DK177670B1

DK177670B1 - Methods of cementing with lightweight cement compositions

Info

Publication number: DK177670B1
Application number: DK201100228A
Authority: DK
Inventors: David S Kulakofsky; Pedro Pulido; Raul Bonifacio; Araujo Octavio Morales
Original assignee: Halliburton Energy Serv Inc
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2014-02-10
Also published as: DK201100228A

Abstract

Skummede cementsammensætninger indeholdende densitetsreducerende additiver og fremgangsmåder til at fremstille og bruge samme er beskrevet. Fremgangsmåde til at cementere består i at tilberede, en basiscementsammensætning omfattende cement, vand og et densitetsreducerende additiv, hvorved basiscementsammensætningen har en basisdensitet Fremgangsmåden omfatter yderligere at indføre en gas til basiscementsammensætningen for at tilvejebringe en cementsammensætning, der har en mindre. densitet end basisdensiteten og gør det muligt for cementsammensætningen at størkne.Foamed cement compositions containing density reducing additives and methods of making and using the same are described. The method of cementing consists in preparing, a base cement composition comprising cement, water and a density reducing additive, wherein the base cement composition has a base density The method further comprises introducing a gas to the base cement composition to provide a cement composition having a smaller one. density than the base density and allows the cement composition to solidify.

Description

DK 177670 B1DK 177670 B1

Fremgangsmåder til cementering med letvægtscementsammensætningerMethods of cementing with lightweight cement compositions

Opfindelsen angår cementeringsoperationer og navnlig brugen af opskummede letvægtscementsammensætninger med densitetsreducerende additiver til brug i et 5 borehul.This invention relates to cementing operations and in particular to the use of foamed lightweight cement compositions with density reducing additives for use in a wellbore.

Naturressourcer såsom gas, olie og vand, der befinder sig i en underjordisk formation eller zone bliver sædvanligvis indvundet ved boring af et borehul ned til den underjordiske formation, mens en borefluid cirkuleres i borehullet. Efter ophør af 10 cirkulation med borefluiden føres en rørstreng f.eks. et foringsrør ned i borehullet.Natural resources such as gas, oil and water that are in an underground formation or zone are usually recovered by drilling a borehole down to the underground formation while a drilling fluid is circulated in the borehole. Upon cessation of circulation with the drilling fluid, a pipe string is passed e.g. a casing down the borehole.

Derpå bliver borefluiden sædvanligvis cirkuleret ned gennem rørets indre og opad gennem ringrummet, der befinder sig mellem ydersiden af røret og borehullets vægge. Dernæst udføres typisk primær cementering, hvorved en cementslam anbringes i ringrummet og tillades at størkne til en hård masse (dvs. kappe) for derved at fæstne 15 borestrengen til borehullets vægge og forsegle ringrummet. Derefter vil også sekundære cementeringsoperationer kunne udføres. Et eksempel på en sekundær cementeringsoperation er indpresningscementering, hvorved en cementslam bliver anvendt til at tilstoppe og forsegle uønskede strømpassager i cementkappen og/eller foringsrøret.Then, the drilling fluid is usually circulated down through the interior of the pipe and upward through the annulus located between the outside of the pipe and the borehole walls. Next, primary cementing is typically carried out, whereby a cement slurry is placed in the annulus and allowed to solidify to a hard mass (i.e., sheath) to thereby attach the drill string to the borehole walls and seal the annulus. Subsequently, secondary cementing operations will also be possible. An example of a secondary cementing operation is compression cementing, whereby a cement slurry is used to clog and seal unwanted power passages in the cement sheath and / or casing.

20 I nogle miljøer kan cementeringsoperationer behøve letvægtscement, der har reducerede densiteter (f.eks. en lavdensitetsslam). F.eks. kan cementering hen over stærkt udtømte zoner og svagere formationer behøve en letvægtscement for at opnå tilstrækkelig cirkulation. Hvis cementen ikke kan cirkulere ordentligt, vil det ønskede 25 niveau af ringrumsopfyldning ikke kunne opnås, og følgelig kan den ønskede forsegling ikke blive etableret. Som et resultat heraf kan der opleves en stor indvirkning på boreomkostningerne, og forsinket produktionslevering kan optræde som følge af afhjælpningsarbejdet.In some environments, cementing operations may need lightweight cement having reduced densities (e.g., a low density sludge). Eg. For example, cementing over heavily depleted zones and weaker formations may require lightweight cement to achieve adequate circulation. If the cement cannot circulate properly, the desired level of annulus filling cannot be achieved, and consequently the desired seal cannot be established. As a result, a large impact on drilling costs can be experienced, and delayed production delivery may occur as a result of the remediation work.

30 Letvægtscementer bliver typisk fremstillet ved tilsætning af vand, mikrokugler eller gas til cementen. Ulemper ved tilsætning af ekstra vand til cementen inkluderer nedsat evne til størkning af cementen. F.eks. kan det ekstra vand fortynde cementen og derved forlænge den tid, som cementen er om at størkne. Ulemper ved brug af mikrokugler inkluderer omkostninger knyttet til at tilsætte en tilstrækkelig mængde 35 mikrokugler til at reducere cementens densitet til et lavere niveau end typiske densiteter. Ulemper ved at tilsætte gas inkluderer ekstraordinær permeabilitet ved høje 2 DK 177670 B1 gaskoncentrationer. Følgelig er der behov for en forbedret fremgangsmåde til at tilberede en letvægtscement og til at cementere med sammensætninger deraf. Andre behov inkluderer en letvægtscement med forbedrede mekaniske egenskaber. I tillæg hertil er der behov for at tilvejebringe en letvægtscement med en reduceret densitet.Lightweight cements are typically made by adding water, microspheres or gas to the cement. Disadvantages of adding extra water to the cement include reduced ability to solidify the cement. Eg. For example, the extra water can dilute the cement, thereby prolonging the time the cement is solidifying. Disadvantages of using microspheres include costs associated with adding a sufficient amount of 35 microspheres to reduce the density of the cement to a lower level than typical densities. Disadvantages of adding gas include extraordinary permeability at high gas concentrations. Accordingly, an improved method is needed for preparing a lightweight cement and for cementing with compositions thereof. Other needs include a lightweight cement with improved mechanical properties. In addition, there is a need to provide a lightweight, reduced density cement.

55

Disse og andre behov adresseres i en udførelsesform for en fremgangsmåde til cementering, der inkluderer tilberedning af en basiscementsammensætning omfattende cement, vand og et densitetsreducerende additiv, hvor basiscementsammen-sætningen har en basisdensitet. Fremgangsmåden inkluderer ydermere indføring af 10 en gas til basiscementsammensætningen for at tilvejebringe en cementsammensætning, der har en mindre densitet end basisdensiteten, og som tillader cementsammensætningen af størkne.These and other needs are addressed in one embodiment of a method of cementing which includes preparing a base cement composition comprising cement, water and a density reducing additive, wherein the base cement composition has a base density. The method further includes introducing a gas into the base cement composition to provide a cement composition having a lower density than the base density and allowing the cement composition to solidify.

Ydermere inkluderer fremgangsmåden at vælge en forventningsdensitet for 15 cementsammensætningen. Desuden inkluderer fremgangsmåden at forme cementsammensætningen med en basisdensitet, der er en densitetsfaktor større end forventningsdensiteten, hvor cementsammensætningen omfatter cement, vand og et densitetsreducerende additiv. Fremgangsmåden inkluderer yderligere at tilsætte en tilstrækkelig mængde gas til cementsammensætningen for at reducere 20 basisdensiteten til omtrent forventningsdensiteten.Furthermore, the method includes selecting an expectation density for the cement composition. In addition, the method includes forming the cement composition with a base density that is a density factor greater than the expected density, wherein the cement composition comprises cement, water and a density reducing additive. The process further includes adding a sufficient amount of gas to the cement composition to reduce the base density to approximately the expected density.

Behovene adresseres i en anden udførelsesform omfattende en cementsammensætning, der rummer vand, cement, et densitetsreducerende additiv og en gas. Cementsammensætningen har en densitet fra ca. 0,6 til ca. 0,9 g/cm3 (ca. 5 til ca. 7,5 25 pounds per gallon).The needs are addressed in another embodiment comprising a cement composition containing water, cement, a density reducing additive and a gas. The cement composition has a density of approx. 0.6 to approx. 0.9 g / cm 3 (about 5 to about 7.5 pounds per gallon).

En cementsammensætning bestående af vand, cement, et densitetsreducerende additiv og en gas vil overvinde problemerne ved den kendte teknik, såsom at reducere densiteten af traditionelle cementsammensætninger til lave densiteter. F.eks. kan 30 densiteten af en sådan cementsammensætning blive reduceret til mindre end typiske densiteter. Ydermere kan en sådan cementsammensætning have forbedrede mekaniske egenskaber (f.eks. trykstyrke og elasticitet) ved reducerede densiteter.A cement composition consisting of water, cement, a density reducing additive and a gas will overcome the problems of the prior art, such as reducing the density of traditional low density cement compositions. Eg. For example, the density of such a cement composition may be reduced to less than typical densities. Furthermore, such a cement composition may have improved mechanical properties (e.g., compressive strength and elasticity) at reduced densities.

I det foregående er der relativt bredt blevet forklaret træk og tekniske fordele ved 35 opfindelsen, således at den detaljerede beskrivelse af opfindelsen, der følger, bliver lettere at forstå. Herefter beskrives yderligere træk og fordele ved opfindelsen som 3 DK 177670 B1 udgør genstanden for kravene ifølge opfindelsen. Det vil være klart for en fagmand, at ideen og de beskrevne, specifikke udførelsesformer nemt kan udnyttes som grundlag for at modificere eller udforme andre strukturer til at udføre de samme formål som den foreliggende opfindelse. Det vil også stå klart for en fagmand, at disse ækvivalente 5 konstruktioner ikke vil afvige fra ånden i og sigtet med opfindelsen, som den fremgår af de vedføjede krav.In the foregoing, the features and technical advantages of the invention have been relatively broadly explained so that the detailed description of the invention that follows becomes easier to understand. Next, further features and advantages of the invention are described as being the subject of the claims of the invention. It will be apparent to those skilled in the art that the idea and the specific embodiments described can be readily utilized as a basis for modifying or designing other structures to carry out the same objects of the present invention. It will also be appreciated by those skilled in the art that these equivalent structures will not depart from the spirit and scope of the invention as set forth in the appended claims.

Der følger nu en detaljeret beskrivelse af foretrukne udførelsesformer for opfindelsen under henvisning til de vedføjede tegninger, hvor 10 figur 1 viser et eksempel på en planlagt densitetsprofil for en trinvis, med konstant gasrate opskummet cementsammensætning med lav densitet, figur 2 viser en planlagt densitetsprofil for en anden opskummet cementsammensætning med lav densitet, og 15 figur 3 viser et 5,0 lb/gallon (0,6 g/cm3) cementknusningsprøveskema.A detailed description of preferred embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 shows an example of a planned density profile for a stepwise, constant gas rate foamed low density cement composition; Figure 2 shows a planned density profile of a second foamed low density cement composition and Figure 3 shows a 5.0 lb / gallon (0.6 g / cm3) cement crushing test scheme.

I en udførelsesform for opfindelsen består en cementsammensætning af cement, vand, et densitetsreducerende additiv og gas. Gassen indføres i en cementsammensætning bestående af cement, vand og et densitetsreducerende additiv for at til-20 vejebringe en opskummet cementsammensætning (f.eks. en letvægtscementsammensætning). I en udførelsesform er den opskummede cementsammensætning en lavdensitetscementsammensætning. Uden teoretisk begrænsning vil opskumning af en cementsammensætning bestående af densitetsreducerende additiver tilvejebringe en lavdensitetscementsammensætning med forbedrede mekaniske egenskaber ved 25 lave densiteter. Lavdensitetscementsammensætninger refererer til cementsammensætninger, der har mindre densitet end ca. 1,7 g/cm3 (14 lb/gallon). Det skal forstås, at opskumning af cementsammensætningen, der indeholder densitetsreducerende additiver, ikke er begrænset til at tilvejebringe en lavdensitetscementsammensætning men kan i alternative udførelsesformer tilvejebringe en cementsammensætning med 30 en densitet på ca. 2,8 g/cm3 (23 lb/gallon) eller mindre.In one embodiment of the invention, a cement composition consists of cement, water, a density reducing additive and gas. The gas is introduced into a cement composition consisting of cement, water and a density reducing additive to provide a foamed cement composition (e.g., a lightweight cement composition). In one embodiment, the foamed cement composition is a low density cement composition. Without theoretical limitation, foaming a cement composition consisting of density reducing additives will provide a low density cement composition with improved mechanical properties at 25 low densities. Low density cement compositions refer to cement compositions having lesser density than ca. 1.7 g / cm 3 (14 lb / gallon). It is to be understood that foaming of the cement composition containing density reducing additives is not limited to providing a low density cement composition, but may in alternative embodiments provide a cement composition having a density of approx. 2.8 g / cm3 (23 lb / gallon) or less.

Cementsammensætningerne egner sig til at udføre applikationer under jorden såsom brøndklargøring og afhjælpningsoperationer. Det skal forstås, at "underjordiske applikationer" omfatter både områder under blotlagt jord og områder under jord 35 dækket af vand såsom hav- eller ferskvand.The cement compositions are suitable for performing underground applications such as well preparation and remediation operations. It is to be understood that "underground applications" include both areas under exposed soil and areas under ground 35 covered by water such as sea or fresh water.

4 DK 177670 B14 DK 177670 B1

Cementsammensætningen omfatter en cement såsom hydraulisk cement, der inkluderer calcium, aluminium, silicium, oxygen og/eller svovl, og som stivner og hærder ved reaktion med vand. Eksempler på hydrauliske cementer inkluderer men er ikke begrænset til portlandcementer (f.eks. klasse A, C, G og H portlandcementer) 5 pozzolancementer, gipscementer, phosphatcementer, højaluminøse cementer, siliciumcementer, højalkaline cementer og kombinationer deraf.The cement composition comprises a cement such as hydraulic cement which includes calcium, aluminum, silicon, oxygen and / or sulfur and which solidifies and hardens upon reaction with water. Examples of hydraulic cements include but are not limited to portland cements (e.g., class A, C, G and H portland cements) 5 pozzolance cements, gypsum cements, phosphate cements, highly aluminous cements, silicon cements, high alkaline cements and combinations thereof.

I nogle udførelsesformer inkluderer cementsammensætningerne en tilstrækkelig mængde vand til at forme en cementholdig slam, der kan pumpes. Vandet kan være 10 ferskvand eller saltvand f.eks. en umættet vandig saltopløsning eller en mættet vandig saltopløsning såsom brine eller havvand, eller en ikke-vandig fluid. Vandet kan forekomme i mængder fra ca. 20 til ca. 80 vægt-% af cement, alternativt fra ca. 28 til ca. 60 vægt-% cement.In some embodiments, the cement compositions include a sufficient amount of water to form a pumpable slurry containing cement. The water may be fresh water or saline e.g. an unsaturated aqueous saline solution or a saturated aqueous saline solution such as brine or sea water, or a non-aqueous fluid. The water can be present in amounts from approx. 20 to approx. 80% by weight of cement, alternatively from approx. 28 to approx. 60% by weight of cement.

15 Cementsammensætningen omfatter en tilstrækkelig mængde densitetsreducerende additiver til at reducere densiteten af cementsammensætningen. Cementsammensætningen kan inkludere densitetsreducerende additiver, der er kompatible med en underjordisk cementsammensætning (dvs. er kemisk stabil i det mindste indtil cementen stivner). Uden derved at sætte begrænsninger kan eksempler på densitets-20 reducerende additiver inkludere hule glasperler, pozzolanmikrokugler, massive perler (f.eks. massive organiske eller plastiske perler), eller kombinationer deraf.The cement composition comprises a sufficient amount of density reducing additives to reduce the density of the cement composition. The cement composition may include density reducing additives compatible with an underground cement composition (i.e., chemically stable at least until the cement solidifies). Without limiting, examples of density reducing additives may include hollow glass beads, pozzolan microspheres, solid beads (e.g. solid organic or plastic beads), or combinations thereof.

Et eksempel på en egnet, hul glasperle findes i handelen fra 3M Company som SCOTCHLITE. Et eksempel på en egnet mikrokugle findes kommercielt tilgængelig fra 25 Halliburton Energy Services, Inc. som SPHERELITE. Ydermere er et eksempel på en egnet, massiv glasperle bragt i handelen af Halliburton Energy Services, Inc. som FDP-C665. De densitetsreducerende additiver kan tilsættes til cementsammensætning med en vilkårlig egnet metode, herunder tørblanding med cementen før tilsætning af vand, sammenblanding med vandet, der skal tilsættes cementen, eller ved at blande 30 med cementslammen samtidig med eller efter tilsætningen af vandet. I en anden udførelsesform kan de densitetsreducerende additiver blive præ-suspenderet i vand og indsprøjtet i cementblandingsfluiden eller i cementslammen som en vandig slam. Gassen kan inkludere en vilkårlig gas, der egner sig til opskumning af cementsammensætningen og til brug i et borehul. Uden at ville sætte en begrænsning, så 35 inkluderer eksempler på egnede gasser nitrogen, luft (f.eks. trykluft) eller kombinationer deraf. I nogle udførelsesformer består gassen af nitrogen. Gassen kan indføres i 5 DK 177670 B1 cementsammensætning med en vilkårlig fremgangsmåde, der egner sig til opskumning af cementsammensætningen. Endvidere kan gassen blive indført ved en konstant rate eller en trinvis rate for at skabe en konstant skumkoncentration eller densitet nede i hullet. I en udførelsesform kan indføringen af gassen i cement-5 sammensætningen til opskumning af cementsammensætningen blive udført ved at tilsætte et ekspansionsmiddel omfattende opskumningsmidler, skumstabiliserende midler, ekspanderende additiver eller kombinationer deraf til cementsammensætningen, hvilke kan være inkluderet i cementsammensætningen for at lette opskumningen og/eller forøge stabiliteten af cementsammensætningen. Sådanne 10 opskumnings- og/eller skumstabiliserende midler kan optræde i cementsammensætningen i en tilstrækkelig mængde til at tilvejebringe en stabil, opskummet cementsammensætning. Det er klart, at en fagmand ville være i stand til at vælge de rette opskumnings- og/eller skumstabiliserende midler passende til den enkelte applikation.An example of a suitable hollow glass bead can be found in the trade of 3M Company as SCOTCHLITE. An example of a suitable microsphere is commercially available from 25 Halliburton Energy Services, Inc. like SPHERELITE. Furthermore, an example of a suitable solid glass bead is marketed by Halliburton Energy Services, Inc. such as FDP-C665. The density reducing additives can be added to cement composition by any suitable method, including dry mixing with the cement before adding water, mixing with the water to be added to the cement, or by mixing 30 with the cement slurry at the same time or after the addition of the water. In another embodiment, the density reducing additives may be pre-suspended in water and injected into the cement mix fluid or into the cement slurry as an aqueous slurry. The gas may include any gas suitable for foaming the cement composition and for use in a borehole. Without wishing to limit, 35 includes examples of suitable gases nitrogen, air (e.g., compressed air) or combinations thereof. In some embodiments, the gas consists of nitrogen. The gas can be introduced into cement composition by any method suitable for foaming the cement composition. Furthermore, the gas may be introduced at a constant rate or a stepwise rate to create a constant foam concentration or density downhole. In one embodiment, the introduction of the gas into the cement composition for foaming the cement composition may be carried out by adding an expansion agent comprising foaming agents, foam stabilizers, expanding additives or combinations thereof to the cement composition which may be included in the cement composition and / or facilitate increase the stability of the cement composition. Such foaming and / or foam stabilizing agents may be present in the cement composition in a sufficient amount to provide a stable foamed cement composition. It will be appreciated that one of ordinary skill in the art would be able to select the appropriate foaming and / or foam stabilizing agents suitable for each application.

15 I en udførelsesform inkluderer cementsammensætningen et ekspanderende additiv.In one embodiment, the cement composition includes an expanding additive.

Det ekspanderende additiv kan være en vilkårlig komponent, der sætter en gas i stand til at blive inkorporeret i cementsammensætningen. Uden at ville definere en begrænsning, så inkluderer eksempler på egnede, ekspanderende additiver i partikel-20 form aluminiumpulver, gipsblandinger, dødbrændt magnesiumoxid, og kombinationer deraf. Eksempler på ekspanderende additiver, der indeholder aluminiumpulver, og som findes i handelen, inkluderer GAS-CHEK og SUPER CBL fra Halliburton Energy Services, Inc. Et eksempel på et ekspanderende additiv omfatter en blanding indeholdende gips og findes i handelen som MICROBOND fra Halliburton Energy 25 Services, Inc. Ydermere findes eksempler på ekspanderende additiver indeholdende dødbrændt magnesiumoxid i handelen som MICROBOND M og MICROBOND HT fra Halliburton Energy Services, Inc. Sådanne ekspanderende additiver er beskrevet i US 4.304.298, US 4.340.427, US 4.367.093, US 4.450.010 og US 4.565.578, der i deres helhed indgår heri som reference.The expanding additive may be any component which enables a gas to be incorporated into the cement composition. Without defining a limitation, examples of suitable, expanding particulate formulations include aluminum powder, gypsum mixtures, dead-burned magnesium oxide, and combinations thereof. Examples of commercially available expanding aluminum powder additives include GAS-CHEK and SUPER CBL from Halliburton Energy Services, Inc. An example of an expanding additive includes a gypsum-containing blend and is commercially available as MICROBOND from Halliburton Energy 25 Services, Inc. In addition, there are examples of expanding additives containing commercially available burnt magnesium oxide such as MICROBOND M and MICROBOND HT from Halliburton Energy Services, Inc. Such expanding additives are disclosed in US 4,304,298, US 4,340,427, US 4,367,093, US 4,450,010 and US 4,565,578, which are incorporated herein by reference in their entirety.

3030

Tilsætning af et ekspanderende additiv til cementsammensætningen kan ske med en vilkårlig egnet metode. I en udførelsesform bliver cementsammensætningen opskummet ved direkte indsprøjtning af et ekspanderende additiv i cementsammensætningen. F.eks., hvor cementsammensætningen bliver opskummet ved direkte indsprøjtning af 35 gas i cementsammensætningen, kan den anvendte gas være luft, en inert gas såsom nitrogen, eller kombinationer deraf. I andre udførelsesformer bliver cementsammen- 6 DK 177670 B1 sætningen opskummet med gas, der opstår af en reaktion mellem cementsammensætningen og et ekspanderende additiv, der optræder i cementsammensætningen i partikelform. F.eks. kan cementsammensætningen blive opskummet med hydrogengas genereret på stedet som produkt af en reaktion mellem slam med højt pH og fint 5 aluminiumspulver, der optræder i cementen.Addition of an expanding additive to the cement composition can be accomplished by any suitable method. In one embodiment, the cement composition is foamed by direct injection of an expanding additive into the cement composition. For example, where the cement composition is foamed by direct injection of gas into the cement composition, the gas used may be air, an inert gas such as nitrogen, or combinations thereof. In other embodiments, the cement composition is foamed with gas resulting from a reaction between the cement composition and an expanding additive occurring in the cement composition in particulate form. Eg. For example, the cement composition can be foamed with on-site hydrogen gas as a product of a reaction between high pH sludge and fine aluminum powder present in the cement.

Cementsammensætningen bliver tilberedt til at have en densitet ved omtrent en forventningsdensitet. I en udførelsesform bliver cementsammensætningen tilberedt eller placeret i et borehul og har en mindre densitet (f.eks. forventningsdensitet) end 10 omtrent densiteten af en frakturgradient i borehullet. Frakturgradienten refererer til den kraft, der får klippen til at revne i en given dybde. Foranderligheden af frakturgradienten for et givet borehul som funktion af dybden kan blive afbildet og kan refereres til som en frakturgradientprofil. Densiteten af cementsammensætningen kan blive planlagt og afbildet som en densitetsprofil nede i hullet. I en anden 15 udførelsesform har cementsammensætningen en densitet (f.eks. forventningsdensitet) fra ca. 0,5 til ca. 1,7 g/cm3 (ca. 4 til ca. 14 lb/gallon), alternativt fra ca. 0,6 til ca. 0,9 g/cm3 (ca. 5 til ca. 7,5 lb/gallon) og alternativt fra ca. 0,6 til ca. 0,7 g/cm3 (ca. 5 til ca. 6 lb/gallon). I en alternativ udførelsesform har cementsammensætningen en densitet fra ca. 0,9 til ca. 1,4 g/cm3 (ca. 7,5 til ca. 12 lb/gallon).The cement composition is prepared to have a density at approximately one expectancy density. In one embodiment, the cement composition is prepared or placed in a borehole and has a smaller density (e.g., expected density) than about the density of a fracture gradient in the borehole. The fracture gradient refers to the force that causes the rock to crack at a given depth. The variability of the fracture gradient for a given borehole as a function of depth can be depicted and referred to as a fracture gradient profile. The density of the cement composition can be planned and depicted as a downhole density profile. In another embodiment, the cement composition has a density (e.g., expectancy density) of approx. 0.5 to approx. 1.7 g / cm 3 (about 4 to about 14 lb / gallon), alternatively from about 0.6 to approx. 0.9 g / cm 3 (about 5 to about 7.5 lb / gallon) and alternatively from about 0.6 to approx. 0.7 g / cm 3 (about 5 to about 6 lb / gallon). In an alternative embodiment, the cement composition has a density of approx. 0.9 to approx. 1.4 g / cm 3 (about 7.5 to about 12 lb / gallon).

2020

Cementsammensætningen bliver tilberedt ved at vælge en forventningsdensitet, hvorved cementsammensætningen skal cirkulere. Det er klart, at forventningsdensiteten kan vælges baseret på faktorer såsom den særlige applikation, borehulsmiljøet og lignende. Derpå tilberedes en basiscementsammensætningen, der har en 25 basisdensitet, der er en densitetsfaktor større end forventningsdensiteten. Basiscementsammensætningen omfatter vand, cement og et densitetsreducerende additiv. Densitetsfaktoren er en numerisk faktor anvendt på den valgte, forventningsdensitet for at øge forventningsdensiteten til basisdensiteten og derved tillade tilstrækkelige mængder gas til derefter at blive tilsat for at tilvejebringe de ønskede egenskaber nede 30 i hullet. Densitetsfaktoren kan vælges baseret på faktorer såsom ønskede egenskaber nede i hullet såsom elasticitet, kohæsion eller kompressionsevne. I en udførelsesform er densitetsfaktoren fra ca. 1,01 til ca. 1,4, alternativt 1,01 til ca. 1,3, og yderligere alternativt fra ca. 1,2 til ca. 1,3, og alternativt ca. 1,25. For at tilberede basiscementsammensætningen bliver en tilstrækkelig mængde densitetsreducerende additiver 35 tilsat til en slam, der indeholder cement og vand, for at reducere densiteten af slammet og frembringe basiscementsammensætningen, der har en densitet på ca. den 7 DK 177670 B1 ønskede basisdensitet. Basiscementsammensætningen kan derefter blive opskummet ved at indføre gassen i basiscementsammensætningen. Der tilsættes en tilstrækkelig mængde gas til at reducere densiteten af basiscementsammensætningen og tilvejebringe cementsammensætningen med en densitet som omtrent forventnings-5 densiteten. Det skal forstås, at forventningsdensiteten kan være den færdige densitet, hvor cementsammensætningen på sikker måde kan cirkuleres i borehullet. I en udførelsesform består cementsammensætningen af ca. 10 til ca. 30 vol.-% gas, alternativt fra 20 til ca. 30 vol.-% gas, og alternativt fra ca. 25 til ca. 30 vol.-% gas. Det er ydermere klart, at der kan tilsættes en tilstrækkelig mængde ekspanderende middel 10 til cementsammensætningen for at tilvejebringe den mængde gas, der egner sig til at opnå forventningsdensiteten.The cement composition is prepared by selecting an expectation density whereby the cement composition must circulate. It is clear that the expectation density can be selected based on factors such as the particular application, borehole environment and the like. Then, a base order composition is prepared having a base density that is a density factor greater than the expectation density. The basic cement composition comprises water, cement and a density reducing additive. The density factor is a numerical factor applied to the selected expectation density to increase the expectancy density to the base density, thereby allowing sufficient amounts of gas to be added to provide the desired downhole properties. The density factor can be selected based on factors such as desired downhole properties such as elasticity, cohesion or compressibility. In one embodiment, the density factor is from ca. 1.01 to approx. 1.4, alternatively 1.01 to approx. 1.3, and further alternatively from ca. 1.2 to approx. 1.3, and alternatively approx. 1.25. In order to prepare the base cement composition, a sufficient amount of density reducing additives 35 is added to a slurry containing cement and water to reduce the density of the sludge and produce the base cement composition having a density of approx. the desired base density. The base cement composition can then be foamed by introducing the gas into the base cement composition. A sufficient amount of gas is added to reduce the density of the base cement composition and provide the cement composition with a density approximately the expected density. It is to be understood that the expectation density may be the final density at which the cement composition can be safely circulated in the borehole. In one embodiment, the cement composition consists of approx. 10 to approx. 30 vol.% Gas, alternatively from 20 to approx. 30 vol.% Gas, and alternatively from approx. 25 to approx. 30 vol.% Gas. Further, it is clear that a sufficient amount of expanding agent 10 can be added to the cement composition to provide the amount of gas suitable for achieving the expected density.

I en udførelsesform kan basisdensiteten og densitetsprofilen nede i hullet blive bestemt ved brug af et computersimuleringsprogram. I en udførelsesform bliver det 15 procentuelle volumen af gas i cementslammen monitoreret i realtid ved brug af et softwareprogram. Alternativt bliver densitetsprofilen nede i hullet og realtidsmonitoreringen af det procentuelle volumen af gastilsætning til cementslammet automatisk kontrolleret og monitoreret ved brug af en computer og passende simulerings- og automatiseringssoftware. Software til monitorering af det procentuelle volumen af 20 gastilsætning til basiscementsammensætningen kan tjene til at identificere sammensætningsraten og beregne den rette gasindsprøjtningsrate baseret på den aktuelle sammensætnings rate og forud fastlagte forventningsdensitet. I nogle udførelsesformer tjener softwaren som en komponent i en automatiseret gasindføringsmekanisme, der synkroniserer gasindsprøjtningsraten med cementslammens koncen-25 trationsrate for at opnå forventningsdensiteten. Eksempler på egnet software inkluderer, men er ikke begrænset til, HALWIN eller INSITE, der er bragt i handelen fra Halliburton Energy Services, Inc. I en udførelsesform er computeren en digital computer, såsom en IBM Intel Pentium-baseret PC, der er i stand til at modtage input fra flere detektorer gennem serielle indgange. Computeren kan også være i stand til at 30 modtage input gennem et standardtastatur eller anden computer.In one embodiment, the base density and downhole density profile can be determined using a computer simulation program. In one embodiment, the 15 percent volume of gas in the cement sludge is monitored in real time using a software program. Alternatively, the density profile downhole and real-time monitoring of the percent volume of gas addition to the cement sludge are automatically monitored and monitored using a computer and appropriate simulation and automation software. Software for monitoring the percent volume of 20 gas addition to the base composition may serve to identify the composition rate and calculate the appropriate gas injection rate based on the current composition rate and predetermined expectation density. In some embodiments, the software serves as a component of an automated gas introducing mechanism that synchronizes the gas injection rate with the cement slurry concentration rate to achieve the expectation density. Examples of suitable software include, but are not limited to, HALWIN or INSITE marketed by Halliburton Energy Services, Inc. In one embodiment, the computer is a digital computer, such as an IBM Intel Pentium-based PC, capable of receiving input from multiple detectors through serial inputs. The computer may also be capable of receiving input through a standard keyboard or other computer.

Uden at være teoretisk begrænset vil opskumning af en cementsammensætning indeholdende densitetsreducerende additiver tilvejebringe en lavdensitetscement-sammensætning, der har forbedrede mekaniske egenskaber. Mekaniske egenskaber 35 ved cementsammensætningen, der vil kunne forbedres gennem opskumning af cementsammensætningen, der indeholder densitetsreducerende additiver, inkluderer, 8 DK 177670 B1 uden at sætte begrænsning, kompressionsevne og elasticitet. Målemetoder der anvendes til at definere elasticitet, inkluderer Poisson's forhold og Young's modulus.Without being theoretically limited, foaming a cement composition containing density reducing additives will provide a low density cement composition having improved mechanical properties. Mechanical properties of the cement composition that can be improved by foaming the cement composition containing density reducing additives include, without limiting, compressibility and elasticity. Measurement methods used to define elasticity include Poisson's ratio and Young's modulus.

Poisson's forhold refererer til forholdet mellem tværkontraktionsdeformation og 5 længdedeformation i trækkraftens retning og repræsenteres ved den følgende ligning (1): V — £transvers/£|ongitudinal (1) 10 hvor v repræsenterer Poisson's forhold, og ε repræsenterer deformation som defineret ved ændringen i længde divideret med den oprindelige længde. Young's modulus λ indikerer elasticiteten af et materiale eller materialets tendens til at deformere under en påført kraft. Young's modulus er repræsenteret ved den følgende ligning (2): 15 λ = (F/A)/(x/l) (2) hvor F er den påførte kraft, A er det areal, som udsættes for kraften, x er materialets tøjning, når kraften påføres, og I er den originale længde af materialet.Poisson's ratio refers to the ratio of cross-contraction deformation to longitudinal deformation in the direction of traction and is represented by the following equation (1): V - £ transvers / £ | ugitudinal (1) 10 where v represents Poisson's ratio and ε represents deformation as defined by the change in length divided by the original length. Young's modulus λ indicates the elasticity of a material or the tendency of the material to deform under an applied force. Young's modulus is represented by the following equation (2): 15 λ = (F / A) / (x / l) (2) where F is the applied force, A is the area exposed to the force, x is the material strain , when the force is applied and you are the original length of the material.

20 I en udførelsesform kan cementsammensætningerne have en trykstyrke mellem ca.In one embodiment, the cement compositions may have a compressive strength of between approx.

1,4 og ca. 20,7 MPa (ca. 200 psi og ca. 3000 psi), alternativt mellem ca. 3,4 og ca.1.4 and approx. 20.7 MPa (about 200 psi and about 3000 psi), alternatively between about 3.4 and approx.

10,3 MPa (ca. 500 psi og ca. 1500 psi). I andre udførelsesformer kan cementsammensætningerne have en trækstyrke mellem ca. 0,2 MPa og ca. 3,4 MPa (ca. 30 psi og ca.10.3 MPa (about 500 psi and about 1500 psi). In other embodiments, the cement compositions may have a tensile strength of between approx. 0.2 MPa and approx. 3.4 MPa (about 30 psi and approx.

500 psi), alternativt mellem ca. 0,3 og ca. 1,0 MPa (ca. 50 psi og ca. 150 psi). Yder-25 mere kan cementsammensætningerne have en Young's modulus mellem ca. 60.000 og ca. 6.000.000, alternativt mellem ca. 200.000 og ca. 900.000.500 psi), alternatively between approx. 0.3 and approx. 1.0 MPa (about 50 psi and about 150 psi). In addition, the cement compositions may have a Young's modulus between approx. 60,000 and approx. 6,000,000, alternatively between approx. 200,000 and approx. 900,000.

Det er klart, at tilberedningen af cementsammensætningen ikke er begrænset til opskumning af en basiscementsammensætning, der har densitetsreducerende addi-30 tiver, men kan i stedet inkludere tilsætning af densitetsreducerende additiver til en opskummet cement. F.eks. kan en basiscementsammensætning i en alternativ udførelsesform blive tilberedt med en basisdensitet ved at opskumme en cementslam indeholdende cement og vand. I en sådan alternativ udførelsesform består basis-cementsammensætningen af vand, cement og en gas. Lavdensitetscementsammen-35 sætningen bliver derpå tilberedt ved at tilsætte densitetsreducerende additiver til DK 177670 B1 9 basiscementsammensætningen for at tilvejebringe lavdensitetscementsammen-sætningen, der nogenlunde har forventningsdensiteten.It is to be understood that the preparation of the cement composition is not limited to foaming a base cement composition having density reducing additives, but may instead include the addition of density reducing additives to a foamed cement. Eg. For example, in an alternative embodiment, a base cement composition can be prepared with a base density by foaming a cement slurry containing cement and water. In such an alternative embodiment, the basic cement composition consists of water, cement and a gas. The low-density order composition is then prepared by adding density-reducing additives to the base 177 composition to provide the low-density order composition which has somewhat the expected density.

I nogle udførelsesformer kan der tilsættes yderligere additiver til cementsammen-5 sætningen for at forbedre eller ændre egenskaberne deraf. Eksempler på sådanne additiver inkluderer, men er ikke begrænset til, salte, acceleratorer, hærdeforsinkere, skumbegrænsere, fluidtabsreducerende midler, størkningsforhindrende midler, gas-migrationsforhindrende additiver, vægttilsætningsmaterialer, dispergeringsmidler, forglasset skifer, formationskonditioneringsmidler, og kombinationer deraf. Andre 10 mekaniske egenskabsmodificerende additiver, f.eks. carbonfibre, glasfibre, metalfibre, mineralfibre, termoplastiske elastomerer såsom styrenbutadien eller acrylnitril-styren-butadien-randomiserede eller blokpolymerer, og latexemulsioner f.eks. styren-butadien-latexer, og lignende kan blive tilsat for yderligere at modificere de mekaniske egenskaber.In some embodiments, additional additives may be added to the cement composition to enhance or alter the properties thereof. Examples of such additives include, but are not limited to, salts, accelerators, hardeners, foam limiters, fluid loss reducing agents, solidification preventants, gas migration preventive additives, weight additives, dispersants, vitrified slate, formation conditioners, and combinations thereof. Other 10 mechanical property modifying additives, e.g. carbon fibers, glass fibers, metal fibers, mineral fibers, thermoplastic elastomers such as styrene butadiene or acrylonitrile-styrene-butadiene randomized or block polymers, and latex emulsions e.g. styrene-butadiene latexes and the like may be added to further modify the mechanical properties.

1515

De foregående cementsammensætninger kan anvendes i forskellige cementeringsoperationer, hvor cementen forskydes ind i et arbejdsrum og tillades at størkne. I en udførelsesform bliver cementsammensætningerne anvendt i forskellige overfladeapplikationer til at cementere et arbejdsrum ved eller over jorden, f.eks. en 20 arbejdsplads, som optræder i byggeindustrien. I en anden udførelsesform bliver cementen anvendt på et underjordisk arbejdssted f.eks. til cementering af rør under jorden, såsom kloakrør eller borehulsforingsrør. I én udførelsesform kan cementsammensætningerne blive anvendt til primær cementering af et borehul for at udvinde naturressourcer såsom vand eller hydrocarboner. Primær cementering indebærer for 25 det første at bore et borehul til en ønsket dybde, således at borehullet trænger gennem en underjordisk formation, mens der cirkuleres en borefluid gennem borehullet. Efter at have boret borehullet kan i det mindste et rør, såsom et foringsrør blive placeret i borehullet, mens det efterlader et mellemrum kendt som annulus mellem rørets væg og borehullets væg. Borefluiden kan derefter forskyde sig ned gennem 30 røret og op gennem annulus én eller flere gange, f.eks. to gange, for at rense hullet. Cementsammensætningen kan derefter blive ført ned i hullet og op gennem annulus, og derved forskydes borefluiden fra borehullet. Cementsammensætningen størkner til en hård masse, som danner en cementsøjle, der isolerer en hosliggende del af den underjordiske formation og tilvejebringer støtte for det hosliggende rør.The foregoing cement compositions can be used in various cementing operations where the cement is displaced into a work space and allowed to solidify. In one embodiment, the cement compositions are used in various surface applications to cement a workspace at or above the ground, e.g. a 20 workplace, which appears in the construction industry. In another embodiment, the cement is used in an underground workplace, e.g. for cementing underground pipes, such as sewer pipes or borehole casings. In one embodiment, the cement compositions can be used for primary cementing of a borehole to extract natural resources such as water or hydrocarbons. Primary cementing firstly involves drilling a borehole to a desired depth, such that the borehole penetrates an underground formation while circulating a bore fluid through the borehole. After drilling the borehole, at least one tube such as a casing may be placed in the borehole while leaving a gap known as annulus between the wall of the tube and the borehole wall. The drilling fluid can then move down through the tube and up through the annulus one or more times, e.g. twice, to clean the hole. The cement composition can then be passed into the hole and up through the annulus, thereby displacing the drilling fluid from the borehole. The cement composition solidifies into a hard mass which forms a cement column which insulates an adjacent portion of the underground formation and provides support for the adjacent pipe.

35 10 DK 177670 B1 I en anden udførelsesform kan cementsammensætningen blive anvendt i en sekundær cementeringsoperation såsom indpresningscementering, der er udført efter den primære cementeringsoperation. Ved indpresningscementering bliver cementsammensætningen presset under tryk ind i permeable zoner, hvorigennem fluid 5 uønsket kan migrere til borehullet. Eksempler på sådanne permeable zoner inkluderer spalter, sprækker, frakturer, striber, strømkanaler, hulrum, højpermeable striber, ringformede hulrum eller kombinationer deraf. De permeable zoner kan optræde i den cementsøjle, som står i annulus, i en væg af røret i borehullet, i en mikroannulus mellem cementsøjlen og den underjordiske formation, og/eller en mikroannulus 10 mellem cementsøjlen og røret. Cementsammensætningen størkner i de permeable zoner og danner derved en hård masse til at tilproppe disse zoner og forhindre fluid i at flyde derigennem.In another embodiment, the cement composition may be used in a secondary cementing operation such as compression cementing performed after the primary cementing operation. In compression cementing, the cement composition is pressed under pressure into permeable zones through which fluid 5 may undesirably migrate to the wellbore. Examples of such permeable zones include slits, fissures, fractures, strips, flow channels, cavities, highly permeable strips, annular cavities or combinations thereof. The permeable zones may occur in the annulus cement column, in a wall of the borehole tube, in a microannulus between the cement column and the underground formation, and / or a microannulus 10 between the cement column and the tube. The cement composition solidifies in the permeable zones, thereby forming a hard mass to clog these zones and prevent fluid from flowing through it.

Til yderligere at illustrere forskellige udførelsesformer for opfindelsen er der tilvejebragt 15 følgende eksempler.To further illustrate various embodiments of the invention, the following examples are provided.

EKSEMPLEREXAMPLES

Eksempel 1 20 Syv brønde blev boret med følgende procedurer: et 20" overfladeforingsrør blev ført ned til 541 ft, 394 ft af en 13 3/8" scab-liner blev sat til 1378 ft, en 9 5/8" mellemstreng blev sat til 1545 ft, og en 7" produktionsstreng blev sat til 2756 ft. De øvre formationer var således, at der kunne udføres ordentlig cementering med traditionelle cementeringsteknikker. Imidlertid skulle mellem- og produktionsstrengene cementeres ud over 25 zoner, der krævede cementdensiteter reduceret til 1,27 g/cm3 (10,6 lb/gal) eller mindre. 1,63 g/cm3 (13,6 lb/gal) var valgt for basisslammens densitet, således at når forventningsdensiteten var nået, så ville skumkvaliteten (f.eks. vol.-% af skum i cementsammensætningen) være mellem 20 og 25%. Forventningsdensiteten var 1,27 g/cm3 (10,6 lb/gal) og var valgt for at kunne tillade god cirkulation af en helcementeret 30 søjle. Mikrokugler blev tilføjet til basisslammen for at tilvejebringe basiscement-sammensætningen med en densitet på 1,63 g/cm3 (13,6 lb/gal). Mikrokuglerne var HGS-4000 glasbobler fra 3M, som var glasmikrokugler af mellemstyrke med en massefylde på 0,38.Example 1 20 Seven wells were drilled by the following procedures: a 20 "surface casing was brought down to 541 ft, 394 ft of a 13 3/8" scab liner was set to 1378 ft, a 9 5/8 "intermediate string was added 1545 ft, and a 7 ″ production string was set to 2756 ft. The upper formations were such that proper cementing could be carried out with traditional cementing techniques. However, the intermediate and production strands were to be cemented beyond 25 zones requiring cement densities reduced to 1.27 g / cm 3 (10.6 lb / gal) or less. 1.63 g / cm 3 (13.6 lb / gal) was chosen for the density of the base sludge, so that when the expected density was reached, the foam quality (e.g., vol.% Of foam in the cement composition) would be between 20 and 25% . The expectation density was 1.27 g / cm 3 (10.6 lb / gal) and was selected to allow good circulation of a fully cemented column. Microspheres were added to the base slurry to provide the base cement composition with a density of 1.63 g / cm 3 (13.6 lb / gal). The microspheres were HGS-4000 glass bubbles from 3M, which were intermediate-strength glass microspheres with a density of 0.38.

35 Hele processen blev monitoreret i realtid ved brug af et softwareprogram, HALWIN, og en korrekt mængde nitrogen blev tilsat til basiscementsammensætningen ved hvert 11 DK 177670 B1 trin under brug af et indstilleligt luftspjæld. Luftspjældet blev justeret, indtil overflade-skumdensiteten passede til den beregnede densitet for denne rate og tryk. Lav-densitetsbasiscementsammensætningen blev brugt som afslutning, uden gas i processen.35 The entire process was monitored in real-time using a software program, HALWIN, and a correct amount of nitrogen was added to the base load composition at each 11 step using an adjustable air damper. The air damper was adjusted until the surface foam density matched the calculated density for this rate and pressure. The low-density base composition was used as a finish, with no gas in the process.

55

Til 9 5/8" strengen blev 42,5 m3 (267,3 bbl) uskummet cementsammensætning, 1,63 g/cm3 (13,6 lb/gal) startslam og 3,6 m3 (22,6 bbl) slutslam anvendt. Det teoretiske "in-place" skumvolumen for startslammen var 55,3 m3 (247,8 bbl) ved 1,27 g/cm3 (10,6 lb/gal) densitet. Til 7" strengen anvendtes 15,3 m3 (96,2 bbl) startslam og 0,5 m3 (3,1 10 bbl) slutslam. Det teoretiske "in-place" skumvolumen for startslammen var 20,0 m3 (125,8 bbl).For the 9 5/8 "string, 42.5 m3 (267.3 bbl) of foamed cement composition, 1.63 g / cm3 (13.6 lb / gal) starting sludge and 3.6 m3 (22.6 bbl) final sludge was used. The theoretical "in-place" foam volume for the starting sludge was 55.3 m3 (247.8 bbl) at 1.27 g / cm3 (10.6 lb / gal) density. For the 7 "string, 15.3 m3 (96, 2 bbl) starting sludge and 0.5 m3 (3.1 10 bbl) final sludge. The theoretical "in-place" foam volume for the starting sludge was 20.0 m3 (125.8 bbl).

Et computersimuleringsprogram, OPTICEM, der findes i handelen fra Halliburton Energy Services, Inc. blev anvendt til at konstruere bagtryks- og nitrogentabellerne.A computer simulation program, OPTICEM, commercially available from Halliburton Energy Services, Inc. was used to construct the back pressure and nitrogen tables.

15 Fig. 1 og 2 viser de teoretiske "in-place" densitetsprofiler for hhv. 9 5/8" og 7" jobbene.FIG. 1 and 2 show the theoretical "in-place" density profiles for respectively. 9 5/8 "and 7" jobs.

Disse kurver indikerer, at ved at reducere nitogenraten fire eller fem gange ville massefylden af skummet ligge på mellem 1,2 og 1,3 (10 til 10,8 lb/gal) for det meste af brønden, hvilket korrelerer til den ønskede skumkvalitet på 20 til 25%. Det ses også af fig. 1 og 2, at der opstår ekspansion langt hurtigere, når man nærmer sig overfladen.These curves indicate that by reducing the nitrogen rate four or five times the density of the foam would be between 1.2 and 1.3 (10 to 10.8 lb / gal) for most of the well, which correlates to the desired foam quality of 20 to 25%. It can also be seen from FIG. 1 and 2, that expansion occurs much faster as one approaches the surface.

20 For at minimere ekspansion tillod cementeringssoftwaret, at bagtrykstabellen blev justeret efter behov.20 To minimize expansion, the cementing software allowed the back pressure table to be adjusted as needed.

Tabel I tilvejebringer de planlagte bagtrykstabeller for de to opskummede foringsstrenge. Efterhånden som der kom skum op i annulus, blev der udøvet et større 25 bagtryk. For bedre at kontrollere raten ned i hullet og slamkonsistensen blev der i jobproceduren inkluderet en 16 m3 (100 bbl) batchblander.Table I provides the planned back pressure tables for the two foamed casing strings. As foam came up in the annulus, a greater 25 back pressure was exerted. To better control the rate of downhole and sludge consistency, a 16 m3 (100 bbl) batch mixer was included in the job procedure.

Tabel 1 - Bagtrykstabel for brønde 9 5/8" mellemforingsrør 7" produktionsforingsrørTable 1 - Back pressure table for wells 9 5/8 "intermediate casing 7" production casing

Bagtryk (psi) [KPa] Bagtryk (psi) [KPa] 14,7 [101] 14,7 [101] 90 [621] 65 [448] 115 [793] 100 [689] 140 [965] 125 [862]Back pressure (psi) [KPa] Back pressure (psi) 14.7 [101] 14.7 [101] 90 [621] 65 [448] 115 [793] 100 [689] 140 [965] 125 [862]

165 [1138] N/A165 [1138] N / A

Eksempel 2 DK 177670 B1 12Example 2 DK 177670 B1 12

Tretten kørsler blev udført (kørsel 1-13) med opskummede cementsammensætninger indeholdende cement, vand, mikrokugler og gas. De opskummede cementsammen-5 sætninger blev tilberedt ved at danne en basiscementsammensætning indeholdende vand, cement og mikrokugler, til den fik en densitet på mellem 1,2 og 1,4 g/cm3 (10 og 12 lb/gal). Basiscementsammensætningen blev opskummet til en densitet på 1,0 g/cm3 (8,33 lb/gal) med ca. 113-150 m3/ton (50-600 scf/bbl) nitrogen.Thirteen runs were performed (run 1-13) with foamed cement compositions containing cement, water, microspheres and gas. The foamed cement compositions were prepared by forming a base cement composition containing water, cement and microspheres until it had a density of between 1.2 and 1.4 g / cm 3 (10 and 12 lb / gal). The base cement composition was foamed to a density of 1.0 g / cm 3 (8.33 lb / gal) by approx. 113-150 m3 / ton (50-600 scf / bbl) nitrogen.

10 Tabel II lister data relateret til de i kørslerne 1-13 borede brønde. Tabel III lister mængderne og densiteterne af basiscementsammensætningerne og de opskummede cementsammensætninger, der blev anvendt i kørslerne.10 Table II lists data related to the wells drilled in runs 1-13. Table III lists the quantities and densities of the base cement compositions and the foamed cement compositions used in the runs.

Tabel II - Data for borehullet cementeret med opskummet letvægtsslamTable II - Data for the borehole cemented with foamed lightweight sludge

Kørsel Foringsstørrelse Jobdybde BHSTDriving Liner size Job depth BHST

(") (ft) (°F) 1 7 14632 273 2 7 13760 255 3 7 11647 226 4 7 14964 258 5 5 14902 275 6 5 13409 222 7 7 13638 256 8 7 14577 269 9 7 14862 270 10 7 14606 246 Ϊ1 7 13596 250 12 7 12477 207 13 5 14980 267 15 20 13 DK 177670 B1(") (ft) (° F) 1 7 14632 273 2 7 13760 255 3 7 11647 226 4 7 14964 258 5 5 14902 275 6 5 13409 222 7 7 13638 256 8 7 14577 269 9 7 14862 270 10 7 14606 246 1351 7 13596 250 12 7 12477 207 13 5 14980 267 15 20 13 DK 177670 B1

Tabel III - Jobdata for opskummet letvægtscement Kørsel Basisslam- Opskummet slam- Basisdensitet In-place skumvolumen (bbl) volumen (bbl) (lb/gal) densitet (lb/gal) Ϊ 25 36 15 Ϊ08 2 33 48 15 Ϊ08 3 38^8 59 ΪΤJ 8^33 4 505 72 108 033 5 34^8 49J 108 033 6 Ϊ09 202 Ϊ08 033 7 51 705 108 033 8 303 49J 1Ϊ7 033 9 404 604 V\J 033 10 56 86 V\J 033 ΤΪ 307 503 TTj 033 12 49 76 ilj 033 13 20 31 V\J 033Table III - Foam Lightweight Cement Job Data Driving Base Sludge - Foamed Sludge - Base Density In-place foam volume (bbl) volume (bbl) (lb / gal) density (lb / gal) Ϊ 25 36 15 Ϊ08 2 33 48 15 Ϊ08 3 38 ^ 8 59 8J 8 ^ 33 4 505 72 108 033 5 34 ^ 8 49J 108 033 6 Ϊ09 202 Ϊ08 033 7 51 705 108 033 8 303 49J 1Ϊ7 033 9 404 604 V \ J 033 10 56 86 V \ J 033 ΤΪ 307 503 TTj 033 12 49 76 ilj 033 13 20 31 V \ J 033

De 13 linertoppe, der blev cementeret i dette eksempel 2, blev afprøvet til et gennemsnitstryk på 9600 KPa (1400 psi) i 20 minutter uden at lække. Initiale og 5 aktuelle produktionsrater før og efter brøndstimulering, som vist i tabel IV for kørslerne 3-5 og 7-10, viser effektiviteten af de opskummede cementsammensætningers tætningsevne og modstand mod kemiske angreb. Effektiviteten af den tætning, som opnås ved anvendelse af de beskrevne fremgangsmåder og sammensætninger, blev yderligere demonstreret gennem borehullernes evne til at klare efterfølgende fraktu-10 reringsbehandlinger.The 13 liner peaks cemented in this Example 2 were tested at an average pressure of 9600 KPa (1400 psi) for 20 minutes without leaking. Initial and current production rates before and after well stimulation, as shown in Table IV for runs 3-5 and 7-10, demonstrate the effectiveness of the foamed cement compositions' sealing ability and resistance to chemical attack. The effectiveness of the seal obtained using the described methods and compositions was further demonstrated through the ability of the boreholes to withstand subsequent fracturing treatments.

Tabel IV - Før-og-efter produktionsrater for opskummet letvægtscement Kørsel Reservoirzonedybde Initial produktion Aktuel produktion (ft) (BOPD) (BOPD) 3 12.795-12.936 6Ϊ8 1352 4 14.180-14.305 0 1258 5 14.518-14.419 1006 1635 7 12.999-13.097 0 566 8 14.206-14.337 0 154Ϊ 9 14.623-14.741 0 1793 10 14.058-14.222 0 1.182 14 DK 177670 B1Table IV - Before and after production rates for foamed lightweight cement Driving Reservoir zone depth Initial production Current production (ft) (BOPD) (BOPD) 3 12,795-12,936 6Ϊ8 1352 4 14,180-14.305 0 1258 5 14,518-14,419 1006 1635 7 12,999-13,097 0 566 8 14.206-14.337 0 154Ϊ 9 14.623-14.741 0 1793 10 14.058-14.222 0 1.182 14 DK 177670 B1

Eksempel 3Example 3

En 0,9 g/cm3 (7,5 lb/gal) basiscementsammensætning blev opskummet til 0,6 g/cm3 (5 5 lb/gal) for at fremstille en lavdensitetscementsammensætning med kvalitetstætning. Basiscementsammensætningen og lavdensitetscementsammensætningerne blev udsat for prøver med fluidtabsfortykkelsestid, frit vand og trykstyrke. Afprøvningerne blev udført ifølge API 10b procedurer. Ved 100°C (212°F) gav basisslammen en trykstyrke på 9432 KPa (1369 psi), og efter at være opskummet til 0,6 g/cm3 (5 l,b/gal) 10 blev der stadig ydet en 24 timers trykstyrke på 4843 KPa (703 psi). Fig. 3 viser en brudstyrkeafprøvning implementeret på den opskummede cementsammensætning, efter at den var størknet.A 0.9 g / cm 3 (7.5 lb / gal) base cement composition was foamed to 0.6 g / cm 3 (5 lb / gal) to produce a low density quality composition composition. The base cement composition and low density cement compositions were subjected to fluid loss thickening time, free water, and compressive strength tests. The tests were performed according to API 10b procedures. At 100 ° C (212 ° F), the base slurry gave a compressive strength of 9432 KPa (1369 psi) and after being foamed to 0.6 g / cm 3 (5 l, b / gal) a 24 hour compressive strength was still provided. at 4843 KPa (703 psi). FIG. 3 shows a fracture strength test implemented on the foamed cement composition after solidification.

Skønt der er vist og beskrevet foretrukne udførelsesformer for opfindelsen, vil 15 modifikationer deraf kunne fremstilles af en fagmand uden derved at afvige fra ånden og læren i opfindelsen. De heri beskrevne udførelsesformer er blot eksempler, og er ikke tænkt at skulle tjene som begrænsning. Der vil være mange variationer og modifikationer over opfindelsen, som beskrevet heri, der er mulige og ligger inden for opfindelsens rammer. Brugen af udtrykket "valgfri" i forhold til et vilkårligt element i et 20 krav er tænkt i betydningen, at det aktuelle element er påkrævet, eller alternativt, ikke er påkrævet. Begge alternativer er beregnet til at høre ind under rammerne af kravet. Brugen af bredere termer såsom at omfatte, inkludere, have osv. skal forstås som støtte for smallere termer såsom indeholdende, i det væsentlige indeholdende eller hovedsageligt indeholdende, osv.Although preferred embodiments of the invention have been shown and described, 15 modifications thereof may be made by one skilled in the art without thereby departing from the spirit and teachings of the invention. The embodiments described herein are merely examples and are not intended to serve as a limitation. There will be many variations and modifications to the invention as described herein that are possible and are within the scope of the invention. The use of the term "optional" in relation to any element of a claim is intended to mean that the actual element is required, or alternatively, is not required. Both alternatives are intended to fall within the scope of the requirement. The use of wider terms such as include, include, garden, etc. is to be understood as support for narrower terms such as containing, substantially containing or substantially containing, etc.

25 Følgelig er rammerne for beskyttelsen ikke begrænset til den ovenfor givne beskrivelse men er kun begrænset af de vedføjede krav, hvilke rammer inkluderer alle ækvivalenter for genstanden for kravene. Hvert eneste krav er inkorporeret i beskrivelsen som en udførelsesform for opfindelsen. Således udgør kravene en 30 yderligere beskrivelse og er en tilføjelse til de foretrukne udførelsesformer for opfindelsen. Omtalen af en reference i beskrivelsen af beslægtet teknik er ikke en erkendelse af, at det udgør kendt teknik for opfindelsen, og navnlig ikke nogen reference, der kan have en offentliggørelsesdato efter prioritetsdatoen for denne ansøgning. Beskrivelserne af alle patenter, patentansøgninger og publikationer, der er 35 citeret heri, inkorporeres herved som reference i det omfang, at de giver eksempler, proceduremæssige eller andre detaljer i tillæg til de heri forklarede.Accordingly, the framework for protection is not limited to the above description but is limited only by the appended claims, which includes all equivalents of the subject matter of the claims. Each claim is incorporated in the specification as an embodiment of the invention. Thus, the claims provide a further description and are an addition to the preferred embodiments of the invention. The mention of a reference in the description of the related art is not a recognition that it constitutes prior art for the invention, and in particular, no reference which may have a publication date after the priority date of this application. The descriptions of all patents, patent applications and publications cited herein are hereby incorporated by reference to the extent that they provide examples, procedural or other details in addition to those herein explained.

Claims

A method of cementing an underground formation, comprising: determining a hollow density profile for a cement composition; selecting an expectation density of the cement composition, wherein the expectancy density roughly corresponds to the density of the final cement composition, and wherein the density profile applicable to a hole is used to determine the expectancy density; 10 forming a base density composition wherein the base density is greater than the expected density with a density factor of 1.01 to 1.4; and wherein the base cement composition consists of cement, water and a density reducing additive: adding a sufficient amount of gas to the base cement composition to form the cement composition of approximately the expected density, wherein the percent volume of gas in the cement composition is monitored in real time using a computer and a software program; and to solidify the cement composition.

The method according to claim 1, wherein the expectation density is from approx. 0.6 to 0.9 g / cm 3 (about 5 to about 7.5 pounds per gallon).

The method of claim 1, wherein the final cement composition comprises from 10 to approx. 30% by volume gas. 25

The method according to claim 1, wherein the final cement composition has a compressive strength of between approx. 1.4 and approx. 20.7 MPa (200 and 3000 psi).

The method of claim 1, wherein the density reducing additive comprises hollow 30 glass beads, puzzolan microspheres, solid beads, or combinations thereof.

The method of claim 1, wherein the final cement composition is placed downhole. DK 177670 B1 16

The method of claim 6, wherein the expectation density causes the final cement composition to exert a force on the formation which is less than about a fracture gradient for the wellbore.

The process of claim 1, wherein the gas comprises nitrogen.

A method according to claim 6, wherein the gas is introduced at a constant or incremental rate to produce a constant downhole foam concentration or density.

A method according to claim 1, wherein the introduction of the gas into the base cement composition comprises adding an expansion agent comprising foaming agents, foam stabilizers, expanding additives, or combinations thereof to the base cement composition. 15