JP6290437B2 - 軽石を含む凝結遅延セメント組成物及び関連方法 - Google Patents
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Description
実施形態は地下セメンチング作業に関連し、またある実施形態においては、凝結遅延セメント組成物及び地下層内における凝結遅延セメント組成物の使用方法に関する。
セメント組成物は種々の地下作業に用いられる。例えば、地下井戸建設において、パイプ列（例えば、ケーシング、ライナー、拡張性チューブ、等）を坑井内に挿入し適当な位置にセメントで固められる。パイプ列をセメントで適切な位置に固める工程は、一般的に「一次セメンチング」と呼ばれる。典型的な一次セメンチング方法において、セメント組成物は、坑井壁とそこに配置されたパイプ列の外面間のアニュラス内にポンピング(pumping)される。該セメント組成物は環状空間で凝結し、それによってパイプ列を坑井内で、支え位置づけしかつパイプ列の外面を地下層に結び付けるための凝結した、実質的に不透過性セメントの環状シース（すなわち、セメントシース）を形成する。他には、パイプ列を取り囲む該セメントシースは流動体のアニュラス内の移動を防止し、かつパイプ列を腐食から保護する機能を果たす。セメント組成物は、また補修的セメンチング方法、例えば、パイプ列やセメントシースの割れ目や穴を封止し、高度に透過性の領域やあるいは割れた部分を封止し、セメント栓を配置するなどのために用いることができる。
幅広い種々のセメント組成物が地下セメンチング作業に用いられてきた。例えば、凝結遅延セメント組成物が用いられてきた。凝結遅延セメント組成物は、静止保存状態で、室温（例えば約８０華氏）で少なくとも約１日（例えば、少なくともおそよ７日、約２週間、約２年以上）、ポンプで注入可能な流動体状のままであることを特徴とする。使用が望まれる場合、凝結遅延セメント組成物は活性化できる必要があり、それによって合理的な圧縮強度が発現される。例えば、セメント凝結促進剤が凝結遅延セメント組成物に添加され、それによって該組成物は凝結物へと凝結する。その他には、凝結遅延セメント組成物は坑井応用での使用、例えば、セメント組成物が事前に調整されていることが望まれる場合などの使用、に適している。これにより、例えば、セメント組成物は使用に先立って保存することができる。加えて、これにより、例えば、セメント組成物は便利な場所で調整され現場に輸送することができる。従って、現場でのバルク貯蔵、混合設備の必要の減少によって、資本支出を削減できる。このことは、船上の空間が限られている沖合のセメンチング作業に特に有用である。
これまで凝結遅延セメント組成物が開発されてきており、一方地下セメンチング作業における好適利用が課題となっている。例えば、凝結遅延セメント組成物は、圧縮強度発現の増加から益を得る。特に、初期の強度発現の押し上げ並びに長期の強度発現によって、圧縮強度をより遅くあるいは長期強度をそれほど発現させない組成物に比べ、より多様な作業に用いられ得る組成物が得られる。
これらの図は本方法の実施形態の態様を示すが、これらの図は本方法をなんら制限したり限定するのもではない。
実施形態は地下セメンチング作業に関連し、またある実施形態において、凝結遅延セメント組成物及び地下層内で凝結遅延セメント組成物の使用方法に関する。特定の実施形態において、凝結遅延セメント組成物は、セメントキルンダスト、スラグ、及び／又はシリカ源（例えば、ポゾラン）等の強度増進剤とともに用いてもよい。強度増進剤を含む凝結遅延セメント組成物の実施形態は初期強度発現を促進すること及び／又は望みの濃縮時間及び後期圧縮強度発現を達成することもできる。
凝結遅延セメント組成物の実施形態は一般的に、水、軽石、水和石灰、及び凝結遅延剤を含んでいる。凝結遅延セメント組成物はさらに分散剤、スラグ、セメントキルンダスト、無定形無定形シリカ、ポゾラン及び／又はセメント凝固賦活剤を任意に含んでいてもよい。凝結遅延セメント組成物の実施形態は発泡していてもよい。有利には、凝結遅延セメント組成物の実施形態は長期間ポンプで注入可能な流動体状のままであることができる。例えば、凝結遅延セメント組成物は、少なくとも約１日、約２週間、約２年以上ポンプで注入可能な流動体状のままである。有利には、凝結遅延セメント組成物は、比較的低温での活性化の後、合理的な圧縮強度を発現できる。凝結遅延セメント組成物は、多くの地下セメンチング作業に適している一方、例えば、約２００華氏未満の温度あるいは約１００華氏から２００華氏までの温度範囲などの比較的低い坑底静温度である地下層での使用に特に適している。別の実施形態において、凝結遅延セメント組成物は、４５０華氏以上までの坑底静温度である地下層で用いることができる。
水は、凝結遅延セメント組成物内の他の成分に望ましくない影響を及ぼす化合物を過度に含まない限りいずれの水源からのものであってよい。例えば、凝結遅延セメント組成物は、淡水あるいは塩水を含んでいてもよい。塩水は、一般的には一つ以上の溶けた塩を含んでおり、特定の望まれる用途に従い飽和あるいは不飽和であってもよい。海水あるいはブラインが実施形態における使用に適している。更に、水はポンプで注入可能なスラリーを形成するために十分な量で存在する。ある実施形態において、水は凝結遅延セメント組成物に軽石の質量の約３３％から約２００％の範囲の量で存在する。ある実施形態において、水は凝結遅延セメント組成物に軽石の質量の約３５％から約７０％の範囲の量で存在する。選択された利用に適した水の量は、本開示の利益を有する当業者に認識できるべきである。
凝結遅延セメント組成物内に軽石が存在し得る。一般的に、軽石は、水和石灰と水の存在下で凝結硬化するセメント系性質を示す火山岩である。軽石も砕かれていてもよい。一般的に、軽石は特定の望まれる用途に従いいずれの粒度分布であってもよい。ある実施形態において、軽石は、約１ミクロンから２００ミクロンの範囲の平均粒度を持っている。平均粒度は、英国、ウスターシャー州、マルバーンインスツルメント製の分析器などの粒度分析器によって測定されたｄ５０値に相当する。特定の実施形態において、軽石は約１ミクロンから約２００ミクロン、約５ミクロンから約１００ミクロン、あるいは約１０ミクロンから約５０ミクロンの範囲内の平均粒度を有する。特定の一実施形態において、軽石は約１５ミクロン未満の平均粒度を有する。適した軽石の例としては、ＤＳ−３２５軽量骨材として、アイダホ、マラドのヘスピュミスプロダクツ（Ｈｅｓｓ Ｐｕｍｉｃｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．）約１５ミクロン未満の粒度を持つものが入手できる。当然のことながら、粒度が小さすぎると混合性に問題があり、一方粒度が大きすぎると組成物中で効率的に懸濁するとこができない。選択された利用に適した軽石の粒度は、本開示の利益を有する当業者が選択できるべきである。
凝結遅延セメント組成物に水和石灰が含まれ得る。ここで用いられているように、「水和石灰」とは水酸化カルシウムを意味すると理解されるであろう。幾つかの実施形態において、水和石灰は、水と混合された時に水和し水和石灰を形成する生石灰（酸化カルシウム）として与えられてもよい。例えば、軽石とともに水圧性組成物を形成するため、水和石灰が凝結遅延セメント組成物の実施形態に含まれていてもよい。例えば、水和石灰は、軽石対水和石灰の質量比として、約１０：１から約１:１の割合、あるいは３：１から約５：１の割合で存在する。ここで、存在する場合には水和石灰は凝結遅延セメント組成物に、例えば、軽石の質量の約１０％から１００％の範囲で存在し得る。幾つかの実施形態において,水和石灰は、軽石の質量の約１０％、約２０％、約４０％、約６０％、約８０％、あるいは約１００％を含む及び／又はそれらのいずれかの間の範囲の量で存在する。幾つかの実施形態において、凝結遅延セメント組成物に存在するセメント系成分は、基本的に軽石と水和石灰からなりうる。例えば、セメント系成分は、水の存在下で水圧的に凝結するいずれの付加的成分（例えば、ポートランドセメント、フライアッシュ、スラグセメント）無しに、第一に軽石と水和石灰を含み得る。選択された用途に適した水和石灰の含有量は、本開示の利益を有する当業者が認識されるであろう。
凝結遅延剤が凝結遅延セメント組成物にふくまれている。広範囲の種々の凝結遅延剤が、凝結遅延セメント組成物へ用いられるのに適している。凝結遅延剤は、次を含みうる:例えば、エチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）等のホスホン酸類、リグニンスルホン酸ナトリウム塩、リグニンスルホン酸カルシウム塩等のリグニンスルホン酸類、硫酸第一スズ、酢酸鉛、リン酸二水素カルシウム等の塩類、クエン酸、酒石酸等の有機酸類、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース（ＣＭＨＥＣ）等のセルロース誘導体、スルホネート官能化アクリルアミドーアクリル酸共重合体等の合成、共、又は三元重合体、アルカリホウ酸塩、メタホウ酸ナトリウム、テトラホウ酸ナトリウム、ペンタホウ酸カリウムなどのホウ酸化合物、これらの誘導体、あるいはこれらの混合物である。これらのうち、適している凝結遅延剤は例えばホスホン酸誘導体類である。適している凝結遅延剤の一例として、ハリバートンエネルギーサービス社のミクロマトリックス（商標登録）セメント遅延剤がある。一般的に、凝結遅延剤は、望まれる時間に凝結を遅延させるのに十分な量で凝結遅延セメント組成物に存在し得る。幾つかの実施形態において、凝結遅延剤は凝結遅延セメント組成物に軽石の質量に対して約０．０１％から約１０％の範囲の量で存在し得る。特定の実施形態において、凝結遅延剤は軽石の質量に対して約０．０１％、約０．１％、約１％、約２％、約４％、約６％、約８％、あるいは約１０％を含む及び／又はこれらのいずれかの間の範囲の量で凝結遅延セメント組成物に存在し得る。選択された用途によって含くまれる凝結遅延剤の適量は、本開示の利益を有する当業者に認識されるであろう。
強度増強剤が凝結遅延セメント組成物に含まれうる。強度増強剤は、セメントキルンダスト、スラグ、又はそれらの組み合わせを含んでいる。セメントキルンダスト又はスラグは活性化の前に、あるいは同時に、あるいはその後に凝結遅延セメント組成物に加えられる。ここで用いられてセメントキルンダスト（「ＣＫＤ」）とは、セメント製造中にガス流体から除去されダスト回収機内に回収された部分的に仮焼されたキルンフィードである。種々のセメント製造からのＣＫＤの化学分析は、特定のキルンフィード、セメント製造操作、付随のダスト回収システムなどを含む数々の要素によって多様である。ＣＫＤは一般的にSiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、Na2O及びK2Oなど種々の酸化物を含んでいる。ここで用いられているスラグは、対応する鉱石からの種々の金属製造において形成される粒状化高炉副産物を言う。例えば、鋳鉄の製造から、一般的に鉄鉱石に発見される酸化された不純物を含むスラグとともに粒状化高炉副産物としてスラグが生産される。スラグは、凝結遅延セメント組成物の強度の発現を補助する易溶性ケイ酸カルシウム及びアルミン酸カルシウム源を提供する。強度増強剤は、特定の望まれる用途に従い、適切な時期に凝結遅延セメント組成物に含まれうる。例えば、強度増強剤は凝結遅延セメント組成物の活性化前あるいは後に含まれうる。
ＣＫＤ及び／又はスラグは、特定の用途に適した量で凝結遅延セメント組成物の実施形態に含まれうる。幾つかの実施形態において、ＣＫＤ及び／又はスラグは、軽石の質量の約１％から約４００％、例えば、約１％、約１０％、約５０％、約１００％、約２５０％、あるいは４００％、の量で存在し得る。ＣＫＤ及び／又はスラグは２４時間圧縮強度を約１００％以上強化するために用いられる。例えば、ＣＫＤ又はスラグは２４時間圧縮強度を約１００％、約１２５％、約１５０％、約２００％以上強化するために用いられる。さらにＣＫＤ及び／又はスラグは７２時間圧縮強度を約５０％以上強化するために用いられる。例えば、ＣＫＤ又はスラグは７２時間圧縮強度を約５０％、約６０％、約７５％、約１００％以上強化するために用いられる。選択された用途によってふくまれる強度増強剤の適量は、本開示の利益を有する当業者に認識されるであろう。
上述のように、凝結遅延セメント組成物の実施形態は任意に分散剤を含んでいてもよい。適している分散剤の例としては、スルホン化ホルムアルデヒド系分散剤（例えば、スルホン化アセトンホルムアルデヒド縮合物）があり、その例としては、ペンシルベニア州アンブラー、ゲオスペシャルティケミカルズより入手可能なＤａｘａｄ（登録商標）１９分散剤が含まれるが、これらに限定されない。その他の適切な分散剤は、テキサス州ヒューストン、ＢＡＳＦ社より入手可能なＬｉｑｕｉｍｅｎｔ（登録商標）５５８１ＦやＬｉｑｕｉｍｅｎｔ（登録商標）５１４Ｌ分散剤、あるいはフランス、ジュネ、コーテックスより入手可能なＥｔｈａｃｒｙｌ（登録商標）Ｇ等のポリカルボキシル化エーテル分散剤である。追加の適切な市販の分散剤はテキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能なＣＦＲ（登録商標）−３がある。Ｌｉｑｕｉｍｅｎｔ（登録商標）５１４Ｌ分散剤は、水中に３６質量％のポリカルボキシル化エーテルを含んでいる。種々の分散剤が、実施形態に従って用いることができる一方,ポリカルボキシル化エーテル分散剤は幾つかの実施形態において特に適している。理論的に限定されないが、ポリカルボキシル化エーテル分散剤は凝結遅延セメント組成物のほかの成分と相乗的に作用し得る。例えば、ポリカルボキシル化エーテル分散剤は、ある種の凝結遅延剤（例えば、ホスホン酸誘導体）に作用し、組成物中で軽石及び水和石灰を長時間懸濁させるゲルを形成する。
幾つかの実施形態において、該分散剤は、凝結遅延セメント組成物中に軽石の質量に対して約０．０１％から約５％の範囲の量で含まれ得る。特定の実施形態において、特定の実施形態において、分散剤は軽石の質量に対して約０．０１％、約０．１％、約０．５％、約１％、約２％、約３％、約４％、あるいは約５％を含む及び／又はこれらのいずれかの間の範囲の量で凝結遅延セメント組成物に存在し得る。選択された用途によって含まれる分散剤の適量は、本開示の利益を有する当業者に認識されるであろう。
地下セメンチング作業に用いられる適当な他の添加剤も凝結遅延セメント組成物の実施形態に含まれうる。そのような添加剤の例としては、特に限定されないが、増量剤、軽量添加剤、ガス発生添加剤、力学的性質強化添加剤、逸泥物質、ろ過制御添加剤、流体損失制御添加剤、泡消し剤、発泡剤、チキソトロープ添加剤、及びこれらの組み合わせがある。実施形態において、これらの添加剤の一つ以上が保存後で、しかし凝結遅延セメント組成物の地下層内への配置に先立ち凝結遅延セメント組成物に添加される。本開示の利益を有する、当分野における通常の知識を有する者は、特定の用途と望まれる結果に役立つ添加剤の種類と量は容易に決定できるであろう。
凝結遅延セメント組成物が特定の用途に適した密度をもつことは、当分野における通常の技術を有する者に認識されるであろう。例えば、凝結遅延セメント組成物は、約１ガロン当たり４ポンド（「ｌｂ／ｇａｌ」）から２０ｌｂ／ｇａｌの範囲の密度を持ち得る。ある実施形態において、凝結遅延セメント組成物は８ｌｂ／ｇａｌから１７ｌｂ／ｇａｌの範囲の密度を持ち得る。凝結遅延セメント組成物の実施形態は、発泡されていても泡消しされていてもよく、当分野で既知の中空微小体、低密度弾性ビーズやその他の低密度化添加剤などの密度を低減する他の手段を含んでいてもよい。実施形態において、密度は、保存後でしかし地下層内への配置に先立ち低減される。特定の用途に適した密度は、本開示の利益を有する、当分野における通常の技術を有する者に認識されるであろう。
上述のように、凝結遅延セメント組成物は、静止保存状態かつ室温（例えば約８０華氏）で少なくとも約１日（例えば、少なくとも１日（例えば、少なくとも約１日、約２週間、約２年以上）ポンプで注入可能な流動体状のままである凝固遅延性を有する。例えば、凝結遅延セメント組成物は、約１日から約７日以上の期間、ポンプで注入可能な流動体状のままである。幾つかの実施形態において、凝結遅延セメント組成物は、少なくとも約１日、約７日、約１０日、約２０日、約３０日、約４０日、約５０日、約６０日以上ポンプで注入可能な流動体状のままである。流動体は、ＡＰＩ ＲＰ Ｐｒａｃｔｉｃｅ １０Ｂ−２、Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｗｅｌｌ Ｃｅｍｅｎｔｓ，第１版、２００５年７月、に記載された、セメント濃縮時間を決定する手順に従って、加圧濃度計（pressurized consistometer）で測定された時の粘度のビアーデン単位（「Ｂｃ」）で７０未満の濃度を有するポンプで注入可能な流動体状態の流動体であると考えられる。
使用に際して、凝結遅延セメント組成物の実施形態は活性化され（例えば、活性剤との結合により）硬化体へと凝結する。ここで用いられている用語「セメント凝結活性剤」又は「活性剤」は凝結遅延あるいはかなり遅延されたセメント組成物を活性化し、また凝結遅延あるいはかなり遅延されたあるいは他のセメント組成物の凝結を加速することができる添加剤である。例えば、凝結遅延セメント組成物の実施形態は活性化されて、約１時間から約１２時間の期間内に硬化体を形成する。例えば、凝結遅延セメント組成物の実施形態は、約１日、約２日、約４日、約６日、約８日、約１０日、約１２日を含む及び／又はこれらのいずれかの間の範囲の期間内に硬化体を形成する。
幾つかの実施形態において、凝結遅延セメント組成物は活性化後、凝結し望みの圧縮強度を持つ。圧縮強度は、一般的には軸方向の押力に耐える物質あるいは構造の能力である。圧縮強度は、凝結遅延セメント組成物が活性化され、得られた組成物が特定の温度と圧力の条件下で保たれた後の、特定の時間に測定される。圧縮強度は、破壊又は非破壊方法で測定できる。破壊方法は、圧縮試験機内でサンプルを破壊することによって、処理流体サンプルの強度を種々の点で物理的に適時に試験する。圧縮強度は荷重に抗する断面積で割った破損荷重から計算され、平方インチ当たりのポンド力を単位（ｐｓｉ）として報告される。非破壊方法では、テキサス州ヒューストン、ファンインスツルメント社から入手できるＵＣＡ（登録商標）超音波セメント分析器を用いられる。圧縮強度値は、ＡＰＩ ＲＰ １０Ｂ−２、Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｗｅｌｌ Ｃｅｍｅｎｔｓ，Ｆｉｒｓｔ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｊｕｌｙ ２００５に従って決定される。
例えば、凝結遅延セメント組成物は、約５０ｐｓｉから５０００ｐｓｉ、又は約１００ｐｓｉから４５００ｐｓｉ、又は約５００ｐｓｉから４０００ｐｓｉの範囲の２４時間圧縮強度を発現する。幾つかの実施形態において、凝結遅延セメント組成物は、少なくとも約５０ｐｓｉ、少なくとも約１００ｐｓｉ、少なくとも約５００ｐｓｉ以上の圧縮強度を発現する。幾つかの実施形態において、圧縮強度値は、１００°Ｆから２００°Ｆの範囲内の温度で、破壊又は非破壊方法によって決定できる。
幾つかの実施形態において、凝結遅延セメント組成物は、活性化後望みの濃縮時間を有する。濃縮時間は典型的には、凝結遅延セメント組成物などの流体が、揚水され得る流体状態の保つ時間をいう。多くの異なる実験室技術が、濃縮時間を測定するために用いられる。加圧式濃度計が、上記ＡＰＩ ＲＰ Ｐｒａｃｔｉｃｅ １０Ｂ−２に従って操作され、流体が、ポンプで注入可能な流体状態かどうか測定するのに用いられる。濃縮時間は、処理された流体が７０Ｂｃに達するのに要する時間であり、７０Ｂｃに達する時間として報告される。幾つかの実施形態において,セメント組成物は、３,０００ｐｓｉで約５０°Ｆから約４００°Ｆ、あるいは約８０°Ｆから約２５０°Ｆの範囲内の温度、あるいは、約１４０°Ｆの温度で、約１時間、あるいは約２時間、あるいは約５時間より長い濃縮時間である。
実施形態は、セメント凝結活性剤を凝結遅延セメント組成物に添加することを含んでいる。適したセメント凝結活性剤の例としては、特にこれらに限定はしないが、ゼオライト、トリエタノールアミンジエタノールアミン等のアミン類、ケイ酸ナトリウム等のケイ酸塩(silicates)、蟻酸亜鉛、酢酸カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム及び水酸化カルシウムなどのＩＡ族及びＩＩＡ族の水酸化物、塩化ナトリウムなどの一価の塩類、塩化カルシウムなどの二価の塩類、ナノシリカ（すなわち、約１００ナノメータ以下の粒度を持つシリカ）、ポリリン酸塩類（polyphosphates）、及びこれらの組み合わせが含まれる。幾つかの実施形態において、ポリリン酸と一価の塩の組み合わせを活性化のため用いてもよい。一価の塩は、ナトリウムやカリウムの塩などの、解離して一価の陽イオンを形成する塩である。適した一価の塩の具体的な例としては、硫酸カリウムと硫酸ナトリウムが含まれる。重合体メタリン酸塩(polymeric metaphosphate salts)、リン酸塩(phosphates)、及びこれらの組み合わせを含む、種々の異なるポリリン酸類が、一価の塩と組み合わせて凝結遅延セメント組成物の活性化に用いられる。用いられる重合体メタリン酸塩の具体的な例は、ヘキサメタリン酸ナトリウム、トリメタリン酸ナトリウム、テトラメタリン酸ナトリウム、ペンタメタリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、オクタメタリン酸ナトリウム、及びそれらの組み合わせを含んでいる。適切なセメント凝結活性剤の一具体例は、硫酸ナトリウムとヘキサメタリン酸ナトリウムの組合せを含む。特定の実施形態において、活性剤は、例えば、一価の塩、ポリリン酸塩、及び任意に分散剤などを含む液体添加剤として、凝結遅延セメント組成物に加えられる。
幾つかの実施形態において、ナノシリカを含むセメント凝結活性剤が含まれうる。ここで用いられているように、「ナノシリカ」は、約１００ナノメータ（「ｎｍ」）以下の粒度を持つシリカである。ナノシリカの大きさは、いずれかの適した技術によって測定される。測定されたナノシリカのサイズは、測定技術や、サンプル調整、温度や濃度などのサンプル条件などによって多様であることは理解されるべきである。ナノシリカの粒度を測定する一つの技術は、透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ）である。レーザー回折に基づく市販の製品の例としては、英国、ウスターシャー州、マルバーンインスツルメンツ社が提供するＺＥＴＡＳＩＺＥＲ Ｎａｎｏ ＺＳ粒度分析器がある。幾つかの実施形態において、ナノシリカは、コロイド状のナノシリカを含んでいる。ナノシリカはいずれかの適した技術を使って安定化される。幾つかの実施形態において、ナノシリカは、酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム及び／又はそれらの組み合わせの酸化金属によって安定化される。加えて、ナノシリカは、上述のようにアミン及び／又は金属酸化によって、安定化される。ナノシリカの実施形態は、更にセメントの穴の空間を埋める優れた性質が知られており、その結果凝結された後にセメントの優れた機械的性質をもたらす。
幾つかの実施形態は、一価の塩とポリリン酸塩の組み合わせを含むセメント凝結活性剤を含む得る。一価の塩とポリリン酸塩は、凝結遅延セメント組成物への添加に先立ち組み合わせられるか、あるいは凝結遅延セメント組成物に別々に加えられる。一価の塩は、ナトリウム及びカリウム塩などのかい離して一価の陽イオンを形成するいずれの塩でもよい。適切な一価の塩の具体的な例として、硫酸カリウム及び硫酸ナトリウムが含まれる。例えば、重合体メタリン酸塩、リン酸塩、これらの組み合わせなどを含む、種々の異なるポリリン酸塩が、凝結遅延セメント組成物の活性化のため一価の塩と組み合わせられ用いられる。重合体メタリン酸塩として用いられる具体的な例は、ヘキサメタリン酸ナトリウム、トリメタリン酸ナトリウム、テトラメタリン酸ナトリウム、ペンタメタリン酸ナトリウム、ヘプタメタリン酸ナトリウム、オクタメタリン酸ナトリウム、及びこれらの組み合わせが含まれる。適切なセメント凝結活性剤の一例は、リン酸ナトリウムとヘキサメタリン酸ナトリウムの組み合わせを含む。興味深いことに、メタリン酸ナトリウムは本分野において、ポートランドセメントの強力な遅延剤としても知られている。ポリリン酸塩の特異な化学的性質により、ここで開示されている凝結遅延セメント組成物の実施形態用に、セメント凝結活性剤として用いられる。ポリリン酸塩に対する一価の塩の比は、例えば、約５：１から約１：２５、あるいは約１：１から約１：１０の範囲内である。セメント凝結活性剤の実施形態は、一価の塩とポリリン酸塩を、約５：１、２：１、約１：１、約１：２、約１：５、約１：１０、約１：２０、約１：２５を含む及び／又はこれらのいずれかの間の範囲の比（ポリリン酸塩に対する一価の塩の比）で含んでいる。
幾つかの実施形態において、一価の塩とポリリン酸塩の組み合わせは、分散剤と水と混合され凝結遅延セメント組成物の活性化のための液体添加剤を形成する。適した分散剤の例としては、限定はしないが、スルホン化ホルムアルデヒド系分散剤とポリカルボキシル化エーテル分散剤などの前述の分散剤が含まれる。適したスルホン化ホルムアルデヒド系分散剤の一例は、スルホン化アセトンホルムアルデヒド縮合物）であり、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能なＣＦＲ−３（登録商標）である。適したポリカルボキシル化エーテル分散剤の一例は、テキサス州ヒューストン、ＢＡＳＦ社より入手可能なＬｉｑｕｉｍｅｎｔ（登録商標）５１４Ｌ又は５５８１Ｆである。
セメント凝結活性剤は、凝結遅延セメント組成物の実施形態に、凝結遅延セメント組成物が硬化体へと凝結するのを誘発するのに十分な量で加えられる。ある実施形態において、セメント凝結活性剤は、凝結遅延セメント組成物に、軽石の質量の約０．１％から約２０％の範囲の量で加えられる。特定の実施形態において、セメント凝結活性剤は、軽石の質量の約０．１％、約１％、約５％、約１０％、約１５％、あるいは約２０％のいずれかを含む及び／又はこれらのいずれかの間の範囲の量で存在し得る。選択された用途にしたがって、セメント凝結活性剤の適切な量は、本開示の利益を有する当業者は認識するであろう。
セメント凝結活性剤（液体セメント凝結活性添加剤を含む）の幾つかの実施形態は、例えば、無定形シリカなどのシリカ及び／又は強度増強剤として用いられるポゾランのシリカ源を含んでいる。例えば、セメント凝結活性剤は塩化カルシウム及びシリカ源を含む。シリカ源を含む強度増進剤は、上記のセメントキルンダスト及び／又はスラグ強度増進剤と同様、早期強度増進をさらに高めるために用いられる。しかし、シリカ源を含む強度増進剤は、凝結遅延セメント組成物に直接加える代わりにセメント凝結活性剤に加えられる。幾つかの実施形態において、シリカ源を含む強度増強剤の凝結遅延セメント組成物への直接添加は、ゲル化あるいは瞬時の凝結を誘導する。しかしながら、シリカ源強度増強剤を含むセメント凝結活性剤を含む実施形態はゲル化あるいは瞬時の凝結を誘導しない。
実施形態において、シリカ源を含む強度増強剤は無定形シリカを含んでいてもよい。無定形シリカは、セメント圧縮強度を高めるためセメント凝結活性剤の実施形態に含まれる粉末である。無定形シリカは、一般にフェロシリコン製造工程の副産物であり、該無定形シリカは、該行程中に中間体として形成されるガス状の低級酸化ケイ素、ＳｉＯ，の酸化及び濃縮によって形成される。適した無定形シリカ源の一例として、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能なシリカライト（登録商標）セメントがある。強度増進剤を含む実施形態は、圧縮強度を増強するため必要に応じてシリカ源を追加的に用いることができる。
実施形態において、シリカ源を含む強度増強剤は、ポゾランを含んでいる。ポゾランの例としては、珪藻土、メタカオリン、ゼオライト、フライアッシュ、火山灰、乳白色シェール、凝灰岩、及びそれらの組み合わせである。強度増進剤を含む実施形態は、圧縮強度を増強するため必要に応じてシリカ源を追加的に用いることができる。
種々のフライアッシュは、強度増進剤を含む実施形態にシリカ源として用いるのに適している。フライアッシュは、アメリカ石油協会の、ＡＰＩ分類（ＡＰＩ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｗｅｌｌ Ｃｅｍｅｎｔｓ，ＡＰＩ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ １０，Ｆｉｆｔｈ Ｅｄ．，Ｊｕｌｙ １，１９９０）に従った、クラスＣとクラスＦに分類されるフライアッシュを含んでいる。適したフライアッシュの例としては、これに限定されないが、ハリーバートンエネルギーサービス社から市場で入手可能なポズミックス（登録商標）Ａセメント添加剤がある。
メタカオリンは、強度増進剤を含む実施形態にシリカ源として用いるのに適している。一般的に、メタカオリンは、カオリン粘度を約６００℃から８００℃の温度範囲で加熱することによって調整される白ポゾランである。
珪藻土は、強度増進剤を含む実施形態にシリカ源として用いるのに適している。珪藻土は、主にシリカからなる柔らかく嵩高い固体物質である。一般的に、珪藻土は、珪藻と呼ばれる先史の小さな水生植物の骨格が化石化された残留物から得られる。これは一般的に粉末として得られる。適した珪藻土の一例としては、テキサス州ヒューストンのハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能なダイアセルＤ（登録商標）セメント添加剤がある。
ゼオライトは、強度増進剤を含む実施形態にシリカ源として用いるのに適している。ゼオライトは一般的に天然あるいは合成のいずれかの多孔性アルミノシリケート鉱物である。合成ゼオライトは、天然ゼオライトと同様のタイプのセル構造に基づいておりアルミノシリケート水和物を含んでいる。ここで用いられているように、「ゼオライト」はゼオライトのすべての天然及び合成形を言う。適したゼオライトの一例としては、ペンシルベニア州マルバーンのＰＱコーポレーションから入手可能なバルフォー１００（登録商標）ゼオライトあるいはアドベラ（登録商標）４０１がある。
シリカ源強度増強剤は、凝結遅延セメント組成物の圧縮強度を増加させるのに十分な量でセメント凝結活性剤の実施形態に加えられる。ある実施形態において、シリカ源は、軽石の質量の約０．１％から約２０％の範囲の量でセメント凝結活性剤に加えられる。特定の実施形態において、シリカ源強度増強剤はセメント凝結活性剤に軽石の質量の約０．１％、約１％、約５％、約１０％、約１５％、あるいは約２０％のいずれかを含む及び／又はこれらのいずれかの間の範囲の量で存在し得る。選択された用途用に含む、シリカ源強度増強剤の適切な量を、本開示の利益を有する当業者は認識するであろう。
当分野における通常の技術を有する者に認識されているように、凝結遅延セメント組成物の実施形態は、最初の及び補修的セメンチングを含む種々の地下作業に採用される。幾つかの実施形態において、水、軽石、水和石灰、凝結遅延剤、及び任意に分散剤を含む凝結遅延セメント組成物が提供される。強度増強剤が凝結遅延セメント組成物に含まれ得る。凝結遅延セメント組成物が、地下層に導入されそこで凝結することができる。ここで用いられているように、凝結遅延セメント組成物を地下層に導入することは、それに限られないが、地下層に開けられた坑井に、坑井を取り囲む近くに坑井に、あるいはその両方を含む、地下層のいずれかの部分への導入を含んでいる。実施形態は、更に凝結遅延セメント組成物の活性化も含んでいる。凝結遅延セメント組成物の活性化は、例えば、セメント凝結活性剤を凝結遅延セメント組成物に添加すること含みうる。シリカ源強度増強剤がセメント凝結活性剤に含まれ得る。
幾つかの実施形態において、水、軽石、水和石灰、凝結遅延剤、及び任意に分散剤及び／又は強度増強剤を含む凝結遅延セメント組成物が提供される。凝結遅延セメント組成物は、例えば、管あるいは他の適した容器に保存される。凝結遅延セメント組成物は、望む期間そのままで保存することができる。例えば、凝結遅延セメント組成物は、約１日以上保存のままであることができる。例えば、凝結遅延セメント組成物は、約１日、約２日、約５日、約７日、約１０日、約２０日、約３０日、約４０日、約５０日、約６０日あるいはそれ以上保存のままであることができる。幾つかの実施形態において、凝結遅延セメント組成物は、約１日から７日以上の範囲の時間保存のままであることができる。その後、凝結遅延セメント組成物は、例えば、強度増強剤を含むセメント凝結活性剤を加えることにより活性化され、地下層へ導入され、そこで凝固する。
一次のセメンチング実施形態において、例えば、凝結遅延セメント組成物は、坑井に配置された導管と坑井の壁（及び／又は坑井にあるより大きな導管）との間の環状空間に導入されるが、ここで坑井は地下層を貫いている。凝結遅延セメント組成物は、環状空間で凝固し、硬化セメントの環状シースを形成する。凝結遅延セメント組成物は坑井において流動体の移動を防止する障壁を形成する。凝結遅延セメント組成物はまた、例えば、坑井中の導管を支持する。
補修的セメンチング実施形態において、凝結遅延セメント組成物は、スクィーズセメンチング作業あるいはセメントプラグの設置に採用できる。例えば,凝固遅延組成物は坑井に配置され、層中、礫パック中、導管中、セメントシース中、及び／又はセメントシースと導管の間（例えばミクロアニュラス）にある開口（例えば、空所あるいは裂け目）を塞ぐために配置される。
実施形態は、水、軽石、水和石灰、凝結遅延剤及び強度増強剤、該強度増強剤はセメントキルンダスト、スラグ、無定形シリカ、ポゾラン、及びこれらのいずれかの組み合わせからなる群から選ばれる少なくとも一つの物質を含んでいる、を含む凝結遅延セメント組成物を供給すること、セメント組成物を地下層内に導入すること、地下層内でセメント組成物を凝結させる地下層のセメンチング方法を含む。強度増強剤を含むセメント組成物の成分を、上記検討された実施形態に関連しより詳細に述べる。セメント組成物は、上記検討された実施形態で述べられているように凝固が遅延される。上述されているものなど、セメント凝結活性剤はセメント組成物の活性化のために用いることができる。
実施形態は、水、軽石、水和石灰、凝結遅延剤及び強度増強剤、該強度増強剤はセメントキルンダスト、スラグ、無定形シリカ及びポゾランからなる群から選ばれる、を含むセメント組成物を含んでいる。強度増強剤を含んでいるセメント組成物の成分を、上記検討された実施形態に関連しより詳細に述べる。セメント組成物は、上記検討された実施形態で述べられているように凝固が遅延される。上述されているものなど、セメント凝結活性剤はセメント組成物の活性化のために用いることができる。
実施形態は、水、軽石、水和石灰、凝結遅延剤及び強度増強剤、該強度増強剤はセメントキルンダスト、スラグ、無定形シリカ及びポゾランからなる群から選ばれる、を含むセメント組成物を含むセメンチングシステムを含んでいる。該システムは、セメント組成物を混合することができる混合機器を更に含んでいる。該システムは、セメント組成物をポンピングすることができるポンピング機器を更に含んでいる。強度増強剤を含んでいるセメント組成物の成分を、上記検討された実施形態に関連しより詳細に述べる。セメント組成物は、上記検討された実施形態で述べられているように凝固が遅延される。上述されているものなど、セメント凝結活性剤はセメント組成物の活性化のために用いることができる。
次に、図１を参照し、例としての実施形態に従って凝結遅延セメント組成物の調整について述べる。図１は、ある実施形態に従って凝結遅延セメント組成物の調整、それに続く坑井への該組成物の送付のためのシステム２を図示している。示されているように、凝結遅延セメント組成物は、例えば、ジェットミキサー、再循環混合器、又はバッチミキサー等の混合機器４内で混合され、その後坑井へ、ポンピング機器６を経てポンピングされる。幾つかの実施形態において、混合機器４及びポンピング機器６は、当分野における通常の技術を有す者にとって明らかなように、一つ以上のセメントトラック上に配置される。幾つかの実施形態において,ジェットミキサーが、例えば、坑井へポンピングしながら、継続的に石灰／凝固性物質を水と混合するために用いられる。凝結遅延実施形態において、再循環混合器及び／又はバッチミキサーが、凝結遅延セメント組成物を混合するため用いられ、セメント組成物をダウンホールへポンピングするのに先立ち、活性化剤が粉末として該混合器に加えられる。加えて、スラリー用のバッチミキサー型ユニットが、セメント凝結活性剤を含んでいる別のタンクとつないで配管される。その後、セメント凝結活性剤は、混合ユニットから吐き出されながらスラリーと調和して供給される。
次に、凝結遅延セメント組成物を地下層へ設置する技術の一例を図２と３を参照しながら、説明される。図２は、ある実施形態に従って、凝結遅延セメント組成物を配置する際に用いられる地表機器１０を図示している。図２は、通常陸上の作業を表しているが、当業者はここに述べられている原則が本開示の範囲を逸脱せず、浮かんでいるか海底設置の足場やリグを用いた海中作業にも同様に適用できることは認識するであろう。図２に示されているように、陸上機器１０はセメンチングユニット１２を含んでいるが、これは一台以上のセメントトラックを含んでいる。該セメンチングユニット１２は、当分野の通常の知識を有する者に明らかなように混合機器４とポンピング機器６（例えば、図１）を含んでいる。該セメンチングユニット１２は、凝結遅延セメント組成物１４を供給管１６を通して、凝結遅延セメント組成物１４をダウンホールへ運ぶセメンチングヘッド１８へポンピングし得る。
次に、図３において、実施形態の例に従って、凝結遅延セメント組成物１４は地下層２０に配置される。図示されているように、坑井２２が地下層２０にまで掘られている。坑井２２が地下層２０に垂直に伸びているのが示されているが、ここに述べられている原理は水平あるいは傾いた坑井など地下層２０へある角度を持って伸びている坑井にも同様に適用できる。図示されているように、坑井２２は壁２４からなる。図示された実施形態において、表層ケーシング２６が坑井２２に挿入されている。表層ケーシング２６は、セメントシース２８により坑井２２の壁２４にセメント結合される。図示された実施形態において、ここではケーシング３０として図示されているが、一つ以上の追加の導管（例えば、中間ケーシング、製造ケーシング、ライナー等）が坑井２２に配置される。図に示すように、ケーシング３０と坑井２２の壁２４及び／又は表層ケーシング２６の間に形成された坑井アニュラス３２がある。一つ以上のセントラライザ３４がケーシング３０に取り付けられており、例えば、セメンチング作業に先立ちあるいはその間、ケーシング３０を坑井２２に中心化する。
続いて図３において、凝結遅延セメント組成物１４はケーシング３０の中にポンピングで下ろされる。凝結遅延セメント組成物１４は、ケーシング３０の底で、ケーシングシュー４２を通してケーシング３０の中へと下に流れ、及びケーシング３０の周りで、坑井アニュラス３２に向けて上に流れるようになっている。凝結遅延セメント組成物１４は、坑井アニュラス３２内で凝結するようになっており、例えば、坑井２２内ケーシング３０を支持し位置づけるセメントシースを形成する。図示されてはいないが、凝結遅延セメント組成物１４の導入のためその他の技術も用いてもよい。例えば、ケーシング３０を通す代わりに坑井アニュラス３２を通して地下層２０の中へ凝結遅延セメント組成物１４導入すること等を含む逆循環技術が採用されてもよい。
導入されると、凝結遅延セメント組成物１４は、掘削流体及び／又はスペーサ流体など、ケーシング３０及び／又は坑井アニュラス３２の内部に存在するかもしれない他の流体３６を移動させる。移動させた流体３６の少なくとも一部は、フローライン３８を経て坑井アニュラス３２を出て、例えば、図２に示されているように、一つ以上の保留ピット４０（例えば、泥ピット）に堆積される。再度図３において、例えば、セメンチングに先立ちケーシング３０内に存在しうる流体３６から凝結遅延セメント組成物１４を分離するために、底栓４４が凝結遅延セメント組成物１４より先に坑井２２に導入される。底栓４４が着地縁４６に届いた後、隔膜又は他の適当な装置が破断し凝結遅延セメント組成物１４が底栓４４を通して流される。図３において、底栓４４は着地縁４６上にあることが示されている。図示された実施形態において、上部栓４８が、坑井２２に凝結遅延セメント組成物１４の後ろに導入される。上部栓４８は、凝結遅延セメント組成物１４を移された流体５０から離し、また凝結遅延セメント組成物１４を底栓４４を通して押しだす。
本願明細書で開示される例示的な凝結遅延セメント組成物は、直接又は間接的に、開示された凝結遅延セメント組成物の調製、輸送、回収、リサイクル、再利用、及び／又は廃棄に関連した機材の一つもしくはそれ以上の部品又は部分に影響を及ぼす場合がある。例えば、開示された凝結遅延セメント組成物は、例示的な凝結遅延セメント組成物を生成、貯蔵、モニター、調整、及び／又は再生するために用いられる、一つもしくはそれ以上のミキサー、関連した混合機材、マッドピット、貯蔵施設又はユニット、組成物セパレータ、熱交換器、センサー、ゲージ、ポンプ、圧縮器などに直接又は間接的に影響を及ぼす場合がある。開示された凝結遅延セメント組成物はまた、それを井用地又はダウンホールに輸送するために用いられるいかなる輸送又は送達装置、例えば、凝結遅延セメント組成物を一つの位置からもう一方の位置まで組成的(compositionally)に移動するために用いられるいかなる輸送容器、導管、パイプライン、トラック、管状物、及び／又はパイプ、凝結遅延セメント組成物を動き出させるために用いるいかなるポンプ、圧縮器、あるいはモーター（例えば、トップサイド又はダウンホール）、凝結遅延セメント組成物の圧力又は流速を調整するために用いるいかなるバルブもしくは関連した連結部、及び、いかなるセンサー（すなわち、圧力及び温度）、ゲージ、及び／又はそれらの組み合わせなどにも、直接又は間接的に影響を及ぼす場合がある。開示された凝結遅延セメント組成物はまた、概凝結遅延セメント組成物と接触するかもしれない様々なダウンホール機材及び工具に、直接又は間接的に影響を及ぼす場合がある。そのような機材及び工具には、以下に挙げるものが含まれるが、これらに限定されるものではない：坑井ケーシング、坑井ライナー、仕上げストリング、挿入ストリング、ドリルストリング、らせん状の管、スリックライン、ワイヤーライン、ドリルパイプ、ドリルカラー、マッドモーター、ダウンホールモーター及び／又はポンプ、セメントポンプ、表面実装型モーター及び／又はポンプ、セントラライザー、ｔｕｒｂｏｌｉｚｅｒ、スクラッチャー、フロート（例えば、シュー、カラー、バルブなど）、記録ツール及び関連した遠隔測定装置、アクチュエーター（例えば、電気機械式装置、機械液圧式装置など）、スライディングスリーブ(sliding sleeve)、プロダクションスリーブ(production sleeve)、プラグ、スクリーン、フィルター、流量調整装置（例えば、流入量制御デバイス、自律流入量制御デバイス、流出量制御デバイスなど）、カプラ（例えば、電気油圧式ウェットコネクター、ドライコネクター、誘導型カプラ）、コントロール回線（例えば、電気、光ファイバー、液圧式など）、監視回線、ドリルビット及びリーマ、センサー又は分散型センサー、ダウンホール熱交換器、バルブ及び対応する作動装置、工具シール、包装装置、セメントプラグ、ブリッジプラグ、及び他の坑井隔離装置又は部品、など。
本実施形態の理解を更に容易にするために、以下に、いくつかの実施形態の態様を例を挙げ説明する。以下の実施例はいずれの意味においても本実施形態の範囲を限定、制限するものではない。
実施例１
次の実施例では、セメントキルンダスト強度増強剤を含む凝結遅延セメント組成物について述べる。三つの凝結遅延セメント組成物が調整された。この三つの組成物は、水、骨材として、アイダホ、マラドのヘスピュミスプロダクツ（Ｈｅｓｓ軽石Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．から入手可能であるＤＳ−３２５軽量骨材、水和石灰として、テキサス州ヒューストン、ＢＡＳＦ社より入手可能なＬｉｑｕｉｍｅｎｔ ５５８１Ｆ（登録商法）分散剤、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能なＭｉｃｒｏ Ｍａｔｒｉｘ（登録商標）セメント 遅延剤（ＭＭＣＲ）、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能な共遅延剤ＨＲ（登録商標）−５セメント遅延剤、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能なＭｉｃｒｏＭａｘ（登録商標）増量添加剤、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能な増粘剤としてＳＡ−１０１５（登録商標）懸濁剤、と任意に強度増強剤としてセメントキルンダストを含んでいた。これらの三つの全てのサンプルの成分構成は以下の表１に示されている。
表１
凝結遅延セメント組成物実施例
次の実施例では、セメントキルンダスト強度増強剤を含む凝結遅延セメント組成物について述べる。三つの凝結遅延セメント組成物が調整された。この三つの組成物は、水、骨材として、アイダホ、マラドのヘスピュミスプロダクツ（Ｈｅｓｓ軽石Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．から入手可能であるＤＳ−３２５軽量骨材、水和石灰として、テキサス州ヒューストン、ＢＡＳＦ社より入手可能なＬｉｑｕｉｍｅｎｔ ５５８１Ｆ（登録商法）分散剤、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能なＭｉｃｒｏ Ｍａｔｒｉｘ（登録商標）セメント 遅延剤（ＭＭＣＲ）、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能な共遅延剤ＨＲ（登録商標）−５セメント遅延剤、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能なＭｉｃｒｏＭａｘ（登録商標）増量添加剤、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能な増粘剤としてＳＡ−１０１５（登録商標）懸濁剤、と任意に強度増強剤としてセメントキルンダストを含んでいた。これらの三つの全てのサンプルの成分構成は以下の表１に示されている。
表１
凝結遅延セメント組成物実施例
各スラリーは、１週間以上エージングされた。流動性測定は０日、（初期混合の後）、４日、及び７日目に行われた。流動性は、モデル３５Ａファン濃度計（Ｍｏｄｅｌ ３５Ａ Ｆａｎｎ Ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ）とファンイールドストレスアダプタ（Ｆａｎｎ Ｙｉｅｌｄ Ｓｔｒｅｓｓ Ａｄａｐｔｅｒ）を持つＮｏ．１ばねを用いてＡＰＩ ＲＰ Ｐｒａｃｔｉｃｅ １０Ｂ−２、Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｗｅｌｌ Ｃｅｍｅｎｔｓに定められた手順に従って測定された。データは、下記表２に示されている。
表２
サンプルの流動性
*１．６ｇ追加分散剤添加、**５．７ｇ追加分散剤添加、***２．０ｇ追加分散剤添加。
表２
サンプルの流動性
*１．６ｇ追加分散剤添加、**５．７ｇ追加分散剤添加、***２．０ｇ追加分散剤添加。
次に、水、ポリリン酸塩（ヘキサメタリン酸ナトリウム）、一価の塩（硫酸ナトリウム）、テキサス州ヒューストン、ＢＡＳＦ社より入手可能なＬｉｑｕｉｍｅｎｔ ５５８１Ｆ（登録商標）分散剤からなる液体添加剤であるセメント凝結活性剤が調整された。セメント凝結活性剤１１８．９ｇが各サンプルに加えられた。液体添加剤であるセメント凝結活性剤の組成は以下の表３に示されている。
表３
セメント凝結活性剤組成
表３
セメント凝結活性剤組成
セメントキルンダストが活性化されたサンプルの圧縮強度に与える影響を測定するため、各サンプルの圧縮強度が、２４時間及び７２時間の硬化後測定された。破壊圧縮強度は、サンプルを、１４０°Ｆの水槽に設置された２インチ×４インチのプラスチック試験管内で硬化し凝結円筒を形成して測定された。水槽から取り除いた直後に、破壊圧縮強度が、機械プレスを用いて、ＡＰＩ ＲＰ １０Ｂ−２、“Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｗｅｌｌ Ｃｅｍｅｎｔｓ”に従って測定された。この試験の結果は、ｐｓｉ単位で以下の表４に掲載されている。記録されている圧縮強度は各サンプルの三つの円筒の平均値である。
表４
圧縮強度試験
表４
圧縮強度試験
実施例１は、セメントキルンダストが凝結遅延セメント組成物にとって強度増強剤として機能することを示している。
実施例２
次の実施例では、スラグ強度増強剤を含む凝結遅延セメント組成物を説明する。三個の活性化された凝結遅延セメント組成物実施例を調整した。この三つの組成物は水、アイダホ、マラドのヘスピュミスプロダクツ（Ｈｅｓｓ Ｐｕｍｉｃｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能なＤＳ−３２５軽量骨材の軽石、水和石灰、テキサス州ヒューストン、ＢＡＳＦ社より入手可能なＬｉｑｕｉｍｅｎｔ ５５８１Ｆ（登録商標）分散剤、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能なマイクロマトリックス（Ｍｉｃｒｏ Ｍａｔｒｉｘ（登録商標））セメント遅延剤（ＭＭＣＲ）、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能な共遅延剤ＨＲ（登録商標）‐５セメント遅延剤、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能なマイクロマックス（ＭｉｃｒｏＭａｘ（登録商標））増量剤、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能な増粘剤ＳＡ−１０１５（登録商標）である懸濁剤、及び任意に強度増強剤であるスラグからなる。なお、サンプルはＣａＣｌ2溶液で活性化された。これらの三つの全てのサンプルの成分構成は以下の表５に示されている。
表５
凝結遅延セメント組成物実施例
*軽石の質量％
次の実施例では、スラグ強度増強剤を含む凝結遅延セメント組成物を説明する。三個の活性化された凝結遅延セメント組成物実施例を調整した。この三つの組成物は水、アイダホ、マラドのヘスピュミスプロダクツ（Ｈｅｓｓ Ｐｕｍｉｃｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能なＤＳ−３２５軽量骨材の軽石、水和石灰、テキサス州ヒューストン、ＢＡＳＦ社より入手可能なＬｉｑｕｉｍｅｎｔ ５５８１Ｆ（登録商標）分散剤、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能なマイクロマトリックス（Ｍｉｃｒｏ Ｍａｔｒｉｘ（登録商標））セメント遅延剤（ＭＭＣＲ）、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能な共遅延剤ＨＲ（登録商標）‐５セメント遅延剤、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能なマイクロマックス（ＭｉｃｒｏＭａｘ（登録商標））増量剤、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能な増粘剤ＳＡ−１０１５（登録商標）である懸濁剤、及び任意に強度増強剤であるスラグからなる。なお、サンプルはＣａＣｌ2溶液で活性化された。これらの三つの全てのサンプルの成分構成は以下の表５に示されている。
表５
凝結遅延セメント組成物実施例
*軽石の質量％
スラグが活性化されたサンプルの圧縮強度に与える影響を測定するため、各サンプルの圧縮強度が、２４時間の硬化後測定された。破壊圧縮強度は、サンプルを、１４０°Ｆの水槽に設置された２インチ×４インチのプラスチック試験管内で硬化し凝結円筒を形成して測定された。水槽から取り除いた直後に、破壊圧縮強度が、機械プレスを用いて、ＡＰＩ ＲＰ １０Ｂ−２、“Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｗｅｌｌ Ｃｅｍｅｎｔｓ”に従って測定された。この試験の結果は、ｐｓｉ単位で以下の表６に掲載されている。記録されている圧縮強度は各サンプルの三つの円筒の平均値である。
表６
圧縮強度テスト
表６
圧縮強度テスト
実施例２はスラグが凝結遅延セメント組成物にとって、強度増強剤として機能することを示している。
実施例３
次の実施例では、異なるシリカ源の凝結遅延セメント組成物への強度増進効果をしめすため異なるシリカ源からなる強度増進剤を含むセメント凝結活性剤を用いた。ＣａＣｌ2（全セメント凝結活性剤溶液の４３％）と水のみからなる参照サンプルが調整された。各実験用セメント凝結活性剤溶液は、水、塩化カルシウム、及びシリカ源を含んでいた。実験用セメント凝結活性剤の構成は、以下の表７に掲載されている。
表７
セメント凝固活性化剤組成物
次の実施例では、異なるシリカ源の凝結遅延セメント組成物への強度増進効果をしめすため異なるシリカ源からなる強度増進剤を含むセメント凝結活性剤を用いた。ＣａＣｌ2（全セメント凝結活性剤溶液の４３％）と水のみからなる参照サンプルが調整された。各実験用セメント凝結活性剤溶液は、水、塩化カルシウム、及びシリカ源を含んでいた。実験用セメント凝結活性剤の構成は、以下の表７に掲載されている。
表７
セメント凝固活性化剤組成物
シリカ源は無定形シリカ、珪藻土、メタカオリン、Ｄ５０の粉砕軽石、ゼオライト、クラスＦのフライアッシュの中から選ばれた。各シリカ源は凝結遅延セメント組成物中に、軽石の質量（「ｂｗｏＰ」）の５％の分量で存在し、ＣａＣｌ2はｂｗｏｐの１０％の分量で存在した。
凝結遅延セメント組成物は水、アイダホ、マラドのヘスピュミスプロダクツ（Ｈｅｓｓ Ｐｕｍｉｃｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能なＤＳ−３２５軽量骨材軽石、水和石灰、ＢＡＳＦ社より入手可能なＬｉｑｕｉｍｅｎｔ ５５８１Ｆ（登録商標）分散剤、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能なマイクロマトリックス（Ｍｉｃｒｏ Ｍａｔｒｉｘ（登録商標））セメント遅延剤（ＭＭＣＲ）、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能な共遅延剤ＨＲ（登録商標）‐５セメント遅延剤、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能なマイクロマックス（ＭｉｃｒｏＭａｘ（登録商標））増量剤、テキサス州ヒューストン、ハリーバートンエネルギーサービス社から入手可能な増粘剤ＳＡ−１０１５（登録商標）である懸濁剤、及び任意に強度増強剤であるセメントキルンダストからなる。これらの三つの全てのサンプルの成分構成は以下の表８に示されている。
表８
凝結遅延セメント組成物実施例
表８
凝結遅延セメント組成物実施例
活性化後、各サンプルの破壊圧縮強度を、１４０°Ｆの水槽に設置された２インチ×４インチのプラスチック試験管内で２４時間硬化させ凝結円筒を形成して測定された。水槽から取り除いた直後に、破壊圧縮強度が、機械プレスを用いて、ＡＰＩ ＲＰ １０Ｂ−２、“Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｗｅｌｌ Ｃｅｍｅｎｔｓ”に従って測定された。この試験の結果は、ｐｓｉ単位で以下の表９に掲載されている。記録されている圧縮強度は各サンプルの三つの円筒の平均値である。
表９
圧縮強度試験
表９
圧縮強度試験
結果は、シリカ源を含む強度増強剤のセメント凝結活性剤への添加が，凝結遅延セメント組成物の２４時間圧縮強度を増加させることを示している。
実施例４
本実施例において、実施例３の同じ凝結遅延セメント組成物を、ポゾランを種々の濃度で含むセメント凝結活性剤で活性化した。ポゾランの分量が各サンプルで異なること以外はＣａＣｌ2は一定に保たれ、すべてのサンプルの密度は、水の分量を変更して一定に保たれた。実験に用いられたポゾランは珪藻土であった。
本実施例において、実施例３の同じ凝結遅延セメント組成物を、ポゾランを種々の濃度で含むセメント凝結活性剤で活性化した。ポゾランの分量が各サンプルで異なること以外はＣａＣｌ2は一定に保たれ、すべてのサンプルの密度は、水の分量を変更して一定に保たれた。実験に用いられたポゾランは珪藻土であった。
凝結遅延セメント組成物がセメント凝結活性剤に曝された後、各サンプルの破壊圧縮強度は、サンプルを、１６０°Ｆの水槽に設置された２インチ×４インチのプラスチック試験管内で２４時間硬化し凝結円筒を形成して測定された。水槽から取り除いた直後に、破壊圧縮強度が、機械プレスを用いて、ＡＰＩ ＲＰ １０Ｂ−２、“Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｗｅｌｌ Ｃｅｍｅｎｔｓ”に従って測定された。この試験の結果は、ｐｓｉ単位で以下の表１０に掲載されている。記録されている圧縮強度は各サンプルの三つの円筒の平均値である。
表１０
圧縮強度試験
表１０
圧縮強度試験
結果は、強度増強剤の分量増加により凝結遅延セメント組成物の２４時間圧縮強度の増加することを示している。
実施例５
次の実施例は、ポゾランを含むシリカ源強度増強剤を用いた実施形態の圧縮強度発現に非遅延化されたポゾランの解離によっていることを示す。実施例３の同じ凝結遅延セメント組成物を２つの別のサンプルに分けた。サンプル７はセメント凝結活性剤が非存在下で調節され、その後５％ｂｗｏｐのＣａＣｌ2と５％ｂｗｏｐの珪藻土を含むセメント凝結活性剤が凝結に先立ち加えられた。サンプル８は５％ｂｗｏｐのＣａＣｌ2と５％ｂｗｏｐの珪藻土を含むセメント凝結活性剤の存在下で調節された。両サンプルは、１８３°Ｆで６０分続いて１５１°Ｆで７０分間調節された。結果は、以下の表１１が示されている。
次の実施例は、ポゾランを含むシリカ源強度増強剤を用いた実施形態の圧縮強度発現に非遅延化されたポゾランの解離によっていることを示す。実施例３の同じ凝結遅延セメント組成物を２つの別のサンプルに分けた。サンプル７はセメント凝結活性剤が非存在下で調節され、その後５％ｂｗｏｐのＣａＣｌ2と５％ｂｗｏｐの珪藻土を含むセメント凝結活性剤が凝結に先立ち加えられた。サンプル８は５％ｂｗｏｐのＣａＣｌ2と５％ｂｗｏｐの珪藻土を含むセメント凝結活性剤の存在下で調節された。両サンプルは、１８３°Ｆで６０分続いて１５１°Ｆで７０分間調節された。結果は、以下の表１１が示されている。
サンプル７と８が調節され活性化された後、各サンプルの破壊圧縮強度は、サンプルを、１６０°Ｆ，３０００ｐｓｉのオートクレーブに設置された１インチ×１インチのプラスチック試験管内で２４時間硬化し凝結円筒を形成して測定された。オートクレーブから取り除いた直後に、破壊圧縮強度が、機械プレスを用いて、ＡＰＩ ＲＰ １０Ｂ−２、“Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ＷｅｌｌＣｅｍｅｎｔｓ”に従って測定された。この試験の結果は、ｐｓｉ単位で以下の表１１に掲載されている。記録されている圧縮強度は各サンプルの三つの円筒の平均値である。
表１１
圧縮強度試験
表１１
圧縮強度試験
実験は、ＣａＣｌ2の濃度を４．５％ｂｗｏｐに下げた以外は同じパラメータで繰り返した。結果は表１２に示す。
表１２
圧縮強度試験試験
表１２
圧縮強度試験試験
実験は、ポゾランをセメント凝結活性剤に加えなかった以外は同じパラメータで再び繰り返した。結果は表１３に示す。
表１３
圧縮強度試験試験
表１３
圧縮強度試験試験
結果は、強度増強剤がたとえなくても凝結遅延セメント組成物を調節順序に付すことによって圧縮強度の幾分か改善されることを示しているが、この効果は強度増進剤を含むセメント凝結増強剤にみられるよりはかなり小さいことがわかる。全体の結果としては、温度上昇は長期的に強度増強剤の溶解を強化するが、凝結遅延セメント組成物にはそれだけではほとんど効果がないことが示された。
実施例６
本実施例用に、実施例３の同じ凝結遅延セメント組成物を、強度増進剤、一価の塩、及びポリリン酸塩含むセメント凝結活性剤で活性化した。ＣａＣｌ2分量が各サンプルで異なること以外は、強度増強剤が一定に保たれ、すべてのサンプルの密度は、水の分量を変更して一定に保たれた。実験に用いられたポゾランは珪藻土であった。
本実施例用に、実施例３の同じ凝結遅延セメント組成物を、強度増進剤、一価の塩、及びポリリン酸塩含むセメント凝結活性剤で活性化した。ＣａＣｌ2分量が各サンプルで異なること以外は、強度増強剤が一定に保たれ、すべてのサンプルの密度は、水の分量を変更して一定に保たれた。実験に用いられたポゾランは珪藻土であった。
凝結遅延セメント組成物がセメント凝結活性剤に曝された後、各サンプルの破壊圧縮強度は、サンプルを、１６０°Ｆのオートクレーブに設置された１インチ×２インチのプラスチック試験管内で２４時間硬化し凝結円筒を形成して測定された。オートクレーブから取り除いた直後に、破壊圧縮強度が、機械プレスを用いて、ＡＰＩ ＲＰ １０Ｂ−２、“Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｗｅｌｌ Ｃｅｍｅｎｔｓ”に従って測定された。この増ちょう時間は、高温高圧コンシストメーターで、ＡＰＩ ＲＰ １０Ｂ−２、“Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｗｅｌｌ Ｃｅｍｅｎｔｓ”，Ｆｉｒｓｔ Ｅｄｉｔｉｏｎ， Ｊｕｌｙ ２００５に規定されているセメントの増ちょう時間を決定するための手順にしたがって、室温（例えば、約８０°Ｆ）かつ大気圧から１８３°Ｆかつ３０００ｐｓｉまで５２分間で上昇させ測定された。試験の結果は、以下の表１４掲載されている。記録されている結果は各サンプルの三つの円筒の平均値である。
表１４
圧縮強度及び増ちょう時間試験
表１４
圧縮強度及び増ちょう時間試験
結果は、強度増強剤の添加が凝結遅延セメント組成物の増ちょう時間を短縮しまた圧縮強度をかなり増強することをしめしている。結果は、またＣａＣｌ2の濃度は、強度増強剤の存在下で増ちょう時間にかすかな効果しかないことを示している。
実施例７
本実施例用に、実施例３の同じ凝結遅延セメント組成物を、一価の塩（硫酸ナトリウム）及びポリリン酸塩（ヘキサリン酸ナトリウム）を含む対照のセメント凝結活性剤（サンプル１３と１５）か、又は一価の塩（硫酸ナトリウム）とポリリン酸塩（ヘキサリン酸ナトリウム）及び強度増強剤（珪藻土）を含む実験のセメント凝結活性剤（サンプル１４と１６）で活性化した。すべての実験において、一価の塩とポリリン酸塩は１:１の割合で用いられた。セメント凝結活性剤の濃度は２点間で変えられ、一方強度増強剤は一定に保たれた。
保たれた。
本実施例用に、実施例３の同じ凝結遅延セメント組成物を、一価の塩（硫酸ナトリウム）及びポリリン酸塩（ヘキサリン酸ナトリウム）を含む対照のセメント凝結活性剤（サンプル１３と１５）か、又は一価の塩（硫酸ナトリウム）とポリリン酸塩（ヘキサリン酸ナトリウム）及び強度増強剤（珪藻土）を含む実験のセメント凝結活性剤（サンプル１４と１６）で活性化した。すべての実験において、一価の塩とポリリン酸塩は１:１の割合で用いられた。セメント凝結活性剤の濃度は２点間で変えられ、一方強度増強剤は一定に保たれた。
保たれた。
凝結遅延セメント組成物が対照のセメント凝結活性剤か実験のセメント凝結活性剤のいずれかに曝された後、各サンプルの破壊圧縮強度は、サンプルを、１６０°Ｆ、３０００ｐｓｉのオートクレーブに設置された１インチ×２インチのプラスチック試験管内で２４時間硬化し凝結円筒を形成して測定された。オートクレーブから取り除いた直後に、破壊圧縮強度が、機械プレスを用いて、ＡＰＩ ＲＰ １０Ｂ−２、“Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｗｅｌｌ Ｃｅｍｅｎｔｓ”に従って測定された。本試験の結果は、以下の表１５掲載されている。記録されている結果は各サンプルの三つの円筒の平均値である。
表１５
圧縮強度試験
表１５
圧縮強度試験
結果は、強度増強剤の添加はサンプルの圧縮強度を増強することを示している。
圧縮強度試験の硬化に先立ち、増ちょう時間測定が各サンプルの部分で実施された。サンプルは、１８３°Ｆで６０分、続いて１５１°Ｆで７０分間調節された。続いて、増ちょう時間は、高温高圧コンシストメーターで、ＡＰＩ ＲＰ １０Ｂ−２、“Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｗｅｌｌ Ｃｅｍｅｎｔｓ”，Ｆｉｒｓｔ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｊｕｌｙ ２００５に規定されているセメントの増ちょう時間を決定するための手順にしたがって、室温（例えば、約８０°Ｆ）かつ大気圧から１８３°Ｆかつ３０００ｐｓｉまで５２分間で上昇させ測定された。試験の結果は、以下の表１６に掲載されている。
表１６
増ちょう時間試験
表１６
増ちょう時間試験
本特定のシステムにおいて、圧縮強度データと並べてみると、増ちょう時間データは、セメント凝結活性剤に加えられたシリカ源強度増強剤は凝結遅延セメント組成物の増ちょう時間を変化させないが、圧縮強度は増加させることを示している。一般的に、増ちょう時間と圧縮強度は、一方の減少が他方の減少を引き起こすように直接的関係で結ばれている。しかし、本システムにおいては、増ちょう時間と圧縮強度は切り離されている。
組成物及び方法は、種々の成分あるいは工程を「（集まって）構成する」、「包含する」、あるいは「含む」の用語で述べられていること、また組成物及び方法は、種々の成分あるいは工程から「本質的に成る」又は「成る」であってもよいことを理解されたい。更に、請求項で用いられている不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、ここではそれに続く要素が一つあるいは一つ以上であることを意図するものとする。
簡潔のために、ここでは、確かな範囲のみを明示的に記している。しかしながら、いずれかの下限からの範囲はいずれかの上限と組み合わされ、明示的に列挙されない範囲を表しており、また、いずれかの下限からの範囲は他のいずれかの下限と組み合わされ、明示的に列挙されない範囲を表しており、同様に、いずれかの上限からの範囲は他のいずれかの上限と組み合わされ、明示的に列挙されない範囲を表している。加えて、下限と上限の数値的範囲が開示されている時はいつでも、該範囲内のいずれの数値もいずれの含まれる範囲も具体的に開示されている。特に、ここで開示されている各値の範囲（「約ａから約ｂ」、あるいは同様に、「ほぼａからｂ」、あるいは、同様にほぼａ〜ｂ」という形式）は、たとえ明示的に列挙されていなくても、すべての数値と範囲はより広い範囲の値の中に存在するものと理解すべきである。このように、各点又は個々の値は、他のいずれかの点又は個々の値、あるいは他のいずれかの下限又は上限と組み合わせられたそれ自体の下限又は上限を示し、明示的に列挙されていない範囲を指定している。
従って、本実施形態は、述べられた目的と利点並びに本来の目的と利点を達成するためによく適合している。上述の特定の実施形態は、単に例示するにすぎず、本実施形態は、当分野における教えの利益を有する者にとって明らかで、異なるが同等の方法で修正し実行してもよい。個々の実施形態が検討されたが、本開示は、各実施形態の全ての組み合わせを企図し含んでいる。更に、ここに示された詳細な構造や設計は、下記の特許請求の範囲に含まれる限り、何ら限定を意図するものではない。また、特許請求の範囲内の用語は、特許所有者によって明示的に明らかに定義されない限り、平明かつ通常の意味を持つ。
それ故、上述の具体的かつ実例的実施形態は変更又は修正することができることは明らかであり、そのような全ての変更は本開示の要旨と範囲内に含まれる。本明細書及びここに参照として組み入れられている一つ以上の特許あるいは文献において、単語あるいは用語の使用に矛盾がある場合、本明細書と一致する定義が用いられるべきである。
本発明の別の態様は、以下のとおりである。
〔１〕地下層におけるセメンチングの方法であって、以下の工程、
１．水、軽石、水和石灰、凝結遅延剤、及び強度増強剤を含むセメント組成物を準備する工程であって、前記強度増強剤が、セメントキルンダスト、スラグ、無定形シリカ、ポゾラン、及びそれらいずれかの組み合わせからなる群から選択される少なくとも一つを含む工程、
２．該セメント組成物を前記地下層へ導入する工程、及び
３．該セメント組成物を前記地下層で凝固させる工程、
を含むことを特徴とする方法。
〔２〕該強度増強剤が、セメントキルンダストを含み、該セメントキルンダストが、軽石の質量の約５０％〜約１００％の分量で存在する前記〔１〕に記載の方法。
〔３〕該強度増強剤が、スラグを含み、該スラグが、軽石の質量の約５０％〜約１００％の分量で存在する前記〔１〕に記載の方法。
〔４〕該強度増強剤が、ポゾランを含み、該ポゾランが、珪藻土、メタカオリン、フライアッシュ、ゼオライト及びそれらのいずれかの組み合わせからなる群から選ばれ、該ポゾランは、軽石の質量の約０．１％〜約２０％の量で存在する前記〔１〕に記載の方法。
〔５〕該強度増強剤が、ポゾランを含み、該方法が、さらにセメント組成物を調製することを含み、該調製が、セメント凝結活性剤及び該ポゾランを含む添加剤を凝結遅延セメント組成物と組み合わせることを含む前記〔１〕に記載の方法。
〔６〕該強度増強剤が、無定形シリカを含み、該無定形シリカが、軽石の質量の約０．１％〜約２０％の量で存在する前記〔１〕に記載の方法。
〔７〕該凝結遅延剤が、リン酸塩、ホスホン酸塩、ホスホン酸、ホスホン酸誘導体、リグノスルホン酸塩、塩、有機酸、カルボキシメチル化ヒドロキシエチル化セルロース、スルホン酸基及びカルボン酸基を含む合成共−又はタ−ポリマー、ホウ酸塩化合物、及びこれらのいずれかの混合物からなる群から選ばれる少なくとも一つの遅延剤を含む前記〔１〕に記載の方法。
〔８〕該セメント組成物が、ゼオライト、アミン類、ケイ酸塩類、ＩＡ族及びＩＩＡ族の水酸化物、一価の塩類、二価の塩類、ナノシリカ、ポリリン酸塩類、及びこれらの組み合わせの群から選ばれるセメント凝結活性剤を含んでいる前記〔１〕に記載の方法。
〔９〕該セメント組成物が、更に一価の塩とポリリン酸塩の組み合わせを含むセメント凝結活性剤含む前記〔１〕に記載の方法。
〔１０〕該セメント組成物が、更にスルホン化されたホルムアルデヒド系分散剤、ポリカルボキシル化エーテル分散剤、及びその組み合わせからなる群から選ばれる分散剤の一つを含む前記〔１〕に記載の方法。
〔１１〕該セメント組成物が、坑井に配置された導管と坑井の壁又は他の導管との間のアニュラスに導入する前記〔１〕に記載の方法。
〔１２〕該導入工程に先立ち、更に該セメント組成物を約７日間保存しその後セメント凝結活性剤を該セメント組成物に加えることを含む前記〔１〕に記載の方法。
〔１３〕水、
軽石、
水和石灰、
凝結遅延剤、及び
強度増強剤、
を含むセメント組成物であって、該強度増強剤が、セメントキルンダスト、スラグ、無定形シリカ、及びポゾランからなる群から選択されることを特徴とするセメント組成物。
〔１４〕該硬度増強剤が、セメントキルンダストを含み、該セメントキルンダストが、軽石の質量の約５０％〜約１００％の量で存在する、前記〔１３〕に記載の組成物。
〔１５〕該強度増強剤が、スラグを含み、該スラグが、軽石の質量の約５０％〜約１００％の量で存在する、前記〔１３〕に記載の組成物。
〔１６〕該強度増強剤が、ポゾランを含み、該ポゾランが、珪藻土、メタカオリン、フライアッシュ、ゼオライト、あるいはこれらのいずれかの組み合わせからなる群から選ばれ、該ポゾランは軽石の質量の約０.１％〜約２０％存在する、前記〔１３〕に記載の組成物。
〔１７〕該強度増強剤が、無定形シリカを含み、該無定形シリカが、軽石の質量の約０.１％〜約２０％の量で存在する、前記〔１３〕に記載の組成物。
〔１８〕該凝結遅延剤が、リン酸塩、ホスホン酸塩、ホスホン酸、ホスホン酸誘導体、リグノスルホン酸塩、塩、有機酸、カルボキシメチル化ヒドロキシエチル化セルロース、スルホン酸基及びカルボン酸基を含む合成共−又はタ−ポリマー、ホウ酸塩化合物、及びこれらのいずれかの混合物からなる群から選ばれる少なくとも一つの遅延剤を含む前記〔１３〕に記載の組成物。
〔１９〕更にセメント凝結活性剤及びポゾランを含む添加剤を含む前記〔１３〕に記載の組成物。
〔２０〕更にゼオライト、アミン類、ケイ酸塩類、ＩＡ族及びＩＩＡ族の水酸化物、一価の塩類、二価の塩類、ナノシリカ、ポリリン酸塩類、及びこれらの組み合わせの群から選ばれる少なくとも一つの凝結活性剤を含むセメント凝結活性剤を含む前記〔１３〕に記載の組成物。
〔２１〕該セメント組成物が、約１日以上の期間ポンプで注入可能な流動体状態である前記〔１３〕に記載の組成物。
〔２２〕セメンティングシステムであって、
水、
軽石、
水和石灰、
凝結遅延剤、及び
強度増強剤、
を含むセメント組成物であって、該強度増強剤が、セメントキルンダスト、スラグ、無定形シリカ、及びポゾランからなる群から選択されるセメント組成物、
該セメント組成物を混合することができる混合機器、及び
該セメント組成物をポンピングすることができるポンピング機器、
を含むことを特徴とするセメンティングシステム。
〔２３〕該凝結遅延剤が、リン酸塩、ホスホン酸塩、ホスホン酸、ホスホン酸誘導体、リグノスルホン酸塩、塩、有機酸、カルボキシメチル化ヒドロキシエチル化セルロース、スルホン酸基及びカルボン酸基を含む合成共−又はタ−ポリマー、ホウ酸塩化合物、及びこれらのいずれかの混合物からなる群から選ばれる少なくとも一つの遅延剤を含み、該セメント組成物が、ゼオライト、アミン類、ケイ酸塩類、ＩＡ族及びＩＩＡ族の水酸化物、一価の塩類、二価の塩類、ナノシリカ、ポリリン酸塩類、及びこれらの任意の組み合わせの群から選ばれる少なくとも一つの凝結活性剤を含む前記〔２２〕に記載のセメンティングシステム。
それ故、上述の具体的かつ実例的実施形態は変更又は修正することができることは明らかであり、そのような全ての変更は本開示の要旨と範囲内に含まれる。本明細書及びここに参照として組み入れられている一つ以上の特許あるいは文献において、単語あるいは用語の使用に矛盾がある場合、本明細書と一致する定義が用いられるべきである。
本発明の別の態様は、以下のとおりである。
〔１〕地下層におけるセメンチングの方法であって、以下の工程、
１．水、軽石、水和石灰、凝結遅延剤、及び強度増強剤を含むセメント組成物を準備する工程であって、前記強度増強剤が、セメントキルンダスト、スラグ、無定形シリカ、ポゾラン、及びそれらいずれかの組み合わせからなる群から選択される少なくとも一つを含む工程、
２．該セメント組成物を前記地下層へ導入する工程、及び
３．該セメント組成物を前記地下層で凝固させる工程、
を含むことを特徴とする方法。
〔２〕該強度増強剤が、セメントキルンダストを含み、該セメントキルンダストが、軽石の質量の約５０％〜約１００％の分量で存在する前記〔１〕に記載の方法。
〔３〕該強度増強剤が、スラグを含み、該スラグが、軽石の質量の約５０％〜約１００％の分量で存在する前記〔１〕に記載の方法。
〔４〕該強度増強剤が、ポゾランを含み、該ポゾランが、珪藻土、メタカオリン、フライアッシュ、ゼオライト及びそれらのいずれかの組み合わせからなる群から選ばれ、該ポゾランは、軽石の質量の約０．１％〜約２０％の量で存在する前記〔１〕に記載の方法。
〔５〕該強度増強剤が、ポゾランを含み、該方法が、さらにセメント組成物を調製することを含み、該調製が、セメント凝結活性剤及び該ポゾランを含む添加剤を凝結遅延セメント組成物と組み合わせることを含む前記〔１〕に記載の方法。
〔６〕該強度増強剤が、無定形シリカを含み、該無定形シリカが、軽石の質量の約０．１％〜約２０％の量で存在する前記〔１〕に記載の方法。
〔７〕該凝結遅延剤が、リン酸塩、ホスホン酸塩、ホスホン酸、ホスホン酸誘導体、リグノスルホン酸塩、塩、有機酸、カルボキシメチル化ヒドロキシエチル化セルロース、スルホン酸基及びカルボン酸基を含む合成共−又はタ−ポリマー、ホウ酸塩化合物、及びこれらのいずれかの混合物からなる群から選ばれる少なくとも一つの遅延剤を含む前記〔１〕に記載の方法。
〔８〕該セメント組成物が、ゼオライト、アミン類、ケイ酸塩類、ＩＡ族及びＩＩＡ族の水酸化物、一価の塩類、二価の塩類、ナノシリカ、ポリリン酸塩類、及びこれらの組み合わせの群から選ばれるセメント凝結活性剤を含んでいる前記〔１〕に記載の方法。
〔９〕該セメント組成物が、更に一価の塩とポリリン酸塩の組み合わせを含むセメント凝結活性剤含む前記〔１〕に記載の方法。
〔１０〕該セメント組成物が、更にスルホン化されたホルムアルデヒド系分散剤、ポリカルボキシル化エーテル分散剤、及びその組み合わせからなる群から選ばれる分散剤の一つを含む前記〔１〕に記載の方法。
〔１１〕該セメント組成物が、坑井に配置された導管と坑井の壁又は他の導管との間のアニュラスに導入する前記〔１〕に記載の方法。
〔１２〕該導入工程に先立ち、更に該セメント組成物を約７日間保存しその後セメント凝結活性剤を該セメント組成物に加えることを含む前記〔１〕に記載の方法。
〔１３〕水、
軽石、
水和石灰、
凝結遅延剤、及び
強度増強剤、
を含むセメント組成物であって、該強度増強剤が、セメントキルンダスト、スラグ、無定形シリカ、及びポゾランからなる群から選択されることを特徴とするセメント組成物。
〔１４〕該硬度増強剤が、セメントキルンダストを含み、該セメントキルンダストが、軽石の質量の約５０％〜約１００％の量で存在する、前記〔１３〕に記載の組成物。
〔１５〕該強度増強剤が、スラグを含み、該スラグが、軽石の質量の約５０％〜約１００％の量で存在する、前記〔１３〕に記載の組成物。
〔１６〕該強度増強剤が、ポゾランを含み、該ポゾランが、珪藻土、メタカオリン、フライアッシュ、ゼオライト、あるいはこれらのいずれかの組み合わせからなる群から選ばれ、該ポゾランは軽石の質量の約０.１％〜約２０％存在する、前記〔１３〕に記載の組成物。
〔１７〕該強度増強剤が、無定形シリカを含み、該無定形シリカが、軽石の質量の約０.１％〜約２０％の量で存在する、前記〔１３〕に記載の組成物。
〔１８〕該凝結遅延剤が、リン酸塩、ホスホン酸塩、ホスホン酸、ホスホン酸誘導体、リグノスルホン酸塩、塩、有機酸、カルボキシメチル化ヒドロキシエチル化セルロース、スルホン酸基及びカルボン酸基を含む合成共−又はタ−ポリマー、ホウ酸塩化合物、及びこれらのいずれかの混合物からなる群から選ばれる少なくとも一つの遅延剤を含む前記〔１３〕に記載の組成物。
〔１９〕更にセメント凝結活性剤及びポゾランを含む添加剤を含む前記〔１３〕に記載の組成物。
〔２０〕更にゼオライト、アミン類、ケイ酸塩類、ＩＡ族及びＩＩＡ族の水酸化物、一価の塩類、二価の塩類、ナノシリカ、ポリリン酸塩類、及びこれらの組み合わせの群から選ばれる少なくとも一つの凝結活性剤を含むセメント凝結活性剤を含む前記〔１３〕に記載の組成物。
〔２１〕該セメント組成物が、約１日以上の期間ポンプで注入可能な流動体状態である前記〔１３〕に記載の組成物。
〔２２〕セメンティングシステムであって、
水、
軽石、
水和石灰、
凝結遅延剤、及び
強度増強剤、
を含むセメント組成物であって、該強度増強剤が、セメントキルンダスト、スラグ、無定形シリカ、及びポゾランからなる群から選択されるセメント組成物、
該セメント組成物を混合することができる混合機器、及び
該セメント組成物をポンピングすることができるポンピング機器、
を含むことを特徴とするセメンティングシステム。
〔２３〕該凝結遅延剤が、リン酸塩、ホスホン酸塩、ホスホン酸、ホスホン酸誘導体、リグノスルホン酸塩、塩、有機酸、カルボキシメチル化ヒドロキシエチル化セルロース、スルホン酸基及びカルボン酸基を含む合成共−又はタ−ポリマー、ホウ酸塩化合物、及びこれらのいずれかの混合物からなる群から選ばれる少なくとも一つの遅延剤を含み、該セメント組成物が、ゼオライト、アミン類、ケイ酸塩類、ＩＡ族及びＩＩＡ族の水酸化物、一価の塩類、二価の塩類、ナノシリカ、ポリリン酸塩類、及びこれらの任意の組み合わせの群から選ばれる少なくとも一つの凝結活性剤を含む前記〔２２〕に記載のセメンティングシステム。
Claims (20)
- 地下層におけるセメンチングの方法であって、以下の工程、
１．水、軽石、水和石灰、凝結遅延剤、分散剤、及び強度増強剤を含む、坑井内における環状シースを形成するためのセメント組成物を準備する工程であって、前記強度増強剤が、セメントキルンダスト、スラグ、無定形シリカ、ポゾラン、及びそれらいずれかの組み合わせからなる群から選択される少なくとも一つの材料を含み、前記凝結遅延剤が、ホスホン酸誘導体を含み、そして、前記分散剤が、ポリカルボキシル化エーテル分散剤を含む工程、
２．該セメント組成物を前記地下層へ導入する工程、及び
３．該セメント組成物を前記地下層で凝固させる工程、
を含むことを特徴とする方法。 - 該強度増強剤が、セメントキルンダストを含み、該セメントキルンダストが、軽石の質量の５０％〜１００％の量で存在する請求項１に記載の方法。
- 該強度増強剤が、スラグを含み、該スラグが、軽石の質量の５０％〜１００％の量で存在する請求項１に記載の方法。
- 該強度増強剤が、ポゾランを含み、該ポゾランが、珪藻土、メタカオリン、フライアッシュ、ゼオライト及びそれらのいずれかの組み合わせからなる群から選ばれ、該ポゾランは、軽石の質量の０．１％〜２０％の量で存在する請求項１に記載の方法。
- 該強度増強剤が、ポゾランを含み、該方法が、さらにセメント組成物を調製することを含み、該調製が、セメント凝結活性剤及び該ポゾランを含む添加剤を凝結遅延セメント組成物と組み合わせることを含む請求項１に記載の方法。
- 該強度増強剤が、無定形シリカを含み、該無定形シリカが、軽石の質量の０．１％〜２０％の量で存在する請求項１に記載の方法。
- 該セメント組成物が、ゼオライト、アミン類、ケイ酸塩類、ＩＡ族及びＩＩＡ族の水酸化物、一価の塩類、二価の塩類、ナノシリカ、ポリリン酸塩類、及びこれらの組み合わせの群から選ばれるセメント凝結活性剤を含んでいる請求項１に記載の方法。
- 該セメント組成物が、更に一価の塩とポリリン酸塩の組み合わせを含むセメント凝結活性剤含む請求項１に記載の方法。
- 該セメント組成物が、坑井に配置された導管と坑井の壁又は他の導管との間のアニュラスに導入する請求項１に記載の方法。
- 該導入工程に先立ち、更に該セメント組成物を７日間保存しその後セメント凝結活性剤を該セメント組成物に加えることを含む請求項１に記載の方法。
- 水、
軽石、
水和石灰、
凝結遅延剤、
分散剤、及び
強度増強剤、
を含む、坑井内における環状シースを形成するためのセメント組成物であって、該強度増強剤が、セメントキルンダスト、スラグ、無定形シリカ、ポゾラン、及びそれらいずれかの組み合わせからなる群から選択され、前記凝結遅延剤が、ホスホン酸誘導体を含み、そして、前記分散剤が、ポリカルボキシル化エーテル分散剤を含むことを特徴とするセメント組成物。 - 該強度増強剤が、セメントキルンダストを含み、該セメントキルンダストが、軽石の質量の５０％〜１００％の量で存在する、請求項１１に記載の組成物。
- 該強度増強剤が、スラグを含み、該スラグが、軽石の質量の５０％〜１００％の量で存在する、請求項１１に記載の組成物。
- 該強度増強剤が、ポゾランを含み、該ポゾランが、珪藻土、メタカオリン、フライアッシュ、ゼオライト、あるいはこれらのいずれかの組み合わせからなる群から選ばれ、該ポゾランが、軽石の質量の０.１％〜２０％の量で存在する、請求項１１に記載の組成物。
- 該強度増強剤が、無定形シリカを含み、該無定形シリカが、軽石の質量の０.１％〜２０％の量で存在する、請求項１１に記載の組成物。
- 更に、セメント凝結活性剤及びポゾランを含む添加剤を含む請求項１１に記載の組成物。
- 更に、ゼオライト、アミン類、ケイ酸塩類、ＩＡ族及びＩＩＡ族の水酸化物、一価の塩類、二価の塩類、ナノシリカ、ポリリン酸塩類、及びこれらの組み合わせの群から選ばれる少なくとも一つの凝結活性剤を含むセメント凝結活性剤を含む請求項１１に記載の組成物。
- 該セメント組成物が、１日以上の期間ポンプで注入可能な流動体状態であることができる請求項１１に記載の組成物。
- セメンティングシステムであって、
水、
軽石、
水和石灰、
凝結遅延剤、
分散剤、及び
強度増強剤、
を含む、坑井内における環状シースを形成するためのセメント組成物であって、該強度増強剤が、セメントキルンダスト、スラグ、無定形シリカ、ポゾラン、及びそれらいずれかの組み合わせからなる群から選択されるセメント組成物、
該セメント組成物を混合することができる混合機器、及び
該セメント組成物をポンピングすることができるポンピング機器、
を含み、前記凝結遅延剤が、ホスホン酸誘導体を含み、そして、前記分散剤が、ポリカルボキシル化エーテル分散剤を含むことを特徴とするセメンティングシステム。 - 前記セメント組成物が、ゼオライト、アミン類、ケイ酸塩類、ＩＡ族及びＩＩＡ族の水酸化物、一価の塩類、二価の塩類、ナノシリカ、ポリリン酸塩類、及びこれらの任意の組み合わせの群から選ばれるセメント凝結活性剤を更に含む請求項１９に記載のセメンティングシステム。
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