FR3038600A1 - Compositions de ciment a base d'aluminophosphate de calcium a duree de vie prolongee - Google Patents
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Abstract
La présente divulgation concerne des procédés, des compositions et des systèmes de cimentation. Le procédé comprend l'utilisation d'une composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14) contenant du ciment à base d'aluminate de calcium, un polyphosphate, de l'eau et un retardateur de prise de ciment. Le procédé comprend en outre le mélange de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14) avec un activateur de prise de ciment pour activer la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14), l'introduction de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée dans une formation souterraine (20), et le fait de laisser la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14) prendre dans la formation souterraine (20).
Description
CONTEXTE
[0001] La présente divulgation concerne des compositions et des procédés permettant d'utiliser des compositions de ciment à durée de vie prolongée dans des exploitations de puits. Plus particulièrement, elle concerne des compositions et des procédés de cimentation utilisant des compositions de ciment d'aluminophosphate de calcium (« CAP ») à durée de vie étendue dans des exploitations de puits.
[0002] On peut utiliser des compositions de ciment dans un certain nombre d'opérations souterraines. Dans une construction de puits souterrain par exemple, on peut introduire un train de tubes (par ex. un tubage, des pièces tubulaires extensibles, etc.) dans un puits de forage et le cimenter sur place. Le procédé de cimentation du train de tubes sur place est couramment appelé « cimentation primaire ». Dans un procédé typique de cimentation primaire, une composition de ciment peut être pompée dans un espace annulaire, entre les parois du puits de forage et la surface extérieure du train de tubes qui s'y trouve. La composition de ciment peut durcir dans l'espace annulaire, en formant ainsi une gaine annulaire de ciment durci, sensiblement imperméable (par ex. une gaine de ciment) qui peut soutenir et positionner le train de tubes dans le puits de forage et qui peut lier la surface extérieure du train de tubes à la formation souterraine. La gaine de ciment entourant le train de tubes peut entre autres choses empêcher la migration de fluides dans l'espace annulaire, et peut aussi protéger le train de tubes contre la corrosion. Les compositions de ciments peuvent également être utilisées dans des procédés de cimentation de remédiation pour sceller des fissures ou des trous dans les trains de tubes ou les gaines de ciment, pour sceller des zones de formation hautement perméables ou des fractures, ou pour placer un bouchon de ciment, etc.
[0003] Une grande diversité de compositions de ciment a été utilisée dans les opérations de cimentation souterraines. Dans certains cas, des compositions de ciment à durée de vie prolongée ont été utilisées. Contrairement aux compositions classiques de ciment qui prennent et qui durcissent lors de leur préparation, les compositions de ciment à durée de vie prolongée se caractérisent par le fait d'être à même de rester dans un état fluide pompable pendant au moins un jour (par ex., environ 7 jours, environ 2 semaines ou environ 2 ans ou plus) à température ambiante (par ex., environ 80 °F, soit environ 27 °C) lors d'un stockage. Lorsqu'on en a besoin, on doit être capable d'activer les compositions de ciment à durée de vie prolongée et ensuite de développer des résistances à la compression raisonnables. Par exemple, une composition de ciment à durée de vie prolongée qui est activée peut prendre en une masse durcie. Les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent convenir pour un emploi dans des applications de puits de forage telles que des applications où l'on souhaite préparer la composition de ciment à l'avance. Cela peut permettre le stockage des compositions de ciment à durée de vie prolongée avant leur utilisation. De plus, cela peut permettre de préparer la composition de ciment à durée de vie prolongée en un lieu approprié avant de la transporter jusqu'au site d'exploitation. En conséquence, on peut réduire les dépenses en matière de capital grâce à une réduction du besoin de stockage important sur place et d'équipement de mélange. Cela peut s'avérer particulièrement utile pour des opérations de cimentation offshore où l'espace à bord des navires peut s'avérer limité.
[0004] Alors que l'on a développé des compositions de ciment à durée de vie prolongée jusqu'à présent, il existe des défis relatifs au succès de leur utilisation dans des opérations de cimentation souterraines. Par exemple, les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent trouver une utilité limitée à des températures élevées (par ex., des températures supérieures à 400 °F (soit environ 204 °C) ou dans des conditions corrosives (par ex., des formations souterraines contenant du dioxyde de carbone, du sulfure d'hydrogène, etc.). Par exemple, les compositions de ciment Portland à durée de vie prolongée peuvent défaillir à des températures supérieures à 230 °F (soit 110 °C). Selon un autre exemple, les compositions de ciment à base d'aluminate de calcium à durée de vie prolongée et les compositions de ciment Portland peuvent toutes contenir des hydroxydes, tels que l'hydroxyde de calcium, soit en tant que composant de la composition, soit en tant qu'activateur de prise de ciment. Ces hydroxydes peuvent être soumis à des attaques corrosives par de l'acide carbonique (H2CO3). L'acide carbonique peut être naturellement présent dans une formation souterraine, ou il peut être produit dans une formation souterraine par la réaction d'eau souterraine et de dioxyde de carbone (C02), quand ce dernier a été injecté dans la formation souterraine, par ex. sous forme de C02- opération améliorée de récupération. Ainsi, la perméabilité du ciment durci peut augmenter et les ions chlorures et le sulfure d'hydrogène susceptibles de se trouver dans la formation souterraine peuvent pénétrer dans la gaine de ciment et affecter de manière adverse le tubage ou réagir avec ce dernier. La dégradation du ciment durci peut entraîner, entre autres, une perte de soutien pour le tubage et une communication indésirable entre zones pour les fluides.
PRESENTATION
Selon un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, une composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée contient : un ciment à base d'aluminate de calcium, un polyphosphate, de l'eau, et un retardateur de prise de ciment.
Selon un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, le retardateur de prise de ciment est choisi dans le groupe constitué des acides hydroxycarboxyliques ou de leurs sels respectifs, de l'acide borique ou de son sel respectif et de toute combinaison de ceux-ci.
Selon un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, le retardateur de prise de ciment est présent en quantité d'environ 0,01 % à environ 10 % en poids de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée.
Selon un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, le polyphosphate contient de l'hexamétaphosphate de sodium.
Selon un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, le polyphosphate est présent en quantité d'environ 1 % à environ 30 % en poids de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée.
Selon un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée comprend en outre un aluminosilicate ; l'aluminosilicate étant présent en quantité d'environ 1 % à environ 69 % en poids de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée.
Selon un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée contient en outre au moins un sel de lithium sélectionné dans l'ensemble constitué de sulfate de lithium, de carbonate de lithium et de toute combinaison de ceux-ci.
Selon un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, la composition comprend en outre un activateur de prise de ciment.
Selon un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, l'activateur de prise de ciment est choisi dans le groupe constitué des hydroxydes des groupes IA et IIA , des aluminates alcalins, du ciment Portland ; et dans lequel l'activateur de prise de ciment est présent en quantité d'environ 0,01 % à environ 10 % en poids de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée.
Selon un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, un procédé de cimentation comprend : l'utilisation d'une composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée selon l’un quelconque des modes de réalisation précités ; le mélange de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée avec un activateur de prise de ciment pour activer la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée ; l'introduction de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée dans une formation souterraine ; et le fait de laisser la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée prendre dans la formation souterraine.
Selon un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, l'activateur de prise de ciment est choisi dans le groupe constitué des hydroxydes des groupes IA et IIA , des aluminates alcalins, du ciment Portland ; et dans lequel l'activateur de prise de ciment est présent à hauteur d'environ 0,01 % à environ 10 % en poids de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée.
Selon un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, le procédé comprend en outre la conservation de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée dans un récipient pendant une durée d'au moins environ 1 jour ou plus avant l'étape de mélange.
Selon un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, le procédé comprend en outre la conservation de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée dans un récipient pendant une durée d'au moins environ 7 jours ou plus avant l'étape de mélange.
Selon un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, la formation souterraine a une température d'environ de 400°F (soit environ 204 °C) ou plus.
Selon un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, un système permettant la cimentation d'une formation souterraine comprend : une composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée selon l’un quelconque des modes de réalisation précités ; un équipement de mélange apte à mélanger la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée ; et un équipement de pompage apte à pomper la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée à travers une conduite et dans un espace annulaire de puits de forage qui pénètre dans la formation souterraine.
Selon un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, le système comprend en outre un récipient apte à conserver la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée pendant une durée d'au moins environ 7 jours ou plus sans prise.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
[0005] Les dessins illustrent certains aspects de certains des modes de réalisation du présent procédé, et ne doivent pas servir à limiter ou à définir le procédé.
[0006] La figure 1 illustre un système de préparation et d'introduction d'une composition de ciment CAP à durée de vie prolongée dans un puits de forage selon certains exemples.
[0007] La figure 2 illustre un équipement de surface qu'on peut utiliser pour placer une composition de ciment CAP à durée de vie prolongée dans un puits de forage conformément à certains exemples.
[0008] La figure 3 illustre le placement d'une composition de ciment CAP à durée de vie prolongée dans un espace annulaire de puits de forage selon certains exemples.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
[0009] L'invention concerne des compositions et des procédés permettant d'utiliser des compositions de ciment à durée de vie prolongée dans des exploitations de puits. Plus particulièrement, elle concerne des compositions et des procédés de cimentation utilisant des compositions de ciment à base d'aluminophosphate de calcium (« CAP ») à durée de vie prolongée dans des exploitations de puits.
[0010] Les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent contenir une composition de ciment d'aluminophosphate de calcium. Dans ce contexte, une composition de ciment d'aluminophosphate de calcium est une composition contenant de l'aluminate de calcium et un composant contenant du phosphate qui réagit pour former des aluminophosphates de calcium. Les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent contenir du ciment à base d'aluminate de calcium, un polyphosphate, un aluminosilicate, de l'eau et un retardateur de prise de ciment. En option, les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent contenir un activateur de prise de ciment, un accélérateur de prise de ciment et/ou un agent dispersant. Avantageusement, les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent être à même de rester dans un état fluide pompable pendant une durée étendue, c.-à-d. qu'elles sont à même de rester dans un état fluide pompable pendant au moins un jour (par ex. environ 7 jours, environ 2 semaines, environ 2 ans ou plus) à température ambiante (par ex., environ 80 °F (soit environ 27°C)) lors d'un stockage. Généralement, les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent développer une certaine résistance à la compression après activation. Avantageusement, les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent développer des résistances à la compression raisonnables à des températures relativement élevées (par ex., des températures supérieures à 400 °F (soit environ 204 °C)). Ainsi, alors que les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent s'avérer appropriées pour un certain nombre d'opérations de cimentation souterrain, elles peuvent s'avérer particulièrement appropriées pour un emploi dans des formations souterraines où régnent des températures statiques de fond de puits relativement élevées. De plus, les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent résister à des attaques corrosives d'éléments corrosifs, tels que l'acide carbonique ou le sulfure d'hydrogène, susceptibles de se trouver dans la formation souterraine.
[0011] Les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent contenir un ciment d'aluminate de calcium. Tout ciment d'aluminate de calcium peut convenir à cette fin. On peut décrire les ciments d'aluminate de calcium comme des ciments qui contiennent des aluminates de calcium à hauteur de plus de 50 % en poids du ciment sec d'aluminate de calcium (c.-à-d. le ciment d'aluminate de calcium avant ajout d'eau ou d'autres adjuvants). On peut définir un aluminate de calcium comme tout aluminate de calcium comprenant, sans s'y limiter, l'aluminate de monocalcium, le dialuminate de monocalcium, l'aluminate de tricalcium, l'hepta-aluminate de dodéca-calcium, l'hexa-aluminate de monocalcium, l'aluminate de dicalcium, le trialuminate de pentacalcium, le trialuminate de tétracalcium, et similaires. L'aluminate de calcium SECAR 71®, qui est disponible dans le commerce auprès de Kemeos™ Aluminate Technologies, constitue un exemple d'aluminate de calcium approprié. Le ciment à base d'aluminate de calcium peut faire partie des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée selon une part, sans limitation, comprise entre environ 10 % et environ 79 % en poids des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée. Par exemple, le ciment d'aluminate de calcium peut être présent dans un intervalle compris parmi l'un quelconque et/ou contenant l'un quelconque d'environ 10%, d'environ 15 %, d'environ 20%, d'environ 25 %, d'environ 30 %, d'environ 35 %, d'environ 40 %, d'environ 45 %, d'environ 50 %, d'environ 55 %, d'environ 60 %, d'environ 65 %, d'environ 70 %, d'environ 75 % ou d'environ 79 % en poids de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. Avec le bénéfice de cette divulgation, un homme du métier sera en mesure de choisir un type approprié de ciment d'aluminate de calcium et doit reconnaître la bonne part du ciment d'aluminate de calcium à inclure pour une application choisie.
[0012] Les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent contenir un polyphosphate. Tout composé contenant un polyphosphate, sel de phosphate ou similaire peut suffire. Les exemples de polyphosphates peuvent contenir des polyphosphates de sodium, tels que l'hexamétaphosphate de sodium, le polytriphosphate de sodium, les polyphosphates de potassium, tels que le tripolyphosphate de potassium, les composés similaires ou une combinaison de ceux-ci. Un exemple de polyphosphate approprié est le polyphosphate de sodium CALGON®, disponible auprès de la société CALGON CARBON CORPORATION®, Pittsburgh, Pennsylvanie. On peut ajouter le polyphosphate dans d'autres composants de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée sous forme de solution aqueuse. Sinon, on peut ajouter le polyphosphate dans les autres composants de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée sous forme de solide sec ou de particules solides sèches. Le polyphosphate peut faire partie des compositions de ciment CAP à durée de vie étendue en quantité souhaitable pour une application particulière, comme cela apparaîtra aux spécialistes bénéficiant de cette divulgation. Le polyphosphate peut par exemple être présent dans les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée selon une part comprise entre environ 1 % et environ 30 % en poids des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée. Par exemple, le polyphosphate peut être présent dans un intervalle compris parmi l'un quelconque et/ou contenant l'un quelconque d'environ 1 %, d'environ 5 %, d'environ 10 %, d'environ 15 %, d'environ 20 %, d'environ 25 %, d'environ 30 % en poids de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. Avec le bénéfice de cette divulgation, un homme du métier sera en mesure de choisir un type approprié de polyphosphate et doit reconnaître la bonne part de polyphosphate à inclure pour une application choisie.
[0013] Les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent contenir un retardateur de prise de ciment. Des exemples de retardateur de prise de ciment peuvent comprendre, sans limitation, des acides hydroxycarboxyliques tels que l'acide citrique, l'acide tartrique, les acides gluconiques ou leurs sels respectifs, l'acide borique ou son sel respectif et leurs combinaisons. L'agent de séquestration de fer Fe-2™disponible auprès de la société Halliburton Energy Services, Inc. Houston, Texas, constitue un exemple commercial de retardateur de prise de ciment approprié. Généralement, le retardateur de prise de ciment peut être présent dans les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée selon une part suffisant à retarder la prise pendant une durée voulue. Le retardateur de prise de ciment peut être présent dans les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée selon une part, sans limitation, comprise entre environ 0,01 % et environ 10 % en poids du ciment d'aluminate de calcium. Plus particulièrement, le retardateur de prise de ciment peut être présent dans un intervalle compris parmi l'un quelconque et/ou contenant l'un quelconque d'environ 0,01 %, d'environ 0,1 %, d'environ 1 %, d'environ 2 %, d'environ 4 %, d'environ 6 %, d'environ 8 % ou d'environ 10 % en poids du ciment d'aluminate de calcium. De plus, il est important d'utiliser des retardateurs de prise de ciment n'affectant pas de façon indésirable les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée, par exemple, par augmentation du pH des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée sauf si cela est souhaité. Avec le bénéfice de cette divulgation, un homme du métier sera en mesure de choisir un type approprié de retardateur de prise de ciment et doit reconnaître la bonne part du retardateur de prise de ciment à inclure pour une application choisie.
[0014] Les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent contenir de l'eau. L'eau peut provenir de n'importe quelle source à condition qu'elle ne contienne pas d'excès de composés susceptibles d'avoir un effet indésirable sur d'autres composants dans les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée, par exemple, il peut être souhaitable qu'aucun composé présent dans l'eau n'élève l'alcalinité des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée, sauf si cela est souhaité. L'eau peut être de l'eau douce ou de l'eau salée. L'eau salée peut généralement contenir au moins un sel dissous et peut être saturée ou non selon ce qu'on souhaite pour une application particulière. L'eau de mer ou des saumures peuvent convenir pour un usage dans certaines applications. De plus, l'eau peut être présente selon une part suffisant à former une composition pompable. Sans limitation, l'eau peut par exemple être présente dans les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée selon une part comprise entre environ 20 % et environ 89 % en poids de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. Par exemple, l'eau peut être présente dans un intervalle compris parmi l'un quelconque et/ou contenant l'un quelconque d'environ 20 %, d'environ 25 %, d'environ 30 %, d'environ 35 %, d'environ 40 %, 45 %, d'environ 50 %, d'environ 55 %, d'environ 60 %, d'environ 65 %, d'environ 70 %, d'environ 75 %, d'environ 80 %, d'environ 85 % ou d'environ 89 % en poids de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. Avec le bénéfice de cette divulgation, un homme du métier sera en mesure de choisir la bonne part d'eau à inclure pour une application choisie.
[0015] Les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent éventuellement contenir un aluminosilicate. Tout aluminosilicate peut convenir, à condition qu'il ne soit pas alcalin ou qu'il ne possède de composant qui mélangé à l'eau élève l'alcalinité des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée, sauf si cela est souhaité. Par exemple, la cendre volante de classe C est un aluminosilicate qui contient typiquement une part suffisante de matière alcaline (par ex. de la chaux ou de la chaux hydratée) et peut élever l'alcalinité, et donc induire une prise précoce des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée. Sinon, la cendre volante de classe F peut ne pas contenir typiquement une part suffisante de matière alcaline, si bien que l'alcalinité des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peut s'élever jusqu'à un point où une prise précoce peut être induite. On veillera donc à choisir un aluminosilicate de manière à ne pas induire de prise précoce de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée, par élévation indésirable de l'alcalinité de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. Les exemples d'aluminosilicates peuvent contenir de la cendre volante, du métakaolin, du grog, de la pouzzolane, du schiste vitrifié, de la cendre de biomasse (c.-à-d. de la cendre de canne à sucre, de la cendre d'enveloppe de riz) et des matières similaires, ou une combinaison de celles-ci. L'aluminosilicate peut faire partie des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée en quantité désirable pour une application particulière, comme cela sera évident pour les spécialistes bénéficiant de cette divulgation. L'aluminosilicate peut par exemple être présent dans les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée selon une part, sans limitation, comprise entre environ 0 % et environ 69 % en poids des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée. Par exemple, l'aluminosilicate peut être présent dans un intervalle compris parmi l'un quelconque et/ou contenant l'un quelconque d'environ 0 %, d'environ 5 %, d'environ 10 %, d'environ 15 %, d'environ 20 %, d'environ 25 %, d'environ 30 %, d'environ 35 %, d'environ 40 %, d'environ 45 %, d'environ 50 %, d'environ 55 %, d'environ 60 %, d'environ 65 %, ou d'environ 69 % en poids de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. Avec le bénéfice de cette divulgation, un homme du métier sera en mesure de choisir un type approprié d'aluminosilicate et doit reconnaître la bonne part d'aluminosilicate à inclure pour une application choisie.
[0016] Les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent éventuellement contenir un activateur de prise de ciment quand il est souhaitable d'induire la prise des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée. Certains activateurs de prise de ciment peuvent en outre agir en tant qu'accélérateurs de prise de ciment et peuvent accélérer le développement de la résistance à la compression dans les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue, en plus d'activer les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée. Un activateur de prise de ciment peut être toute espèce alcaline qui augmente le pH des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée, au point d'amorcer des réactions d'hydratation dans les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée, mais sans interférer par ailleurs avec la prise des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée. Sans se limiter à la théorie, on pense que l'activation peut être induite du fait que l'activateur de prise de ciment supprime la barrière à l'hydratation causée par les agents retardateurs de prise de ciment présents dans les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée. Des exemples potentiels d'activateurs de prise de ciment peuvent comprendre, sans limitation : des hydroxydes des groupes IA et IIA tels que l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de magnésium et l'hydroxyde de calcium ; des aluminates alcalins tels que l'aluminate de sodium ; du ciment Portland, et similaires. L'activateur de prise de ciment peut être présent dans les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée selon une part comprise entre environ 0,01 % et environ 10 % en poids du ciment d'aluminate de calcium. Plus particulièrement, l'activateur de prise de ciment peut être présent dans un intervalle compris parmi l'un quelconque et/ou contenant l'un quelconque d'environ 0,01 %, d'environ 0,1 %, d'environ 1 %, d'environ 2 %, d'environ 4 %, d'environ 6 %, d'environ 8 % ou d'environ 10 % en poids du ciment d'aluminate de calcium. Comme on l'a vu précédemment, les activateurs de prise de ciment peuvent contenir de l'hydroxyde de calcium qu'on peut appeler de la chaux hydratée. Dans ce contexte, l'appellation « chaux hydratée » veut dire hydroxyde de calcium. Dans certains modes de réalisation, la chaux hydratée peut être procurée sous forme de chaux vive (oxyde de calcium) qui s'hydrate lorsqu'on la dissout dans l'eau pour former la chaux hydratée. La chaux hydratée peut par exemple servir à activer les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée.
[0017] Comme on l'a vu précédemment, l'activateur de prise de ciment peut contenir un ciment Portland. Les exemples de tels ciments de Portland comprennent, sans s'y limiter, des ciments de classes A, C, H ou G selon l'American Petroleum Institute, API Spécification for Materials and Testingfor Well Cements, Spécification API 10, 5e éd., 1er juillet 1990. De plus, le ciment Portland peut contenir des ciments Portland classés comme ASTM Type I, Π, ΙΠ, IV ou V.
[0018] Dans certains exemples, il peut être souhaitable de retarder la libération de l'activateur de prise du ciment. Dans ces exemples, l'activateur de prise du ciment peut être combiné à un liant. Le liant peut servir à donner une structure pour maintenir l'activateur de prise de ciment dans au moins une masse pour permettre le dosage de l'activateur de prise de ciment. Les liants appropriés comprennent, sans s'y limiter, le gel de silice, l'aluminosilicate, le chitosane et la cellulose, leurs dérivés et leurs combinaisons. La quantité de liant utilisée dépend de l'activateur de prise de ciment choisie et du degré souhaité auquel l'activateur de prise de ciment choisi doit être lié.
[0019] L'activateur de prise du ciment et le liant peuvent être combinés pour former une suspension ou une pâte, puis on les laisse sécher et durcir. Une fois sous une forme durcie, l'activateur de prise de ciment peut être coupé ou cassé en petites particules et dimensionné à l'aide d'un tamis. Généralement, les particules ont une dimension qui leur permet d'être transportables dans une formation souterraine et mélangées avec une composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. Dans certains exemples, les particules peuvent avoir une taille comprise entre environ 30 et environ 80 mesh. Dans ce contexte, l'unité « mesh » correspond à la maille de taille standard américaine (USA).
[0020] Du fait de la nature de liant de cette forme de particules dimensionnées de l'activateur de prise du ciment, l'activateur de prise de ciment peut être libéré et ainsi activer la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée à une plus petite vitesse par rapport à un activateur de prise de ciment qui n'a pas été combiné à un liant. Dans certains exemples, la libération de l'activateur de prise de ciment peut être encore retardée par encapsulation de l'activateur de prise de ciment avec un revêtement extérieur (par ex. un revêtement dégradable qui se dégrade au fond du puits) qui limite encore la libération de l'activateur de prise de ciment. Dans ce contexte, le terme « revêtement » ou « revêtement extérieur » et les expressions similaires ne laissent en rien préjuger du degré particulaire de revêtement sur la particule. En particulier, le terme « revêtement » ne laisse en rien préjuger de la couverture à 100% par le revêtement sur la particule. Dans certains exemples, un revêtement extérieur, comprenant le degré de revêtement, peut servir à réguler la vitesse de libération de l'activateur de prise du ciment. Dans un exemple spécifique par exemple, le revêtement extérieur peut être conçu pour gêner la libération de l'activateur de prise de ciment jusqu'à ce que la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée soit dans la partie de la formation souterraine à cimenter, alors que le revêtement extérieur peut se dégrader du fait des températures élevées dans la formation souterraine et que l'activateur de prise de ciment peut être libéré dans l'ensemble de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. La durée de retard de la libération de l'activateur de prise du ciment peut être dans un intervalle quelconque et/ou comprendre toute valeur d'environ 1 mn à environ 24 h. La durée pour le retard de libération peut par exemple être dans l'intervalle quelconque et/ou comprendre toute valeur d'environ 1 minute, environ 5 minutes, environ 30 minutes, environ 1 heure, environ 6 heures, environ 12 heures ou environ 24 heures. Les facteurs opérationnels tels que le débit de pompe, les dimensions de conduite et des paramètres similaires peuvent influer sur la durée de retard.
[0021] Le revêtement extérieur peut être constitué d'un matériau hydrosoluble présentant un point de fusion compris entre environ 100 °F (soit environ 38°C) et environ 500 °F (soit 260°C). Une matière insoluble dans l'eau peut empêcher le revêtement extérieur de se dissoudre dans les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue tant qu'on le souhaite. Les matières appropriées de revêtement peuvent comprendre sans s'y limiter des polysaccharides tels que le dextrane et la cellulose, des chitines, des lipides, du latex, une cire, des chitosanes, des protéines, des polyesters aliphatiques, des poly(lactides), des poly(glycolides), des poly(s-caprolactones), des poly(hydroxybutyrates), des poly(anhydrides), des polycarbonates aliphatiques , des orthoesters, des poly(orthoesters), des poly(acides aminés), des poly(oxydes d'éthylène), des polyphosphazènes, leurs dérivés, leurs copolymères ou une combinaison de ceux-ci.
[0022] Comme on l'a déjà indiqué, les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent éventuellement contenir un agent dispersant. Les exemples de dispersants appropriés peuvent comprendre, sans limitation, des dispersants à base de formaldéhyde sulfoné (par ex. un condensât de formaldéhyde d'acétone sulfoné), dont des exemples peuvent comprendre le dispersant Daxad® 19 disponible auprès de Geo Specialty Chemicals, Ambler, Pennsylvanie. De plus, on peut utiliser des phosphonates de polyoxyéthylène et des polycarboxylates de polyox. D'autres dispersants appropriés peuvent être des dispersants d'éther polycarboxylés tels que les dispersants Liquiment® 5581F et Liquiment® 514L disponibles auprès de la société BASF de Houston, Texas ; ou le dispersant Ethacryl™ G disponible auprès de Coatex, Genay, France. Un autre exemple d'agent dispersant approprié et disponible dans le commerce est le dispersant CFR™-3 disponible auprès de la société Halliburton Energy Services, Inc., ciment approprié. Le dispersant Liquiment® 514L peut contenir 36 % en poids de l'éther polycarboxylé dans de l'eau. Alors qu'un certain nombre de dispersants peuvent être utilisés, certains dispersants peuvent être préférés pour une utilisation avec des agents retardateurs spécifiques de la prise du ciment. De plus, on peut souhaiter utiliser des dispersants n'affectant pas indésirablement les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée, par exemple par induction d'une prise précoce. Avec le bénéfice de cette divulgation, un homme du métier sera en mesure de choisir le bon type de dispersant à inclure pour une application choisie.
[0023] Le dispersant peut être présent, sans limitation, dans les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée selon une part comprise entre environ 0,01 % et environ 5 % en poids du ciment d'aluminate de calcium. Plus particulièrement, le dispersant peut être présent dans un intervalle compris parmi l'un quelconque et/ou contenant l'un quelconque d'environ 0,01 %, d'environ 0,1 %, d'environ 0,5 %, d'environ 1 %, d'environ 2 %, d'environ 3 %, d'environ 4 % ou d'environ 5 % en poids du ciment d'aluminate de calcium. Avec le bénéfice de cette divulgation, un homme du métier sera en mesure de choisir la bonne teneur de dispersant à inclure pour une application choisie.
[0024] Les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent éventuellement contenir un sel de lithium susceptible d'agir comme un accélérateur de la prise du ciment. Un accélérateur de prise de ciment peut accélérer le développement d'une résistance à la compression une fois qu'une composition de ciment CAP à durée de vie étendue a été activée, mais l'accélérateur de prise de ciment, sauf mention contraire, n'induit pas lui-même d'activation de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. Des exemples de sels de lithium appropriés comprennent, sans limitation, le sulfate de lithium et le carbonate de lithium. Sans se limiter à la théorie, on pense que les ions lithium augmentent le nombre de sites de nucléation pour la formation d'hydrates dans les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée. Ainsi, quand les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue sont activées par combinaison avec un activateur de prise de ciment, la présence des sels de lithium peut accélérer le développement de résistance à la compression du ciment d'aluminophosphate de calcium. On préfère que le sel de lithium soit ajouté uniquement à des ciments retardés ou dormants d'aluminophosphate de calcium. L'introduction d'un sel de lithium dans un ciment d'aluminophosphate de calcium non retardé ou non dormant peut élever l'alcalinité du ciment d'aluminophosphate de calcium d'une ampleur suffisamment grande pour induire une prise précoce du ciment d'aluminophosphate de calcium, en fonction bien sûr du ciment d'aluminophosphate de calcium spécifique utilisé et d'autres composants présents dans la composition. Toutefois, les sels du lithium ajoutés aux ciments d'aluminophosphate de calcium retardés ou dormants peuvent empêcher ce risque. Le sel de lithium peut être inclus dans les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée selon une part, sans limitation, comprise entre environ 0,01 % et environ 10 % en poids du ciment d'aluminate de calcium. Plus particulièrement, le sel de lithium peut être présent dans un intervalle compris parmi l'un quelconque et/ou contenant l'un quelconque d'environ 0,01 %, d'environ 0,1 %, d'environ 0,5 %, d'environ 1 %, d'environ 2 %, d'environ 3 %, d'environ 4 %, d'environ 5 % ou d'environ 10 % en poids du ciment d'aluminate de calcium. Avec le bénéfice de cette divulgation, un homme du métier sera en mesure de choisir la bonne part de sel de lithium à inclure pour une application choisie.
[0025] D'autres adjuvants appropriés pour des opérations de cimentation souterraine peuvent être ajoutés aux compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée, comme il sera jugé approprier par un spécialiste du domaine. Les exemples de tels adjuvants comprennent, sans s'y limiter, des agents de pondération, des adjuvants de réduction du poids, des adjuvants de production de gaz, des adjuvants d'amélioration des propriétés mécaniques, des matières de circulation perdue, des agents de démoussage, des agents moussants, des adjuvants thixotropes, et des combinaisons de ceux-ci Des exemples spécifiques de ces adjuvants, et d'autres, comprennent des sels, des fibres, des argiles hydratables, des microsphères, des terres diatomées, des résines, du latex, leurs combinaisons et des adjuvants similaires. D'autres adjuvants optionnels peuvent aussi être inclus, qui comprennent, sans s'y limiter, de la poussière de four à ciment, de la poussière de four à chaux, leurs combinaisons et des adjuvants similaires. Avec le bénéfice de cette divulgation, un homme du métier sera en mesure de déterminer le type et la quantité d'adjuvant utiles pour une application particulière et pour le résultat souhaité.
[0026] Les agents de pondération sont typiquement des matières plus denses que l'eau et que l'on peut utiliser pour augmenter la densité des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée. À titre d'exemple, des agents de pondération peuvent avoir une densité relative d'environ 2 au moins (par ex. environ 2, environ 4, etc ). Les exemples d'agents de pondération qu'on peut utiliser comprennent, sans s'y limiter, l'hématite, l'hausmannite et la barytine, et leurs combinaisons.
Des exemples spécifiques d'agents de pondération appropriés comprennent un agent de pondération HI-DENSE®,disponible auprès de la société Halliburton Energy Services, Inc.
[0027] Des adjuvants de réduction du poids peuvent faire partie des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée pour par exemple réduire la densité des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée. Les exemples d'adjuvants de réduction du poids comprennent, sans s'y limiter, de la bentonite, le charbon, la gilsonite, des microsphères creuses, des perles élastiques à faible densité, l'azote, la pouzzolane-bentonite, le silicate de sodium, leurs combinaisons ou d'autres adjuvants légers connus dans la technique.
[0028] Des adjuvants de production de gaz peuvent faire partie des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée pour libérer du gaz à un moment prédéfini, ce qui peut s'avérer bénéfique pour empêcher la migration de gaz à partir de la formation à travers la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée avant qu'elle ne durcisse. Le gaz produit peut se combiner à la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée ou inhiber sa perméation par le gaz de la formation. Les exemples d'adjuvants de production de gaz appropriés comprennent, sans s'y limiter, des particules métalliques (par ex. de la poudre d'aluminium) qui réagissent avec une solution alcaline pour produire un gaz.
[0029] Des adjuvants d'amélioration des propriétés mécaniques peuvent être inclus dans des modes de réalisation des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée pour, par exemple, garantir une résistance adéquate à la compression et une intégrité de structure à long terme. Ces propriétés peuvent être affectées par les fatigues, les contraintes, la température, la pression et les effets d'impacts d'un environnement souterrain. Les exemples d'amélioration des propriétés mécaniques comprennent, sans s'y limiter, des fibres de carbone, des fibres de verre, des fibres métalliques, des fibres minérales, des fibres de silice, des élastomères polymères et des latex.
[0030] Des matières de perte de circulation peuvent êtreincluses dans des modes de réalisation des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée pour, par exemple, contribuer à prévenir la perte de circulation de fluide dans la formation souterraine. Les exemples de matières de perte de circulation comprennent sans s'y limiter l'écorce de cèdre, les tiges de canne broyée, de la fibre minérale, des écailles de mica, la cellophane, le carbonate de calcium, le caoutchouc moulu, des matières polymères, des morceaux de matière plastique, du marbre moulu, du bois, des coques de noix, des stratifiés de matière plastique (stratifié Formica®), des épis de maïs et des gousses de coton.
[0031] Des agents de démoussage peuvent faire partie des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée pour par exemple réduire la tendance des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée à mousser pendant le mélange et le pompage des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée. Des exemples d'adjuvants appropriés de démoussage comprennent, sans limitation, des composés de polyol silicone. Des adjuvants de démoussage appropriés sont disponibles auprès de Halliburton Energy Services, Inc., sous le nom de produit démoussants D-AIR™.
[0032] Des adjuvants de moussage (par ex. des tensio-actifs de moussage) peuvent faire partie des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée pour par exemple faciliter le moussage et/ou stabiliser la mousse obtenue que l'on forme grâce à eux. Des exemples d'adjuvants appropriés de moussage comprennent, sans limitation : des mélanges de sel d'ammonium d'un sulfate d'alkyl éther, d'un tensio-actif de cocoamidopropyl bétaïne, d'un tensio-actif d'oxyde de cocoamidopropyle diméthylamine, de chlorure de sodium et d'eau ; des mélanges de sel d'ammonium d'un tensio-actif de sulfate d'alkyl éther, d'un tensio-actif de sulfate d'alkyl éther, d'un tensio-actif de cocoamidopropyl hydroxysultaïne, d'un tensio-actif d'oxyde de cocoamidopropyl diméthylamine, de chlorure de sodium et d'eau ; de la kératine hydrolysée ; des mélanges d'un tensio-actif de sulfate d'éther d'alcool éthoxylé, d'un tensio-actif d'alkyle ou d'alcène amidopropyl bétaïne et d'un tensio-actif oxyde d'alcène diméthylamine ; des solutions aqueuses d'un tensio-actif de sulfonate d'alpha-oléfine et d'un tensio-actif de bétaïne ; et leurs combinaisons. Comme exemple d'adjuvant de moussage approprié, on a l'agent de ZONESEALANT™ 2000, disponible auprès de la société Halliburton Energy Services, Inc. Houston, Texas.
[0033] Des adjuvants thixotropes peuvent faire partie des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée pour par exemple produire une composition susceptible d'être pompée sous forme de fluide à viscosité faible, mais qui si elle restait quiescentepouvaitatteindre une viscosité relativement élevée. Entre autres choses, on peut employer des adjuvants thixotropes pour favoriser la régulation de l'eau libre, pour créer une gélification rapide quand la composition prend, pour combattre la circulation perdue, pour empêcher la « rechute » dans la colonne annulaire et pour limiter la migration de gaz. Les exemples d'adjuvants thixotropes appropriés comprennent, sans s'y limiter, le gypse, le carboxyalkyle hydrosoluble, l'hydroxyalkyle, le carboxyalkyle hydroxyalkyle mixte soit de cellulose, de sels de métal polyvalent, de l'oxychlorure de zirconium avec de l'hydroxyéthyl cellulose ou une combinaison de ceux-ci.
[0034] Un homme du métier appréciera que les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée aient généralement une densité appropriée pour une application particulière. À titre d'exemple, les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent avoir une densité comprise entre environ 4 livres par gallon (« lb/gal ») (soit environ 480 kg/m3) et environ 20 lb/gal (soit environ 2400 kg/m3). Dans certains exemples, les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent avoir une densité comprise entre environ 8 lb/gal (soit environ 960 kg/m3) et environ 17 lb/gal (soit environ 2000 kg/m3). Les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent être moussantes ou non, ou peuvent contenir d'autres moyens de réduction de leurs densités, tels que des microsphères creuses, des perles élastiques à faible densité ou d'autres adjuvants de réduction de la densité connus dans la technique. La densité peut être réduite après stockage, mais avant placement dans une formation souterraine. On peut utiliser des adjuvants de pondération pour augmenter la densité des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée. Les exemples d'agents de pondération appropriés peuvent comprendre la barytinerhématite, l'hausmannite, le carbonate de calcium, la sidérite, l'ilménite ou leurs combinaisons. Dans certains modes de réalisation particuliers, les agents de pondération peuvent avoir une densité relative supérieure ou égale à 3. Avec le bénéfice de cette divulgation, un homme du métier reconnaîtra la bonne densité nécessaire pour une application particulière.
[0035] Comme on l'a déjà indiqué, les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent présenter une prise retardée, de manière à être à même de rester dans un état fluide pompable pendant au moins un jour (par ex. environ 1 jour, environ 2 semaines, environ 2 ans ou plus) à température ambiante (par ex., environ 80 °F (soit environ 27°C)) lors d'un stockage. Par exemple, les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent rester dans un état fluide pompable pendant une durée d'environ 1 jour à environ 7 jours voire plus. Dans certains modes de réalisation, les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent rester dans un état fluide pompable pendant au moins environ 1 jour, environ 7 jours, environ 10 jours, environ 20 jours, environ 30 jours, environ 40 jours, environ 50 jours, environ 60 jours ou plus. On considère qu'un fluide est dans un état de fluide pompable quand le fluide a une consistance de moins de 70 unités de Bearden de consistance (« Bc »), telle que mesurée sur un consistomètre pressurisé conformément à la procédure de détermination des durées d'épaississement de ciment établies dans ΓΑΡΙ RP Pratique 10B-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, Première édition, juillet 2005.
[0036] Comme indiqué précédemment, quand on souhaite les utiliser, les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent être activées (par ex. par ajout d'un activateur de prise de ciment) pour prendre en masse durcie. Le terme « activer », dans ce contexte, correspond à l'activation d'une composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. Une composition de ciment CAP à durée de vie prolongée qui a été activée peut prendre en formant une masse durcie en une durée comprise entre environ 1 h et environ 12 jours, sans limitation. Par exemple, les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent prendre en formant une masse durcie en une durée dans l'intervalle quelconque et/ou prenant une valeur quelconque d'environ 1 h, d'environ 6 h, d'environ 12 heures, d'environ 1 jour, d'environ 2 jours, d'environ 4 jours, d'environ 6 jours, d'environ 8 jours, d'environ 10 jours, d'environ 12 jours, voire plus.
[0037] Les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent développer une résistance souhaitable à la compression après activation. La résistance à la compression est généralement la capacité d'une matière ou d'une structure à supporter des forces de poussée dirigées axialement. La résistance à la compression peut se mesurer à un moment donné après l'activation des compositions de ciment CAP à durée de vie étendue, alors que la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée est maintenue dans des conditions spécifiées de température et de pression.
La résistance à la compression peut se mesurer selon des procédés soit destructifs soit non destructifs. Le procédé destructif teste physiquement la résistance d'échantillons de fluide de traitement à différents instants en écrasant les échantillons dans une machine pour essais sous compression. La résistance à la compression se calcule à partir de la charge de défaillance divisée par la surface en coupe transversale résistant à la charge, et elle s'exprime en unités de livre-force par pouce carré (psi) ou en bar. Les méthodes non destructives peuvent employer un analyseur de ciment ultrasonore UCA™, disponible auprès de la société Fann Instrument Company, Houston, Texas. On peut déterminer des valeurs de résistance à la compression selon l'API RP 10B-2,Recommended Practice for Testing Well Cements, Première édition, juillet 2005.
[0038] à titre d'exemple, les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée qui ont été activées peuvent développer une résistance à la compression de 24 h dans l'intervalle allant d'environ 50 psi (soit environ 3,4 bar) à environ 5 000 psi (soit environ 340 bar), sinon, d'environ 100 psi (soit environ 6,9 bar) à environ 4 500 psi (soit environ 410 bar), ou sinon, d'environ 500 psi (soit environ 34 bar) à environ 4 000 psi (soit environ 280 bar). En particulier, les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent développer une résistance à la compression en 24 h d'au moins environ 50 psi (soit environ 3,4 bar), d'au moins environ 100 psi (soit environ 6,9 bar), d'au moins environ 500 psi (soit environ 34 bar) voire davantage. On peut déterminer des valeurs de valeurs de résistance à la compression grâce à des procédés destructifs ou non destructifs à toute température, toutefois le développement d'une résistance à la compression à des températures supérieures à 400 °F (environ 204°C) peut s'avérer d'une importance particulière pour un emploi potentiel dans des formations souterraines où régnent des températures statiques de fond de puits relativement élevées.
[0039] Dans certains exemples, les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent avoir des temps d'épaississement souhaitables. Le temps d'épaississement correspond habituellement à un temps où un fluide, tel qu'une composition de ciment CAP à durée de vie prolongée, reste dans un état fluide à même d'être pompé. On peut utiliser un certain nombre de différentes techniques de laboratoire pour mesurer le temps d'épaississement. On peut utiliser un consistomètre pressurisé actionné conformément à la procédure présentée dans la pratique API RP susmentionnée 10B-2 pour mesurer si un fluide se trouve dans un état de fluide pompable. Le temps d'épaississement peut être le temps nécessaire pour que le fluide de traitement atteigne 70 Bc et peut être défini comme le temps nécessaire pour atteindre 70 Bc. Les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent avoir des durées d'épaississement supérieures à environ 1 h, sinon, supérieures à environ 2 h, supérieures à environ 15 h, supérieures à environ 30 h, supérieures à environ 100 h ou sinon supérieures à environ 190 h à 3 000 psi (soit environ 210 bar), et des températures comprises entre environ 50 °F (soit 10°C) et environ 500 °F (soit 260 °C), sinon, dans un intervalle allant d'environ 250 °F (soit environ 121°C) à environ 500 °F (soit 260°C), et sinon, à une température supérieure à environ 400 °F (soit environ 204°C). Comme le montrent les exemples ci-après, les durées d'épaississement peuvent être contrôlées par le degré dont le pH des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée augmente. Cela est lié, à un certain degré, à la concentration de l'activateur de prise de ciment, et représente un procédé quantitatif de contrôle du temps de prise des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée.
[0040] Comme sauront l'apprécier les spécialistes, les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent être utilisées dans un certain nombre d'opérations souterraines, y compris la cimentation primaire et de remédiation. Par exemple, la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée peut contenir un ciment à base d'aluminate de calcium, un polyphosphate, un aluminosilicate, de l'eau, un retardateur de prise de ciment et éventuellement un agent dispersant, un accélérateur de prise de ciment et/ou une matière de charge. L'activateur de prise de ciment peut être ajouté dans la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée pour activer la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée avant qu'elle ne soit pompée au fond du trou, où elle peut être introduite dans une formation souterraine et où on peut l'y laisser prendre. Dans ce contexte, l'introduction de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée dans une formation souterraine comprend l'introduction dans n'importe quelle portion de la formation souterraine, comprenant, sans limitation, dans un puits de forage foré dans la formation souterraine, dans une région proche d'un puits de forage entourant le puits de forage, ou dans les deux.
[0041] D'autres applications peuvent comprendre le stockage de composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. Par exemple, la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée peut contenir un ciment à base d'aluminate de calcium, un polyphosphate, un aluminosilicate, de l'eau, un retardateur de prise de ciment et éventuellement un agent dispersant, un accélérateur de prise de ciment et/ou une matière de charge. La composition de ciment CAP à durée de vie prolongée peut être conservée dans un récipient ou dans un autre récipient approprié. Les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent être conservées puis activées avant leur pompage au fond du puits de forage ou pendant ce pompage. Les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent rester en conservation pendant une durée souhaitée. Par exemple, les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent rester en stockage pendant une durée d'environ 1 jour, d'environ 2 semaines, d'environ 2 ans voire plus. Par exemple, les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent rester en stockage pendant une durée d'environ 1 jour, d'environ 2 jours, d'environ 5 jours, d'environ 7 jours, d'environ 10 jours, d'environ 20 jours, d'environ 30 jours, d'environ 40 jours, d'environ 50 jours, d'environ 60 jours ou jusqu'à environ 2 ans. Quand on souhaite leur usage, les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent être activées par ajout d'un activateur de prise de ciment, introduites dans une formation souterraine où on peut les y laisser prendre.
[0042] Dans des applications de cimentation primaire, par exemple, les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent être introduites dans un espace annulaire entre une conduite située dans un puits de forage et les parois d'un puits de forage (et/ou une conduite plus large dans le puits de forage), le puits de forage pénétrant dans la formation souterraine. Les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent prendre dans l'espace annulaire pour former une gaine annulaire de ciment durci. Les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent former une barrière qui empêche la migration de fluides dans le puits de forage. Les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent aussi soutenir la conduite dans le puits de forage, par exemple.
[0043] Dans des applications de cimentation de remédiation, les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent être utilisées, par exemple, dans des opérations d'écrasement de ciment ou dans le placement de bouchons de ciment. A titre d'exemple, les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent être introduites dans un puits de forage pour boucher une ouverture (par ex. un vide ou une fissure) dans la formation souterraine, dans un massif de gravier, dans une conduite, dans la gaine de ciment et/ou entre la gaine de ciment et la conduite (par ex. un micro-espace annulaire).
[0044] On peut proposer un procédé de cimentation. Le procédé peut être utilisé en lien avec au moins un des procédés, des compositions et/ou des systèmes illustrés dans les figures 1 à 3. Le procédé peut comprendre l'utilisation d'une composition de ciment CAP à durée de vie prolongée contenant un ciment d'aluminate de calcium, un polyphosphate, de l'eau et un retardateur de prise de ciment ; le mélange de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée avec un activateur de prise de ciment pour activer la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée ; l'introduction de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée dans une formation souterraine ; et le fait de laisser la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée prendre dans la formation souterraine. Le retardateur de prise de ciment peut être choisi dans l'ensemble constitué des acides hydroxycarboxyliques ou de leurs sels respectifs, de l'acide borique ou de son sel respectif et de leurs combinaisons. Le retardateur de prise de ciment peut être présent en quantité d'environ 0,01 % à environ 10 % en poids de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. Le polyphosphate peut être l'hexamétaphosphate de sodium. Le polyphosphate peut être présent en quantité d'environ 1 % à environ 30 % en poids de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. La composition de ciment CAP à durée de vie prolongée peut en outre contenir un aluminosilicate et l'aluminosilicate peut être présent en quantité comprise entre environ 1 % et environ 69 % en poids de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. L'activateur de prise de ciment peut être choisi dans le groupe constitué des hydroxydes des groupes LA et ΠΑ, des aluminates alcalins, du ciment Portland et similaires, et l'activateur de prise de ciment peut être présent à hauteur d'environ 0,01 % à environ 10 % en poids de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. La composition de ciment CAP à durée de vie prolongée peut en outre contenir au moins un sel de lithium sélectionné dans l'ensemble constitué du sulfate de lithium, du carbonate de lithium et de toute combinaison de ceux-ci. La composition de ciment CAP à durée de vie prolongée peut être conservée dans un récipient pendant une durée d'au moins environ 1 jour ou plus avant l'étape de mélange. La composition de ciment CAP à durée de vie prolongée peut être conservée dans un récipient pendant une durée d'au moins environ 7 jours ou plus avant l'étape de mélange. La formation souterraine peut avoir une température d'environ 400 °F (soit 204°C) voire davantage.
[0045] On peut prévoir une composition de ciment à durée de vie prolongée pour une cimentation. La composition de cimentation à durée de vie prolongée peut être utilisée en lien avec au moins un des procédés, des compositions et/ou des systèmes illustrés dans les figures 1 à 3. La composition de cimentation à durée de vie prolongée peut contenir du ciment à base d'aluminate de calcium, un polyphosphate, de l'eau et un retardateur de prise de ciment. Le retardateur de prise de ciment peut être choisi dans l'ensemble constitué des acides hydroxycarboxyliques ou de leurs sels respectifs, de l'acide borique ou de son sel respectif et de leurs combinaisons. Le retardateur de prise de ciment peut être présent en quantité d'environ 0,01 % à environ 10 % en poids de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. Le polyphosphate peut être l'hexamétaphosphate de sodium. Le polyphosphate peut être présent en quantité d'environ 1 % à environ 30 % en poids de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. La composition de ciment CAP à durée de vie prolongée peut en outre contenir un aluminosilicate et l'aluminosilicate peut être présent en quantité comprise entre environ 1 % et environ 69 % en poids de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. L'activateur de prise de ciment peut être choisi dans le groupe constitué des hydroxydes des groupes IA et IIA, des aluminates alcalins, du ciment Portland et similaires, et l'activateur de prise de ciment peut être présent à hauteur d'environ 0,01 % à environ 10 % en poids de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. La composition de ciment CAP à durée de vie prolongée peut en outre contenir au moins un sel de lithium sélectionné dans l'ensemble constitué du sulfate de lithium, du carbonate de lithium et de toute combinaison de ceux-ci.
[0046] Un système de cimentation peut être prévu. Le système peut être utilisé en lien avec au moins un des procédés, des compositions et/ou des systèmes illustrés dans les figures 1 à 3. Le système peut contenir une composition de ciment CAP à durée de vie prolongée contenant : un ciment d'aluminate de calcium, un polyphosphate, de l'eau et un retardateur de prise de ciment ; un équipement de mélange apte à mélanger en continu la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée alors qu'elle est pompée dans un puits de forage pénétrant dans la formation souterraine ; et l'équipement de pompage est apte à pomper la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée à travers une conduite et dans un espace annulaire de puits de forage qui pénètre dans la formation souterraine. Le système peut en outre comprendre un récipient à même de conserver la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée pendant une durée d'au moins environ 7 jours ou plus sans prise. Le retardateur de prise de ciment peut être choisi dans l'ensemble constitué des acides hydroxycarboxyliques ou de leurs sels respectifs, de l'acide borique ou de son sel respectif et de leurs combinaisons. Le retardateur de prise de ciment peut être présent en quantité d'environ 0,01 % à environ 10 % en poids de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. Le polyphosphate peut être de l'hexamétaphosphate de sodium. Le polyphosphate peut être présent en quantité d'environ 1 % à environ 30 % en poids de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. La composition de ciment CAP à durée de vie prolongée peut en outre contenir un aluminosilicate et l'aluminosilicate peut être présent en quantité comprise entre environ 1 % et environ 69 % en poids de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. L'activateur de prise de ciment peut être choisi dans le groupe constitué des hydroxydes des groupes IA et IIA , des aluminates alcalins, du ciment Portland et similaires, et l'activateur de prise de ciment peut être présent à hauteur d'environ 0,01 % à environ 10 % en poids de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. La composition de ciment CAP à durée de vie prolongée peut en outre contenir au moins un sel de lithium sélectionné dans l'ensemble constitué du sulfate de lithium, du carbonate de lithium et de toute combinaison de ceux-ci.
[0047] Si l'on se rapporte maintenant à la figure 1, on va décrire à présent la préparation d'une composition de ciment CAP à durée de vie prolongée. La figure 1 illustre un système 2 de préparation d'une composition de ciment CAP à durée de vie prolongée et l'introduction consécutive de la composition dans un puits de forage. Comme on peut le voir, la composition de ciment CAP à durée de vie étendue peuvent être mélangée dans l'équipement de mélange 4, tel qu'un mélangeur à jets, un mélangeur à remise en circulation ou un mélangeur par lots, par exemple, puis pompé par l'équipement de pompage 6 jusqu'au puits de forage. L'équipement de mélange 4 et l'équipement de pompage 6 peuvent être disposés sur au moins un camion malaxeur, comme il apparaîtra aux spécialistes. On peut ajouter un activateur de prise de ciment dans l'équipement de mélange 4, ou on peut l'ajouter dans l'équipement de pompage 6. Sinon, on peut ajouter un activateur de prise de ciment dans une composition de ciment CAP à durée de vie prolongée une fois que la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée a été pompée dans le puits de forage. Dans les exemples qui ajoutent un activateur de prise de ciment dans l'équipement de mélange, on peut utiliser un mélangeur à jets, par exemple, pour mélanger en continu l'activateur de prise de ciment et la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée pendant qu'on la pompe dans le puits de forage. Sinon, on peut utiliser un mélangeur à remise en circulation et/ou un mélangeur par lots pour mélanger la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée et l'activateur de prise de ciment, et l'activateur peut être ajouté au mélangeur, sous forme de poudre, avant le pompage de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée au fond du puits. De plus, des unités de type mélangeur en lots peuvent être raccordées en ligne avec un réservoir séparé contenant un activateur de prise de ciment. L'activateur de prise de ciment peut alors être introduit en ligne avec la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée pendant qu'on la pompe hors de l'unité de mélange. H n'existe pas de procédé préféré pour préparer ou pour mélanger les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée, et un spécialiste doit être à même de facilement préparer, de mélanger et de pomper les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée grâce à l'équipement disponible.
[0048] On va maintenant décrire un exemple de technique pour placer une composition de ciment CAP à durée de vie prolongée dans une formation souterraine en se référant aux figures 2 et 3. La figure 2 illustre un équipement de surface 10 qu'on peut utiliser pour placer une composition de ciment CAP à durée de vie prolongée conformément à certains modes de réalisation. On notera qu'alors que la figure 2 illustre, de façon générale, une opération terrestre, les spécialistes du domaine reconnaîtront facilement que les principes décrits ici sont également applicables à des opérations sous-marines qui utilisent des plateformes et des installations flottantes ou sur le fond marin, sans s'écarter de la portée de cette divulgation. Comme l'illustre la figure 2, l'équipement de surface 10 peut contenir une unité de cimentation 12, qui peut contenir au moins un camion malaxeur. L'unité de cimentation 12 peut contenir l'équipement de mélange 4 et l'équipement de pompage 6 apparaissant à la figure 1 qui est représenté par le système 2 sur l'unité de cimentation 12, comme il apparaîtra aux spécialistes. L'unité de cimentation 12 peut pomper une composition de ciment CAP à durée de vie prolongée 14 à travers une conduite d'alimentation 16 et vers une tête de cimentation 18 qui conduit la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée 14 au fond du puits.
[0049] Si l'on revient à présent à la figure 3, on va maintenant décrire le placement de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée 14 dans une formation souterraine 20. Comme illustré, un puits de forage 22 peut être foré dans la formation souterraine 20. Tandis que le puits de forage 22 est illustré s'étendant globalement verticalement dans la formation souterraine 20, les principes décrits ici sont aussi applicables à des puits de forage qui s'étendent selon un certain angle à travers la formation souterraine 20, tels que des puits de forage horizontaux et inclinés. Comme illustré, le puits de forage 22 contient des parois 24. Dans le mode de réalisation illustré, un tubage de surface 26 a été introduit dans le puits de forage 22. Le tubage de surface 26 peut être cimenté aux parois 24 du puits de forage 22 par une gaine de ciment 28. Au moins une conduite supplémentaire (par ex. un tubage intermédiaire, un tubage de production, des chemisages, etc.), apparaissant ici sous forme de tubage 30, peuvent aussi être disposés dans le puits de forage 12. Comme illustré, il existe un espace annulaire 32 formé entre le tubage 30 et les parois 24 du puits de forage 22 et/ou le tubage de surface 26. Au moins un centreur 34 peut être attaché au tubage 30, par exemple, pour centrer le tubage 30 dans le puits de forage 22 avant et pendant l'opération de cimentation.
[0050] Si l'on se réfère encore à la figure 3, on voit que la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée 14 peut être pompée à l'intérieur du tubage 30. La composition de ciment CAP à durée de vie prolongée 14 peut s'écouler vers le bas à l'intérieur du tubage 30 à travers le sabot de tubage 42 au fond du tubage 30 et vers le haut autour du tubage 30 dans un espace annulaire 32 de puits de forage. La composition de ciment CAP à durée de vie prolongée 14 peut prendre dans l'espace annulaire 32 du puits de forage, par exemple pour former une gaine de ciment qui soutient et qui positionne le tubage 30 dans le puits de forage 22. On peut aussi utiliser d'autres techniques utilisées pour l'introduction de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée 14, même si elles ne sont pas illustrées. À titre d'exemple, on peut utiliser des techniques de circulation inverse qui comprennent l'introduction de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée 14 dans la formation souterraine 20 par la voie de l'espace annulaire 32 du puits de forage au lieu d'à travers le tubage 30.
[0051] Comme introduit, la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée 14 peut déplacer d'autres fluides 36, tels que des fluides de forage et/ou des fluides d'espacement susceptibles de se trouver à l'intérieur du tubage 30 et/ou de l'espace annulaire 32 du puits de forage. Au moins une partie des fluides 36 déplacés peut sortir de l'espace annulaire 32 du puits de forage par une ligne de conduite 38 et être déposée, par exemple, dans au moins une fosse de retenue 40 (par ex. un bassin de décantation), comme le montre la figure 2. Si l'on se réfère encore à la figure 3, on voit qu'un bouchon inférieur 44 peut être introduit dans le puits de forage 22 en haut de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée 14, par exemple, pour séparer la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée 14 des fluides 36 susceptibles de se trouver dans le tubage 30 avant cimentation. Quand le bouchon inférieur 44 atteint le collier de pose 46, un diaphragme ou un autre dispositif approprié doit rompre pour permettre à la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée 14 de s'écouler à travers le bouchon 44. Dans la figure 3, le bouchon inférieur 44 apparaît sur le collier de pose 46. On peut introduire un bouchon supérieur 48 dans le puits de forage 22 derrière la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée 14. Le bouchon supérieur 48 peut séparer la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée 14 d'un fluide de déplacement 50 et aussi pousser la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée 14 à s'écouler à travers le bouchon inférieur 44.
[0052] Les exemples de compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée décrits ici peuvent affecter directement ou indirectement au moins un composant ou au moins une pièce de l'équipement associé à la préparation, à l'introduction, à la récupération, au recyclage, à la réutilisation et/ou à l'élimination des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée. Par exemple, les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent affecter directement ou indirectement au moins un mélangeur, l'équipement apparenté de mélange, les bassins de décantation, les installations ou les unités de stockage, les séparateurs de composition, les échangeurs de chaleur, les capteurs, les jauges, les pompes, les compresseurs et les appareils similaires utilisés produisent, conservent, suivent, régulent et/ou reconditionnent les exemples de compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée. Les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent également affecter directement ou indirectement tout équipement de transport ou de livraison utilisé pour transporter les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée vers un site de puits ou au fond d'un puits tels que par exemple des vaisseaux, des conduites, des pipelines, des chariots, des tubes et/ou des tuyaux utilisés pour déplacer compositionnellement les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée d'un emplacement vers un autre, des pompes, des compresseurs ou des moteurs (par ex. côté supérieur ou en fond de puits) utilisés pour mettre les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée en mouvement, tout clapet ou joint apparenté utilisé pour réguler la pression ou le débit des compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée, et tout capteur ( c.-à-d., de pression et de température), des jauges et/ou des combinaisons de ceux-ci, etc. Les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée peuvent aussi affecter directement ou indirectement les divers équipements de fond de puits et les outils susceptibles de venir en contact avec les compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée, tels que, mais sans s'y limiter, le tubage de puits de forage, le chemisage de puits de forage, le train de complétion, les trains d'entretoises, le train de forage, le tubage enroulé, le câble lisse, la ligne câblée, le tube de forage, les colliers de forage, les moteurs à boue, les moteurs de fond de puits et/ou les pompes, les pompes à ciment, les moteurs montés en surface, les flotteurs (par ex. des sabots, des colliers, des clapets, etc.), des outils de diagraphie et de l'équipement de télémétrie afférent, des actionneurs (par ex. des dispositifs électromécaniques, des dispositifs hydromécaniques, etc.), des gaines coulissantes, des gaines de production des dispositifs de régulation du flux entrant autonome, des dispositifs de contrôle du flux sortant, etc ), des couplages (par ex. un raccord mouillé électrohydraulique, un raccord sec, un coupleur inductif, etc ), des lignes de contrôle (par ex., électriques, à fibres optiques, hydrauliques, etc ), des lignes de surveillance, des trépans et des alésoirs, des capteurs ou des capteurs distribués, des échangeurs de chaleur de fond de puits, des clapets et des dispositifs d'actionnement correspondants, des joints d'outils, des garnitures d'étanchéité, des bouchons de ciment, des bouchons provisoires et d'autres dispositifs d'isolation de puits de forage, ou des composants, et des dispositifs similaires.
EXEMPLES
[0053] Pour faciliter une meilleure compréhension des présentes revendications, on donne les exemples suivants de certains aspects de la divulgation. Les exemples suivants ne doivent en aucun cas limiter ou définir la portée globale des revendications.
Exemple 1 [0054] On réalise un exemple comparatif à l'aide d'une composition de ciment à base d'aluminate de calcium à durée de vie prolongée (échantillon 1) et d'une composition de ciment CAP à durée de vie prolongée (échantillon 2). Plus particulièrement, la composition de ciment à base d'aluminate de calcium est constituée d'environ 40 % à environ 70 % d'aluminate de calcium en poids, d'environ 33 % à environ 200 % d'eau en poids du ciment d'aluminate de calcium, d'environ 0,01 % à environ 10 % de retardateur de prise de ciment en poids du ciment d'aluminate de calcium et d'environ 0,01 % à environ 5 % de dispersant en poids du ciment d'aluminate de calcium. On se procure la suspension de ciment d'aluminate de calcium auprès de Kemeos, Inc., Chesapeake, Virginie ; sous la forme d'un système d'aluminate de calcium retardé contenant une suspension de ciment d'aluminate de calcium contenant 40 à 70 % de matières solides. La densité calculée de la composition de ciment d'aluminate de calcium atteint 14,7 lb/gal (soit environ 1760 kg/m3).
[0055] La composition de ciment CAP à durée de vie prolongée contient 37,6 % du ciment d'aluminate de calcium (210 g) en poids de la composition totale de ciment, 4,0 % de polyphosphate (22,1 g d'hexamétaphosphate de sodium) en poids de la composition totale de ciment, 37,6 % d'aluminosilicate (210 g de cendre volante de classe F) en poids de la composition totale de ciment et 20,9 % d'eau (117 g). La composition totale atteint 559,1 g et a une densité de 15,2 lb/gal (soit environ 1800 kg/m3).
[0056] Les viscosités apparentes, les viscosités plastiques et les limites élastiques se calculent d'après les lectures de délabrement FYSA des deux compositions telles que mesurées sur une période de 14 jours à l'aide d'un viscosimètre modèle 35A Fann® et d'un ressort n°2 doté d'un adaptateur de limite d'élasticité Fann® (FYSA), selon la procédure présentée dans la pratique API RP 10B-2,Recommended Practice for Testing Well Cements. Les données sont présentées dans le tableau 1 ci-dessous.
Tableau 1
Exemple comparatif de profil rhéologique de deux compositions de ciment CAP à durée de vie étendue
[0057] Les données indiquent que la composition à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie étendue est stable pendant une durée de 14 jours et qu'elle présente un profil rhéologique similaire à celui de la composition de ciment à base d'aluminate de calcium à durée de vie prolongée.
Exemple 2 [0058] On ajoute une solution 4M d'hydroxyde de sodium dans la composition de ciment d'aluminophosphate de calcium de l'exemple 1 (échantillon 2). On ajoute la solution d'hydroxyde de sodium à une concentration de 2 % en poids de la composition totale.
[0059] On mesure la résistance à la compression non destructive à l'aide d'un analyseur de ciment aux ultrasons UCA™, disponible auprès de la société Fann® Instrument Company, Houston, Texas. On peut déterminer des valeurs de résistance à la compression selon ΓΑΡΙ RP 10B-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, Première édition, juillet 2005*. Les mesures de résistance à la compression sont prises à 12 et à 24 h. De plus, le temps jusqu'à 50 psi (soit environ 3,4 bar) et le temps jusqu'à 500 psi (soit environ 34 bar) sont notés, comme l'illustre le tableau 2.
[0060] L'échantillon est aussi soumis à un test destructif de résistance à la compression (Crush C.S.) à 24 h à l'aide d'une presse mécanique Tinius Olsen conforme à l'API RP Practice 10B-2, Recommended Practice for Testing Well Cements. La résistance à la compression indiquée est une moyenne pour deux cylindres de chaque échantillon. Les données apparaissent dans le tableau 2.
Tableau 2
Mesures de résistance à la compression de composition de ciment CAP à durée de vie prolongée
Conditions expérimentales* : 100 °F (soit environ 38°C), 3000 psi (soit environ 210 bar), 15 minutes de temps de rampe [0061] Les données indiquent que la suspension de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie étendue établit une résistance élevée à la compression à des températures aussi basses que 100 °F (soit environ 38°C).
Exemple 3 [0062] On réalise un exemple comparatif à l'aide de la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée (échantillon 1) de l'exemple 1.
[0063] On prépare une composition de ciment CAP à durée de vie prolongée (échantillon 3). L'échantillon 3 diffère du ciment d'aluminophosphate de calcium à durée de vie étendue (échantillon 2) de l'exemple 1 dans la mesure où il ne contient pas d'aluminosilicate. L'échantillon 3 contient 67,5 % du ciment d'aluminate de calcium (210 g) en poids de la composition totale de ciment, 3,6 % de polyphosphate (11,05 g d'hexamétaphosphate de sodium) en poids de la composition totale de ciment et 28,9 % d'eau (90 g). La composition totale atteint 311,05 g et a une densité de 15,0 lb/gal (soit environ 1800 kg/m3). La viscosité apparente se calcule d'après les lectures de délabrement FYSA des deux compositions telles que mesurées sur une période de 10 s à l'aide d'un viscosimètre modèle 35A Fann® et d'un ressort n°2 doté d'un adaptateur de limite d'élasticité Fann® (FYSA), selon la procédure présentée dans la pratique API RP 10B-2,Recommended Practice for Testing Well Cements. Les données sont présentées dans le tableau 3 ci-dessous.
Tableau 3
Exemple comparatif de viscosité apparente de deux compositions de ciment CAP à durée de vie étendue
[0064] Les données indiquent que la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée présente une viscosité apparente acceptable pour pomper et pour travailler. On note aussi que la composition de ciment CAP à durée de vie étendue présente une viscosité apparente relativement basse, en particulier à des taux de cisaillement relativement bas, par rapport à celle de la composition de ciment à base d'aluminate de calcium à durée de vie prolongée.
Exemple 4 [0065] On ajoute une solution 4M d'hydroxyde de sodium dans la composition de ciment CAP à durée de vie prolongée de l'exemple 3 (échantillon 3) pour l'activer. On ajoute la solution d'hydroxyde de sodium à une concentration de 2 % en poids de la composition totale. On prépare un autre échantillon (échantillon 4) qui est identique à l'échantillon 3, à l'exception qu'un sel de lithium (monohydrate de sulfate de lithium) est ajouté à l'échantillon 4 sous la forme d'un accélérateur de prise de ciment. On ajoute l'accélérateur de prise de ciment à une concentration de 1 % en poids de la composition totale. L'échantillon 4 est aussi activé comme l'échantillon 3.
[0066] On mesure les résistances à la compression non destructive des deux échantillons à l'aide d'un analyseur de ciment aux ultrasons UCA™, disponible auprès de la société Fann® Instrument Company, Houston, Texas. On peut déterminer des valeurs de résistance à la compression selon ΓΑΡΙ RP 10B-2,Recommended Practice for Testing Well Cements, Première édition, juillet 2005*. Les mesures de résistance à la compression sont prises à 12 et à 24 h. De plus, le temps jusqu'à 50 psi (soit environ 3,4 bar) et le temps jusqu'à 500 psi (soit environ 34 bar) sont notés comme l'illustre le tableau 4.
[0067] Les échantillons sont aussi soumis à un test destructif de résistance à la compression (Crush C.S.) à 7 jours à l'aide d'une presse mécanique Tinius Olsen conforme à l'API RP Practice 10B-2, Recommended Practice for Testing Well Cements. La résistance à la compression indiquée est une moyenne pour deux cylindres de chaque échantillon. Les données sont présentées dans le tableau 4.
Tableau 4
Mesures de résistance à la compression de compositions de ciment CAP à durée de vie prolongée.
Conditions expérimentales* : 100 °F (soit environ 38°C), 3000 psi (soit environ 210 bar), 15 minutes de temps de rampe [0068] Les données indiquent que les compositions de ciment CAP à durée de vie étendue établissent une résistance suffisante à la compression à 7 jours, même à des températures basses. Les données montrent aussi que l'ajout d'un sel de lithium augmente le développement de la résistance précoce.
Exemple 5 [0069] On prépare une composition de ciment CAP à durée de vie prolongée (échantillon 5) pour un test à des températures élevées (500 °F (soit 260°C)). L'échantillon 5 contient 36,7 % du ciment d'aluminate de calcium (210 g) en poids de la composition totale de ciment, 3,9 % de polyphosphate (22,1 g d'hexamétaphosphate de sodium) en poids de la composition totale de ciment, 36,7 % d'aluminosilicate (210 g de cendre volante de classe F) en poids de la composition totale de ciment et 22,7 % d'eau (130 g). La composition totale atteint 572,1 g et a une densité de 15,0 ppg.
[0070] On ajoute une solution 4M d'hydroxyde de sodium dans l'échantillon 5 pour l'activer. On ajoute la solution d'hydroxyde de sodium à une concentration de 2 % en poids de la composition totale.
[0071] On mesure la résistance à la compression non destructive à l'aide d'un analyseur de ciment aux ultrasons UCA™, disponible auprès de la société Fann® Instrument Company, Houston, Texas. On peut déterminer des valeurs de résistance à la compression selon l'API RP 10B-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, Première édition, juillet 2005*. Les mesures de résistance à la compression sont prises à 12 h, à 24 h, à 48 h, à 72 h et à 7 jours. De plus, le temps jusqu'à 50 psi (soit environ 3,4 bar) et le temps jusqu'à 500 psi (soit environ 34 bar) sont notés, comme l'illustre le tableau 5.
Tableau 5
Mesures de résistance à la compression de composition de ciment CAP à durée de vie prolongée
Conditions expérimentales* : 500 °F (soit 260°C), 3 000 psi (soit environ 210 bar), 180 minutes de temps de rampe [0072] Les données indiquent que le ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie étendue est à même d'établir une résistance stable à la compression même à des températures relativement élevées.
[0073] La précédente description propose plusieurs modes de réalisation des systèmes et des procédés d'utilisation décrits ici, qui peuvent contenir différentes étapes de procédé et d'autres combinaisons de composants. Il doit être compris que, bien que des modes de réalisation individuels puissent être discutés ici, la présente divulgation couvre toutes les combinaisons des modes de réalisation décrits, comprenant, sans limitation, les différentes combinaisons de composants, les combinaisons d'étape de procédé et les propriétés du système. On comprendra que les compositions et les procédés sont décrits en termes de « comprenant », « contenant » ou « incluant » divers composants ou étapes, les compositions et procédés peuvent aussi « être constitués essentiellement de » ou « être constitués de » divers composants et étapes. En outre, les articles indéfinis « un » ou « une », tels qu'ils sont utilisés dans les revendications, sont définis ici pour signifier un ou plusieurs de l'élément qu'ils introduisent.
[0074] Par souci de concision, seuls certains intervalles sont décrits explicitement ici. Toutefois, les intervalles partant de toute limite inférieure peuvent être combinés avec toute limite supérieure pour couvrir un intervalle non explicitement indiqué, et des intervalles partant de toute limite inférieure peuvent être combinés à toute autre limite inférieure pour couvrir un intervalle non explicitement indiqué, de la même manière, les intervalles partant de toute limite supérieure peuvent être combinés avec toute autre limite supérieure pour indiquer un intervalle non indiqué explicitement. De plus, à chaque fois qu'on indique un intervalle numérique avec une limite inférieure et une limite supérieure, tout chiffre ou tout intervalle compris qui se trouve à l'intérieur de l'intervalle est spécifiquement inclus. En particulier, chaque intervalle de valeurs (de la forme, « d'environ a à environ b » ou, de façon équivalente, « d'environ a à b », ou, de façon équivalente, « d'environ a-b ») indiqué ici doit être compris comme décrivant chaque nombre et chaque intervalle englobé à l'intérieur de l'intervalle le plus large de valeurs s'il n'est pas explicitement indiqué. Ainsi, chaque point ou valeur individuelle peut servir à sa propre limite inférieure ou supérieure combinée à tout autre point ou valeur individuelle ou à toute autre limite inférieure ou supérieure, pour indiquer un intervalle non indiqué explicitement.
[0075] Par conséquent, les présents modes de réalisation sont bien adaptés pour réaliser les objectifs et les avantages mentionnés et également ceux qui sont inhérents à la présente divulgation. Les modes de réalisation particuliers décris ci-dessus ne sont qu'illustratifs, étant donné que la présente divulgation peut être modifiée et pratiquée de façons différentes mais équivalentes qui seront évidentes aux spécialistes du domaine qui bénéficient des enseignements de l'invention. Bien que seuls des modes de réalisation individuels soient décrits, la présente divulgation couvre toute combinaison de tous les modes de réalisation. De plus, aucune limitation n'est prévue aux détails de construction ou de conception décrits ici, autres que ceux décrits dans les revendications ci-dessous. En outre, les termes dans les revendications ont leur signification claire et ordinaire, sauf en cas d'indication explicite et claire autre définie par le demandeur. Il est donc évident que les modes de réalisation illustratifs particuliers décrits ci-dessus peuvent être altérés ou modifiés, et toutes ces variations sont considérées comme faisant partie de la portée de ces modes de réalisation.
Claims (16)
- REVENDICATIONS1. Composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14), caractérisée en ce qu’elle contient : un ciment à base d'aluminate de calcium, un polyphosphate, de l'eau, et un retardateur de prise de ciment.
- 2. Composition selon la revendication 1, dans laquelle le retardateur de prise de ciment est choisi dans le groupe constitué des acides hydroxycarboxyliques ou de leurs sels respectifs, de l'acide borique ou de son sel respectif, et de toute combinaison de ceux-ci.
- 3. Composition selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le retardateur de prise de ciment est présent en quantité d'environ 0,01 % à environ 10 % en poids de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14).
- 4. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le polyphosphate contient de l'hexamétaphosphate de sodium.
- 5. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le polyphosphate est présent en quantité d'environ 1 % à environ 30 % en poids de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14).
- 6. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14) comprend en outre un aluminosilicate ; l'aluminosilicate étant présent en quantité d'environ 1 % à environ 69 % en poids de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14).
- 7. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14) contient en outre au moins un sel de lithium sélectionné dans l'ensemble constitué de sulfate de lithium, de carbonate de lithium et de toute combinaison de ceux-ci.
- 8. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle la composition comprend en outre un activateur de prise de ciment.
- 9. Composition selon la revendication 8, dans laquelle l'activateur de prise de ciment est choisi dans le groupe constitué des hydroxydes des groupes IA et ΠΑ, des aluminates alcalins, du ciment Portland ; et dans lequel l'activateur de prise de ciment est présent en quantité d'environ 0,01 % à environ 10 % en poids de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14).
- 10. Procédé de cimentation, caractérisé en ce qu’il comprend : l'utilisation d'une composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 ; le mélange de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14) avec un activateur de prise de ciment pour activer la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14) ; l'introduction de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14) dans une formation souterraine (20) ; et le fait de laisser la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14) prendre dans la formation souterraine (20).
- 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l'activateur de prise de ciment est choisi dans le groupe constitué des hydroxydes des groupes IA et IIA, des aluminates alcalins, du ciment Portland ; et dans lequel l'activateur de prise de ciment est présent à hauteur d'environ 0,01 % à environ 10 % en poids de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14).
- 12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, comprenant en outre la conservation de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14) dans un récipient pendant une durée d'au moins environ 1 jour ou plus avant l'étape de mélange.
- 13. Procédé selon la revendication 10 ou 11, comprenant en outre la conservation de la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14) dans un récipient pendant une durée d'au moins environ 7 jours ou plus avant l'étape de mélange.
- 14. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 13, dans lequel la formation souterraine (20) a une température d'environ 204 °C ou plus.
- 15. Système permettant la cimentation d'une formation souterraine (20), caractérisé en ce qu’il comprend : une composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 ; un équipement de mélange (4) apte à mélanger la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14) ; et un équipement de pompage (6) apte à pomper la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14) à travers une conduite et dans un espace annulaire (32) de puits de forage (22) qui pénètre dans la formation souterraine (20).
- 16. Système selon la revendication 15, comprenant en outre un récipient apte à conserver la composition de ciment à base d'aluminophosphate de calcium à durée de vie prolongée (14) pendant une durée d'au moins environ 7 jours ou plus sans prise.
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