FR3038645A1 - Obturation et abandon de puits avec des compositions de ciment a duree de vie prolongee - Google Patents
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Abstract
La présente divulgation concerne des procédés et des systèmes (2) pour des applications d'obturation et d'abandon. Un procédé comprend l'utilisation d'une composition de ciment à durée de vie prolongée (32) contenant du ciment à base d'aluminate de calcium, de l'eau et un retardateur de prise de ciment. Le procédé comprend également le mélange de la composition de ciment à durée de vie prolongée (32) avec un activateur de prise de ciment pour activer la composition de ciment, l'introduction de la composition de ciment à durée de vie prolongée (32) activée dans un puits de forage (44) et le fait de laisser la composition de ciment à durée de vie prolongée (32) activée prendre dans le puits de forage (44) pour former un bouchon. Le bouchon a une perméabilité inférieure à 0,1 millidarcy.
Description
CONTEXTE
[0001] Les procédés d'obturation et d'abandon d'un puits et, plus particulièrement, les procédés d'utilisation des compositions de ciment à durée de vie prolongée contenant un ciment d'aluminate de calcium pour obturer et abandonner un puits sont décrits.
[0002] On peut utiliser des compositions de ciment dans un certain nombre d'opérations 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 de rester dans un état fluide pompable pendant au moins un jour (par ex., au moins 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 ultérieurement 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. Entre autres, les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent convenir pour un emploi dans 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 offshores où l'espace à bord des navires peut s'avérer limité.
[0003] Dans les procédés de cimentation, tels que des opérations d'obturation et d'abandon, un obturateur peut être formé dans un puits de forage pour boucher le puits de forage pour l'abandon. Lors de la réalisation des opérations d'obturation et d'abandon, une composition de ciment à durée de vie prolongée peut être placée dans un puits de forage, à une profondeur souhaitée. La composition de ciment doit prendre dans le puits de forage, en formant une masse solidifiée (par ex., un bouchon) qui bouche des intervalles sélectionnés du puits de forage. Cette masse peut empêcher et/ou réduire la communication zonale et la migration des fluides qui pourraient contaminer des formations contenant de l’eau. Il peut être souhaitable, dans certains cas, de former un ou plusieurs bouchons dans un puits de forage adjacent à des formations produisant des hydrocarbures et des formations contenant de l'eau.
[0004] Dans des opérations d'obturation et d'abandon offshore classiques, un équipement peut être utilisé pour préparer la composition d'obturation et pour séparer les matières brutes. Cet équipement peut être transporté vers une plateforme offshore et l'équipement peut nécessiter un personnel supplémentaire pour son fonctionnement. Ces exigences supplémentaires peuvent augmenter les coûts et l'opération.
PRESENTATION
Dans un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, un procédé de cimentation comprend : l'utilisation d'une composition de ciment à durée de vie prolongée contenant un ciment à base d'aluminate de calcium, de l'eau et un retardateur de prise de ciment ; le mélange de la composition de ciment à durée de vie prolongée avec un activateur de prise de ciment pour activer la composition de ciment à durée de vie prolongée ; l'introduction de la composition de ciment à durée de vie prolongée activée dans un puits de forage ; et laisser la composition de ciment à durée de vie prolongée activée prendre dans le puits de forage pour former un bouchon dans le puits de forage qui a une perméabilité inférieure à 0,1 millidarcy.
Dans un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, un procédé de cimentation comprend : l'utilisation d'une composition de ciment à durée de vie prolongée contenant du ciment à base d'aluminate de calcium, de l'eau et un retardateur de prise de ciment ; le stockage de la composition de ciment à durée de vie prolongée pendant une période d'environ 1 jour ou plus ; le mélange de la composition de ciment à durée de vie prolongée avec un activateur de prise de ciment pour activer la composition de ciment à durée de vie prolongée ; l'introduction de la composition de ciment à durée de vie prolongée activée dans un puits de forage ; et laisser la composition de ciment à durée de vie prolongée activée prendre dans le puits de forage pour former un bouchon dans le puits de forage qui a une perméabilité inférieure à 0,1 millidarcy.
Dans 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.
Dans 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 durée de vie prolongée.
Dans un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, la composition comprend également un polyphosphate.
Dans 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 durée de vie prolongée.
Dans un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, le polyphosphate est de l'hexamétaphosphate de sodium.
Dans un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, l'hexamétaphosphate de sodium est présent en quantité d'environ 1% à environ 30 % en poids de la composition de ciment à durée de vie prolongée.
Dans 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 de toute combinaison de ceux-ci ; et 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 durée de vie prolongée.
Dans un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, la composition de ciment à durée de vie prolongée contient en outre au moins un sel de lithium sélectionné dans le groupe constitué du sulfate de lithium, du carbonate de lithium, et de toute combinaison de ceux-ci.
Dans un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, le procédé comprend en outre le stockage de la composition de ciment à durée de vie prolongée dans un récipient pendant une durée d'au moins environ 1 jour ou plus avant l'étape de mélange.
Dans un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, le procédé comprend en outre le stockage de la composition de ciment à durée de vie prolongée dans un récipient pendant une durée d'au moins environ 7 jours ou plus avant l'étape de mélange.
Dans un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, une formation souterraine adjacente au bouchon a une température d'environ 100 °F (soit environ 38 °C) ou moins.
Dans un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, un système permet des opérations d'obturation et d'abandon, le système comprenant : une composition de ciment à durée de vie prolongée contenant : du ciment à base d'aluminate de calcium, de l’eau, un retardateur de prise de ciment, et un activateur de prise de ciment ; un équipement de mélange pour mélanger la composition de ciment à durée de vie prolongée et l'activateur de prise de ciment pour préparer une composition de ciment à durée de vie prolongée activée ; et un équipement d'introduction de ciment pour introduire la composition de ciment à durée de vie prolongée activée à un emplacement choisi pour un bouchon dans un puits de forage.
Dans un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, le système est spécialement conçu pour la mise en œuvre d’un procédé selon l’un quelconque des modes de réalisation précités.
Dans un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, le système comprend en outre un récipient adapté pour conserver la composition de ciment à durée de vie prolongée.
Dans un ou plusieurs mode(s) de réalisation de la présente divulgation, l’équipement d'introduction pour introduire la composition de ciment à durée de vie prolongée activée comprend un équipement de pompage et/ou une cuillère de cimentation.
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 exemple de système de préparation et d’introduction d'une composition de ciment à durée de vie prolongée dans un puits de forage.
[0007] La figure 2A illustre un exemple d'un récipient de stockage de liquide qui peut être utilisé pour l'introduction d'une composition de ciment à durée de vie prolongée dans un puits de forage.
[0008] La figure 2B illustre un exemple d'un système d'introduction autonome qui peut être utilisé dans l'introduction d’une composition de ciment à durée de vie prolongée dans un puits de forage.
[0009] La figure 3 illustre un équipement de surface qui peut être utilisé pour introduire une composition de ciment à durée de vie prolongée.
[0010] La figure 4 illustre un exemple pour d'introduction d'une composition de ciment à durée de vie prolongée à travers un jeu de perforations ouvertes et/ou de fuite du tubage.
[0011] La figure 5 illustre un exemple d'introduction d’une composition de ciment à durée de vie prolongée dans une section de puits ouvert.
[0012] La figure 6 illustre un exemple pour l'introduction d'une composition de ciment à durée de vie prolongée à travers la partie supérieure d'un poisson et/ou d'un talon de tubage.
[0013] La figure 7 illustre un exemple pour l'introduction d'une composition de ciment à durée de vie prolongée en utilisant un trépan de décharge déployé par câble.
[0014] La figure 8 illustre un exemple d’un équipement en surface comprenant un trépan de décharge câblé pour l'introduction d'une composition de ciment à durée de vie prolongée.
DESCRIPTION DETAILLEE
[0015] Les procédés d'obturation et d'abandon d'un puits et, plus particulièrement, les procédés d'utilisation des compositions de ciment à durée de vie prolongée contenant un ciment d'aîuminate de calcium pour obturer et abandonner un puits sont décrits.
[0016] Les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent contenir du ciment à base d'aîuminate de calcium, un retardateur de prise de ciment et de l'eau. Éventuellement, les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent contenir un activateur de prise de ciment, un accélérateur de prise de ciment et/ou un agent de dispersion. Avantageusement, les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent rester dans un état fluide pompable pendant une durée prolongée, c.-à-d., qu'elles peuvent rester dans un état fluide pompable pendant au moins un jour ou plus (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 à durée de vie prolongée peuvent développer une certaine résistance à la compression après activation. Avantageusement, les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent développer des résistances à la compression raisonnables à des températures relativement basses (par ex., des températures proches de 70 °F (soit environ 21°C) ou inférieures à environ 140 °F (soit 60°C)). Ainsi, alors que les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent s'avérer appropriées pour un certain nombre de types de formations souterraines, elles peuvent s'avérer particulièrement appropriées pour un emploi dans des formations souterraines où régnent des températures statiques de fond de puits relativement basses, par ex., des températures d'environ 70 °F (soit environ 21°C) ou inférieures à environ 140 °F (soit 60°C). Sinon, les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent être utilisées dans des formations souterraines où régnent des températures statiques de fond de puits pouvant atteindre jusqu'à 450 °F (soit environ 230 °C) ou plus.
[0017] Les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent contenir un ciment à base d'aluminate de calcium. Tout ciment à base d'aluminate de calcium peut convenir à cette fin. On peut décrire les ciments à base d’aluminate de calcium comme des ciments qui contiennent des aluminates de calcium en une quantité supérieure à 50 % en poids du ciment sec à base d'aluminate de calcium (c.-à-d,, le ciment à base 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. Sans limitation, le ciment à base d’aluminate de calcium peut faire partie des compositions de ciment à durée de vie prolongée en une quantité dans la fourchette d'environ 10 à environ 80 % en poids des compositions de ciment 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 80 % en poids de la composition de ciment à durée de vie prolongée. Avec le bénéfice de la présente divulgation, un homme du métier sera en mesure de choisir un type approprié de ciment à base d'aluminate de calcium et devra reconnaître la quantité appropriée du ciment à base d'aluminate de calcium à inclure pour une application donnée.
[0018] Les compositions de ciment à durée de vie prolongée 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™disponibîe 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 à durée de vie prolongée en une quantité suffisante pour retarder la prise pendant une durée voulue. Le retardateur de prise de ciment peut être présent dans les compositions de ciment à durée de vie prolongée en une quantité, sans limitation, comprise entre environ 0,01 % à environ 10 % en poids du ciment à base d’aluminate de calcium. Plus particulièrement, le retardateur de prise de ciment peut être présent en une quantité allant de 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 à base d'aluminate de calcium. De plus, il est important d'utiliser des retardateurs de prise de ciment n'affectant pas indésirablement les compositions de ciment à durée de vie prolongée, par exemple, par augmentation du pH des compositions de ciment à durée de vie prolongée sauf si cela est souhaité. Avec le bénéfice de la présente divulgation, un homme du métier sera en mesure de choisir un type approprié de retardateur de prise de ciment et doit reconnaître la quantité appropriée du retardateur de prise de ciment à inclure pour une application donnée.
[0019] Les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent contenir de l'eau. L'eau peut provenir de n'importe quelle source à condition qu'elle ne contienne pas un excès de composés susceptibles d'avoir un effet indésirable sur d'autres composants dans les compositions de ciment à durée de vie prolongée, par exemple, l'eau ne doit pas contenir un composé qui augmente l'alcalinité de la composition de ciment 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 donnée. L'eau de mer ou des saumures peuvent convenir pour un usage dans certaines applications. De plus, l'eau peut être présente en une quantité suffisante pour former une composition pompable. Sans limitation, l'eau peut par exemple être présente dans les compositions de ciment à durée de vie prolongée en une quantité comprise entre environ 20 % et environ 90 % en poids de la composition de ciment à durée de vie prolongée. Par exemple, l'eau peut être présente en une quantité allant de l'un quelconque et/ou comprenant l'un quelconque 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 %, d’environ 80 %, d'environ 85 % ou d'environ 90 % en poids de la composition de ciment à durée de vie prolongée. Avec le bénéfice de la présente divulgation, un homme du métier sera en mesure de choisir la bonne quantité d'eau à inclure pour une application donnée.
[0020] Les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent éventuellement contenir activateur de prise de ciment quand il est souhaitable d'induire la prise des compositions de ciment à durée de vie prolongée. Certains activateurs de prise de ciment peuvent également 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 à durée de vie prolongée, en plus d'activer les compositions de ciment à durée de vie prolongée. Un activateur de prise de ciment peut comprendre toute espèce alcaline qui augmente suffisamment le pH des compositions de ciment à durée de vie prolongée, au point d'amorcer des réactions d'hydratation dans les compositions de ciment à durée de vie prolongée, mais sans interférer par ailleurs avec la prise des compositions de ciment à durée de vie prolongée. Sans se limiter à la théorie, on pense que l'activation peut être induite par le 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 à durée de vie prolongée. De plus, on pense que l'exothermie importante associée à la prise du ciment à base d'aluminate de calcium engendre une augmentation de température suffisamment importante pour que les compositions de ciment à durée de vie prolongée puissent prendre à des températures nettement plus basses que d'autres types de compositions de ciment 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 à durée de vie prolongée en une quantité, sans limitation, comprise entre environ 0,01 % à environ 10 % en poids du ciment à base d'aluminate de calcium. Plus particulièrement, l'activateur de prise de ciment peut être présent en une quantité comprise entre 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 à base d'aluminate de calcium.
[0021] 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 être incluse pour activer les compositions de ciment à durée de vie prolongée.
[0022] 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 la API Spécification for Materials and Testing for Well Cements, Spécification API 10, 5e éd., 1er juillet 1990, du "American Petroleum Institute". De plus, le ciment Portland peut contenir des ciments Portland classés comme ASTM Type I, II, III, IV ou V.
[0023] Dans certains exemples, il peut être souhaitable de retarder la libération de l'activateur de prise du ciment. Dans de tels exemples, l'activateur de prise du ciment peut être combiné à un liant pour produire un activateur de prise de ciment à introduction retardée. Le liant peut servir à donner une structure permettant de maintenir l'activateur de prise de ciment en 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 choisi et du degré souhaité auquel l'activateur de prise de ciment choisi doit être lié.
[0024] L'activateur de prise de ciment et le liant peuvent être combinés pour former une suspension ou une pâte, qu'on laisse ensuite sécher et durcir pour former l’activateur de prise de ciment à libération retardée. Une fois sous une forme durcie, l'activateur de prise de ciment à libération retardée 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 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), [0025] En raison de la nature de liant de cette forme de particules dimensionnées de l'activateur de prise du ciment à libération retardée, l'activateur de prise de ciment à libération retardée peut se libérer lentement et ainsi activer la composition de ciment à durée de vie prolongée à une vitesse inférieure par rapport à un activateur de prise de ciment qui n'a pas été mélangé à un liant. Dans certains exemples, la libération de l'activateur de prise de ciment à libération retardée peut être encore retardée par l’encapsulation de l’activateur de prise de ciment dans 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 à libération retardée. Dans ce contexte, le terme « revêtement » ou « revêtement extérieur » et les expressions similaires n'impliquent aucun degré de revêtement particulier sur la particule. En particulier, les termes « revêtement » ou « couche » n'impliquent pas une couverture à 100 % par 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 à libération retardée. Dans un exemple spécifique, par exemple, le revêtement extérieur peut être conçu pour gêner la libération de l'activateur de prise de ciment à libération retardée jusqu'à ce que la composition de ciment 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 à libération retardée peut être libéré dans l'ensemble de la composition de ciment à durée de vie prolongée. Le temps de retard de libération de l'activateur de prise du ciment peut être dans un intervalle quelconque et/ou comprendre toute valeur d'environ 1 min à environ 24 h. Le temps de retard de libération peut, par exemple, être dans l'intervalle quelconque et/ou comprendre toute valeur d'environ 1 min, d'environ 5 min, d'environ 30 min, d'environ 1 h, d'environ 6 h, d’environ 12 h ou d'environ 24 h. Les facteurs opérationnels tels que le débit de pompe, les dimensions de conduite et des paramètres similaires peuvent influencer le temps de retard.
[0026] Le revêtement extérieur peut être constitué d'un matériau hydrosoluble présentant un point de fusion compris par exemple 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 à durée de vie prolongée tant qu'on le souhaite. Les matières appropriées de revêtement extérieur peuvent comprendre, sans limitation, des polysaccharides tels que le dextrane et la cellulose, des chitines, des lipides, du latex, la cire, des chitosanes, des protéines, des polyesters aliphatiques, des poly(lactides), des poly(glycolides), des poly(8-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.
[0027] L'activateur de prise de ciment à libération retardée (avec ou sans revêtement extérieur) peut se dégrader ou se dissocier lentement dans les compositions de ciment à durée de vie prolongée. Cela peut entraîner une variation du pH de la composition de ciment à durée de vie prolongée au fond du puits. La libération du composant modifiant le pH à partir de l'activateur de prise de ciment à libération retardée peut être contrôlée par le temps et/ou la température. L'activateur de prise de ciment à libération retardée peut être préparé pour libérer le composant de modification du pH au cours du temps dans le puits de forage ou une fois que l'activateur de prise de ciment à libération retardée est exposé à une certaine température dans le puits de forage. En raison de ces propriétés ajustables, un activateur de prise de ciment à libération retardée peut être ajouté dans les compositions de ciment à durée de vie prolongée avant et/ou pendant le stockage, alors que les activateurs de prise de ciment qui ne contiennent pas un agent à libération retardée ne peuvent être ajoutés dans les compositions de ciment à durée de vie prolongée que quand la composition de ciment à libération retardée a été introduite dans la formation souterraine ou après que la composition de ciment à libération retardée a été introduite dans la formation souterraine. En tant que tel, l'activateur de prise de ciment à libération retardée peut être mélangé à sec avec la composition de ciment à durée de vie prolongée et stocké, ou peut être ajouté dans une composition de ciment à durée de vie prolongée et stocké. Dans certains exemples spécifiques, les étapes de mélange supplémentaires d'ajout d'un activateur de prise du ciment à libération retardée peuvent être éliminées, et les opérations de stockage et de mélange peuvent être simplifiées de ce fait. Si on le souhaite, l'activateur de prise de ciment à libération retardée peut aussi être ajouté dans la composition de ciment à durée de vie prolongée immédiatement avant l'introduction de la composition de ciment à durée de vie prolongée dans la formation souterraine ou sinon, l'activateur de prise de ciment à libération retardée peut être ajouté dans la composition de ciment à durée de vie prolongée quand on introduit la composition de ciment à durée de vie prolongée dans la formation souterraine.
[0028] Les compositions de ciment à durée de vie prolongée 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 Γ activation d'une composition de ciment à durée de vie prolongée activée, mais l'accélérateur de prise de ciment, sauf mention contraire, n'induit pas lui-même d'activation de la composition de ciment 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 le ciment à base d'aluminate de calcium. Ainsi, quand le ciment à base d'aluminate de calcium est activé 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 à base d'aluminate de calcium. De préférence, le sel de lithium est ajouté uniquement à des ciments retardés ou dormants à base d'aluminate de calcium. L’introduction d'un sel de lithium dans un ciment à base d'aluminate de calcium non retardé ou non dormant peut augmenter suffisamment l'alcalinité du ciment à base d'aluminate de calcium pour induire une prise précoce du ciment à base d'aluminate de calcium, en fonction bien sûr du ciment à base d'aluminate de calcium spécifique utilisé et d'autres composants présents dans la composition.
Toutefois, les sels de lithium ajoutés aux ciments à base d'aluminate de calcium retardés ou dormants peuvent prévenir ce risque. Le sel de lithium peut être présent, sans limitation, dans les compositions de ciment à durée de vie prolongée en une quantité comprise entre environ 0,01 % et environ 10 % en poids du ciment à base d'aluminate de calcium. Plus particulièrement, le sel de lithium peut être présent en une quantité allant de 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 à base d'aluminate de calcium. Avec le bénéfice de la présente divulgation, un homme du métier sera en mesure de choisir la quantité appropriée de sel de lithium à inclure pour une application donnée.
[0029] Comme on l'a déjà indiqué, les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent éventuellement contenir un agent dispersant. Les exemples d'agents de dispersion appropriés peuvent comprendre, sans limitation, des agents de dispersion 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. En outre, les phosphonates de polyoxyéthylène et le polycarboxylates de polyox peuvent être utilisés. D'autres agents de dispersion appropriés peuvent être des agents de dispersion d’éther polycarboxylés tels que les agents de dispersion Liquiment® 5581F et Liquiment® 514L disponibles auprès de la société BASF de Houston, Texas ; ou l'agent de dispersion Ethacryl™ G disponible auprès de Coatex, Genay, France. Un autre exemple d'agent de dispersion approprié et disponible dans le commerce est le dispersant CFR™-3 disponible auprès de la société Halliburton Energy Services, Inc., Houston, Texas. Le dispersant Liquiment® 514L peut contenir 36 % en poids d'éther polycarboxylé dans de l'eau.
[0030] Alors qu'un certain nombre d'agents de dispersion peut être utilisé, certains agents de dispersion utilisés peuvent être utilisés avec des agents retardateurs spécifiques de la prise du ciment. De plus, on pourrait utiliser des agents de dispersion n'affectant pas indésirablement les compositions de ciment à durée de vie prolongée, par exemple par induction d'une prise précoce. Avec le bénéfice de la présente divulgation, un homme du métier sera en mesure de choisir le bon type d'agent de dispersion à inclure pour une application choisie.
[0031] L'agent de dispersion peut être ajouté, sans limitation, dans les compositions de ciment à durée de vie prolongée en une quantité comprise entre environ 0,01 % et environ 5 % en poids du ciment à base d'aluminate de calcium. Plus particulièrement, l'agent de dispersion peut être présent en une quantité comprise entre 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 à base d'aluminate de calcium. Avec le bénéfice de la présente divulgation, un homme du métier sera en mesure de choisir la quantité appropriée d'agent de dispersion à inclure pour une application donnée.
[0032] Les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent contenir un polyphosphate. Tout composé contenant un polyphosphate, sel de phosphate ou similaire peut suffire. Les exemples de polyphosphates peuvent comprendre 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 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 à durée de vie prolongée sous forme de solide sec ou de particules solides sèches. Le polyphosphate peut faire partie des compositions de ciment à durée de vie prolongée en une quantité souhaitable pour une application donnée, comme il sera évident aux spécialistes bénéficiant de la présente divulgation. Par ex., le polyphosphate peut être présent dans les compositions de ciment à durée de vie prolongée en une quantité d'environ 0 à environ 30 % en poids des compositions de ciment à durée de vie prolongée. Par exemple, le polyphosphate peut être présent en une quantité comprise entre 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 % en poids de la composition de ciment à durée de vie prolongée. Avec le bénéfice de la présente divulgation, un homme du métier sera en mesure de choisir un type approprié de polyphosphate et doit reconnaître la quantité appropriée de polyphosphate à inclure pour une application choisie.
[0033] Les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent éventuellement contenir un matériau de remplissage. Le matériau de remplissage utilisé pour la composition de ciment à durée de vie prolongée peut contenir tout matériau de remplissage, à condition que ledit matériau de remplissage n'élève pas, de façon indésirable, l’alcalinité des compositions de ciment à durée de vie prolongée, car une augmentation de l'alcalinité pourrait induire la prise précoce des compositions de ciment à durée de vie prolongée. Sans limitation, le matériau de remplissage peut contenir de la silice, du sable, de la cendre volante ou de la fumée de silice. Généralement, le matériau de remplissage peut être présent dans les compositions de ciment à durée de vie prolongée en une quantité suffisante pour rendre le système économiquement compétitif. Le matériau de remplissage peut être présent dans les compositions de ciment à durée de vie prolongée en une quantité, sans limitation, comprise entre environ 0,01 % et environ 100 % en poids du ciment à base d'aluminate de calcium. Plus particulièrement, le matériau de remplissage peut être présent en une quantité comprise entre l'un quelconque et/ou contenant l'un quelconque d'environ 0,01 %, d’environ 0,1 %, d'environ 1 %, d'environ 10 %, d’environ 25 %, d'environ 50 %, d'environ 75 % ou d'environ 100 % en poids du ciment à base d'aluminate de calcium. Avec le bénéfice de la présente divulgation, un homme du métier sera en mesure de choisir la quantité appropriée de matériau de remplissage à inclure pour une application donnée.
[0034] Les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent éventuellement contenir un viscosant. Le viscosant peut être ajouté pour optimiser la rhéologie du fluide et pour stabiliser la suspension. Sans limitation, des exemples de viscosants comprennent des polymères synthétiques ; des argiles gonflables telles que la bentonite ; des particules inorganiques telles que le microsable, des billes de verre et/ou de l'oxyde de manganèse ; ou des biopolymères tels que les dérivés de cellulose (par ex., lliydroxyléthyle cellulose, la carboxyméthylcellulose, l'hydroxyléthyle carboxyméthylcellulose). Un exemple de viscosant disponible dans le commerce est l'agent de suspension SA-1015™ disponible chez Halliburton Energy Services, Inc., Houston, TX. Le viscosant peut être ajouté, sans limitation, dans les compositions de ciment à durée de vie prolongée en une quantité comprise entre environ 0,01 % et environ 0,5 % en poids du ciment à base d'aluminate de calcium. Dans des modes de réalisation spécifiques, le viscosant peut être présent en une quantité comprise entre l'un quelconque et/ou contenant l'un quelconque d'environ 0,01 %, d'environ 0,05 %, d’environ 0,1 %, d'environ 0,2 %, d'environ 0,3 %, d'environ 0,4 % ou d'environ 0,5 % en poids du ciment à base d’aluminate de calcium. Avec le bénéfice de la présente divulgation, un homme du métier sera en mesure de choisir la quantité appropriée d'agent de viscosant à ajouter pour une application donnée.
[0035] D'autres additifs appropriés pour des opérations de cimentation souterraine peuvent être ajoutés aux compositions de ciment à durée de vie prolongée, comme il sera jugé approprié par un homme du métier. Des exemples de tels additifs comprennent, sans s'y limiter, des agents de pondération, des additifs de réduction du poids, des additifs de production de gaz, des additifs d'amélioration des propriétés mécaniques, des matières de circulation perdue, des agents de démoussage, des agents moussants, des additifs thixotropes, et des combinaisons de ceux-ci Des exemples spécifiques de ces additifs, et d'autres additifs, comprennent la silice (par ex., la silice cristalline, la silice amorphe, la silice fumée, etc.), des sels, des fibres, des argiles hydratables, du schiste (par ex., le schiste calciné, le schiste vitrifié, etc.), des microsphères, des terres diatomées, de la pouzzolane naturelle des résines, du latex, leurs combinaisons et des additifs similaires. D'autres additifs éventuels peuvent aussi être ajoutés, qui comprennent, sans limitation, de la poussière de four à ciment, de la poussière de four à chaux, de la cendre volante, du ciment de laitier, des schistes, de la zéolite, du métakaolin, de la pierre ponce, de la perlite, de la chaux, de la silice, de la cendre d'enveloppe de riz, du ciment à taille de petite particule, leurs combinaisons et des additifs similaires. Avec le bénéfice de la présente divulgation, un homme du métier devra être en mesure de déterminer le type et la quantité d'additif utile pour une application donnée et pour le résultat souhaité.
[0036] Les agents de pondération sont des matières qui sont généralement plus denses que l'eau et qui peuvent être utilisées pour augmenter la densité des compositions de ciment à durée de vie prolongée. À titre d'exemple, les agents de pondération peuvent avoir une gravité spécifique d'environ 2 voire plus (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 barite, 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.
[0037] Des additifs de réduction du poids peuvent faire partie des compositions de ciment à durée de vie prolongée pour, par exemple, réduire la densité des compositions de ciment à durée de vie prolongée. Les exemples d'additifs de réduction du poids comprennent, sans s'y limiter, de la bentonite, le charbon, la terre de diatomées, la perlite expansée, la cendre volante, 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.
[0038] Des additifs de production de gaz peuvent faire partie des compositions de ciment 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 à durée de vie prolongée avant qu'elle ne durcisse. Le gaz produit peut se combiner à la composition de ciment 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.
[0039] Des additifs d'amélioration des propriétés mécaniques peuvent être inclus dans des compositions de ciment 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 contraintes, les stress, 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.
[0040] Des matières de perte de circulation peuvent être incluses dans des compositions de ciment 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, les copeaux de caoutchouc, 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 cosses de coton.
[0041] Des agents de démoussage peuvent faire partie des compositions de ciment à durée de vie prolongée pour, par exemple, réduire la tendance des compositions de ciment à durée de vie prolongée à mousser pendant le mélange et le pompage des compositions de ciment à durée de vie prolongée. Des exemples d'additifs appropriés de démoussage comprennent, sans limitation, des composés de polyol silicone. Des additifs de démoussage appropriés sont disponibles chez Halliburton Energy Services, Inc., sous le nom de démoussants D-AIR™.
[0042] Des additifs de moussage (par ex. des agents tensio-actîfs de moussage) peuvent faire partie des compositions de ciment à durée de vie prolongée pour, par exemple, faciliter le moussage et/ou stabiliser la mousse obtenue à partir de ceux-ci. Des exemples d'additifs appropriés de démoussage comprennent, sans limitation : des mélanges de sel d’ammonium d'un sulfate d'alkyle éther, d'un agent tensio-actif de cocoamidopropyle bétaïne, d’un agent tensio-actif d'oxyde de cocoamidopropyle diméthylamine, de chlorure de sodium et d'eau ; des mélanges de sel d'ammonium d'un agent tensio-actif de sulfate d'alkyle éther,, d’un tensio-actif de cocoamidopropyle hydroxysultaïne, d'un agent tensio-actif d'oxyde de cocoamidopropyle diméthyl amine, de chlorure de sodium et d'eau ; de la kératine hydrolysée ; des mélanges d'un agent tensio-actif de sulfate d'éther d'alcool éthoxylé, d'un agent tensio-actif d'alkyle ou d'alcène amidopropyle bétaïne et d'un agent tensio-actif oxyde d'alcène diméthylamine ; des solutions aqueuses d'un agent tensio-actif de sulfonate d'alpha-oléfine et d'un agent tensio-actif de bétaïne ; et leurs combinaisons. Un exemple d'adjuvant de moussage approprié, est l'agent de ZONESEALANT™ 2000, disponible auprès de la société Halliburton Energy Services, Inc. Houston, Texas.
[0043] Des adjuvants thixotropes peuvent faire partie des compositions de ciment à durée de vie prolongée pour par exemple produire une composition de ciment à durée de vie prolongée susceptible d'être pompée sous forme de fluide à viscosité faible ou mince, mais, qui, quand elle est laissée au repos, atteint une viscosité relativement élevée. Entre autres choses, on peut utiliser des additifs thixotropes pour aider au contrôle de l'eau libre, pour créer un gel 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'additifs thixotropes appropriés comprennent, sans s'y limiter, le gypse, le carboxyalkyle hydrosoluble, l'hydroxyalkyle, le carboxyalkyle hydroxyalkyle mixte soit de cellulose, des sels de métal polyvalent, l'oxychlorure de zirconium avec de l'hydroxyéthyle cellulose ou une combinaison de ceux-ci.
[0044] Un homme du métier appréciera que les compositions de ciment à durée de vie prolongée aient généralement une densité appropriée pour une application donnée. À titre d'exemple, les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent avoir une densité comprise entre environ 4 livres par gallon ("lb/gal") et environ 20 Ib/gal (soit entre environ 480 et environ 2400 kg/m3). Par exemple, les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent avoir une densité comprise entre environ 8 lb/gal et environ 17 lb/gal (soit entre environ 960 et environ 2000 kg/m3). Sans limitation, les compositions de ciment 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 le domaine. La densité peut être réduite après stockage, mais avant placement dans une formation souterraine. Dans des modes de réalisation, on peut utiliser des agents de pondération pour augmenter la densité des compositions de ciment à durée de vie prolongée. Les exemples d'agents de pondération appropriés peuvent comprendre la barite, l'hématite, l'hausmannite, le carbonate de calcium, la sidérite, l'ilménite ou leurs combinaisons. Sans limitation, les agents de pondération peuvent avoir une densité relative supérieure ou égale à 3. Avec le bénéfice de la présente divulgation, un homme du métier reconnaîtra la densité appropriée nécessaire pour une application donnée.
[0045] Comme on l'a déjà indiqué, les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent présenter une prise retardée, de manière à 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 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 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 pompabîe quand le fluide a une consistance de moins de 70 unités de Bearden de consistance ("Bc"), telle que mesurée dans un consistomètre pressurisé conformément à la procédure de détermination des durées d'épaississement de ciment établies dans le RP Pratique 10B-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, Première édition, juillet 2005, de l'API.
[0046] Comme indiqué précédemment, quand on souhaite les utiliser, les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent être activées (par ex, par ajout d'un activateur de prise de ciment) pour prendre en masse solidifiée. Dans ce contexte, le terme "activer" correspond à l'activation d'une composition de ciment à durée de vie prolongée et dans certains cas, peut aussi correspondre à l'accélération de la prise d'une composition de ciment à durée de vie prolongée si le mécanisme de ladite activation accélère aussi le développement de la résistance à la compression. À titre d'exemple, on peut ajouter un activateur de prise de ciment dans une composition de ciment à durée de vie prolongée pour activer la composition de ciment à durée de vie prolongée. Sans limitation, une composition de ciment à durée de vie prolongée qui a été activée peut prendre en formant une masse durcie en une durée comprise entre environ 1 b et environ 12 jours. Par exemple, les compositions de ciment 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 ou d'environ 12 jours.
[0047] Les compositions de ciment à durée de vie prolongée 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 à durée de vie prolongée, alors que la composition de ciment 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 est calculée 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 RP 10B-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, Première édition, juillet 2005, selon ΓΑΡΙ.
[0048] A titre d'exemple, les compositions de ciment 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 310 bar), ou sinon, d'environ 500 (soit environ 34 bar) psi à environ 4 000 psi (soit environ 280 bar). En particulier, les compositions de ciment à durée de vie prolongée 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 une quelconque température, toutefois le développement d'une résistance à la compression à des températures comprises entre 70 et 140 °F (soit entre environ 21°C et 60°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 basses.
[0049] Dans certains exemples, les compositions de ciment à durée de vie prolongée 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 à durée de vie prolongée, reste dans un état fluide à même d'être pompé. Un certain nombre de techniques de laboratoire sont possibles pour mesurer le temps d'épaississement. On peut utiliser un consistomètre pressurisé actionné conformément à la procédure présentée dans la pratique RP susmentionnée 10B-2 de ΓΑΡΙ 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. Sans limitation, les compositions de ciment 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 207 bar), et des températures comprises entre environ 50 °F (soit 10°C) et environ 450 °F (soit environ 230°C), sinon, dans un intervalle allant d’environ 70 °F (soit environ 21 °C) à environ 140 °F (soit 60°C), et sinon, à une température d'environ 100 °F (soit environ 38°C). Comme le montrent les exemples ci-après, les durées d'épaississement peuvent être contrôlées par le degré auquel le pH des compositions de ciment 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 à durée de vie prolongée.
[0050] Comme le comprendra un homme du métier, les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent être utilisées dans des opérations d'obturation et d'abandon. Par exemple, une composition de ciment à durée de vie prolongée peut être utilisée comprend un ciment à base d'aluminate de calcium, de l'eau, un retardateur de prise de ciment et éventuellement un agent de dispersion, un accélérateur de prise de ciment et/ou une matière de remplissage. Quand on souhaite l'utiliser, la composition de ciment à durée de vie prolongée peut être pompée au fond du puits où elle peut être introduite dans une formation souterraine et laisser se durcir. Dans ce contexte, l'introduction de la composition de ciment à durée de vie prolongée dans une formation souterraine comprend l’introduction dans n'importe quelle partie de la formation souterraine, comprenant sans limitation dans un puits de forage creusé dans la formation souterraine, dans une région proche d'un puits de forage entourant le puits de forage, ou dans les deux.
[0051] Les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent être utilisées dans des opérations d'obturation et d'abandon terrestre et offshore. Les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent être utilisées à la place des compositions d'obturation classiques dans certaines applications (par ex., des applications offshore) étant donné que les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent nécessiter l'utilisation de moins d'équipements et de personnels, ce qui pourrait être particulièrement avantageux dans des opérations dans lesquelles l’espace est limité. Un exemple de procédé permettant d'obturer et d’abandonner un puits peut comprendre l'introduction d'une composition de ciment à durée de vie prolongée dans un emplacement d'obturation choisie dans un puits de forage et permettant la composition de ciment à durée de vie prolongée de se durcir pour former un bouchon. L'emplacement du bouchon peut être choisi de sorte que le puits de forage peut être obturé pour l'abandon. Par ex., l'emplacement du bouchon peut être choisi de sorte qu'un intervalle choisi du puits de forage peut être obturé. Dans un exemple, l'emplacement choisi peut être adjacent à une formation contenant des hydrocarbures ou une formation contenant de l'eau. Dans un exemple, l'opération d'obturation et d'abandon peut comprendre la formation de deux ou de plusieurs bouchons dans le puits de forage. Par ex., un procédé peut également comprendre le placement d'une deuxième composition de ciment à durée de vie prolongée dans un autre emplacement de bouchon choisi dans le puits de forage. En outre, le procédé peut comprendre l'utilisation d'une quelconque pompe qui est suffisante pour l'introduction des compositions de ciment à durée de vie prolongée pour une application donnée. En outre, certaines applications peuvent comprendre des cuillères de cimentation opérées par câble.
[0052] Dans certains exemples, un bouchon de ciment peut être formé avec une composition de ciment à durée de vie prolongée. Le bouchon de ciment peut avoir une faible perméabilité. Dans ce contexte, la faible perméabilité est définie comme un bouchon avec une perméabilité d'environ 0,1 millidarcy (“mD”) ou moins. Pour rappel, un 1 darcy (D) est égal à 9,87x10' m2. Un bouchon de ciment avec une faible perméabilité peut être particulièrement approprié pour empêcher la migration des fluides et gaz.
[0053] D'autres applications peuvent comprendre le stockage de la composition de ciment à durée de vie prolongée. Par ex., une composition de ciment à durée de vie prolongée peut être fournie qui comprend un ciment à base d'aluminate de calcium, de l'eau, un retardateur de la prise du ciment, un activateur de la prise du ciment, et éventuellement un agent de dispersion, un accélérateur de la prise du ciment et/ou un matériau de remplissage. La composition de ciment à durée de vie prolongée peut être conservée dans un récipient ou dans un autre récipient approprié. La composition de ciment à durée de vie prolongée peut être ensuite pompée au fond du puits quand elle est prête à l'utilisation. La composition de ciment à durée de vie prolongée peut rester en stockage pendant une durée souhaitée. Par exemple, la composition de ciment à durée de vie prolongée peut rester en stockage pendant une durée d'environ 1 jour, d'environ 2 semaines, d'environ 2 ans voire plus. Par exemple, la composition de ciment à durée de vie prolongée peut 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 l'utiliser, la composition de ciment à durée de vie prolongée peut être introduite dans une formation souterraine et laisser se durcir.
[0054] Un procédé de traitement d'un puits peut être décrit. Le procédé peut comprendre l'un ou tous les composés et/ou étapes illustrées dans les figures 1-8. Le procédé peut comprendre l'utilisation d'une composition de ciment à durée de vie prolongée contenant un ciment à base d'aluminate de calcium, de l'eau et un retardateur de prise de ciment ; le mélange de la composition de ciment à durée de vie prolongée avec un activateur de prise de ciment pour activer la composition de ciment à durée de vie prolongée ; l'introduction de la composition de ciment à durée de vie prolongée dans une formation souterraine ; et le fait de laisser la composition de ciment à durée de vie prolongée de former un bouchon dans la formation souterraine qui a une perméabilité inférieure à 0,1 millidarcy. Le retardateur de prise de ciment peut être choisi parmi les acides hydroxycarboxyliques ou de leurs sels respectifs, l'acide borique ou de son sel respectif et 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 à durée de vie prolongée. La composition peut également contenir un polyphosphate. 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 à durée de vie prolongée. L'activateur de prise de ciment peut être choisi parmi des hydroxydes des groupes IA et IIA, des aluminates alcalins, du ciment Portland et des combinaisons de ceux-ci ; 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 à durée de vie prolongée. La composition de ciment à durée de vie prolongée peut en outre contenir au moins un sel de lithium sélectionné parmi le sulfate de lithium, le carbonate de lithium et d'une quelconque combinaison de ceux-ci. Le procédé peut également comprendre le stockage de la composition de ciment à durée de vie prolongée dans un récipient pendant une durée d'environ 1 jour ou plus avant l'étape de mélange. Le procédé peut également comprendre le stockage de la composition de ciment à durée de vie prolongée dans un récipient pendant une durée d'au moins environ 7 jours ou plus avant l'étape de mélange. La formation souterraine adjacent au bouchon peut avoir une température d'environ 100 °F (soit environ 38°C) ou moins.
[0055] Un procédé de traitement d'un puits peut être décrit. Le procédé peut comprendre l'un ou tous les composés et/ou étapes illustrées dans les figures 1-8. Le procédé peut comprendre l'utilisation d'une composition de ciment à durée de vie prolongée contenant un ciment à base d'aluminate de calcium, de l’eau et un retardateur de prise de ciment ; le stockage de la composition de ciment à durée de vie prolongée pour une durée d’environ 1 jour ou plus ; le mélange de la composition de ciment à durée de vie prolongée avec un activateur de prise de ciment pour activer la composition de ciment à durée de vie prolongée ; l'introduction de la composition de ciment à durée de vie prolongée dans un puits de forage ; et le fait de laisser la composition de ciment à durée de vie prolongée former un bouchon dans la formation souterraine qui a une perméabilité inférieure à 0,1 millidarcy. Le retardateur de prise de ciment peut être choisi parmi les acides hydroxycarboxyliques ou de leurs sels respectifs, l'acide borique ou de son sel respectif et 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 à durée de vie prolongée. La composition peut également contenir un polyphosphate. 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 à durée de vie prolongée. L'activateur de prise de ciment peut être choisi parmi des hydroxydes des groupes IA et IIA, des aluminates alcalins, du ciment Portland et des combinaisons de ceux-ci ; 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 à durée de vie prolongée. La composition de ciment à durée de vie prolongée peut en outre contenir au moins un sel de lithium sélectionné parmi le sulfate de lithium, le carbonate de lithium et d'une quelconque combinaison de ceux-ci. Le procédé peut également comprendre le stockage de la composition de ciment à durée de vie prolongée dans un récipient pendant une durée d'au moins environ 7 jours ou plus avant l'étape de mélange. La formation souterraine adjacente au bouchon peut avoir une température d'environ 100 °F (soit environ 38°C) ou moins.
[0056] Un système pour des opérations d'obturation et d'abandon peut être décrit. Le procédé peut comprendre un ou tous les composants illustrés dans les figures 1-8. Le système peut comprendre une composition de ciment à durée de vie prolongée contenant : un ciment à base d'alumine de calcium, de l'eau, un retardateur de prise de ciment, un équipement de mélange d'un activateur de prise de ciment pour le mélange de la composition de ciment à durée de vie prolongée et de l'activateur de prise de ciment pour préparer une composition de ciment à durée de vie prolongée activée, et un système d'introduction du ciment pour introduire la composition de ciment à durée de vie prolongée activée à un emplacement choisi pour un bouchon dans un puits de forage. Le système peut en outre comprendre une cuve à même de stocker la composition de ciment à durée de vie prolongée. L'équipement d'introduction pour l'introduction de la composition de ciment à durée de vie prolongée activée peut comprendre un équipement de pompage et/ou une cuillère de cimentation. Le retardateur de prise de ciment peut être choisi parmi les acides hydroxycarboxyliques ou de leurs sels respectifs, l'acide borique ou de son sel respectif et 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 à durée de vie prolongée. La composition peut également contenir un polyphosphate. 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 à durée de vie prolongée. L'activateur de prise de ciment peut être choisi parmi des hydroxydes des groupes IA et IIA, des aluminates alcalins, du ciment Portland et des combinaisons de ceux-ci ; 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 à durée de vie prolongée. La composition de ciment à durée de vie prolongée peut en outre contenir au moins un sel de lithium sélectionné parmi le sulfate de lithium, le carbonate de lithium et d'une quelconque combinaison de ceux-ci. Le système peut en outre comprendre une cuve à même de stocker la composition de ciment à durée de vie prolongée.
[0057] En se référant maintenant à la figure 1, on va maintenant décrire la préparation d'une composition de ciment à durée de vie prolongée pour des applications d'obturation et d'abandon. La figure 1 illustre un système 2 de préparation d'une composition de ciment à durée de vie prolongée et l'introduction ultérieure de la composition de ciment à durée de vie prolongée dans un puits de forage. Comme on peut le voir, la composition de ciment à durée de vie prolongée peut 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 pompée par l'équipement de pompage 6 jusqu'au puits de forage. Sans limitation, l'équipement de mélange 4 et l'équipement de pompage 6 peuvent être disposés sur au moins un camion malaxeur, comme le comprendra un homme de métier. Sans limitation, quand un mélangeur à jets, par exemple, peut être utilisé pour mélanger en continu l'activateur de prise de ciment et la composition de ciment à durée de vie prolongée pendant qu'on la pompe dans le puits de forage. Dans certains exemples, on peut utiliser un mélangeur à remise en circulation et/ou un mélangeur par lots pour mélanger la composition de ciment à durée de vie prolongée et l'activateur de prise de ciment peut être ajouté au mélangeur, sous forme de poudre, avant le pompage de la composition de ciment à durée de vie prolongée au fond du puits. Dans des opérations offshores, où l’espace sur la plateforme peut être limité, la composition de ciment à durée de vie prolongée peut être préparée sur terre et transportée vers le site du puits dans des réservoirs de transport adaptés.
[0058] En se référant maintenant à la figure 2A, un système de transport pour certains exemples peut comprendre un récipient de stockage liquide 10 avec une pompe de circulation détachée 12, une plaque pour additif 14 est un réservoir pour additif 16. La pompe de circulation détachée 12 peut être utilisée pour recirculer la composition de ciment à durée de vie prolongée dans le récipient de stockage de liquide 10. La plaque pour additif 14 (qui peut comprendre une pompe, par ex.) peut être utilisée pour transporter les additifs (par ex, un activateur de la prise de ciment, un accélérateur de la prise de ciment, un agent de dispersion, etc.) du réservoir à additif 16 vers la composition de ciment à durée de vie prolongée dans le récipient de stockage 10.
[0059] En se référant maintenant à la figure 2B, le système de transport de certains exemples peut comprendre un système de transport autonome 18 qui peut comprendre un réservoir de stockage 20, un pompe de circulation 22, un système d'additif de liquide 24 et un réservoir à additif 26. La pompe de circulation 22 peut être utilisée pour faire recirculer la composition de ciment à durée de vie prolongée dans le réservoir de stockage 20. Le système d'additif liquide 24 (qui peut comprendre une pompe, par ex.) peut être utilisé pour transporter les additifs du réservoir à additif 26 vers la composition de ciment à durée de vie prolongée dans le réservoir de stockage 20.
[0060] La figure 3 illustre un équipement en surface 28, qui peut être utilisé pour introduire une composition de ciment à durée de vie prolongée conformément à certains exemples. On notera que même si la figure 3 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 la présente divulgation. Comme l'illustre la figure 3, l’équipement en surface 28 peut contenir une unité de cimentation 30, qui peut contenir au moins un camion malaxeur. L'unité de cimentation 30 peut contenir l'équipement de mélange 4 et l'équipement de pompage 6 (par ex., La figure 1) comme il sera évident pour un homme de métier. L'unité de cimentation 30 peut pomper une composition de ciment à durée de vie prolongée 32 à travers une conduite d'alimentation 34 et vers un tube de connexion 36 qui transporte la composition de ciment à durée de vie prolongée 32 au fond du puits.
[0061] Un exemple de technique pour d'introduction d'une composition de ciment à durée de vie prolongée 32 à travers un jeu de perforations ouvertes et/ou de fuite du tubage 38 sera décrit en référence à la figure 4. La composition de ciment à durée de vie prolongée 32 peut être introduite à travers un jeu de perforations ouvertes et/ou de fuite du tubage 38. Comme illustré, une retenue de ciment ou un packer compressible 40 peut être placé à une profondeur au-dessus des perforations ouvertes et/ou fuite de tubage 38 et monté sur un câble ou un tubage 42. Tandis que le puits de forage 44 est illustré s'étendant globalement verticalement dans la formation souterraine 46, les principes décrits ici sont aussi applicables à des puits de forage qui s'étendent selon un certain angle à travers la formation souterraine 46, tels que des puits de forage horizontaux et inclinés. Comme illustré, le puits de forage 44 contient des parois 48. Dans l'exemple illustré, un tubage 50 a été introduit dans le puits de forage 44. Le tubage 50 peut être cimenté aux parois 48 du puits de forage 44 par une gaine de ciment 52.
[0062] Si l'on se réfère encore à la figure 4, la composition de ciment à durée de vie prolongée 32 peut être pompée à l'intérieur du tubage 42. On peut laisser s'écouler la composition de ciment à durée de vie prolongée 32 vers le bas à l'intérieur du tubage 42 à travers une retenue de ciment ou un packer compressible 40 et vers le bas du tubage 42 à travers un jeu de perforations ouvertes et/ou de fuite du tubage 38. On peut laisser la composition de ciment à durée de vie prolongée 32 prendre dans le tubage 50, par exemple, pour former un bouchon qui bouche les perforations ouvertes et/ou la fuite du tubage 38 dans le puits de forage 44. On peut aussi utiliser d'autres techniques utilisées pour l'introduction de la composition de ciment à durée de vie prolongée 32, même si elles ne sont pas illustrées. Comme exemple, un tubage ouvert et/ou un tube de forage peut être utilisé pour introduire la composition de ciment à durée de vie prolongée 32 à travers les perforations ouvertes et/ou de fuite du tubage 38.
[0063] La figure 5 illustre un exemple comprenant l'introduction de la composition de ciment à durée de vie prolongée 32 dans une section de puits ouvert 54 pour isoler la formation 46 en-dessous. La figure 5 illustre une composition de ciment à durée de vie prolongée 32, à l'intérieur d'une section de trou ouvert 54, mais la composition de ciment à durée de vie prolongée 32 peut quelquefois entrer dans le tubage 50 au-dessus. Comme avec l'exemple décrit dans 1a figure 4, la composition de ciment à durée de vie prolongée 32 peut être pompée à travers la tige de forage et/ou le tubage 42 et une retenue de ciment ou un packer compressible 40. Sans limitation, la tige de forage et/ou le tubage 42 peuvent être à extrémité ouverte.
[0064] La figure 6 illustre un exemple comprenant l'introduction d'un bouchon de ciment à travers la partie supérieure de l'équipement du puits, tel qu'un poisson et/ou un sabot de tubage 56. La composition de ciment à durée de vie prolongée 32 peut être placée à travers une tige de forage ou un tubage 42 à extrémité ouverte. Le dessous de la composition de ciment à durée de vie prolongée 32 peut être placé à une distance prédéterminée dans le tubage 50 et remontée vers la section à extrémité ouverte 54 au-dessus du sabot du tubage 56.
[0065] La figure 7 illustre un exemple comprenant la prise d'un bouchon de cimentation utilisant un câble 58 déployé par une cuillère de cimentation 60. Comme il est illustré, la composition de ciment à durée de vie prolongée 32 peut être placée au-dessus d'un poisson ou d'un bouchon de support 62. La composition de ciment à durée de vie prolongée 32 peut être prêt mélangé et placé à l'intérieur d'une cuillère de cimentation 60. La cuillère de cimentation 60 peut être amenée à la profondeur nécessaire via un câble 58 et soit placée à travers un clapet commandé à distance située au bas de la cuillère de cimentation 60 soit une classe de disque de céramique peut être brisée en le frappant contre le bas du puits Une fois que la composition de ciment à durée de vie prolongée 32 est enlevée de la cuillère de cimentation 60, la cuillère de cimentation 60 peut être ramenée vers la surface et d'autres allers-retours peuvent être réalisés, s'il y a lieu.
[0066] La figure 8 illustre un exemple d'une plateforme en surface standard pour le fonctionnement d'une cuillère de cimentation 60. Comme il est illustré, un camion à câble 64 ou un châssis peut être utilisé pour descendre la cuillère de cimentation 60 à travers la connexion de tubage 36 via un câble électrique 58 ou un câble lisse.
[0067] Sans limitation, la composition de ciment à durée de vie prolongée peut, par ailleurs, être placée en utilisant un tubage enroulé comme moyen de transport à la place d'un tubage sectionné. Ce moyen de transport peut être utilisé pour réaliser un quelconque type de tâche, comme il est décrit ci-dessus.
[0068] Les exemples de compositions de ciment 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 à durée de vie prolongée. Par exemple, les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent affecter directement ou indirectement au moins l'un d’un mélangeur, d'un équipement apparenté de mélange, des bassins de décantation, des installations ou des unités de stockage, des séparateurs de composition, des échangeurs de chaleur, des capteurs, des jauges, des pompes, des compresseurs et des appareils similaires utilisés produisent, conservent, suivent, régulent et/ou reconditionnent les exemples de compositions de ciment à durée de vie prolongée. Les compositions de ciment 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 à durée de vie prolongée vers un site de puits ou au fond d'un puits tels que par exemple des récipients, des conduites, des pipelines, des chariots, des tubes et/ou des tuyaux utilisés pour déplacer compositionnellement les compositions de ciment 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 à durée de vie prolongée en mouvement, tout clapet ou joint apparenté utilisés pour réguler la pression ou le débit des compositions de ciment 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 à durée de vie prolongée peuvent également directement ou indirectement affecter les divers équipements et outils de fond de puits qui peuvent entrer en contact avec les compositions de ciment à durée de vie prolongée tels que, sans limitation, le tubage du puits de forage, la doublure du puits de forage, le train de complétion, les trains d'insert, le train de forage, le tubage enroulé, le câble lisse, la ligne câblée, le tube de forage, les masses tiges, les moteurs à boue, les moteurs de fond de puits et/ou les pompes, les pompes à ciment, les moteurs et/ou les pompes montés sur une surface, les centralisateurs, les turbolizers, les gratteurs, les flotteurs (par ex., les souliers, les colliers, les clapets, etc.), les outils de diagraphie et les équipements de télémesure apparentés, les actionneurs (par ex., les dispositifs électromécaniques, les dispositifs hydromécaniques, etc.), des manchons coulissants, des manchons de production, des bouchons, des écrans, des filtres, des dispositifs de contrôle du flux (par ex., les dispositifs de contrôle de l'influx, les dispositifs de contrôle de l'influx autonomes, les dispositifs de contrôle du flux sortant, etc.), les couplages (par ex., un couplage humide électro-hydraulique, un couplage sec, un couplage inductif, etc.), des lignes de contrôle (par ex., électrique, fibre optique, hydraulique, etc.), des lignes de surveillance, des trépans de forage et des trépans aléseurs, des capteurs et un réseau de capteurs, des échangeurs de chaleur de fond de puits, des clapets et des dispositifs d'actionnement correspondants, des joints d'outils, des packers, des bouchons de ciment, des bouchons de support et d'autres dispositifs d'isolation de puits de forage, ou des composants, etc.
EXEMPLES
[0069] Pour faciliter une meilleure compréhension des présentes revendications, les exemples suivants de certains aspects de la présente divulgation sont donnés. Les exemples suivants ne doivent en aucun cas limiter ou définir la portée globale des revendications.
Exemple 1 [0070] Un échantillon de composition de ciment à base (Échantillon 1) qui contient environ 40 % à environ 70 % d'aluminate de calcium en poids, environ 33 % à environ 200 % d'eau en poids, environ 0,01 % à environ 10 % de retardateur de prise de ciment en poids et d'environ 0,01 % à environ 5 % d'agent de dispersion en poids. Parmi les exemples, les termes "en poids" ou "en pds" correspond au poids de la composition de ciment à durée de vie prolongée. La composition de ciment à durée de vie prolongée a été obtenue 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 à durée de vie prolongée atteint 14,68 lb/gal (soit environ 1800 kg/m3).
[0071] Les viscosités apparentes et les lectures de décomposition FYSA de l'Échantillon 1 ont été mesurées au Jour 0 et après stockage au Jour 48 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
Profil rhéologique d'une composition de ciment à durée de vie prolongée
[0072] Comme il est montré par ces mesures, la rhéologie de l'Échantillon 1 reste stable pendant au moins 48 jours avec très peu ou pas de changement dans la viscosité apparente calculée. Aucun dépôt de solide ou de fluide libre n'a été observé dans l'Échantillon 1 pendant la période de test, soutenant davantage le degré de stabilité élevé.
Exemple 2 [0073] Un activateur de prise de ciment et un accélérateur de prise de ciment ont été ajoutés à la composition de ciment à durée de vie prolongée de l'Exemple 1 (Échantillon 1) pour activer et accélérer sa prise pour former, respectivement, l'Échantillon 2. L'activateur de prise de ciment était une solution d'hydroxyde de sodium de 4,2 M à une concentration de 2 % en poids de la composition totale. L'accélérateur de prise de ciment était un sel de lithium (le sulfate de lithium monohydraté) et a été ajouté à la composition de l'Échantillon 1 à une concentration de 1 % en poids de la composition totale. La densité de l'Échantillon 2 était de 14,5 lb/gal (soit environ 1700 kg/m3).
[0074] La résistance à la compression non-destructive de l'Échantillon 2 a été mesurée à l’aide d'un analyseur de ciment aux ultrasons UCA™, disponible auprès de la société Fann Instrument Company, Houston, Texas. Les valeurs de résistance à la compression ont été déterminées en conformité avec RP 10B-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, Première édition, juillet 2005*, selon ΓΑΡΙ. Les mesures de la résistance à la compression sont prises à 12 h, à 24 h, à 48 h, à 72 h, à 5 jours et à 7 jours. En outre, le temps jusqu'à 50 psi (soit environ 3,4 bar) et le temps jusqu'à 500 psi (soit environ 34 bar) ont été notés. Les données sont présentées dans le Tableau 2 ci-dessous.
Tableau 2
Mesures de la résistance à la compression de la composition de ciment à durée de vie prolongée
Conditions expérimentales* : 100 °F (soit environ 38°C), 3000 psi (soit environ 207 bar), 15 min de temps d'augmentation [0075] Les données indiquent que les compositions de ciment à durée de vie prolongée peuvent établir une résistance suffisante à la compression à 7 jours, même à des températures basses.
Exemple 3 [0076] L'échantillon de l'Exemple 2 (Échantillon 2), y compris la solution d'hydroxyde de sodium à 4,2 M et le sulfate de lithium monohydraté, a été utilisé dans une autre expérience dans laquelle un polyphosphate, spécifiquement le hexamétaphosphate de sodium, a été ajouté à l'Échantillon 2 pour produire l'Échantillon 3. Le haxamétaphosphate de sodium a été ajouté à une concentration de 3,7 % en poids de la composition totale. La densité de l'Échantillon 3 était de 14,5 lb/gal (soit environ 1700kg/m3).
[0077] La résistance à la compression non-destructive de l'Échantillon 3 a été mesurée à l'aide d'un analyseur de ciment aux ultrasons UCA™, disponible auprès de la société Fann ®lnstrument Company, Houston, Texas. Les valeurs de résistance à la compression ont été déterminées en conformité avec RP 10B-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, Première édition, juillet 2005*, selon ΓΑΡΙ. Les mesures de la résistance à la compression sont prises à 12 h, à 24 h, à 48 h, à 72 h, à 5 jours et à 7 jours. En outre, le temps jusqu'à 50 psi (soit environ 3,4 bar) et le temps jusqu'à 500 psi (soit environ 34 bar) ont été notés. Les données sont présentées dans le Tableau 3 ci-dessous.
Tableau 3
Mesures de la résistance à la compression de la composition de ciment à durée de vie prolongée
Conditions expérimentales* : 100 °F (soit environ 38°C), 3000 psi (soit environ 207 bar), 15 min de temps d'augmentation [0078] Les données indiquent que les compositions de ciment à durée de vie prolongée établissent une résistance suffisante à la compression à 7 jours, même à des températures basses. En outre, l'ajout d'un polyphosphate dans l'Échantillon 3 montre une amélioration au niveau de la force de compression et une diminution du temps d'épaississement en comparaison à la même composition en absence de polyphosphate (Échantillon 2 dans l'Exemple 2). La diminution au Jour 7 peut être due à des changements de phase dans le ciment à base d'alumine de calcium pendant la période de durcissement.
Exemple 4 [0079] Quatre échantillons identiques à celui utilisé dans l'Exemple 1 (Échantillon 1) ont été activés par l’ajout d'une solution de NaOH à 4M (aq). Les temps d'épaississement des quatre échantillons et de l'échantillon témoin ont été mesurés sur un consistomètre à haute pression et à haute température en montant de la température ambiante (par ex. environ 70 °F (soit environ 21 °C) pour cet exemple) et de la pression ambiante à 100 °F (soit environ 38°C) et à 3 000 psi (soit environ 207 bar) en 15 minutes 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. Le temps d'épaississement représente le temps que met la composition de ciment à durée de vie prolongée pour atteindre 70 Bc et peut être rapporté comme le temps nécessaire pour atteindre 70 Bc. On a mesuré par ailleurs le pH de chaque échantillon après leur activation. Les résultats de cet essai sont présentés dans le Tableau 4. 32
Tableau 4
Mesures du temps d'épaississement de composition de ciment à durée de vie prolongée
[0080] Il a été découvert qu'on peut avoir le contrôle sur les temps d'épaississement en faisant varier la concentration de l'activateur. Les résultats indiquent une dépendance sur la concentration de l'activateur et sur le pH de la composition de ciment à durée de vie prolongée activée.
[0081] La précédente description décrit 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 présentés 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.
[0082] 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.
[0083] 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 la présente divulgation. 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 (15)
- REVENDICATIONS1. Procédé de cimentation, caractérisé en ce qu’il comprend : l'utilisation d'une composition de ciment à durée de vie prolongée (32) contenant un ciment à base d'aluminate de calcium, de l'eau et un retardateur de prise de ciment ; le mélange de la composition de ciment à durée de vie prolongée (32) avec un activateur de prise de ciment pour activer la composition de ciment à durée de vie prolongée (32); l'introduction de la composition de ciment à durée de vie prolongée (32) activée dans un puits de forage (44) ; et laisser la composition de ciment à durée de vie prolongée (32) activée prendre dans le puits de forage (44) pour former un bouchon dans le puits de forage (44) qui a une perméabilité inférieure à 0,1 millidarcy.
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel 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. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel 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 durée de vie prolongée (32).
- 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la composition comprend également un polyphosphate.
- 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le polyphosphate est de l'hexamétaphosphate de sodium.
- 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le polyphosphate est présent en quantité d’environ 1% à environ 30 % en poids de la composition de ciment à durée de vie prolongée (32).
- 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, 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 de toute combinaison de ceux-ci ; 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 durée de vie prolongée (32).
- 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la composition de ciment à durée de vie prolongée (32) contient en outre au moins un sel de lithium sélectionné dans le groupe constitué du sulfate de lithium, du carbonate de lithium, et de toute combinaison de ceux-ci.
- 9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre le stockage de la composition de ciment à durée de vie prolongée (32) pendant une période d'environ 1 jour ou plus.
- 10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre le stockage de la composition de ciment à durée de vie prolongée (32) dans un récipient (10) pendant une durée d'au moins environ 1 jour ou plus avant l'étape de mélange.
- 11. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre le stockage de la composition de ciment à durée de vie prolongée (32) dans un récipient (10) pendant une durée d’au moins environ 7 jours ou plus avant l'étape de mélange.
- 12. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel une formation souterraine adjacente au bouchon a une température d’environ 38 °C ou moins.
- 13. Système (2) permettant des opérations d'obturation et d'abandon, caractérisé en ce que le système comprend : une composition de ciment à durée de vie prolongée (32) contenant : du ciment à base d'aluminate de calcium, de l’eau, un retardateur de prise de ciment, et un activateur de prise de ciment ; un équipement de mélange (4) pour mélanger la composition de ciment à durée de vie prolongée (32) et l'activateur de prise de ciment pour préparer une composition de ciment à durée de vie prolongée (32) activée ; et un équipement d'introduction de ciment pour introduire la composition de ciment à durée de vie prolongée (32) activée à un emplacement choisi pour un bouchon dans un puits de forage (44).
- 14. Système (2) selon la revendication 13, comprenant en outre un récipient (10) adapté pour conserver la composition de ciment à durée de vie prolongée (32).
- 15. Système (2) selon la revendication 13 ou 14, dans lequel l'équipement d'introduction pour introduire la composition de ciment à durée de vie prolongée (32) activée comprend un équipement de pompage (6) et/ou une cuillère de cimentation (60).
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