поверхности цементирующего компонента для получения индекса реакционной способности для цементирующего компонента.
17. Способ по п.16, дополнительно содержащий приготовление отверждаемой композиции, содержащей цементирующий компонент, и применение индекса реакционной способности для того, чтобы отрегулировать количество цементирующего компонента в отверждаемой композиции.
18. Способ по п.16, в котором измеренным параметром является предел прочности при сжатии, модуль Юнга, водоотдача, время застывания, реологическая величина, свободная вода или их любая комбинация.
19. Отверждаемая композиция, как описана в способе по п.1, содержащая:
воду; и
цементирующий компонент, имеющий расчетный индекс реакционной способности, причем указанный индекс реакционной способности является измеренным параметром цементирующего компонента, деленного на удельную площадь поверхности цементирующего компонента.
20. Применение отверждаемой композиции по п. 19 в качестве отверждаемой композиции в способе цементирования по любому из пп.1-11.
