BR112019014471B1 - Método para gerar um fluido de tratamento de furo de poço - Google Patents
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Abstract
São fornecidos métodos de cimentação de furo de poço. Um método para gerar um fluido de tratamento de furo de poço pode incluir: classificar uma pluralidade de partículas sólidas usando correlações; calcular um índice reativo e/ou uma necessidade de água para pelo menos uma das partículas sólidas; e selecionar duas ou mais partículas sólidas da pluralidade de partículas sólidas para criar um fluido de tratamento do furo de poço.
Description
[001] Em cimentação de poços, tal como a construção de poços e cimentação corretiva, as composições de cimento são comumente usadas. As composições de cimento podem ser usadas em uma variedade de aplicações subterrâneas. Por exemplo, em construção de poço subterrâneo, uma coluna de tubo (por exemplo, revestimento, liners, tubulares expansíveis, etc.) pode ser passada para um furo de poço e cimentada no lugar. O processo de cimentar a coluna de tubo no lugar é comumente referido como “cimentação primária”. Em um método típico de cimentação primária, uma composição de cimento pode ser bombeada em um espaço anular entre as paredes do furo de poço e a superfície externa da coluna de tubo disposta no mesmo. A composição de cimento pode endurecer no espaço anular, formando assim uma bainha anular de cimento endurecido, substancialmente impermeável (isto é, uma bainha de cimento) que pode suportar e posicionar a coluna de tubo no furo de poço e pode ligar a superfície exterior da coluna de tubo à formação subterrânea. Entre outras coisas, a bainha de cimento em torno da coluna de tubo funciona para impedir a migração de fluidos no espaço anular, bem como proteger a coluna de tubo contra corrosão. As composições de cimento também poderão ser usadas em métodos corretivos de cimentação, por exemplo, para vedar rachaduras ou furos em colunas de tubo ou bainhas de cimento, para vedar zonas ou fraturas de formação altamente permeáveis, para colocar um tampão de cimento e semelhantes.
[002] Um desafio particular na cimentação de poços é o desenvolvimento de propriedades mecânicas satisfatórias em uma composição de cimento dentro de um período de tempo razoável após a colocação na formação subterrânea. Muitas vezes, várias composições de cimento com vários aditivos são testadas para verificar se atendem aos requisitos de engenharia de material para um determinado poço. O processo de seleção dos componentes da composição do cimento normalmente é feito por uma abordagem melhor, usando as pastas anteriores e modificando as mesmas até que uma solução satisfatória seja alcançada. O processo pode ser demorado e a pasta resultante pode ser cara. Além do mais, os componentes de cimento disponíveis em qualquer região particular podem variar em composição dos de outra região, complicando ainda mais o processo de seleção de uma pasta correta.
[003] Estes desenhos ilustram certos aspectos de algumas das modalidades da presente invenção e não devem ser usadas para limitar ou definir a invenção.
[004] FIG. 1 é um gráfico que mostra os resultados simulados para cálculos de índice de resistência à compressão.
[005] FIG. 2 é um gráfico que mostra os resultados simulados para cálculos de índice de resistência à compressão.
[006] FIG. 3 é uma ilustração esquemática de um sistema de exemplo para analisar componentes de cimento.
[007] FIG. 4 é uma ilustração esquemática de um sistema de exemplo para gerar composições de cimento.
[008] FIG. 5 é uma ilustração esquemática para mostrar a introdução de uma composição de cimento em um furo de poço.
[009] A presente divulgação geralmente pode se referir a métodos e sistemas de cimentação. São fornecidos aqui métodos de identificação e categorização de fontes de sílica, cimentos e outros materiais com base em propriedades físico-químicas. As propriedades físico-químicas de cada componente de cimento de uma composição de cimento podem afetar as propriedades mecânicas do conjunto final da pasta, bem como as propriedades dinâmicas ou baseadas no tempo, tais como miscibilidade, reologia, viscosidade e outras. Todo componente de cimento pode afetar uma ou mais das propriedades mencionadas, algumas vezes de forma imprevisível. Por exemplo, uma cinza volante de origem local pode ser adicionada a uma composição de cimento. A cinza volante adicionada pode aumentar a resistência à compressão da composição de cimento e pode não ter efeito, por exemplo, no tempo de espessamento da composição de cimento. Em outra região, uma cinza volante de origem local também pode aumentar a resistência à compressão da composição de cimento, mas também pode aumentar o tempo de espessamento. O comportamento imprevisível de uma composição de cimento pode não ser percebido até que vários testes de laboratório tenham sido realizados.
[0010] As composições de cimento geralmente podem compreender água e um aditivo de cimento. O aditivo de cimento pode compreender dois ou mais componentes de cimento, que podem ser misturados a seco para formar o aditivo de cimento antes da combinação com a água. Alternativamente, os componentes de cimento podem não ser combinados até a mistura com a água. Os componentes de cimento podem geralmente ser descritos como solúveis em álcali. Uma composição de cimento pode compreender água e um aditivo de cimento, em que o aditivo de cimento compreende cimento hidráulico, pó de forno de cimento e uma pozolana natural. Como descrito em mais detalhes aqui, as composições de cimento podem ser espumadas e/ou expandidas como desejado pelos versados na técnica.
[0011] As composições de cimento podem ter uma densidade adequada para uma aplicação particular. As composições de cimento podem ter uma densidade na faixa de cerca de 8 libras por galão (“ppg”) a cerca de 16 ppg. Nos exemplos de espuma, as composições de cimento espumadas da presente invenção podem ter uma densidade na faixa de cerca de 8 ppg a cerca de 13 ppg (ou mesmo inferior).
[0012] A água usada nas composições de cimento pode incluir, por exemplo, água doce, água salgada (por exemplo, água que contém um ou mais sais dissolvidos na mesma), salmoura (por exemplo, água salgada saturada produzida a partir de formações subterrâneas), água do mar ou combinações das mesmas. Em geral, a água pode ser de qualquer fonte, desde que não contenha um excesso de compostos que possam afetar, indesejavelmente, outros componentes na composição de cimento. A água pode ser incluída em uma quantidade suficiente para formar uma pasta bombeável. A água pode ser incluída nas composições de cimento na faixa de cerca de 40% a cerca de 200% em peso do aditivo de cimento (“bwoc”). Em alguns exemplos, a água pode ser incluída em uma quantidade na faixa de cerca de 40% a cerca de 150% de bwoc.
[0013] O aditivo de cimento pode compreender dois ou mais componentes de cimento. Um dos componentes de cimento pode compreender um cimento hidráulico. Uma variedade de cimentos hidráulicos pode ser utilizada de acordo com a presente divulgação, incluindo, mas não se limitando a, os compreendendo cálcio, alumínio, silício, oxigênio, ferro e/ou enxofre, que se depositam e endurecem por reação com água. Cimentos hidráulicos adequados podem incluir cimentos Portland, gesso e cimentos com alto teor de alumina, entre outros. Os cimentos Portland que são adequados para uso na presente divulgação podem ser classificados como cimentos de classes A, C, G e H de acordo com o American Petroleum Institute, API Specification for Materials and Testing for Well Cements, API Specification 10, Quinta Ed.,1 de julho de 1990. Além disso, em alguns exemplos, os cimentos adequados para uso na presente invenção podem ser classificados como ASTM Tipo I, II ou III. Composições de cimento que podem ser consideradas “baixo Portland” podem ser projetadas pelo uso das técnicas aqui descritas.
[0014] Quando presente, o cimento hidráulico geralmente pode ser incluído nas composições de cimento em uma quantidade suficiente para prover a resistência compressiva, densidade e/ou o custo desejados. O cimento hidráulico pode estar presente nas composições de cimento em uma quantidade na faixa de cerca de 0% a cerca de 99% de bwoc. Em alguns exemplos, o cimento hidráulico pode estar presente em uma quantidade que varia na faixa entre qualquer um e/ou incluindo qualquer um de cerca de 1%, cerca de 5%, cerca de 10%, cerca de 20%, cerca de 40%, cerca de 60%, cerca de 80% ou cerca de 90% de bwoc. O componente de cimento pode ser considerado “baixo Portland”, em que o cimento Portland (quando utilizado) pode estar presente na composição de cimento em uma quantidade de cerca de 40% ou menos de bwoc e, alternativamente, cerca de 20% ou menos. As composições de cimento também podem ser concebidas que são isentas (ou essencialmente isentas) de cimento Portland. Os versados na técnica, com o benefício desta divulgação, devem ser capaz de selecionar uma quantidade adequada de cimento hidráulico para uma aplicação particular.
[0015] Além do cimento hidráulico, podem ser utilizados componentes de cimento adicionais que podem ser considerados solúveis em álcali. Um componente de cimento é considerado solúvel em álcali em que é pelo menos parcialmente solúvel em uma solução aquosa de pH 7,0 ou superior. Alguns dos componentes de cimento solúveis em álcali podem compreender um cimento de geopolímero, que pode compreender uma fonte de aluminossilicato, uma fonte de silicato de metal e um ativador. O cimento de geopolímero pode reagir para formar um geopolímero. Um geopolímero é um polímero inorgânico que forma redes não cristalinas de longo alcance, ligadas covalentemente. Os geopolímeros podem ser formados por dissolução química e subsequente recondensação de vários aluminossilicatos e silicatos para formar uma rede tridimensional ou um polímero mineral tridimensional.
[0016] O ativador para o cimento de geopolímero pode incluir, mas não se limita a, hidróxidos de metal, sais de cloreto, tais como KCl, CaCl2, NaCl, carbonatos, tais como Na2CO3, silicatos, tais como silicato de sódio, aluminatos, tais como aluminato de sódio e hidróxido de amônio.
[0017] A fonte de aluminossilicato para o cimento de geopolímero pode compreender qualquer aluminossilicato adequado. O aluminossilicato é um mineral composto por alumínio, silício e oxigênio, além de contracátions. Existem potencialmente centenas de minerais adequados que podem ser uma fonte de aluminossilicato, na medida em que podem compreender minerais de aluminossilicato. Cada fonte de aluminossilicato pode potencialmente ser usada em um caso particular se as propriedades específicas, tal como composição, puderem ser conhecidas. Alguns minerais como andaluzita, cianita e silimanita são fontes naturais de aluminossilicatos que têm a mesma composição, Al2SiO5, mas diferem na estrutura cristalina. Cada mineral andaluzita, cianita ou silimanita pode reagir mais ou menos rapidamente e em diferentes extensões na mesma temperatura e pressão, devido às diferentes estruturas cristalinas. Outras fontes de aluminossilicato adequadas podem incluir, mas não se limitam a, argilas calcinadas, argilas parcialmente calcinadas, argilas de caulinita, argilas lateríticas, argilas de ilita, rochas vulcânicas, rejeitos de minas, escória de alto forno e cinza volante de carvão.
[0018] A fonte de silicato de metal para o cimento de geopolímero pode compreender qualquer silicato de metal adequado. Um silicato é um composto contendo um composto de silício aniônico. Alguns exemplos de um silicato incluem o ânion ortossilicato também conhecido como ânion tetróxido de silício, SiO44-, bem como hexafluorossilicato [SiF6]2-. Outros silicatos comuns incluem silicatos de cadeia simples e cíclica que podem ter a fórmula geral[SiO2+n]2n- e silicatos formadores de folha ([SiO2. 5]-)n. Cada exemplo de silicato pode ter um ou mais cátions metálicos associados a cada molécula de silicato. Algumas fontes adequadas de silicato de metal podem incluir, sem limitação, silicato de sódio, silicato de magnésio e silicato de potássio.
[0019] Quando presente, o cimento de geopolímero geralmente pode ser incluído nas composições de cimento em uma quantidade suficiente para prover a resistência compressiva, densidade e/ou o custo desejados. O cimento de geopolímero pode estar presente nas composições de cimento em uma quantidade na faixa de cerca de 0% a cerca de 99% de bwoc. Em alguns exemplos, o cimento de geopolímero pode estar presente em uma quantidade que varia na faixa entre qualquer um e/ou incluindo qualquer um de cerca de 1%, cerca de 5%, cerca de 10%, cerca de 20%, cerca de 40%, cerca de 60%, cerca de 80% ou cerca de 90% de bwoc. Os versados na técnica, com o benefício desta divulgação, devem ser capaz de selecionar uma quantidade adequada de cimento de geopolímero para uma aplicação particular.
[0020] Componentes adicionais de cimento que são solúveis em álcali podem ser considerados uma fonte de sílica. Mediante a inclusão da fonte de sílica, um caminho diferente pode ser usado para chegar a um produto semelhante em relação ao cimento Portland. Uma reação pozolânica pode ser induzida quando ácido silícico (H4SiO4) e portlandita (Ca(OH)2) reagem para formar um produto de cimento (hidrato de silicato de cálcio). Se outros compostos, tal como, aluminato, estiverem presentes na fonte de sílica, podem ocorrer reações adicionais para formar produtos de cimento adicionais, tais como hidratos de aluminato de cálcio. O hidróxido de cálcio necessário para a reação pode ser fornecido a partir de outros componentes de cimento, tal como cimento Portland, ou pode ser adicionado separadamente à composição de cimento. Exemplos de fontes de sílica adequadas podem incluir cinzas volantes, escória, sílica ativa, sílica cristalina, farinha de sílica, pó de forno de cimento (“CKD”), rocha vulcânica, perlita, metacaulim, terra de diatomáceas, zeólito, xisto e cinza de resíduos agrícolas (por exemplo, cinza de casca de arroz, cinza de cana de açúcar e cinza de bagaço de cana), entre outros. Alguns exemplos específicos da fonte de sílica serão discutidos em mais detalhes a seguir. Quando presente, a fonte de sílica geralmente pode ser incluída nas composições de cimento em uma quantidade suficiente para prover a resistência compressiva, densidade e/ou o custo desejados. A fonte de sílica pode estar presente nas composições de cimento em uma quantidade na faixa de cerca de 0% a cerca de 99% de bwoc. Em alguns exemplos, a fonte de sílica pode estar presente em uma quantidade que varia entre qualquer um e/ou incluindo qualquer um dentre cerca de 1%, cerca de 5%, cerca de 10%, cerca de 20%, cerca de 40%, cerca de 60%, cerca de 80% ou cerca de 90% de bwoc. Os versados na técnica, com o benefício desta divulgação, devem ser capaz de selecionar uma quantidade adequada de fonte de sílica para uma aplicação particular.
[0021] Um exemplo de uma fonte de sílica adequada pode compreender cinzas volantes. Uma variedade de cinzas volantes pode ser adequada, incluindo cinzas volantes classificadas como cinza volante de classe C e classe F de acordo com a American Petroleum Institute, API Specification for Materials and Testing for Well Cements, API Specification 10, Quinta ed., 1 de julho de 1990. Cinza volante de Classe C compreende tanto sílica quanto cal, de modo que pode se assentar para formar uma massa endurecida após a mistura com água. Cinza volante de Classe F geralmente não contém uma quantidade suficiente de cal para induzir uma reação de cimento, portanto, uma fonte adicional de íons de cálcio é necessária para uma composição de cimento de deposição atrasada compreendendo cinza volante de Classe F. Em algumas modalidades, a cal pode ser misturada com cinzas volantes de Classe F em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1% a cerca de 100% em peso da cinza volante. Em alguns casos, a cal pode ser cal hidratada. Os exemplos adequados de cinzas volantes incluem, mas sem limitação, aditivo de cimento POZMIX® A, comercialmente disponível pela Halliburton Energy Services, Inc., Houston, Texas.
[0022] Outro exemplo de uma fonte de sílica adequada pode compreender escória. A escória é geralmente um subproduto na produção de vários metais a partir de seus minérios correspondentes. A título de exemplo, a produção de ferro fundido pode produzir escória como um subproduto de alto-forno granulado com a escória geralmente compreendendo as impurezas oxidadas encontradas no minério de ferro. A escória geralmente não contém material básico suficiente, de modo que o cimento da escória pode ser usado que pode compreender ainda uma base para produzir uma composição que pode ser assentada que pode reagir com água para se assentar para formar uma massa endurecida. Os exemplos de fontes adequadas de bases incluem, mas sem limitação, hidróxido de sódio, bicarbonato de sódio, carbonato de sódio, cal e combinações das mesmas.
[0023] Outro exemplo de uma fonte de sílica adequada pode compreender CKD. A poeira de forno de cimento ou “CKD”, tal como este termo é usado no presente documento, se refere a uma alimentação de forno parcialmente calcinada que é removida da corrente de gás e coletada, por exemplo, em um coletor de poeira durante a fabricação de cimento. Normalmente, grandes quantidades de CKD são coletadas na produção de cimento que são comumente descartadas como resíduos. O descarte da CKD como resíduo pode gerar custos indesejáveis à fabricação de cimento, bem como preocupações ambientais associadas ao seu descarte. CKD é outro componente que pode ser incluído em exemplos das composições de cimento.
[0024] Outro exemplo de uma fonte de sílica adequada pode compreender rocha vulcânica. Certas rochas vulcânicas podem apresentar propriedades cimentícias, pelo fato de que podem se assentar e endurecer na presença de água e cal hidratada. A rocha vulcânica também pode ser triturada, por exemplo. Em geral, a rocha vulcânica pode ter qualquer distribuição de tamanho de partícula como desejado para uma aplicação particular. Em determinadas modalidades, a rocha vulcânica pode ter um tamanho de partícula médio em uma faixa de a partir de cerca de 1 mícron a cerca de 200 mícrons. O tamanho de partícula médio corresponde aos valores d50 como medidos pelos analisadores de tamanho de partícula, tais como os fabricados por Malvern Instruments, Worcestershire, Reino Unido. Os versados na técnica e com o benefício desta divulgação, deve ser capaz de selecionar um tamanho de partícula para a rocha vulcânica adequado para uso na aplicação escolhida.
[0025] Outro exemplo de uma fonte de sílica adequada pode compreender metacaulim. Geralmente, metacaulim é uma pozolana branca que pode ser preparada aquecendo argila de caulim, por exemplo, a temperaturas na faixa de cerca de 600° a cerca de 800°C.
[0026] Outro exemplo de uma fonte de sílica adequada pode compreender xisto. Entre outras coisas, o xisto incluído nas composições de cimento pode reagir com excesso de cal para formar um material de cimentação adequado, por exemplo, hidrato de silicato de cálcio. Uma variedade de xisto é adequada, incluindo os que compreendem silício, alumínio, cálcio e/ou magnésio. Um exemplo de um xisto adequado compreende xisto vitrificado. Em geral, o xisto pode ter qualquer distribuição de tamanho da partícula como desejado para uma aplicação particular. Em certas modalidades, o xisto pode ter uma distribuição de tamanho de partícula na faixa de cerca de 37 micrômetros a cerca de 4.750 micrômetros.
[0027] Outro exemplo de uma fonte de sílica adequada pode compreender zeólito. Os zeólitos são geralmente minerais porosos de silicato de alumínio que podem ser um material natural ou sintético. Os zeólitos sintéticos têm por base o mesmo tipo de célula estrutural que os zeólitos naturais e podem compreender hidratos de aluminossilicato. Como usado aqui, o termo “zeólito” se refere a todas as formas naturais e sintéticas de zeólito. Os exemplos de zeólitos podem incluir, sem limitação, mordenita, zsm-5, zeólito x, zeólito y, zeólito a, etc. Adicionalmente, os exemplos que compreendem zeólito podem compreender zeólito em combinação com um cátion, tais como Na+, K+, Ca2+, Mg2+, etc. Os zeólitos que compreendem cátions, tal como sódio também podem fornecer fontes de cátion adicionais à composição de cimento à medida que os zeólitos se dissolvem.
[0028] As composições de cimento ainda podem compreender cal hidratada. Como usado neste documento, o termo “cal hidratada” será compreendido como significando hidróxido de cálcio. Em algumas modalidades, a cal hidratada pode ser fornecida como cal viva (óxido de cálcio) que hidrata quando misturada com água para formar a cal hidratada. A cal hidratada pode ser incluída nos exemplos das composições de cimento, por exemplo, para formar uma composição hidráulica com a fonte de sílica. Por exemplo, a cal hidratada pode ser incluída em uma razão de peso da fonte de sílica para cal hidratada de cerca de 10: 1 a cerca de 1: 1 ou em uma razão de cerca de 3: 1 a cerca de 5: 1. Quando presente, a cal hidratada poderá ser incluída nas composições de cimento em uma quantidade na faixa de cerca de 10% a cerca de 100% em peso da fonte de sílica, por exemplo. Em alguns exemplos, a cal hidratada pode estar presente em uma quantidade que varia entre qualquer uma e/ou que inclui de cerca de 10%, a cerca de 20%, cerca de 40%, cerca de 60%, cerca de 80% ou cerca de 100% em peso da fonte de sílica. Os versados na técnica, com o benefício desta divulgação, reconheceriam a quantidade adequada de cal hidratada a ser incluída para uma aplicação escolhida.
[0029] Em alguns exemplos, as composições de cimento podem compreender uma fonte de cálcio diferente da cal hidratada. Em geral, o cálcio e um pH alto, por exemplo, um pH de 7,0 ou maior, podem ser necessários para que certas reações cimentícias ocorram. Uma vantagem potencial da cal hidratada pode ser que íons de cálcio e íons de hidróxido são fornecidos na mesma molécula. Em outro exemplo, a fonte de cálcio pode ser Ca(NO3)2 ou CaCl2 com o hidróxido sendo fornecido na forma de NaOH ou KOH, por exemplo. Um versado na técnica compreenderia que a fonte de cálcio e a fonte de hidróxido alternativas podem ser incluídas em uma composição de cimento da mesma forma que a cal hidratada. Por exemplo, a fonte de cálcio e a fonte de hidróxido podem ser incluídas em uma razão de peso entre a fonte de sílica e a cal hidratada de cerca de 10: 1 a cerca de 1: 1 ou uma razão de cerca de 3: 1 a cerca de 5: 1. Quando presente, a fonte de cálcio e a fonte de hidróxido alternativas podem ser incluídas nas composições de cimento em uma quantidade na faixa de cerca de 10% a cerca de 100% em peso da fonte de sílica, por exemplo. Em alguns exemplos, a fonte de cálcio e a fonte de hidróxido alternativas podem estar presentes em uma quantidade que varia entre qualquer um e/ou que inclui qualquer um dentre cerca de 10%, cerca de 20%, cerca de 40%, cerca de 60%, cerca de 80% ou cerca de 100% em peso da fonte de sílica. Os versados na técnica, com o benefício desta divulgação, devem reconhecer a quantidade de adequada de fonte de cálcio e fonte de hidróxido alternativas a serem incluídas para uma aplicação escolhida.
[0030] Pode ser definida uma razão alvo de sílica para cal e pode ser identificado um aditivo de cimento compreendendo dois ou mais componentes de cimento que cumpram a razão de sílica para cal. Em alguns exemplos, a razão alvo de sílica para cal pode variar de cerca de 80/20 de sílica para cal livre em peso a cerca de 60/40 de sílica para cal livre em peso, por exemplo, ser cerca de 80/20 de sílica para cal livre em peso, aproximadamente 70/30 de sílica para cal livre em peso ou cerca de 60/40 de sílica para cal livre em peso. A razão de sílica para cal pode ser determinada medindo a sílica e a cal disponíveis para um dado componente de cimento.
[0031] Outros aditivos adequados para o uso em operações de cimentação também podem ser incluídos nas modalidades das composições de cimento. Os exemplos de tais aditivos incluem, mas sem limitação: agentes de peso, retardantes, aceleradores, ativadores, aditivos de controle de gás, aditivos leves, aditivos geradores de gás, aditivos para melhoria de propriedades mecânicas, materiais de circulação perdida, aditivos de controle de filtração, aditivos de controle de perda de fluidos, agentes antiespumantes, agentes espumantes, modificadores do tempo de transição, dispersantes, aditivos tixotrópicos, agentes de suspensão e combinações dos mesmos. Versados na técnica, com o benefício desta divulgação, devem ser capaz de selecionar um aditivo adequado para uma aplicação particular.
[0032] Como mencionado anteriormente, a fim de determinar se dois ou mais dos componentes de cimento mencionados anteriormente são compatíveis, vários testes de laboratório podem ser realizados. Além disso, quaisquer potenciais efeitos sinérgicos do componente de cimento podem não ser conhecidos a menos que vários testes de laboratório sejam realizados. Tipicamente, uma composição de cimento conhecida pode ser primeiro formulada e testada com relação a propriedades, tais como, por exemplo, a resistência à compressão de 24 horas, a perda de fluido e o tempo de espessamento. Então, quantidades variáveis de aditivos podem ser adicionadas a um novo lote de composições de cimento e os testes são executados novamente. Os resultados são coletados de cada teste e comparados. Um novo conjunto de testes pode então ser executado com novas concentrações de aditivos, por exemplo, para ajustar as propriedades da composição do cimento. O processo de testar vários aditivos em concentrações variadas pode continuar por vários ensaios até que seja formulada uma composição ou composições de cimento aceitáveis. Uma composição de cimento aceitável pode ser uma que atenda a certos requisitos de concepção, tais como resistência à compressão, perda de fluido e tempo de espessamento. O processo de concepção da composição de cimento pode ser feito de uma maneira heurística, conduzindo a uma composição de cimento que pode ter as propriedades de engenharia necessárias, mas pode não ser otimizada com relação ao custo. Adicionalmente, fontes de sílica, tal como, por exemplo, poeira de forno de cimento, foram previamente utilizadas como cargas puras ou, em alguns exemplos, componentes reativos em composições de cimento à base de Portland. CKD contribuirá com uma porção de sílica que requer uma porção de cal para reagir. Nos métodos de formulação de composição de cimento descritos anteriores, o processo heurístico não leva em consideração a razão de sílica para cal de uma composição.
[0033] O método aqui descrito pode reduzir ou eliminar a busca heurística por um processo que identifica um aditivo de cimento através de um processo de medição e categorização de uma variedade de componentes de cimento referidos como mapeamento de reatividade. O mapeamento de reatividade pode compreender várias etapas. Uma etapa pode incluir a medição das propriedades físicas e químicas de diferentes materiais por meio de testes padronizados. Outra etapa pode incluir a categorização dos materiais através da análise dos dados coletados e o efeito previsto nas propriedades da suspensão de cimento. Ainda outra etapa pode compreender utilizar os dados para estimar a reatividade do material, melhorar o desempenho do cimento, prever matematicamente propriedades mecânicas de mistura com base em resultados analíticos e/ou prever a dependência da resistência à compressão da densidade da suspensão.
[0034] A medição das propriedades físicas e químicas de cada componente de cimento selecionado pode compreender muitas técnicas laboratoriais e procedimentos incluindo, mas não limitados a microscopia, espectroscopia, difração de raios X, fluorescência de raios X, análise de tamanho de partícula, análise da necessidade de água, microscopia eletrônica de varrimento, espectroscopia de raios X por energia dispersiva, área de superfície, análise de gravidade específica, análise termogravimétrica, análise morfológica, espectroscopia no infravermelho, espectroscopia ultravioleta visível, espectroscopia de massa, espectrometria de massa de íon secundário, espectrometria de massa de energia do elétron, espectroscopia de raios X dispersiva, espectroscopia eletrônica Auger, análise de plasma indutivamente acoplado, espectroscopia de massa de ionização térmica, espectroscopia de descarga de brilho por espectroscopia de fotoelétrons de raios X, teste de propriedades mecânicas, teste do Módulo de Young, propriedades reológicas, Razão de Poisson. Um ou mais dos testes anteriores podem ser considerados testes de API, conforme estabelecido na prática recomendada pela API para testes de cimento (publicado como prática recomendada pela ANSI/API 10B- 2). Testes API adicionais não especificamente listados anteriormente também podem ser usados para as medições. As propriedades físicas e químicas podem ser medidas para um grupo de componentes de cimento. Dois ou mais componentes de cimento medidos podem ser diferentes tipos de componentes de cimento (por exemplo, rocha vulcânica, CKD, cinzas volantes, etc.). Dois ou mais componentes de cimento podem ser do mesmo tipo, mas de fontes diferentes (por exemplo, rocha vulcânica da fonte 1, rocha vulcânica da fonte 2, etc.).
[0035] A difração de raios X é uma técnica de análise que pode ser usada para medir as propriedades físicas e químicas dos componentes do cimento. A difração de raios X é uma técnica de expor uma amostra a raios X, nêutrons ou elétrons e medir a quantidade de difração interatômica. A amostra age como uma grade de difração, produzindo um sinal diferente em diferentes ângulos. As propriedades típicas que podem ser medidas são a identificação de fase para a identificação e caracterização de um sólido cristalino. Outras propriedades podem ser cristalinidade, parâmetros de rede, tensores de expansão, módulo de volume e transições de fase.
[0036] A fluorescência de raios X é outra técnica de análise que pode ser usada para medir as propriedades físicas e químicas dos componentes do cimento. A fluorescência de raios X pode usar raios X de ondas curtas para ionizar átomos em uma amostra, fazendo com que eles fiquem fluorescentes em certos comprimentos de onda característicos. A radiação característica liberada por uma amostra pode permitir a identificação precisa dos átomos do componente na amostra, bem como suas quantidades relativas.
[0037] A análise do tamanho de partícula é outra técnica de análise que pode ser usada para medir as propriedades físicas e químicas dos componentes do cimento. A análise do tamanho de partícula pode ser realizada através de análise por várias técnicas laboratoriais incluindo, mas não se limitando a difração de laser, dispersão dinâmica de luz, análise de imagem estática e análise de imagem dinâmica. A análise do tamanho de partícula também pode fornecer informações sobre a morfologia de uma amostra particular. A morfologia pode incluir parâmetros como esfericidade e circularidade, bem como a forma geral de uma partícula como disco, esferoide, lâmina ou rolo. Com o conhecimento da morfologia e do tamanho das partículas, a área de superfície e o volume médios podem ser estimados. A área de superfície e o volume podem ser importantes para determinar a necessidade de água, bem como a reatividade. Em geral, um tamanho de partícula relativamente menor pode reagir mais rapidamente que um tamanho de partícula relativamente maior. Além disso, o tamanho de partícula relativamente menor pode ter uma necessidade maior de água para se hidratar completamente que um tamanho de partícula relativamente maior.
[0038] A espectroscopia de raios X por dispersão de energia é outra técnica de análise que pode ser usada para medir as propriedades físicas e químicas dos componentes do cimento. A espectroscopia de raios X por dispersão de energia é uma técnica analítica usada para analisar os elementos presentes em uma amostra e determinar a caracterização química de uma amostra. Outras técnicas podem incluir espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier, espectroscopia ultravioleta-visível, espectroscopia de massa, espectrometria de massa iônica secundária, espectrometria de massa de energia eletrônica, espectroscopia de raios X dispersivos, espectroscopia eletrônica Auger e espectroscopia de fotoelétron de raios X.
[0039] Os componentes de cimento podem ser analisados para determinar sua necessidade de água. A necessidade de água é tipicamente definida como a quantidade de água de mistura que é necessária para ser adicionada a um material sólido em pó para formar uma pasta de uma consistência especificada. A necessidade de água para um componente de cimento particular pode ser determinada por um processo que inclui a) preparar um misturador Waring com uma quantidade especificada de água, b) agitar a água a um misturador específico rpm, c) adicionar o sólido em pó que está sendo investigado a água até ser obtida uma consistência especificada e d) calcular a necessidade de água com base na razão de água para sólidos necessária para atingir a consistência desejada.
[0040] Os componentes de cimento podem ser analisados para determinar a sua área de superfície específica. Área de superfície específica geralmente se refere à área de superfície total e pode ser reportada como a área de superfície total por unidade de massa. Os valores obtidos para área específica dependem da técnica de análise. Qualquer técnica de análise adequada pode ser utilizada incluindo, mas não limitados a, métodos baseados em adsorção, tais como análise de Brunauer-Emmett-Teller (BET), coloração com azul de metileno, adsorção de éter monometílico de etileno glicol e um método de retenção de proteínas, entre outros.
[0041] A análise termogravimétrica é outra técnica de análise que pode ser usada para medir as propriedades físicas e químicas dos componentes do cimento. A análise termogravimétrica é um método de análise térmica em que as alterações nas propriedades físicas e químicas de uma amostra podem ser medidas. Em geral, as propriedades podem ser medidas como uma função do aumento da temperatura, tal como com uma taxa de aquecimento constante ou como uma função do tempo com uma temperatura constante ou uma mudança de massa constante. As propriedades determinadas pela análise termogravimétrica podem incluir transições de fase de primeira ordem e transições de fase de segunda ordem como vaporização, sublimação, adsorção, dessorção, absorção, quimioabsorção, dessolvatação, desidratação, decomposição, reações de oxidação e redução, transição ferromagnética, transição supercondutora e outras.
[0042] Além de determinar as propriedades físicas e químicas dos próprios componentes de cimento, testes de laboratório também podem ser realizados para determinar o comportamento dos componentes de cimento em uma composição de cimento. Por exemplo, os componentes de cimento podem ser analisados em uma composição de cimento para determinar o seu desenvolvimento de resistência à compressão e propriedades mecânicas. Por exemplo, uma quantidade pré-selecionada do componente de cimento pode ser combinada com água e cal (se necessário para o assentamento). As propriedades mecânicas da composição de cimento podem então ser determinadas incluindo resistência à compressão, resistência à tração e módulo de Young. Qualquer uma de uma variedade de condições diferentes pode ser usada para o teste, desde que as condições sejam consistentes para os diferentes componentes do cimento.
[0043] A força de compressão é geralmente a capacidade de um material ou de uma estrutura para suportar as forças de impulso direcionadas axialmente. A resistência à compressão do componente de cimento pode ser medida em um tempo especificado após o componente de cimento ter sido misturado com água e a composição de cimento resultante ser mantida sob condições especificadas de temperatura e pressão. Por exemplo, a resistência à compressão pode ser medida em um tempo na faixa de cerca de 24 a cerca de 48 horas (ou mais) depois que o fluido é misturado e o fluido é mantido a uma temperatura de 100 °F a cerca de 200 °F e atmosférica pressão. A resistência compressiva pode ser medida por qualquer um de um método destrutivo ou método não destrutivo. O método destrutivo testa fisicamente a força das amostras de tratamento de fluido em vários pontos no tempo ao esmagar as amostras em uma máquina de teste de compressão. A força de compressão é calculada a partir da carga de falha dividida pela área transversal que resiste à carga e é apresentada em unidades de libra-força por polegada quadrada (psi). Os métodos não destrutivos tipicamente podem empregar um Analisador de Cimento Ultrassônico (“UCA”), disponível de Fann® Instrument Company, Houston, TX. As forças compressivas podem ser determinadas de acordo com o API RP 10B-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, Primeira Edição, Julho de 2005.
[0044] A resistência à tração é geralmente a capacidade de um material suportar cargas que tendem a se alongar, ao contrário da resistência à compressão. A resistência à tração do componente de cimento pode ser medida em um tempo especificado após o componente de cimento ter sido misturado com água e a composição de cimento resultante ser mantida sob condições especificadas de temperatura e pressão. Por exemplo, a resistência à tração pode ser medida em um tempo na faixa de cerca de 24 a cerca de 48 horas (ou mais) depois que o fluido é misturado e o fluido é mantido a uma temperatura de 100 °F a cerca de 200 °F e atmosférica pressão. A resistência à tração pode ser medida utilizando qualquer método adequado incluindo, mas não limitado a de acordo com o procedimento descrito na norma ASTM C307. Isto é, as amostras de prova podem ser preparadas em moldes de briquete com a aparência de biscoitos para cães com uma área transversal de uma polegada quadrada no meio. Tensão pode então ser aplicada nas extremidades aumentadas das amostras de teste até que as amostras de teste se rompam na área central. A tensão em libras por polegada quadrada na qual a amostra de teste se romperá é a resistência à tração do material testado.
[0045] O módulo de Young, também chamado de módulo de elasticidade, é uma medida da relação de um esforço aplicado com a tensão resultante. Em geral, um material altamente deformável (plástico) apresentará um módulo menor quando a tensão confinada for aumentada. Assim, o módulo de Young é uma constante elástica que demonstra a capacidade do material testado para suportar cargas aplicadas. Podem ser utilizadas várias técnicas laboratoriais diferentes para medir o módulo de Young de um fluido de tratamento compreendendo um componente cimentício depois de o fluido de tratamento ter sido deixado assentar durante um período de tempo a condições especificadas de temperatura e pressão.
[0046] Embora apenas algumas técnicas laboratoriais selecionadas possam tenham sido mencionadas, deve-se entender que podem existir muitas técnicas analíticas que podem ser apropriadas ou não apropriadas para uma determinada amostra. Um versado na técnica com o benefício desta divulgação deve ser capaz de selecionar uma técnica analítica apropriada para determinar uma certa propriedade de interesse.
[0047] Uma vez que as técnicas analíticas tenham sido realizadas nos componentes de cimento, os dados podem ser categorizados e correlacionados. Algumas categorias podem incluir, mas não estão limitadas a, área de superfície específica, morfologia, gravidade específica, necessidade de água, etc. Em alguns exemplos, os componentes podem ser categorizados por quantidades relativas, incluindo a quantidade de pelo menos um dos seguintes: sílica, alumina, ferro, ferro, cálcio, cálcio, sódio, potássio, magnésio, enxofre, óxidos e combinações dos mesmos. Por exemplo, os componentes podem ser categorizados com base em uma análise de óxido que inclui, sem limitação, teor de sílica, teor de óxido de cálcio e teor de alumina entre outros óxidos que podem estar presentes no componente de cimento. Além disso, correlações entre os componentes do cimento podem ser geradas com base na categorização dos dados. Por exemplo, as várias categorias de propriedades podem ser plotadas umas contra as outras. Em alguns exemplos, a necessidade de água em função da área de superfície específica pode ser plotada. Desta forma, a necessidade de água do componente de cimento pode ser correlacionada com a área de superfície específica, de modo que a área de superfície específica seja uma função da necessidade de água. A área de superfície específica pode ser usada para prever a reatividade de um componente de cimento (ou componentes). No entanto, a área de superfície específica pode nem sempre estar disponível para cada material, já que a análise específica da área de superfície normalmente requer um instrumento especializado. Desta forma, se a necessidade de água puder ser obtida para o componente de cimento, a correlação entre a necessidade de água e a área de superfície específica pode ser usada para obter uma estimativa para a área de superfície específica, que pode então ser usada para prever a reatividade. Além das correlações entre a área de superfície específica e a reatividade, também podem ser feitas correlações entre a área de superfície específica e outras propriedades mecânicas, tais como resistência à tração e módulo de Young.
[0048] Alguns componentes de cimento que são solúveis em álcali podem compreender materiais recuperados ou naturais. Especificamente, componentes de cimento contendo sílica podem compreender materiais, tais como materiais extraídos, por exemplo, rocha vulcânica, perlita, materiais residuais, tais como cinza volante e CKD e cinzas agrícolas como descrito anteriormente. Em alguns exemplos, o componente de cimento que é solúvel em álcali pode ter efeitos sinergéticos com um cimento Portland, enquanto outros podem ser incompatíveis. Em alguns exemplos, um componente de cimento que é solúvel em álcali pode causar gelificação, alta geração de calor, retenção de água, entre outros efeitos. Estes e outros efeitos podem ser percebidos durante os testes laboratoriais do componente de cimento em uma composição de cimento compreendendo cimento Portland. O equipamento de laboratório pode ser configurado para detectar os efeitos do componente de cimento na composição. Em alguns exemplos, equipamentos como um calorímetro podem medir e quantificar a quantidade de geração de calor por unidade de massa do componente de cimento. Os viscosímetros podem medir o aumento da gelificação causada pelo componente de cimento. Cada um dos efeitos físicos causados pela adição do componente de cimento pode ser medido em várias concentrações e depois categorizado, por exemplo, plotado ou mapeado. Uma vez que um componente é mapeado, o efeito de adicionar o componente a uma composição de cimento pode ser previsto referenciando a categorização.
[0049] Como mencionado anteriormente, alguns componentes de cimento que são solúveis em álcali podem induzir a formação de gel quando incluídos em uma composição de cimento. Embora uma taxa de gelificação mais elevada possa ser indesejável em alguns exemplos, em outros exemplos, uma taxa de gelificação mais elevada pode ser vantajosa ou necessária para satisfazer os critérios de concepção de engenharia. Normalmente, um versado na técnica selecionaria um agente gelificante ou viscosificante adequado para utilização na composição de cimento. Com o benefício do mapeamento, um versado deve ser capaz de selecionar um componente de cimento solúvel em álcali que possa servir a um propósito duplo. Por exemplo, um componente de cimento pode aumentar a resistência à compressão de uma composição de cimento, mas também aumentar a gelificação durante a mistura. Se os critérios de concepção de engenharia exigirem uma gelificação mais alta durante a mistura, pode ser vantajoso incluir o componente de cimento que aumenta a resistência à compressão enquanto também aumenta a gelificação. A inclusão de um componente de cimento que apresenta múltiplos efeitos pode reduzir a quantidade de aditivos adicionais, tais como agentes gelificantes ou viscosificantes necessários, que podem ser de alto custo. Uma vez que o efeito de gelificação do componente pode ter sido documentado em um mapa, a quantidade de componente para incluir em uma composição de cimento pode ser facilmente determinada.
[0050] Outro efeito físico potencialmente vantajoso que pode ser mapeado é a capacidade de dispersão. Alguns componentes de cimento podem compreender partículas relativamente esféricas. As partículas relativamente esféricas podem exercer um efeito de “rolamento de rolos” em uma composição de cimento com água. O efeito pode fazer com que os outros componentes na composição de cimento se tornem mais móveis dispersando, assim, os componentes na composição de cimento. Outra propriedade física potencialmente vantajosa que pode ser mapeada é a área de superfície. A área de superfície pode estar relacionada com a densidade, em que uma partícula de área de superfície relativamente maior pode diminuir a densidade de uma composição de cimento. Partículas que baixam a densidade podem ser usadas como um aditivo de baixa densidade. Outro efeito potencialmente vantajoso que pode ser mapeado é o tamanho das partículas. Componentes com tamanhos de partícula relativamente menores podem ter a capacidade de formar uma torta de filtração contra uma formação, impedindo assim que o cimento escape para uma formação. Componentes de cimento com um tamanho de partícula pequeno podem ser usados como um agente de controle de perda de fluido. Com o benefício da presente divulgação, um versado deve ser capaz de selecionar um componente de cimento e mapear suas propriedades. Um versado também deve ser capaz de selecionar uma propriedade secundária de interesse do componente de cimento e, com o benefício do mapa, criar uma pasta com as propriedades desejadas.
[0051] Outro benefício potencial da substituição de aditivos tradicionais de cimento por componentes de cimento à base de sílica é a redução do custo. Um componente de cimento à base de sílica pode substituir parcial ou totalmente um aditivo de cimento relativamente mais caro, como discutido anteriormente. O custo da composição de cimento pode ser melhorado equilibrando os parâmetros de engenharia necessários, tais como resistência à compressão, capacidade de mistura, teor de água livre e outros, de modo a maximizar a quantidade de componentes de cimento base de sílica de custo relativamente baixo. Qualquer desvio remanescente da exigência de engenharia pode ser “compensado” com o aditivo de cimento relativamente mais caro. Deste modo, a composição de cimento pode ser reduzida para um custo mínimo por libra, uma vez que as exigências de engenharia são satisfeitas com uma mistura de componentes de custo fundamentalmente mais baixo.
[0052] Uma vez que os dados são coletados pelas técnicas laboratoriais escolhidas, categorizados e mapeados, várias operações podem ser realizadas nos dados para produzir previsões sobre uma composição de cimento que compreende componentes de cimento mapeados. As propriedades de assentamento, por exemplo, podem ser estimadas. Um método para estimar a reatividade do material com base no índice reativo será descrito a seguir. A reatividade material pode ser baseada em muitos parâmetros, tais como área de superfície específica e gravidade específica. Outro uso para os dados mapeados pode ser melhorar o desempenho da pasta de cimento com base em parâmetros, tais como formato de partícula, tamanho de partícula e reatividade de partículas. Os dados também podem ser usados para prever e capturar a dependência da densidade da pasta da resistência compressiva e o uso da percepção coletada para projetar formulações de cimento melhoradas. Os dados também podem ser usados para prever a composição a c para obter uma formulação de cimento satisfatória. Os critérios aceitáveis podem ser resistência à compressão, custo, reologia, propriedades mecânicas, propriedades de controle de perda de fluido, tempos de espessamento e outros.
[0053] O mapeamento de reatividade pode ser usado para estimar várias propriedades mecânicas de um componente de cimento, incluindo resistência à compressão, resistência à tração e módulo de Young. Como descrito anteriormente, podem ser feitas correlações entre a área de superfície específica e certas propriedades mecânicas, tais como reatividade, resistência à tração e módulo de Young. Usando estas correlações, as propriedades mecânicas para um componente de cimento ou combinação de componentes de cimento podem ser previstas.
[0054] Uma técnica que pode ser usada para correlacionar reatividade e área de superfície específica é o índice reativo. Sem ser limitado pela teoria, o índice reativo de um componente de cimento pode ser referido como uma medida da reatividade do componente de cimento, conforme ajustado para diferenças na área de superfície. É importante notar que o termo “componente de cimento” se refere a qualquer material que seja cimentício quando misturado com água e/ou cal e um agente de suspensão, quando necessário, de tal forma que a pasta seja estável. Um “índice reativo de cimento”
pode ser definido como, mas não limitado a, a Equação [1] como segue:
Em que: 
não confinada (resistência à compressão final) obtida de amostras curadas em temperatura de referência específica, pressão e idade. 
Densidade da pasta que foi preparada e curada para medir a UCS 
Área de superfície específica obtida por métodos típicos de análise granulométrica.
[0055] Um “índice físico-químico” (PCI) do componente cimentício pode ser definido como, mas não limitado à Equação [2]:
Em que:
[0056] Deve-se notar que as concentrações de massa referenciadas anteriormente e aqui em diante podem ser medidas, mas não se limitam à "espectroscopia de fluorescência de raios-X" técnica de medição e uma referência ao “componente i” é equivalente a “componente cimentício i”. As funções nas Equações [1] e [2] que definem CRIi e PCIi, quando adequadamente definidas, podem ter a seguinte relação universal para uma ampla gama de materiais cimentícios, tais cimentos Portland; cinzas volantes; outros cinzas; etc.
[0057] FIG. 1 é um gráfico da Equação [1] em função da Equação [2] que ilustra a precisão das Equações [1], [2] e [3] quando aplicadas a cinco tipos diferentes de fontes de materiais cimentícios e três amostras de materiais semelhantes, mas de diferentes fontes. Verificou-se que os dados simulados tinham uma relação de y = 36,252x0,2256, em que R2=0,9406.
[0058] Em alguns exemplos, a forma da Equação [3] pode ser uma lei de potência, como na Equação 4.
[0059] A e B são coeficientes que podem ser únicos nas várias espécies e fontes de materiais cimentícios selecionados. Uma vez que a função generalizada definida na Equação [4] é definida para uma determinada população ou grupo de componentes cimentícios, uma relação de soma linear ou não linear definida a seguir pode ser usada em conjunto com a Equação [5] para prever a UCS de várias combinações de materiais cimentícios para densidades, temperaturas, pressões e idade de cura de pasta especificadas.
Em que, 
é definido como o CRI para a combinação específica de n componentes cimentícios como o composto e de forma semelhante 
é definido como o índice físico-químico do composto.
[0060] Um dado composto com massa de
Em que: 
é definido como a fração de massa do componente cimentício i e n é o número total de componentes cimentícios independentes. Uma vez que a função é definida na Equação [5], então o valor composto do índice reativo físico-químico pode ser calculado usando a Equação [7] como segue:
[0061] Em que: PCIc é definido como o índice reativo global para uma mistura de n número de componentes cimentícios exclusivamente independentes,
é definido como a fração de massa do componente cimentício i, e n é o número total de componentes cimentícios independentes. Uma vez PCIc foi determinado para uma mistura específica assumida de componentes cimentícios selecionados, os somatórios lineares ou não lineares (Equações [8] e [9]) são determinados para os seguintes termos:
e,
[0062] PCIc é usado para calcular o valor de
usando a Equação [5] ou a forma mais generalizada da Equação [3] para os termos compostos. CJ?Z Uma vez que 
é determinado para a dada mistura composta, então os valores compostos de 
podem ser usados junto com a Equação [10] para prever a resistência à compressão real da mistura composta,
[0063] Dados experimentais foram coletados para misturas compostas específicas e estão resumidos na tabela a seguir:Tabela 1
[0064] É importante notar que cada um dos componentes cimentícios anteriores eram espécies distintas (tipo) de composição cimentícia e/ou de uma fonte diferente.
[0065] FIG. 2 é outro gráfico da Equação [1] em função da Equação [2] para dados simulados, mostrando a precisão das Equações [1], [2] e [3]. As equações [1] a [10] também podem ser usadas para prever outras propriedades mecânicas, incluindo, mas não se limitando a, Módulo de Elasticidade e Resistência à Tração de Young. Além disso, deve-se notar que, embora uma técnica de “soma linear” seja apresentada no desenvolvimento anterior, essa invenção também inclui outros métodos, como o método de soma não linear apresentado na Equação [11].
Em que: ai são expoentes que são determinados para um conjunto único de componentes cimentícios.
[0066] Mais exemplos usando o índice reativo, a necessidade de água e outros parâmetros analíticos serão agora discutidos. Uma tabela estatística pode ser gerada para traçar um índice reativo contra a necessidade de água. Um exemplo é mostrado na Tabela 2.sidad e de Alta X1 X4, X5 X8 Tabela 2 - Índice Reativo , versus Necessidade de Água
[0067] Outros parâmetros analíticos como tamanho de partícula em função do índice reativo, geração de calor em função do índice reativo e outros também podem ser usados. Ao classificar o índice reativo em relação a um parâmetro analítico, pode-se selecionar uma combinação de componentes que tenha um custo minimizado e um índice reativo melhorado enquanto ainda tiver uma composição mista. Em alguns exemplos, uma composição de cimento selecionada pode ter muita água livre para assentar adequadamente. Em tais exemplos, um componente tendo uma necessidade elevada de água pode ser selecionado para substituir um componente na composição de cimento ou suplementar a composição de cimento. O componente selecionado com a necessidade de água alta pode ser selecionado com base no índice reativo para assegurar que a mistura total tenha reatividade suficiente. Uma composição de cimento compreendendo o componente de cimento selecionado pode apresentar menos água livre devido à alta necessidade de água do componente e também pode apresentar a mesma reatividade de selecionar o índice reativo apropriado. A reatividade de uma composição de cimento pode ser ajustada com base na seleção do componente de cimento tendo a reatividade desejada. Um componente com alta reatividade pode apresentar um tempo mais rápido que o com baixa reatividade.
[0068] A reatividade de uma composição de cimento pode ser afetada pela temperatura do furo de poço. Se um furo de poço tiver uma temperatura relativamente baixa, cerca de <150 °F ou menos, um componente com uma reatividade relativamente mais alta pode ser necessário para assegurar que a composição de cimento desenvolva uma resistência adequada. Nas composições de cimento anteriores, um acelerador químico pode ter sido usado para aumentar a velocidade de reação em uma temperatura relativamente baixa. Uma composição de cimento compreendendo um componente de índice reativo relativamente maior pode não requerer um acelerador devido à alta reatividade do componente. As composições de cimento que compreendem um componente de alta reatividade podem não precisar de um acelerador e, portanto, podem ter um custo geral mais baixo. Se um furo de poço tiver uma temperatura relativamente alta, cerca de> 150 °F ou maior, o componente de cimento pode ser selecionado para ter uma reatividade relativamente menor. A seleção de uma reatividade menor pode ser vantajosa quando a temperatura elevada de um furo de poço pode fazer com que a composição do cimento se assente muito rapidamente. Nas composições de cimento anteriores, um retardante de assentamento de cimento pode ter sido usado para reduzir a velocidade de reação em uma temperatura relativamente alta. Ao selecionar um componente de reatividade relativamente menor, a reação de assentamento de cimento pode ser potencialmente retardada sem o uso de um retardante. A escolha de um componente de cimento apropriado com base na reatividade pode reduzir o custo da composição do cimento, eliminando ou reduzindo a necessidade de aceleradores e retardantes. Além disso, uma combinação de componentes de cimento pode ser misturada para controlar a reatividade, por exemplo, ao se adicionar componentes de cimento de baixa, média e alta reatividade, pode ser criada uma composição de cimento que tenha uma reatividade controlada ao longo do espectro de temperaturas do furo de poço. Um versado na técnica, com o benefício desta divulgação, reconhecerá a quantidade e tipo apropriados de componente de cimento para incluir para uma aplicação escolhida.
[0069] Outra aplicação da correlação estatística mencionada anteriormente pode ser a classificação de componentes de cimento por custo, entre outros fatores. Em geral, a reatividade de uma composição de cimento pode ser maximizada para assegurar que a composição de cimento irá atingir resistência à compressão suficiente para satisfazer a exigência de concepção de um poço particular. Se uma composição específica de cimento exceder em muito os requisitos de engenharia, então uma composição alternativa de cimento compreendendo componentes potencialmente mais baratos pode ser formulada. As equações a seguir ilustram um esquema de melhoria para uma composição de cimento.
[0070] Utilizando todas as técnicas anteriormente discutidas, pode ser calculada uma composição de cimento que tenha um custo minimizado e uma reatividade maximizada. Uma primeira etapa pode ser identificar os requisitos de engenharia de um determinado poço. Outra etapa pode ser definir o inventário disponível em um determinado acampamento de campo ou sítio de poço. Como mencionado anteriormente, uma determinada região pode ter acesso a apenas uma certa quantidade ou tipo de componentes de cimento. Alguns dos fatores que podem ser considerados além dos mencionados anteriormente são o custo das mercadorias vendidas, densidade aparente e gravidade específica para o inventário disponível e potencial. Os componentes de cimento disponíveis podem ser testados em laboratório e classificados usando os métodos previamente discutidos. O estudo analítico pode compreender as várias técnicas analíticas mencionadas anteriormente, juntamente com as medidas de reatividade físico-química para resistência à compressão, módulo de Young, necessidade de água e outras. Em seguida, as correlações entre as medidas de desempenho mecânico e as propriedades analíticas podem ser calculadas. O índice reativo também pode ser calculado. Uma tabela estatística do índice reativo e da necessidade de água pode ser calculada juntamente com o índice reativo em função de outros parâmetros analíticos selecionados.
[0071] Um projeto virtual inicial pode ser selecionado e testado para ver se ele atende aos requisitos funcionais definidos pelos parâmetros de engenharia. O projeto virtual inicial pode ser baseado em um projeto anterior, escolhido a partir da experiência de campo ou selecionado por um computador. O projeto virtual pode ser baseado, entre outros fatores, na reatividade química dos componentes do cimento. Se o projeto virtual atender a todos os parâmetros de engenharia, um índice de custo para a composição poderá ser calculado. Os componentes da composição de cimento podem ser ajustados iterativamente até se obter uma composição de cimento com o índice reativo máximo e o custo minimizado. Em alguns exemplos, um aditivo de controle de perda de fluido, aditivo espessante ou outros aditivos de cimento podem ser necessários para atender aos requisitos funcionais. Como foi descrito anteriormente, a quantidade de aditivos de cimento que podem precisar ser adicionados a uma composição de cimento pode ser minimizada pela seleção de componentes de cimento que possuem propriedades inerentes como alto índice reativo, baixa necessidade de água, propriedades de controle de perda de fluido e propriedades dispersivas, entre outros.
[0072] Conforme será entendido pelos versados na técnica, as composições de cimento aqui divulgadas podem ser utilizadas em uma variedade de aplicações subterrâneas, incluindo cimentação primária e corretiva. A composição de cimento pode ser introduzida em uma formação subterrânea e assentada naturalmente. Conforme usado no presente documento, a introdução da composição de cimento em uma formação subterrânea inclui a introdução em qualquer porção da formação subterrânea, na região de furo de poço próxima que circunda o furo de poço, ou em ambos. Em aplicações de cimentação primárias, por exemplo, as composições de cimento podem ser introduzidas no espaço anular entre um conduíte situado em um furo de poço e as paredes do furo de poço (e/ou um conduíte maior no furo de poço), em que o furo de poço penetra na formação subterrânea. A composição de cimento pode se assentar naturalmente no espaço anular para formar uma bainha anular de cimento endurecido. A composição de cimento pode formar uma barreira que impede a migração de fluidos no furo de poço. A composição de cimento também pode, por exemplo, suportar o conduíte no furo de poço. Em aplicações de cimentação corretivas, as composições de cimento podem ser usadas, por exemplo, em operações de cimentação por compressão ou na colocação de tampões de cimento. A título de exemplo, as composições de cimento podem ser colocadas em um furo de poço para tampar uma abertura (por exemplo, um espaço vazio ou rachadura) na formação, em um enchimento de cascalho, no conduíte, na bainha de cimento e/ou entre a bainha de cimento e o conduíte (por exemplo, um espaço microanular).
[0073] Embora a presente descrição se refira a composições de cimento e componentes de cimento, deve-se entender que as técnicas aqui divulgadas podem ser utilizadas com qualquer composição de tratamento de furo de poço adequada e partículas sólidas correspondentes das quais as composições de cimento e os componentes de cimento são um exemplo. Exemplos adicionais de composições de pasta podem incluir fluidos espaçadores, fluidos de perfuração, pílulas de limpeza, pílulas de circulação perdidas e fluidos de fraturamento, entre outros. Partículas sólidas adequadas podem incluir qualquer uma de uma variedade de partículas inorgânicas comummente usadas em tratamentos de poços.
[0074] Desta forma, esta descrição descreve sistemas, composições e métodos relacionados com o processo de concepção de pasta. Sem limitação, os sistemas, composições e métodos podem ainda ser caracterizados por uma ou mais das seguintes declarações:
[0075] Declaração 1: Um método de gerar um fluido de tratamento de furo de poço compreendendo: classificar uma pluralidade de partículas sólidas usando correlações; calcular um índice reativo e/ou uma necessidade de água para pelo menos uma das partículas sólidas; e selecionar duas ou mais partículas sólidas da pluralidade de partículas sólidas para criar um fluido de tratamento do furo de poço.
[0076] Declaração 2: O método da declaração 1 compreende ainda a preparação do fluido de tratamento do furo de poço.
[0077] Declaração 3: O método da declaração 1 ou declaração 2 compreendendo ainda melhorar o fluido de tratamento do furo de poço ao ajustar uma ou mais concentrações das partículas sólidas selecionadas para satisfazer os parâmetros desejados.
[0078] Declaração 4: O método da declaração 3 em que a etapa de melhoria compreende o ajuste de uma ou mais concentrações das duas ou mais partículas sólidas selecionadas para satisfazer um objetivo de custo.
[0079] Declaração 5: O método da declaração 3 ou declaração 4, em que os parâmetros desejados compreendem pelo menos um parâmetro selecionado do grupo que consiste em resistência compressiva, perda de fluido, densidades da lama, densidade da pasta, pressões de poro, tempo de espessamento, resistência à tensão, módulo de Young, coeficiente de Poisson, propriedades reológicas, estabilidade da pasta, gradiente de fratura, capacidade restante do poço, tempo de transição, fluido livre, força do gel e suas combinações.
[0080] Declaração 6: O método de qualquer declaração anterior compreende ainda a análise das partículas sólidas para gerar dados sobre as propriedades físicas e químicas das partículas sólidas e gerar correlações entre as partículas sólidas com base nos dados.
[0081] Declaração 7: O método da declaração 6 em que a análise das partículas sólidas é compreende análise por uma ou mais técnicas selecionadas do grupo que consiste em microscopia, espectroscopia, difração de raios X, fluorescência de raios X, análise de tamanho de partícula, análise da necessidade de água, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de raios x por dispersão da energia, área de superfície, análise de gravidade específica, análise termogravimétrica, análise de morfologia, espectroscopia de infravermelho, espectroscopia de ultravioleta-visível, espectroscopia em massa, espectrometria de massa de íons secundários, espectrometria de massa de energia de elétrons, espectroscopia de raios X dispersiva, espectroscopia de elétrons Auger, análise de plasma indutivo, espectroscopia de massa de ionização térmica, espectroscopia em massa de descarga de brilho, espectroscopia de fotoelétron de raios X, propriedade mecânica teste, Young teste de módulo de elasticidade, propriedades reológicas, razão de Poisson, teste API e combinações dos mesmos.
[0082] Declaração 8: O método de qualquer declaração anterior compreende ainda gerar uma tabela estatística compreendendo dois ou mais parâmetros diferentes das partículas sólidas.
[0083] Declaração 9: O método da declaração 8, em que os diferentes parâmetros compreendem a necessidade de água e o índice reativo.
[0084] Declaração 10: O método de qualquer declaração anterior compreende ainda introduzir o fluido de tratamento do furo de poço em um furo de poço.
[0085] Declaração 11: Método de acordo com a declaração 10, em que o fluido de tratamento do furo de poço é introduzido no furo de poço usando uma ou mais bombas.
[0086] Declaração 12: O método de qualquer declaração anterior, compreendendo ainda a mistura dos componentes do fluido de tratamento do furo de poço utilizando equipamento de mistura, os componentes compreendendo as duas ou mais partículas sólidas.
[0087] Declaração 13: Um método para melhorar um fluido de tratamento de furo de poço, o método compreendendo: selecionar um índice reativo alvo para o fluido de tratamento do furo de poço; calcular um índice reativo do fluido de tratamento do furo de poço; e ajustar uma ou mais concentrações de um particulado sólido no fluido de tratamento do furo de poço e calcular um novo índice reativo até que o novo índice reativo atinja ou exceda uma propriedade alvo.
[0088] Declaração 14: O método da declaração 13, em que o índice reativo é calculado a uma temperatura e/ou pressão.
[0089] Declaração 15: O método da declaração 13 ou declaração 14, em que o índice reativo é calculado a uma temperatura de circulação no orifício inferior.
[0090] Declaração 16: O método de acordo com as declarações 13 a 15 em que o fluido de tratamento de furo de poço compreende ainda pelo menos um aditivo selecionado do grupo que consiste em agentes de peso, retardantes, aceleradores, ativadores, aditivos de controle de gás, aditivos leves, aditivos geradores de gás, aditivos de melhora de propriedade mecânica, materiais de circulação perdida, aditivos de controle de filtração, aditivos de controle de perda de fluido, agentes desespumantes, agentes espumantes, modificadores do tempo de transição, dispersantes, aditivos tixotrópicos, agentes de suspensão e combinações dos mesmos.
[0091] Declaração 17: O método de qualquer uma das declarações 13 a 16, compreendendo ainda calcular um custo do fluido de tratamento do furo de poço.
[0092] Declaração 18: Um sistema para gerar um fluido de tratamento de furo de poço compreendendo: uma pluralidade de partículas sólidas; e um sistema de computador configurado para aceitar a entrada de um usuário e gerar concentrações das partículas sólidas no fluido de tratamento do furo de poço, em que o sistema de computador está configurado para gerar as concentrações das partículas sólidas com base em uma propriedade alvo.
[0093] Declaração 19: O sistema da declaração 18 em que o sistema de computador é ainda configurado para melhorar o fluido de tratamento de furo de poço calculando um índice reativo e ajustando a quantidade relativa de cada partícula sólida para satisfazer ou exceder a propriedade alvo.
[0094] Declaração 20: O sistema da declaração 18 ou declaração 19 compreende ainda uma base de dados, em que a base de dados compreende as partículas sólidas, um custo que corresponde a cada uma das partículas sólidas, uma necessidade de água para cada componente e um índice reativo para cada componente.
[0095] Declaração 21: O sistema de qualquer uma das declarações 18 a 20, em que o índice reativo alvo é definido por um usuário ou automaticamente selecionada pelo sistema de computador.
[0096] Declaração 22: O sistema de acordo com as declarações 18 a 21 em que o sistema de computador é configurado para selecionar um aditivo para incluir no fluido de tratamento de furo de poço, em que o aditivo compreende pelo menos um aditivo selecionado do grupo que consiste em agentes de peso, retardantes, aceleradores, ativadores, aditivos de controle de gás, aditivos leves, aditivos geradores de gás, aditivos de melhora de propriedade mecânica, materiais de circulação perdida, aditivos de controle de filtração, aditivos de controle de perda de fluido, agentes desespumantes, agentes espumantes, modificadores do tempo de transição, dispersantes, aditivos tixotrópicos, agentes de suspensão e combinações dos mesmos.
[0097] Declaração 23: O sistema de qualquer uma das declarações 18 a 22 em que o sistema de computador está ainda configurado para selecionar as partículas sólidas com base em uma necessidade de água.
[0098] Exemplos dos métodos de utilização das técnicas anteriores serão agora descritos em mais detalhes com referência à FIG. 3. Um sistema 300 para analisar o componente de cimento é ilustrado. O sistema 300 pode compreender uma amostra de componente de cimento 305, instrumento analítico 310 e sistema de computador 315. A amostra de componente de cimento 305 pode ser qualquer componente de cimento de interesse. Os componentes de cimento, como descritos anteriormente, podem ser geralmente categorizados como solúveis em álcali. A amostra de componente de cimento pode ser colocada ou introduzida no instrumento analítico 310. Em alguns exemplos, o instrumento analítico 310 pode ser configurado para alimentar automaticamente a amostra de componente de cimento 305 no instrumento analítico 310. O instrumento analítico 310 pode ser configurado para analisar as propriedades físicas e químicas da amostra do componente de cimento 305. Como descrito anteriormente, propriedades físicas e químicas podem compreender, sem limitação, morfologia, composição química, necessidade de água e outras. Os dados gerados pelo instrumento analítico 310 podem ser enviados para o sistema de computador 315 para processamento. O sistema de computador 315 pode compreender um processador, memória, armazenamento interno, meios de entrada e saída, meios de conectividade de rede e/ou outros componentes comuns aos sistemas de computador. O sistema de computador 315 pode tomar os dados do instrumento analítico 310 como entrada e armazenar os mesmos no armazenamento para processamento posterior. O processamento dos dados pode compreender inserir os dados em algoritmos que computam um resultado. O processamento dos dados também pode incluir a organização dos dados e o mapeamento dos dados, conforme descrito anteriormente. Em particular, o sistema de computador pode compreender algoritmos configurados para processar os dados para gerar um modelo preditivo do comportamento físico e químico da amostra de componente de cimento 305. Os modelos preditivos podem ser armazenados em um banco de dados de modelo preditivo 320, que pode ser armazenado localmente ou em uma rede. O banco de dados de modelos preditivos 320 pode compreender todos os modelos preditivos anteriores gerados pelos algoritmos, bem como mapas dos dados gerados, bem como os dados brutos.
[0099] Referindo-se agora à FIG. 4, é ilustrado um sistema 400 para gerar composições de cimento. O sistema 400 pode compreender uma base de dados de modelo preditivo 320 e sistema de computador 410. Em alguns exemplos, o sistema de computador 410 pode ser o mesmo sistema de computador 315 da FIG. 3. Uma entrada do usuário 420 pode definir parâmetros de engenharia, tais como a resistência à compressão requerida de uma pasta de cimento, a temperatura estática do furo de fundo do poço, densidades de lama, pressões de poro, profundidade vertical total, profundidade medida, as propriedades reológicas requeridas da pasta, tempo de espessamento da pasta, materiais de cimento, aditivos de cimento, fluido livre, permeabilidade, pressão de poros, gradiente de fratura, peso da lama, densidade, resistência do gel, estabilidade, suspensão, capacidade restante do poço, tempo de transição, resistência ácida, tolerância a sal e outros parâmetros. O sistema de computadores 410 pode ser configurado para inserir entrada de usuário 420 e os modelos, mapas e dados preditivos armazenados na base de dados do modelo preditivo 320 em um algoritmo de cimento preditivo. O algoritmo de cimento preditivo pode gerar uma composição ou composições de cimento que atendam aos requisitos de engenharia definidos pela entrada de usuário 420. A saída 430 do algoritmo de cimento preditivo pode conter as quantidades relativas de cada componente de cimento na composição de cimento gerada, bem como as propriedades de material previstas da composição de cimento.
[00100] Por exemplo, se um usuário selecionar cimento Portland, cinza volante e rocha vulcânica como os materiais de cimento disponíveis, o sistema de computador pode consultar a base de dados de modelos preditivos 320 para os modelos, mapas e dados necessários correspondentes aos materiais de cimento. Como descrito anteriormente, pode haver muitos parâmetros diferentes, como tamanho de partícula, fonte regional do material de cimento, entre outros, que podem determinar qual conjunto de dados é recuperado do banco de dados de modelo preditivo 320. O algoritmo preditivo de cimento pode ser configurado para melhorar a pasta de cimento de saída com base em um ou mais parâmetros, como custo, resistência à compressão ou qualquer outro parâmetro escolhido. Em alguns exemplos, o algoritmo preditivo do cimento pode otimizar em duas ou mais variáveis. Otimização neste contexto não significa encontrar o melhor absoluto, mas sim que o algoritmo preditivo de cimento irá iterar em uma ou mais variáveis para alcançar um melhor resultado em relação aos métodos convencionais de cimentação. A saída do algoritmo neste exemplo pode ser, por exemplo, 30% de Portland em peso, 30% de rocha vulcânica em peso, 20% de cinza volante e 20% de cal, com um excesso de 120% em peso de água. A pasta gerada pode estar dentro de uma margem de erro para os parâmetros de engenharia fornecidos pela entrada do usuário 420. A pasta gerada pode ser adicionada ao banco de dados de modelo preditivo 320 para ser usada em cálculos futuros.
[00101] Como discutido anteriormente, os componentes de cimento podem ter efeitos secundários, tais como propriedades gelificantes, dispersivas e outros efeitos secundários anteriormente mencionados, além do efeito primário de serem cimentícios quando incluídos em uma composição de cimento. O algoritmo preditivo de cimento pode calcular os efeitos secundários de cada componente na pasta de cimento e ajustar as quantidades relativas de cada componente para garantir que os parâmetros alvo sejam atendidos. A entrada do usuário 420 pode especificar, por exemplo, uma necessidade de água livre relativamente maior para a pasta de cimento. O algoritmo de cimento preditivo pode optar por incluir um componente de cimento que requer menos água com base nos mapas e dados para assegurar que a necessidade de água livre especificada pela entrada do usuário 420 seja atendida.
[00102] Agora é feita referência à FIG. 5, que ilustra o uso de uma composição de cimento 500. A composição de cimento 500 pode compreender qualquer um dos componentes descritos no presente documento. A composição de cimento 500 pode ser concebida, por exemplo, utilizando mapeamento de reatividade como aqui descrito. Voltando-se agora à FIG. 5, a composição de cimento 500 pode ser colocada em uma formação subterrânea 505 de acordo com sistemas, métodos e composições de cimento de exemplo. Como ilustrado, um furo de poço 510 pode ser perfurado na formação subterrânea 505. Embora o furo de poço 510 seja mostrado se estendendo de maneira genericamente vertical na formação subterrânea 505, os princípios descritos neste documento também são aplicáveis aos furos de poço que se estendem em um ângulo através da formação subterrânea 505, tal como furos de poço horizontais e inclinados. Como ilustrado, o furo de poço 510 compreende paredes 515. Na ilustração, um revestimento de superfície 520 foi inserido no furo de poço 510. O revestimento de superfície 520 pode ser cimentado nas paredes 515 do furo de poço 510 pela bainha de cimento 525. Na ilustração, um ou mais conduítes adicionais (por exemplo, revestimento intermediário, revestimento de produção, liners, etc.), mostrados aqui como revestimento 530 também podem ser dispostos no furo de poço 510. Como ilustrado, há um espaço anular de furo de poço 535 formado entre o revestimento 530 e as paredes 515 do furo de poço 510 e/ou do revestimento de superfície 520. Um ou mais centralizadores 540 podem ser fixados ao revestimento 530, por exemplo, para centralizar o revestimento 530 no furo de poço 510 antes e durante a operação de cimentação.
[00103] Ainda com referência à FIG. 5, a composição de cimento 500 pode ser bombeada para o interior do revestimento 530. A composição de cimento 500 pode ser fluir naturalmente para o interior do revestimento 530 através da sapata de revestimento 545 no fundo do revestimento 530 e para cima ao redor do revestimento 530 no espaço anular de furo de poço 535. A composição de cimento 500 pode endurecer naturalmente no espaço anular de furo de poço 535, por exemplo, para formar uma bainha de cimento que suporta e posiciona o revestimento 530 no furo de poço 510. Embora não ilustrado, também podem ser usadas outras técnicas para a introdução da composição de cimento 500. A título de exemplo, podem ser usadas técnicas de circulação inversa que incluem a introdução da composição de cimento 500 na formação subterrânea 505 por meio do espaço anular de furo de poço 535 em vez de através do revestimento 530. À medida que é introduzida, a composição de cimento 500 pode deslocar outros fluidos 550, tais como fluidos de perfuração e/ou fluidos espaçadores que podem estar presentes no interior do revestimento 530 e/ou do espaço anular de furo de poço 535. Embora não ilustrado, pelo menos uma porção dos fluidos deslocados 550 pode sair do espaço anular de furo de poço 535 através de uma linha de fluxo e ser depositada, por exemplo, em um ou mais tanques de retenção. Um tampão inferior 244 pode ser introduzido no furo de poço 222 à frente da composição de cimento 214, por exemplo, para separar a composição de cimento 214 dos fluidos 236 que possam estar dentro do revestimento 230 antes da cimentação. Após o tampão inferior 555 alcançar o colar de assentamento 562, um diafragma ou outro dispositivo deve se romper para permitir a composição de cimento 500 através do tampão inferior 555. O tampão inferior 555 é mostrado no colar de assentamento 562. Na ilustração, um tampão superior 560 pode ser introduzido no furo de poço 510 atrás da composição de cimento 500. O tampão superior 560 pode separar a composição de cimento 500 de um fluido de deslocamento 565 e também empurrar a composição de cimento 500 através do tampão inferior 555.
[00104] As composições de cimento divulgadas e os métodos associados podem afetar direta ou indiretamente quaisquer sistemas de bombeamento, que representativamente incluam quaisquer conduítes, tubulações, caminhões, tubulares e/ou tubos que podem ser acoplados à bomba e/ou quaisquer sistemas de bombeamento e podem ser usados para transportar de modo fluido as composições de cimento no fundo de poço, quaisquer bombas, compressores ou motores (por exemplo, parte superior ou fundo de poço) usados para movimentar as composições de cimento, quaisquer válvulas ou juntas relacionadas usadas para regular a pressão ou vazão das composições de cimento e qualquer sensores (isto é, pressão, temperatura, vazão, etc.), medidores e/ou combinações dos mesmos e semelhantes. As composições de cimento também podem afetar direta ou indiretamente quaisquer funis de mistura e tanques de retenção e suas diversas variações.
[00105] Deve-se compreender que as composições e os métodos são descritos em termos de “compreender”, “conter” ou “incluir” vários componentes ou etapas, as composições e métodos também podem “consistir essencialmente em” ou “consistir em” vários componentes e etapas. Além disso, os artigos indefinidos “um” ou “uma”, como usados nas reivindicações, são definidos neste documento para significar um ou mais que um do elemento que eles introduzem.
[00106] Por uma questão de brevidade, apenas certas faixas são explicitamente divulgadas neste documento. Entretanto, as faixas de qualquer limite inferior poderão ser combinadas com qualquer limite superior para relatar uma faixa não explicitamente relatada, bem como as faixas de qualquer limite inferior poderão ser combinadas com qualquer outro limite inferior para relatar uma faixa não explicitamente relatada, na mesma maneira, as faixas de qualquer limite superior podem ser combinadas com qualquer outro limite superior para relatar uma faixa não explicitamente relatada. Adicionalmente, sempre que uma faixa numérica com um limite inferior e um limite superior for divulgada, qualquer número e qualquer faixa incluída que sejam abrangidos pela faixa também serão especificamente divulgados. Em particular, cada faixa de valores (na forma, “de cerca de a a cerca de b” ou, equivalentemente, “de aproximadamente a até b” ou equivalentemente, “de aproximadamente a-b”) divulgada neste documento deve ser compreendida como apresentando cada número e faixa abrangida pela faixa mais ampla de valores, mesmo se não explicitamente citado. Dessa forma, cada ponto ou valor individual poderá servir como seu próprio limite superior combinado com qualquer outro ponto ou valor individual ou qualquer outro limite inferior ou superior, para relatar uma faixa não explicitamente relatada.
[00107] Portanto, a presente divulgação está bem adaptada para obter as finalidades e vantagens mencionadas, bem como as que são inerentes a este documento. Os exemplos particulares divulgados anteriormente são apenas ilustrativos, uma vez que a presente invenção pode ser modificada e praticada de maneiras diferentes, porém equivalentes, evidentes aos versados na técnica que tiverem o benefício dos ensinamentos neste documento. Embora exemplos individuais sejam discutidos, a invenção abrange todas as combinações de todos esses exemplos. Além disso, nenhuma limitação é destinada aos detalhes de construção ou concepção mostrados neste documento, a não ser as descritas nas reivindicações a seguir. Além disso, os termos nas reivindicações têm seu significado simples e comuns, a menos que explícita e claramente definido de outra forma pelo titular da patente. Portanto, é evidente que os exemplos ilustrativos particulares divulgados anteriormente podem ser alterados ou modificados e todas tais variações são consideradas dentro do escopo e espírito da presente invenção. Se existir qualquer conflito nos usos de uma palavra ou termo neste relatório descritivo e em uma ou mais patentes ou outros documentos que possam ser incorporados no presente documento a título de referência, as definições que forem consistentes com este relatório descritivo devem ser adotadas.
Claims (11)
1. Método para gerar um fluido de tratamento de furo de poço, caracterizado pelo fato de que compreende: classificar uma pluralidade de partículas sólidas usando correlações; calcular um índice reativo e uma necessidade de água para pelo menos uma das partículas sólidas consistindo em: medir uma propriedade física da pluralidade de partículas sólidas, a propriedade física compreendendo pelo menos um índice reativo e uma necessidade de água para cada uma das partículas sólidas; preparar uma pluralidade de fluidos de tratamento de teste de furo de poço, em que a pluralidade de fluidos de tratamento de teste de furo de poço compreende pelo menos uma partícula sólida da pluralidade de partículas sólidas; medir uma propriedade mecânica de cada um da pluralidade de fluidos de tratamento de teste de furo de poço; gerar uma correlação entre a propriedade física medida da pluralidade de partículas sólidas e a propriedade mecânica medida de cada um da pluralidade de fluidos de tratamento de teste de furo de poço; selecionar uma propriedade mecânica alvo para um fluido de tratamento de furo de poço; selecionar duas ou mais partículas sólidas da pluralidade de partículas sólidas, utilizando a correlação para criar um fluido de tratamento do furo de poço de tal modo que o fluido de tratamento de furo de poço tenha a propriedade mecânica alvo; e, preparar o fluido de tratamento de furo de poço.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda melhorar o fluido de tratamento do furo de poço ajustando uma ou mais concentrações das duas ou mais partículas sólidas selecionadas para satisfazer os parâmetros desejados.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de melhoria compreende ajustar uma ou mais concentrações das duas ou mais partículas sólidas selecionadas para satisfazer um objetivo de custo.
4. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os parâmetros desejados compreendem pelo menos um parâmetro selecionado do grupo que consiste em resistência compressiva, perda de fluido, densidades da lama, densidade da pasta, pressões de poro, tempo de espessamento, resistência à tensão, módulo de Young, coeficiente de Poisson, propriedades reológicas, estabilidade da pasta, gradiente de fratura, capacidade restante do poço, tempo de transição, fluido livre, força do gel e suas combinações.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda analisar as partículas sólidas para gerar dados sobre as propriedades físicas e químicas das partículas sólidas e gerar correlações entre as partículas sólidas com base nos dados.
6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a análise das partículas sólidas compreende análise por uma ou mais técnicas selecionadas do grupo que consiste em microscopia, espectroscopia, difração de raios X, fluorescência de raios X, análise de tamanho de partícula, análise da necessidade de água, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de raios X por dispersão da energia, área de superfície, análise de gravidade específica, análise termogravimétrica, análise de morfologia, espectroscopia de infravermelho, espectroscopia de ultravioleta-visível, espectroscopia em massa, espectrometria de massa de íons secundários, espectrometria de massa de energia de elétrons, espectroscopia de raios X dispersiva, espectroscopia de elétrons Auger, análise de plasma indutivamente acoplado, espectroscopia de massa de ionização térmica, espectroscopia em massa de descarga de brilho, espectroscopia de fotoelétron de raios X, teste de propriedade mecânica, teste do módulo de Young, propriedades reológicas, razão de Poisson, teste API e combinações dos mesmos.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda gerar uma tabela estatística compreendendo dois ou mais parâmetros diferentes das partículas sólidas.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que os diferentes parâmetros compreendem a necessidade de água e o índice reativo.
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda introduzir o fluido de tratamento do furo de poço em um furo de poço.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o fluido de tratamento do furo de poço é introduzido no furo de poço usando uma ou mais bombas.
11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a mistura dos componentes do fluido de tratamento do furo de poço utilizando equipamento de mistura, os componentes compreendendo as duas ou mais partículas sólidas.
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