MX2013007267A - Metodo para cementacion en una formacion subterranea utilizando una composicion cementosa que contiene micro-cristales de silicato de calcio hidratado. - Google Patents

Abstract

De acuerdo con una modalidad, un método para cementación en una formación subterránea comprende: introducir una composición cementosa en la formación subterránea, en donde la composición cementosa comprende: cemento; agua; y micro-cristales de silicato de calcio hidratado (C-S-H), en donde una composición cementosa de prueba consiste esencialmente de: el cemento; el agua, y los micro-cristales de C-S-H, y en las mismas proporciones al igual que en la composición cementosa, desarrolla una resistencia a la compresión de al menos 8.3 MPa (1,200 psi) cuando se prueba a las 24 horas, una temperatura de 15.6°C (50°F), y una presión de 20.7 MPa (3,000 psi); y permitir el fraguado de la composición cementosa. De acuerdo con otra modalidad, los micro-cristales de C-S-H son partículas mesoscópicas, nanopartículas o combinaciones de las mismas, y en donde los micro-cristales de C-S-H están en una concentración en la variación entre aproximadamente 1% hasta aproximadamente 5% en peso del cemento.

Description

MÉTODOS PARA CEMENTACIÓN EN UNA FORMACIÓN SUBTERRANEA UTILIZANDO UNA COMPOSICIÓN CEMENTOSA QUE CONTIENE MICRO-CRISTALES DE SILICATO DE CALCIO HIDRATADO CAMPO TÉCNICO Se proporcionan métodos para cementación en una formación subterránea. Las composiciones de cemento para utilizarse en la formación subterránea incluyen párticulas mesoscópicas, nanoparticulas, o combinaciones de las mismas de micro-cristales de silicato de calcio hidratado (C-S-H) . En una modalidad, " la composición cementosa también incluye un aditivo de látex. En otra modalidad, la formación subterránea está penetrada por un pozo.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona, un método para cementación en una formación subterránea que comprende: introducir una composición cementosa en la formación subterránea, en donde la composición cementosa comprende: cemento, agua, y ;micro-cristales de silicato dé calcio hidratado (C-S-H) , en; donde una composición cementosa de prueba consiste esencialmente de: el cemento, el agua, "y los micro-cristales de C-S-H, ; y en las mismas proporciones al ' igual que en la composición cementosa, desarrolla una resistencia a la compresión de al menos 8.3 Pa (1,200 psi) cuando se prueba a las 24 horas, una temperatura de (15.6°C) (60°F), y una presión de 20.7 MPa (3,000 psi), y permitir el fraguado de la composición cementosa .

De preferencia, el cemento comprende al menos un cemento hidráulico seleccionado del grupo que consiste de cemento Portland, cemento de puzolana, cemento de yeso, cemento con alto contenido de alúmina, cemento siderúrgico, cemento de sílice', y combinaciones de los mismos.

De preferencia, el agua se selecciona del grupo que consiste de agua dulce, agua salobre, agua salada y cualquier combinación de las mismas.

De preferencia, los micro-cristales de C-S-H tienen una distribución de tamaño de partícula dé tal forma que al menos el 90% de los micro-cristales de C-S-H tengan un tamaño de partícula en la variación de 1 miera hasta 0.1 mieras.

De preferencia, los micro-cristales de C-S-H están en una concentración en' la variación entre aproximadamente 0.05% hasta aproximadamente 7% en peso del cemento.

De preferencia, la composición cementosa comprende además un aditivo de látex. El aditivo de látex puede ser una suspensión que contiene partículas sólidas de caucho como la fase dispersa y un líquido como la fase continua. Las partículas de caucho se. pueden . seleccionar del grupo que consiste de: caucho de cis-1 , 4-poli-isopreno, caucho de estireno-butadieno (SBR) , resina con alto conteniólo de estireno, caucho de butilo, cauchos de etileno-propilerio (EPM y EPDM) , caucho de neopreno, caucho de nitrilo; caucho de silicona, caucho de polietileno clorosulfonado, caucho de polietileno reticulado; caucho de epiclorhidrina, caucho de fluorocarburo, caucho de fluorosilicona, caucho de poliuretano, caucho poliacrílico; caucho de polisulfuro, caucho de A PS-estireno-butadieno; tipos modificados de cualquiera de los cauchos anteriores, y combinaciones de los mismos.

De preferencia, la composición cementosa tiene un tiempo de espesamiento en la variación entre aproximadamente 4 hasta aproximadamente 15 horas a una temperatura de;l'5.6°C (60°F) y una presión de 34.5 MPa (5,000 psi). i De preferencia, la composición cementosa tiene un tiempo de fraguado inicial menor de '24 horas a una temperatura de 15.6°C (60°F) y una presión de 20.7 MPa (3,000 psi) .

De preferencia, la composición cementosa: tiehe: un tiempo de fraguado menor de 48 horas a una temperatura de 15.6°C (60°F) . i De preferencia, la composición cementosa tiene una resistencia a la compresión en la variación entre aproximadamente 6.9 hasta aproximadamente 34.5 MPa) (aproximadamente 1,000 hasta aproximadamente 5,000 psi) cuando se prueba a las 24 horas, una- temperatura de 15.6°C (60°F), y un presión de 20.7 MPa (3,000 psi).

De preferencia, la composición cementosa tiene un tiempo de transición menor de 1 hora, utilizando el procedimiento de resistencia de gel estático SGSA a una temperatura de 68.3°C (155°F) " y una presión de 31 MPa: (4500 psi) .

De preferencia, la composición cementosa tiene un i tiempo de transición menor de 50 minutos, utilizando el procedimiento de resistencia de gel estático Mini MACS, a una temperatura de '15'.6 °C (60°F) y una presión "de 34.5 MPa (5,000 psi) .

De preferencia, la composición cementosa incluye además al menos un aditivo. El aditivo se puede seleccionar del grupo que consiste de un material de relleno, un aditivo para pérdida de fluidos, un retardador de fraguado, un reductor de fricción, un aditivo para retrogresión de resistencia, un aditivo de peso ligero, un agente antiespumante, un' aditivo de alta densidad, un aditivo para mejorar la propiedad mecánica, un material de circulación perdida, un aditivo para control de filtración, un aditivo tixotrópico, y combinaciones de los mismos.

De preferencia, la formación subterránea tiene una temperatura en el fondo del pozo en la variación entre aproximadamente 15.6°C a aproximadamente 48.9°C (aproximadamente 60 °F a aproximadamente 120°F) .

De preferencia, el método comprende además el paso de determinar la fracción máxima de volumen de empaque antes del paso de introducción.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona, un método para cementación en una formación subterránea que comprende: introducir " una composición cementosa en la formación subterránea, en donde la composición cementosa comprende: cemento, agua, y micro-cristales de silicato dé calcio hidratado (C-S-H) , en donde los micro-cristales de C-S-H están en al menos una concentración suficiente de tal forma que la composición cementosa desarrolle una resistencia a la compresión de al menos 8.3 MPa (1,200 psi) cuando se prueba a las 24 ; horas, una temperatura de 15.6°C (60°F), y una presión de 20.7 MPa (3,000 psi), mientras que una composición cementosa sustancialmente idéntica sin los micro-cristales de ' C-S-H, desarrolla una resistencia a la compresión menor de 8.3 MPa (1,200 psi) cuando se prueba a las 24 horas, una temperatura de 15.6°C (60°F), y una presión de 20.7 MPa (3,000 psi), y permitir el fraguado de la composición cementosa.

De acuerdo con un tercer aspecto de la invención, se proporciona, un método para cementación en una formación subterránea que comprende: introducir una composición cementosa en la formación subterránea, en donde la composición cementosa comprende: cemento, agua, y micro-cristales de silicato de calcio hidratado (C-S-H) , en donde los micro-cristales de C-S-H son partículas mesoscópicas , nanopartículas, o combinaciones de las mismas, y en donde los micro-cristales de C-S-H están en una concentración en la variación entre aproximadamente 1% a aproximadamente 5% en peso del cemento, y permitir el fraguado de la composición cementosa .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA FIGURA Las características y ventajas de ciertas modalidades se apreciarán más fácilmente cuando se consideren junto con la figura anexa. La figura no se debe interpretar como limitante de ' cualquiera de las modalidades preferidas.

La Figura 1, es una gráfica de consistencia. (Be) (Be = unidades Bearden de consistencia) contra el : tiempo (hr:min:seg) que muestra el tiempo de espesamiento a una temperatura de 15':;6°C (6'0°F) y una presión -de 34.5 MPa (5,000 psi) para cuatro diferentes' composiciones de cemento que tienen una densidad de 1.9 kilogramos por litro (kg/1) (15.8 libras por galón (ppg) ) · Las composiciones de cemento contuvieron: cemento Clase G; agua desionizada (DI); 4.44 x 10"3 litros/kg) (0.05 galones por saco de cemento (gal/sk) ) , agente antiespumante D-AIR 3000LMR, y concentraciones variables de micro-cristales de C-S-H. Los micro-cristales de C-S-H fueron X-SEED® 100, obtenidos de BASF.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En el sentido en el que se utiliza en la presente, las palabras "comprenden", "tienen", "incluye,", y todas las variaciones gramaticales de las mismas cada una se pretende que tengan un significado abierto, no 'limitante que no excluya los elementos o pasos adicionales.

En el sentido en el que se utiliza en la presente, las palabras "que consiste esencialmente de", y todas las variaciones gramaticales de las mismas se pretende que limiten el alcance de una reivindicación a los materiales o pasos específicos y aquellos que no afecten materialmente las características básicas y novedosas de la invención reivindicada. Por ejemplo, una composición cementosa de prueba puede consistir esencialmente de cemento, agua, y micro-cristales de C-S-H. La composición cementosa de prueba puede incluir otros ingredientes, siempre y cuando la presencia de los otros ingredientes no afecte materialmente las características básicas y novedosas de la invención reivindicada.

En el sentido en el que se utiliza en la presente, un "fluido" es una sustancia que tiene una fase continua que tiende a fluir y se adapta al contorno de su recipiente cuando la sustancia se prueba a una temperatura de 22 °C (71°F) y un presión de una atmósfera "atm" (0.1 megapascales "MPa") . Un fluido puede ser un líquido o gas. Un fluido homogéneo tiene solo una fase, mientras que un fluido heterogéneo tiene más de una fase distinta. Un coloide es un ejemplo de un fluido heterogéneo. Un coloide puede ser: una suspensión, que incluye una fase líquida continua y partículas sólidas no disueltas como la fase dispersa; una emulsión, que incluye una fase líquida continua y al' menos una fase dispersa de gotitas de líquido inmiscibles;: o una espuma, que incluye una fase líquida continua y un gas como : · i. la fase dispersa.

En el sentido en el que se utiliza en la presente, una "composición cementosa", es una mezcla de, al menos, cemento y agua. Una composición cementosa puede incluir aditivos. En el sentido en el que se utiliza en la presente, el término "cemento" significa una sustancia: seca inicialmente que, en presencia de agua, actúa como un aglutinante para unir otros materiales conjuntamente. Un ejemplo de cemento es el cemento Portland. Una composición cementosa en general es una suspensión en la cual el agua es la fase continua de la suspensión y el cemento (y cualesquiera otras partículas insolubles) es ;la. fase dispersa. La fase continua de una composición cementosa puede incluir sólidos disueltos. , Los hidrocarburos de petróleo y gas son lós que se presentan en la naturaleza en algunas formaciones subterráneas. Una formación subterránea que contiene petróleo o gas algunas veces sé denomina como un yacimiento. , Un yacimiento puede' estar ubicado bajo la tierra o en mar abierto. Los yacimientos típicamente se ubican en la variación de unos cuantos cientos de pies (yacimientos poco profundos) a unas cuantas decenas de miles ; de . pies (yacimientos ultra-profundos). Para producir petróleo o gas, se perfora un sondeo en un yacimiento o adyacente :a, un yacimiento.

Un pozo' puede incluir, sin limitación, un pozo; de petróleo, gas, agua o inyección. En el sentido en el que se utiliza en la presente, un "pozo" incluye al menos un sondeo. Un sondeo puede incluir porciones verticales, inclinadas y horizontales, y puede ser recto, curvo o ramificado.^ 'Eri el sentido en el" que se utiliza en la presente, el término "sondeo" incluye cualquier porción cementada, y cualquiera no cementada, de orificio abierto del sondeo. Una región próxima al sondeo es el material subterráneo y roca de la formación subterránea que rodea al sondeo. En el sentido en el que se utiliza en la presente, un "pozo" también incluye la región cercana al sondeo. La región cercana al sondeo en general se considera que será la región dentro de aproximadamente 30 metros (aproximadamente 100 pies) del sondeo. En el sentido en el que se utiliza en la presente, "interior de un pozo" significa e incluye el interior de cualquier porción del pozo, incluyendo el interior del sondeo o el interior: de la región cercana al sondeo via el sondeo.

Una porción de un sondeo puede ser un , orificio abierto o un orificio cementado. En una porción de sondeo de orificio abierto, se puede colocar en el sondeo una cadena tubular. La cadena tubular permite que los fluidos se introduzcan o fluyan desde una porción remota del sondeó. En una porción del sondeo de orificio cementado, se coloca una envoltura dentro del sondeo que también puede contener Una cadena tubular. Un sondeo puede contener una corona circular. Los ejemplos de'' una corona circular incluyen, de manera enunciativa: el espacio entre el sondeo y el exterior de una cadena tubular en un sondeo de orificio abierto; el espacio entre el sondeo y el exterior de una envoltura en un sondeo de orificio cementado; y el espacio entre el interior de una envoltura y el exterior de una cadena tubular en un sondeo de orificio cementado.

Durante la terminación del pozo, es común introducir una composición cementosa dentro de una corona circular en un sondeo. Por ejemplo, en un sondeo de orificio cementado, se puede colocar una composición cementosa en el interior y permitir el fraguado en una corona circular entre el sondeo y la envoltura para estabilizar y asegurar la envoltura en el sondeo". Al cementar la envoltura en el sondeo, se evita que los fluidos fluyan en la corona circular. Por consiguiente, se pueden producir petróleo o gas de una forma controlada al dirigir el flujo de petróleo o gas a través de la envoltura y al interior de la boca del pozo. Las composiciones de cemento también se pueden utili¡zar en operaciones de cementación primaria o secundaria, obturación i de pozos, cementación por inyección forzada, u operaciones de filtro de grava.

El cemento en general, contiene cuatro tipos principales de minerales. El cemento también puede incluir otros minerales, además de los cuatro tipos principalés. Los minerales en el cemento se denominan comúnmente como las fases del cemento. Las cuatro fases principales del cemento se denominan alita, belita, aiuminato y ferrita.

"Alita" es un nombre para el silicato tricálcico y "belita" es el nombre para el silicato dicálcico. En la química de cementos alita se abrevia como C3S y belita como C2S. Tanto, alita como belita tienen diferentes composiciones en comparación con el silicato tricálcico puro y el silicato dicálcico debido a que cada uno contiene cantidades menores de otros óxidos, junto con óxido de calcio (CaO) y dióxido de silicio (S1O2) .

"Aluminato" es un nombre para aluminato tricálcico, abreviado en la química de cementos como C3A. El aluminato tiene una composición diferente en comparación con el aluminato tricálcico puro, debido a que contiene cantidades menores de otros óxidos, junto con CaO y óxido de aluminio (AI2O3) . "Ferrita" es un nombre para aluminoferrita tetracálcica, abreviado en la química del cemento como C4AF. La ferrita tiene una composición diferente en comparación con la aluminoferrita tetracálcica pura, debido a que contiene cantidades menores de otros óxidos junto con CaO, AI2O3, y óxido de hierro (Fe203) .

Cuando el cemento se mezcla con agua, las diversas fases del cemento pueden experimentar una reacción de hidratación y formar productos de hidratación. Las fases de silicato (alita y belita) forman productos de hidratación de al menos silicato de calcio hidratado e hidróxido de calcio (abreviados en la química de cementos como CH) . El silicato de calcio hidratado con frecuencia se abrevia como C-S-H. Los guiones indican que no existe una proporción estricta de CaO a S1O2 deducida. Las fases de aluminato y ferrita pueden formar una variedad de productos de hidratación, entre los que se incluyen, hidrogranate, etringita y monosulfoaluminato, dependiendo de la cantidad de yeso presente en el cemento.

Poco después de mezclar el cemento con agua, el aluminato reacciona muy rápido con el agua para formar un gel rico en aluminato. Esta reacción es bastante exotérmica, aunque general dura sólo unos cuantos minutos después del mezclado. Esta etapa en la reacción de hidratación normalmente está seguida por unas cuantas horas de evolución de calor relativamente baja, algunas veces denominada etapa inactiva. La etapa inactiva es cuando una composición cementosa se puede colocar en la ubicación que será cementada. Con el tiempo, la composición cementosa se torna demasiado viscosa para colocarse en la ubicación deseada. Al término de la etapa inactiva, la alita y belita comienzan a reaccionar con el agua para formar sus productos de hidratación. Los productos de hidratación ocupan un gran volumen en la composición cementosa en comparación con las fases sólidas. Por consiguiente, la composición cementosa se convierte de una suspensión viscosa a un material sólido rígido. C-S-H puede representar hasta el 70% en volumen de la matriz de la composición cementosa y es principalmente lo que proporciona a la composición cementosa sus propiedades mecánicas, tales como la resistencia a la compresión.

Cada fase del cemento en general reacciona a diferente velocidad para formar los productos de hidratación. Algunos de los factores que pueden influir en la velocidad de reacción de las diversas fases del cemento y agua incluyen: el tipo de reactivo, el estado físico de los reactivos, la concentración de los reactivos con relación entre si, y la temperatura. Las cuatro fases principales del cemento tienen el siguiente orden de velocidades de reacción con base únicamente en el tipo del reactivo: aluminato (C3A) > alita (C3S) > belita (C2S) y ferrita (C4AF) . Por ejemplo, la alita se hidrata y se endurece rápidamente y es responsable del fraguado inicial y la resistencia a la compresión inicial de una composición cementosa. Por el contrario, la belita se hidrata y endurece más lento y contribuyeC al desarrollo de una resistencia a la compresión de la composición cementosa en un momento más tarde (normalmente más allá de ,7 dias después del mezclado) .

El estado físico ' de los reactivos tambiéh puede afectar la velocidad de reacción. Cuando los reactivos están en diferentes fases, es decir, un sólido, líquido, o gas, entonces la velocidad de reacción se limita a la interfaz entre los reactivos. Por ejemplo, la alita es un sólido, y cuando se mezcla con agua líquida, el área superficial1 de la alíta desempeña una función en la velocidad de reacción entre la alita y el agua. Al aumentar el área superficial de un sólido, tal como alita, en una fase líquida, se puede aumentar la velocidad de reacción.

La concentración de reactivos 'y la tempérátura también pueden afectar en la velocidad de reacción. En general, a medida que aumenta la concentración de uno de los reactivos, la velocidad de reacción también aumenta. Además, a medida que aumenta la temperatura, en general aumenta la velocidad de reacción. Sin embargo, usualmente existe un aumento máximo en la velocidad de reacción, de tal forma que, en algún punto, la velocidad de reacción ya no aumenta incluso aunque se siga aumentando la concentración de un reactivo o la temperatura.

Las partículas sólidas se puede describir ampliamente y quedan dentro de las siguientes variaciones de tamaño: partículas en volumen; partículás mesoscópicas y nanopartículas . En el sentido en el que se utiliza' en la presente, una "partícula en volumen" es una partícula que tiene un tamaño de partícula mayor de 1 micrómetro (l,:pm o 1 miera) . En el sentido en el que se utiliza en la presente, una "partícula mesoscópica" es una partícula que tiene un tamaño de partícula en la variación de 1 miera a 0.1 mieras. En el sentido en el que se utiliza en la presente, una "nanopartícula" es una partícula que tiene un tamaño de partícula menor de 0.1 mieras. En el sentido en el que se utiliza en la presente, el término "tamaño de partícula" se refiere al diámetro medio superficial en volumen ("Ds") , que se relaciona con el área superficial específica de la partícula. El diámetro medio superficial en volumen se puede definir por la siguiente ecuación: Ds = 6/ (F3?„??) , donde F5 = esfericidad, Aw = área superficial específica; y pp = densidad de la partícula. Debido a su tamaño pequeño, la fabricación de nanopartículas puede ser bastante costosa. Por el contrario, las partículas mesoscópicas pueden ser menos costosas de fabricarse. Para reducir el costo asociado con las operaciones de cementación, se pueden preferir aditivos que sean partículas mesoscópicas con respecto a las nanopartículas.

El tamaño de una partícula puede influir en las propiedades físicas de la partícula. Por ejemplo, a : medida que disminuye el tamaño de un sistema de partículas por debajo del tamaño de las partículas en volumen, se pueden presentar mayores cambios en las propiedades físicas, de la partícula. Esto se conoce como el efecto de tamaño cuántico. El efecto de tamaño cuántico significa que las propiedades físicas de los sólidos cambian con mayores reducciones en el tamaño de partícula. El efecto del tamaño cuántico se torna dominante en las nanopartículas, sin embargo, el efecto del tamaño cuántico también se puede observar con las partículas mesoscópicas . El efecto del tamaño cuántico normalmente no se observa para las partículas en volumen. Un ejemplo de un cambio en las propiedades físicas es un aumento en la proporción de área superficial a volumen de las partículas.

Este aumento en la proporción de área superficial a volumen crea una mayor energía superficial para las partículas. Esta mayor energía superficial significa que se produce mayor contacto entre las partículas y un reactivo, dando por resultado en una mayor velocidad de reacción entre las partículas y el reactivo? Para una composición cementosa, una mayor energía superficial permite que las " fases del cemento reaccionen a una velocidad más rápida, mejorando así algunas de las propiedades físicas de las composiciones de cemento, por ejemplo, el tiempo de espesamiento o la resistencia a la compresión .

Durante las operaciones de cementación, es conveniente que la composición cementosa permanezca bombeable durante la introducción en una formación subterránea y hasta que se coloque la composición cementosa en la porción de la formación subterránea que será cementada. Después de que la composición cementosa haya reaccionado con la porción de la formación subterránea a será cementada, la composición cementosa por último se puede fraguar. Una composición cementosa que se espesa demasiado rápido, mientras que se está bombeando puede dañar el equipo de bombeo o bloquear la tubería o conductos. Una composición cementosa que se fragua demasiado lento puede tener costos de tiempo y dinero mientras que se espera el fraguado de la composición.

Si alguna prueba (por ejemplo, tiempo de espesamiento, resistencia a la compresión) requiere del paso de mezclado, entonces, la composición cementosa se "mezcla" de acuerdo con el siguiente procedimiento.' Se agrega agua a un recipiente para mezclado y el recipiente luego se coloca en una base mezcladora. El motor de la base luego se enciende y se mantiene a 4000 revoluciones por minuto (rpm) . El cemento y cualesquiera otros ingredientes se agregan al recipiente a una velocidad uniforme no mayor de 15 segundos (s) . Después de que la totalidad del cemento y cualesquiera otros ingredientes se hayan agregado al agua en el recipiente, luego se coloca una tapa sobre el recipiente, y la composición cementosa se mezcla a 12,000 rpm (+/- 500 rpm) durante 35 s (+/- ls) . Se debe entender que la composición cementosa se mezcla a temperatura ambiente y presión (aproximadamente 22 °C (aproximadamente 71 °F) y aproximadamente (aproximadamente 0.1 MPa (1 atm) ) .

También se debe entender que cualquier prueba (por ejemplo, tiempo de espesamiento o resistencia a la compresión) requiere que se realice la prueba a una temperatura especifica y, posiblemente, a una presión especifica, luego la temperatura y presión de la composición cementosa se aumenta a la temperatura y presión especifica después de ser mezclado a temperatura ambiente y presión. Por ejemplo, la composición cementosa se puede mezclar a 22°C (71°F) y 0.1 MPa (1 atm) y luego se puede colocar en un aparato de prueba y la temperatura de la composición cementosa se puede aumentar a la temperatura especifica. En el sentido en el que se utiliza en la presente, la velocidad de aumento de la temperatura está en la variación entre aproximadamente 1.67°C/min a aproximadamente 2.7$°C/min (aproximadamente 3°F/min a aproximadamente 5°F/min) . Después de que la composición cementosa se aumenta a la temperatura especifica y posiblemente a la presión especifica, la composición cementosa se mantiene a esa temperatura y presión durante el periodo de la prueba.

En el sentido n el que se utiliza en la presente, el "tiempo de espesamiento" es cuánto le lleva a una composición cementosa tornarse no bombeable a una temperatura y presión específica. ... La capacidad de bombeo de una composición cementosa se relaciona con la consistencia de la composición. La consistencia de una composición cementosa se mide en unidades de consistencia Bearden (Be) , una unidad sin dimensión sin ningún factor de conversión directo para la mayoría de unidades de viscosidad comunes. En el sentido en el que se utiliza en la presente, una composición cementosa se torna "no bombeable" cuando la consistencia dé la composición alcanza 70 Be. En el sentido en el que se utiliza en la presente, la consistencia de una composición cementosa se mide como sigue. La composición cementosa se mezcla. La composición cementosa luego se coloca en la celda de prueba de un consistómetro a alta presión, alta temperatura (HTHP) , tal como FANN® Modelo 275 o un Chandler' Modelo 824,0. Las mediciones de consistencia se toman continuamente hasta que la composición cementosa excede 70 Be.

Una composición cementosa puede desarrollar resistencia a la compresión. La resistencia a la compresión t de la composición cementosa puede variar de 0 MPa hasta más de 69 MPa (0 psi hasta más de 10, 000 psi) . La resistencia a la compresión en general se mide a un tiempo específico después de que la composición se haya mezclado a una temperatura y presión específicas. La resistencia a la compresión se puede medir, por ejemplo, en un tiempo de 24 horas. El método de resistencia a la compresión no destructivo se mide continuamente correlacionado cón la resistencia a la compresión de una muestra de comptísición cementosa durante todo el periodo de prueba al utilizar ' un dispositivo sónico no destructivo tal como un Analiza'dor de Cemento Ultrasonidos (UCA) disponible de FANN® Instruments en Houston, Texas, USA. En el sentido en el que se utiliza en la presente, la "resistencia a la compresión" de una composición cementosa se mide utilizando el método no destructivo a · un tiempo, temperatura y presión específicos como sigue. La composición cementosa se mezcla. La composición cementosa luego se coloca en un analizador de cemento ultrasónico y se prueba a una temperatura y presión especifica. El ¡ UCA mide continuamente el tiempo' de tránsito de la señal acústica a través de la muestra. El dispositivo UCA contiene algoritmos pre-a ustados que co-relacionan el tiempo de tránsito : cpn: la resistencia a la compresión. El UCA reporta la resistencia a la compresión de la composición cementosa en unida'dés de presión, tales como Pa o' psi.' ;¦ i : ¦ La resistencia ' a la compresión de una composición cementosa se puede utilizar para indicar si la composición cementosa se ha fraguado inicialmente o se fragua. | Érr el sentido en el que se utiliza en la presente, una comppsición cementosa se considera "fraguar inicialmente" cuando la composición cementosa desarrolla una resistencia a la compresión de 0.3 MPa (50 psi) a una temperatura y presión especificas. En el sentido en el que se utiliza en la presente, el "tiempo de fraguado inicial" es la diferencia de tiempo entre cuando el cemento y cualesquiera otros ingredientes se agregan al agua y cuando la composición se fragua inicialmente.

En el sentido en el que se utiliza en la présente, el término "fraguar", y todas las variaciones gramaticales del mismo, se pretende que debe entender el proceso de tornarse duro o sólido mediante curado. En el sentido; en el que se utiliza en la presente, el "tiempo de fraguado" es la diferencia entre el tiempo cuando el cemento y cualesquiera otros ingredientes se agregan al agua y cuando la cqmpps:ic,ión se ha fraguado a una temperatura especifica. Puede1 tomar hasta 48 horas o más para el fraguado de una composición cementosa. Algunas composiciones de cemento puedén i seguir desarrollando resistencia a la compresión durante el curso de varios dias. La resistencia a la compresión de una composición cementosa puede alcanzar más de 69 MPa ¡(10,000 psi) .

Para ayudar a mejorar algunas de las propiedades físicas o mecánicas de una composición cementosa, ¡se pueden agregar micro-cristales de C-S-H a una composición cementosa. En el sentido en el que se utiliza en la presente, "micro-cristales de C-S-H" significa partículas sólidas de C-S-H y no incluyen ninguno C-S-H formado a partir de la reacción de hidratación de cualquiera de las fases del cemento y el agua en la composición cementosa. Al agregar micro-cristales de C-S-H a una composición cementosa, los micro-cristales de C-S-H proporcionan núcleos extra a las fases del cemento, aumentando con esto las velocidades de reacción de hidratación de las fases. Al aumentar las velocidades de reacción de hidratación, se pueden mejorar algunas de las propiedades de la composición cementosa. Por ejemplo, se puede disminuir el tiempo de fraguado inicial y el tiempo de fraguado de una composición cementosa que contenga micro-cristales de C-S-H. : Uno de los propósitos de una operación de cementación puede ser aislar una porción de un sondeo y evitar que los fluidos " fluyan a través de la composición cementosa en otras ' áreas del sondeo. Un ejemplo de flujo de secreción a través de una composición cementosa se denomina migración de gases. La migración de gases se provoca por una pérdida en la presión hidrostática y algún tiempo antes de que la composición cementosa haya alcanzado una resistencia de gel estático bastante alta 'para resistir' el flujo de gases a través de la composición cementosa.

La resistencia de gel estático es el desarrollo de rigidez dentro de la matriz de una composición cementosa que provoca que la composición cementosa resista una fuerza colocada en la misma. Una composición cementosa con una resistencia de gel estático menor de 4.88 kg/m2 (100 lb/100 ft2) es relativamente fluida y puede fluir y transferir presión hidrostática. La resistencia de gel estático de una composición cementosa se puede medir utilizando una variedad de equipos de prueba. La resistencia de gel estático de una composición cementosa usualmente se reporta en unidades de peso por área unitaria, tal como kilogramos por metro cuadrado (kg/m2) (libras por pie cuadrado (lb/ft2)).

En el sentido en el que se utiliza en la presente, la "resistencia de gel estático SGSA" de una composición cementosa se mide como sigue. La composición cementosa se mezcla. La composición cementosa luego se coloca en un Analizador para Resistencia de Gel Estático (SGSA) , tal como un Chandler SGSA, y se ' prueba a una temperatura y presión especifica. El SGSA mide continuamente el tiempo de tránsito de la señal acústica a través de la muestra. El dispositivo SGSA contiene algoritmos' pre-aj ustados que correlacionan el tiempo de tránsito con la resistencia de gel estático.

En el sentido en el que se utiliza en la presente, la "resistencia de gel estático Mini MACS" (Mini Múltiple Analysis Cement System) de una composición cementosa se mide como sigue. La composición cementosa se mezcla. La composición cementosa luego se coloca en un analizador Mini MACS. La composición cementosa se calienta a una temperatura especifica, y se presuriza a una presión especifica y se agita a 150 revoluciones por minuto (rpm) hasta que se alcanza el tiempo de colocación anticipado. La paleta de analizador mini MACS se hace girar a una velocidad de 0.2°/min y se mide la resistencia de esfuerzo cortante sobre la paleta. La resistencia de esfuerzo cortante sobre la paleta luego se correlaciona con la resistencia de gel estático de la composición cementosa.

En el sentido en el que se utiliza en la presente, el "tiempo de gel cero" es la diferencia entre el tiempo cuando una composición cementosa se mezcla y cuando la composición cementosa alcanza una resistencia de gel estático de 4.88 kg/m2 (100 lb/10Ó' ft2) . Después de alcanzar 4.88 kg/m2 (100 lb/100 ft2) , una composición cementosa puede seguir desarrollando resistencia de gel estático. Cuando la composición cementosa desarrolla una resistencia de gel estático de al menos '24.4 kg/m2 (500 lb/100 ft2) , la composición cementosa en general ya no pierde presión hidrostática, y como tal, la migración de gases se puede disminuir ya sea en gran medida o puede cesar del todo. En el sentido en el que se utiliza en la presente, el "tiempo de transición" es el tiempo que toma para que la resistencia del gel estático de una composición cementosa aumente de 4.88 kg/m2 (100 lb/100 ft2) hasta 24.4 kg/m2 (500 lb/100 ft2) . Es conveniente tener un tiempo de transición tan corto como sea posible .

Se puede incluir un aditivo en la composición cementosa para ayudar a eliminar o controlar la migración de gases. Un ejemplo, de este aditivo es el látex. El látex es una suspensión que consiste de partículas sólidas de caucho como la fase dispersa y un liquido como la fase continua. En general, el agua es la izase continua de la suspensión. Los ejemplos de partículas de caucho adecuadas, incluyen caucho natural (cis-1, 4-poliisopreno) en la mayoría de sus tipos modificados, y polímeros sintéticos de diversos tipos, entre los que se incluyen caucho de estireno-butadieno (SBR) , caucho de cis-1 , 4-polibutadieno y combinaciones de los mismos con caucho natural o caucho de estireno-butadieno, resina con alto contenido de estireno, caucho de butilo, cauchos de etileno-propileno (EP y EPDM) , caucho de ríeopreno, caucho de nitrilo, caucho de cis-1 , -poli-isopreno, caucho de silicona, caucho de polietileno cíorosulfonado, caucho de polietileno reticulado, caucho de epiclorhidrina, caucho de fluorocarburo, caucho de fluorosilicona, caucho de poliuretano, caucho poliacrílico, caucho de polisulfuro, caucho de AMPS-estireno-butadieno, y combinaciones de ios mismos. "AMPS" se refiere a ácido 2-acrilamido-2-metilpropansulfónico o sales del mismo. Los ejemplos de aditivos de látex adecuados se pueden encontrar en: la patente de los Estados Unidos No. 5,293,938 publicada para David D. Onan, Garland W. Davis, Roger S. Cromwell, y Wendell D. Riley el 15 de marzo, 1994; patente de los Estados ¡Unidos No. 5, 688,844 publicada para Jiten Chatterji, Bobby J.: King, Patty L. Totten, y David D. Onan el 18 de noviembre de 1997; y la patente de los Estados Unidos No. 7,784,542 B2 publicada para Craig W. Roddy, Jiten Chatterji, Roger Cromwell < Rahul Chandrakant Patil, Abhijit Tarafdar, Abhimanyu Deshp!ande y Christopher Lynn Gordon el 31 de agosto de 2010, cada ¡una. se incorpora en la presente ' como referencia en su totalidad para todos los fines. Es común incluir otros aditivos en una composición cementosa que contenga un aditivo de látex. Por ejemplo, a la composición cementosa se puede agregar agentes de vulcanización para el caucho y estabilizadores de: látex. Los ejemplos de agentes de vulcanización adecuados ¡incluyen, azufre, compuestos de peróxido orgánicos, compuesto^ azo, curativos fenólicos, derivados de benzoquinona , bismaleimidas, compuestos de selenio, telurio, ' nitro, resinas, óxidos metálicos y compuestos de azufre orgánicos, tales como, disulfuros de alquiltiuram, que se pueden encontrar en la patente de los Estados Unidos No. 5,293,938. Los ejemplos de estabilizantes de látex adecuados incluyen, nonilfenol etoxilado que contiene en la variación de 15 entre aproximadamente 15 a aproximadamente 40 moles de óxido de etileno y la sal de sodio de un compuesto sulfortado y etoxilado que tienen la fórmula H(CH2) 12-15; que se puede encontrar en la patente de los Estados Unidos No. 5,688,844.

Sin embargo, algunos aditivos' utilizados para acelerar el fraguado de una composición cementosa pueden interactuar adversamente con el aditivo de látex: . Como resultado, las composiciones de cemento que contienen un aditivo de láte y un acelerador de fraguado pueden haber reducido la resistencia a la compresión y pueden desarrollar resistencia a la compresión o resistencia de gel estático más lentamente. Además, las composiciones de cemento que contienen un aditivo de látex pueden tener una ; reducida resistencia a la compresión y pueden desarrollar resistencia a la compresión o resistencia de gel estático más1 lento en comparación con una composición cementosa similar sin el aditivo de látex. ¡ Se ha descubierto que una composición cementosa que contiene micro-cristales de C-S-H, en donde los : micro- cristales de C-S-H son partículas mesoscópicas, nanopartículas, o una combinación de las mismas, se puede utilizar en una formación subterránea. También se ha descubierto que una composición cementosa que contiene micro-cristales de C-S-H, en donde los micro-cristales de C-S-H son partículas mesoscópicas, nanopartículas, o una combinación de las mismas, se puede utilizar en composiciones de cemento que contienen un aditivo de látex. Algunas de las ventajas de incluir los micro-cristales de C-S-H en una composición cementosa, es que la composición cementosa puede: desarrollar una mayor resistencia a la compresión; tener un menor tiempo de fraguado inicial y un tiempo de fraguado; desarrollar una mayor resistencia de gel estático, y ser compatible con los aditivos de cemento comúnmente utilizados en las operaciones de cementación, en comparación con una composición cementosa similar sin los micro-cristales de C-S-H.

De acuerdo con una modalidad, un método¡ :para cementación en una formación subterránea comprende: introducir una composición cementosa en la formación subterránea, en donde la composición cementosa comprende: cemento, agua, y micro-cristales de silicato dé ¡calcio hidratado ' (C-S-H) , en donde una composición cementosa de prueba que consiste esencialmente de: el cemento, el agua, y los micro-cristales de C-S-H, y en las mismas proporciones como en la composición cementosa, desarrolla una resistencia a la compresión de al menos 8.3 MPa (1,200 psi) cuando se prueba a las 24 horas, a temperatura de 15.6°C (60°F), y presión de 20.7 MPa (3,000 psi), y permitir el fraguado de la composición cementosa.

De acuerdo con otra modalidad, un método para cementación en una formación subterránea comprende: introducir una composición cementosa en la formación subterránea, en donde la composición cementosa comprende: cemento, agua, y micro-cristales de silicato de calcio hidratado (C-S-H) , en donde los micro-cristales de C-S-H están al menos a una concentración suficiente de tal forma que la composición cementosa desarrolle una resistencia a la compresión de al menos 8.3 MPa (1,200 psi) 'cuando se prueba a las 24 horas, a temperatura de 15.6°C (60°F), y una presión de 20.7 MPa (3,000 psi), mientras que una composición cementosa sustancialmente idéntica sin los micro-cristales de C-S-H, desarrolla una resistencia a la compresión menor de 8.3 MPa (1, 200 psi) cuando se prueba a las 24 horas, una temperatura de 15.6°C (60°F), y una presión de 20.7 MPa (3,000 psi), y permitir el fraguado de la composición cemento.

De acuerdo con otra modalidad, un método para cementación en una formación . subterránea comprende: introducir una composición cementosa en la formación subterránea, en donde la composición cementosa comprende: cemento, agua, y micro-cristales de silicato de calcio hidratado (C-S-H) , en donde los micro-cristales de C-S-H son partículas mesoscópicas, nanopartículas, o combinaciones de las mismas, y en donde los micro-cristales de C-S-H están en una concentración en la variación entre aproximadamente 1% a aproximadamente 5% en peso del cemento, y permitir el fraguado de la composición cementosa.

El análisis de las modalidades preferidas que se relacionan con la composición cementosa o cualesquiera ingredientes en la composición cementosa, se pretende que aplique a todas las modalidades del método. El análisis de las modalidades preferidas que se relacionan con la composición cementosa o cualesquiera ingredientes en la composición cementosa, se pretende que se aplique a la composición cementosa, incluyendo cualesquiera aditivos adicionales que podrían estar incluidos en la composición cementosa. Por ejemplo, si la composición ' cementosa incluye un aditivo de látex, entonces el análisis de las modalidades preferidas, se pretende aplicar a una composición cementosa sin un aditivo de látex y una composición cementosa que incluya el aditivo de látex. Se debe entender que para cualquier modalidad preferida proporcionada para una propiedad física/mecánica de la composición cementosa (por ejemplo, tiempo de espesamiento, tiempo de fraguado, o tiempo de transición) , entonces los micro-cristales de C-S-H deben estar al menos a una concentración suficiente y el tamaño de partícula de los micro-cristales de C-S-H se debe seleccionar de tal forma que la composición cementosa desarrolle la propiedad física/mecánica preferida.

Cualquier referencia a la unidad "galones" significa galones de los Estados Unidos. En el sentido en el que se utiliza en la presente, el término "soluble" significa que al menos 1 parte de la sustancia se disuelve en 99 partes del líquido a una temperatura de 25°C (77°F) y una presión de 0.1 MPa (1 atm) . En el sentido en el que se utiliza ' en la presente, el término "insoluble" significa que menos de 1 parte de la sustancia se disuelve en 99 partes del líquido a una temperatura de 25°C (77°F) y presión de 0.1 MPa (1 átm).

La composición cementosa incluye cemento. El cemento puede ser cemento hidráulico. Se pueden utilizar una variedad de cementos hidráulicos de acuerdo con la presente invención, entre los que se incluyen de manera enunciativa aquellos que comprenden: calcio, aluminio, silicio, oxígeno, hierro, y/o azufre, que se fraguan y endurecen mediante una reacción con agua. Los cementos hidráulicos adecuados incluyen, de manera enunciativa, cementos Portland, .cementos de puzolana, cemento de yeso, cemento con alto contenido de alúmina, cemento siderúrgico, cemento de sílice, y i combinaciones de los mismos. En ciertas modalidádés', el cemento hidráulico puede comprender un cemento Portland. En algunas modalidades, los cementos Portland que son adecuados para utilizarse en la presente invención se clasifican como cementos Clases A, C, H y G de acuerdo con el American Petroleum Institute, API Specification for Materials and Testing for Well Cements, Especificación API 10, Quinta Ed., Jul. 1, 1990. De preferencia, el cemento es cemento Glasé G o ciase H.

La composición cementosa incluye agua. ¡ El agua puede estar seleccionada del grupo que consiste' de agua dulce, agua salobre, agua salada y cualquier combinación de las mismas. La composición cementosa además puede incluir una sal soluble en agua. De preferencia, la sal se selecciona de cloruro de sodio, cloruro de calcio, bromuro de calcio, cloruro de potasio, bromuro de potasio, cloruro de magnesio, y cualquier combinación de los mismos. La composición cementosa puede contener la sal soluble en agu fert una concentración en la variación entre aproximadamente 5% a aproximadamente 35% en peso del agua (ww) .

La composición ' cementosa incluye micro-cristales de silicato de calcio hidratado (C-S-H) . De preferencia, los micro-cristales de C-S-H son insolubles en agua. Los micro- cristales de C-S-H pueden ser sintéticos o el producto de una reacción de hidratación entre alita o belita y agua. Los guiones (-) indican que no hay una proporción particular de calcio (C) a silicato (S) . Sin embargo, una proporción común de C:S en el silicato de calcio hidratado es 2:1. La proporción de C:S puede ser cualquier proporción siempre y cuando el silicato de calcio hidratado permita que las composiciones de cemento satisfagan las modalidades preferidas. De preferencia, la proporción de C:S está1 en la variación de 0.5:2 hasta 2.5:0.5.

En una modalidad, los micro-cristales de C-S-H son partículas mesoscópicas, nanopartículas, o combinaciones de las mismas. De preferencia, los micro-cristales de C-S-H son partículas mesoscópica. De acuerdo con esta modalidad preferida, los micro-cristales de C-S-H tienen una distribución de tamaño dé partícula de tal forma qué al menos el 90% de los micro-cristales de C-S-H tengan un .tamaño de partícula en la variación de 1 miera a 0.1 mieras. De mayor preferencia, los micro-cristales de C-S-H tienen una distribución de tamaño de partícula de tal forma que a:l menos el 90% de los micro-cristales de C-S-H tengan un tamaño de i partícula en la variación entre aproximadamente 0.4 mieras a 0.1 mieras.

Los micro-cristales de C-S-H puede estar en una forma deshidratada. Los micro-cristales de C-S-H también pueden estar en una forma de suspensión, en la cual los micro-cristales de C-S-H son la fase dispersa y un liquido acuoso o un hidrocarburo liquido en la fase continua de la suspensión. Un ejemplo disponible comercialmente de los micro-cristales de C-S-H en una forma de suspensión es X-SEED® 100, disponible de BASF en Trostberg, Alemania.

En una modalidad, los micro-cristales de C-S-H están en una concentración de al menos 0.05% en peso del cemento (CAB) . Se debe entender que la concentración de los micro-cristales de C-S-H se proporciona con base en el peso en seco de los micro-cristales de C-S-H. Si los micro-cristales de C-S-H están en una forma de suspensión, entonces, la suspensión tendrá un % de sólidos activos particulares de los micro-cristales de C-S-H. Por ejemplo, en una suspensión, la concentración de peso en seco de los micro-cristales de C-S-H se puede calculár con base en el contenido de sólidos activos de los micro-cristales de C-S-H en la suspensión. En otra modalidad, los micro-cristales de C-S-H están en una concentración en la variación entre aproximadamente 0.05% a aproximadamente 7% en bwc. En otra modalidad, los micro-cristales de C-S-H están en una concentración en la variación entre aproximadamente 1% a aproximadamente 5% en bwc. De acuerdo con otra modalidad, los micro-cristales de C-S-H están al menos a una concentración suficiente de tal forma que la composición cementosa desarrolle una resistencia a la compresión de al menos 8.3 MPa (1,200 psi) cuando se prueba a las 24 horas, una temperatura de 15.6°C (60°F), y una presión de 20.7 MPa (3,000 psi), mientras que una composición cementosa sustancialmente idéntica, sin los micro-cristales de C-S-H, desarrolla una resistencia a la compresión menor de 8.3 MPa (1,200 psi) cuando se prueba a las 24 horas, una temperatura de 15.6°C (60°F) , y una presión de 20.7 MPa' (3,000 psi) .

En una modalidad, la composición cementosa comprende además un aditivo de látex. En una modalidad, el aditivo de látex es una suspensión que contiene partículas sólidas de caucho como la fase dispersa y un líquido como la fase continua. El agua puede ser la fase continua de la suspensión. Los ejemplos de partículas adecuadas de caucho, incluyen caucho natural (cis-1, 4-poliisopreno) en la mayoría de sus tipos modificados, y polímeros sintéticos de diversos tipos, entre los que se incluyen caucho de 'estireno-butadieno (SBR) , caucho de cis-1, -polibutadieno y mezclas de los mismos con caucho natural o caucho de estireno-butadieno, resina con alto contenido de estireno, caucho de butilo, cauchos de etileno-propileno (EPM y EPDM) , caucho de neopreno, caucho de nitrilo; caucho de cis-1, 4-poli-isopreno, caucho de silicona, caucho de polietileno clorosulfonado, caucho de polietileno reticulado; caucho de epiclorhidrina , caucho de fluorocarburo, caucho de fluorosilicona, caucho de poliuretano, caucho poliacrilico; caucho de polisulfuro, caucho de AMPS-estireno-butadieno, y combinaciones de los mismos. "AMPS" se refiere a ácido 2-acrilamido-2-metilpropansulfónico o sales del mismo. La composición cementosa también puede incluir otros aditivos, además del aditivo de látex. Por ejemplo, a la composición cementosa se puede agregar agentes de vulcanización para el caucho y los estabilizantes de látex. Los ejemplos de agentes de vulcanización adecuados incluyen, compuestos de azufre, peróxido orgánico, compuestos azo, curativos fenólicos, derivados de benzoquinona, bismaleimidas , compuestos de selenio, telurio, nitro, resinas, óxidos' metálicos y compuestos de azufre orgánicos, tales como, disulfuros de ? : alquiltiuram. Los ejemplos de estabilizantes de látex adecuados incluyen, nonilfenol etoxilado que contiene en la variación entre aproximadamente 15 a aproximadamente 40 moles de óxido de etileno y la sal de sodio' de un compuesto sulfonado y etoxilado que tiene la fórmula H(CH2) 12-15· Los ejemplos de aditivos de látex adecuados, los ingredientes en el aditivo de látex, " y aditivos adicionales para una composición cementosa que contiene el aditivo de látex, tales como los aditivos para vulcanización con caucho y los aditivos estabilizantes de látex, se pueden encontrar en la patente de los Estados Unidos No. 5,293,938, la patente de los Estados Unidos No. 5,688,844, y la patente de los Estados Unidos No. 7,784,542 B2 (listadas anteriormente), que se incorporan en la presente como referencia en su totalidad para todos los fines. Los ejemplos disponibles comercialmente adecuados de un aditivo de látex incluyen, dé ^manera enunciativa, aditivo de látex 2000MR y aditivo de ' látex 3000MR, comercializado por Halliburton Energy Services, Inc.

En una modalidad, la composición cementosa tiene un tiempo de espesamiento d al menos 2 horas a una temperatura de 15.6°C (60°F) y una presión de 34.5 Pa (5, 000 psi). En otra modalidad, la composición cementosa tiene un tiempo de espesamiento en la variación entre aproximadamente 4 a aproximadamente 15 horas a una temperatura de 15.6°C (609F) y una presión de 34.5 MPa (5,000 psi). Algunas de las variables que pueden afectar el tiempo de espesamiento de la composición cementosa incluyen la concentración de los micro-cristales de C-S-H, la concentración de cualquier retardador de fraguado incluido en la composición cementosa, la concentración de cualquier sal presente en la composición cementosa, y la temperatura en el fondo del pozo de formación subterránea. En el sentido en el que se utiliza en .la presente, el término "fondo del pozo" se refiere a la porción, de la formación subterránea que será cementada. En otra modalidad, la composición cementosa tiene un tiempo de espesamiento de al menos 3 horas a la temperatura y presión en el fondo del pozo de la formación subterránea.

En una modalidad, la composición cementosa tiene un tiempo de fraguado inicial menor de 24 horas, de mayor preferencia menor de 12 horas, a una temperatura de 15.6°C (60°F) y una presión de 20.7 MPa (3,000 psi) . ; En otra modalidad, la composición cementosa tiene un tiempo de fraguado inicial menor de 24 horas, de mayor preferencia menor de 12 horas, a la temperatura y presión en el fondo del pozo de la formación subterránea.

De preferencia, la composición cementosa : tiene un tiempo de fraguado menor de 48 horas a una temperatura de 15.6°C (60°F) . De mayor preferencia, la composición cementosa tiene un tiempo de fraguado menor de 24 horas , a una temperatura de 15.6°C (60°F) . De mayor preferencia, la composición cementosa tiene un tiempo de fraguado ¡ en la variación entre aproximadamente 3 a aproximadamente 24 horas a una temperatura de 15.6°C (60°F) . En otra modalidad, la composición cementosa tiene un tiempo de fraguado menor de 24 horas, de mayor preferencia 12 horas, a la temperatura y presión en el fondo del pozo de la formación subterránea.

De acuerdo con una modalidad, una composición cementosa de prueba que consiste esencialmente de: cemento, agua, y micro-cristales de C-S-H, y en las mismas proporciones que en la composición cementosa, desarrolla una resistencia a la compresión de al menos 8.3 MPa (1,200 psi) cuando se prueba a las 24 horas, una temperatura de 15.6°C (60°F), y una presión de 20.7 MPa (3,000 psi). De preferencia, la composición cementosa tiene una resistencia a la compresión de al menos 3.5 MPa (500 psi) cuando se prueba a las 24 horas,' una temperatura de 15.6°C (60°F), una presión de 20.7 MPa (3,000 psi). De mayor preferencia, la composición cementosa tiene una resistencia a la compresión en la variación entre aproximadamente 3.5 a aproximadamente 34.5 MPa (aproximadamente 500 a aproximadamente 5,000 psi) ^cuando se prueba a las 24 horas, una temperatura de 15.6°C (60°F), y una presión de 20.7 MPa (3,000 psi). De mayor preferencia, la composición cementosa tiene una resistencia a la compresión en la variación entre aproximadamente 6.9 a aproximadamente 34.5 MPa (aproximadamente 1,000 a aproximadamente 5,000 psi) cuando se prueba a las '24 horas, una temperatura de 15.60C (60°F), y una presión de 20.7 MPa (3,000 psi). De acuerdo con otra modalidad, la composición cementosa tiene una resistencia a la compresión en la variación entre aproximadamente 6.9 a aproximadamente 34 ¿ 5 MPa (aproximadamente 1,000 a aproximadamente 5,000 psi) a la temperatura y presión en el fondo del pozo de la formación í subterránea. ! De preferencia, la composición cementosa tiene un tiempo de transición menor de 4 horas (hr) utilizando el procedimiento de resistencia de gel estático SGSA a una temperatura de 68.3°C (155°F) y una presión de 31 MPa< (4500 psi). En una modalidad, los micro-cristales de C-S-H ; están al menos a una concentración suficiente de tal forma que la composición cementosa tenga un tiempo de transición , menor de 4 horas, utilizando el procedimiento de la resistencia d gel estático SGSA a una temperatura de 68.3°C (155°F) 1 y un presión de 31 MPa (4500 psi) . De mayor preferencia, la composición cementosa tiene un tiempo de transición i meftor de 1 hora, utilizando el procedimiento de resistencia dé gel estático SGSA a una temperatura de 68.3°C (155°F) i y una presión de 31 MPa (4500 psi) . De mayor preferencía1, la composición cementosa tiene un tiempo de transición menor de 30 minutos (min) , utilizando el procedimiento de resistencia de gel estático SGSA a una temperatura de 68.3°C (155 °F). y 1 una presión de 31 MPa (4500 psi) . En otra modalidad, la composición cementosa tiene un tiempo de transición 'menor ' de 70 min a la temperatura ' y presión en el fondo de pózoi de la formación subterránea.

De preferencia, la composición cementosa tiene un tiempo de transición menor de 70 minutos (min) , utilizando el procedimiento de resistencia de gel egtático Mini MACS a una temperatura de 15.6°C (60°F) y una presión de 34.5 MPa (5,000 psi) . En una modalidad, los micro-cristales de C-S-H están al menos a una concentración suficiente de tal forma que la composición cementosa tenga un tiempo de transición menor de 70 minutos (min) , utilizando el procedimiento de resistencia de gel estático Mini MACS a una temperatura de 15.6°C (60°F) y una presión de 34.5 MPa (5,000 psi) . De mayor preferencia, ? la composición cementosa tiene un tiempo de transición menor de 50 min, utilizando el procedimiento de resistencia de ge] estático Mini MACS a una temperatura de 15.6°C (60°F) y una presión de 34.5 MPa (5,000 psi). De mayor preferencia, la composición cementosa tiene un tiempo de transición menor de 30 min, utilizando el procedimiento de resistencia de gel estático Mini MACS a una temperatura de 15.6°C (60°F) y una presión de 34.5 MPa (5,000 psi).

La composición cementosa puede incluir además otros aditivos. Los ejemplos de otros aditivos incluyen, de: manera enunciativa, un material' de relleno, un aditivo para pérdida de fluidos, un retardador de fraguado, un reductor de fricción, un aditivo para retrogresión de resistencia, un aditivo de peso ligero, 'un agente antiespumante, un aditivo de alta densidad, un aditivo para mejorar la propiedad mecánica, un material de circulación perdida, un aditivo para control de filtración, un aditivo tixotropico y combinaciones de los mismos.

La composición cementosa puede incluir un material de relleno. Los ejemplos adecuados de materiales de relleno incluyen, de manera enunciativa, cenizas volantes, arena, arcillas y esquisto vitrificado. De preferencia, el material de relleno está en una concentración en la variación entre aproximadamente 5% a aproximadamente 50% en peso del cemento (bwc) .

La composición cementosa puede incluir un aditivo para pérdida de fluidos. Los ejemplos adecuados de aditivos para pérdida de fluidos disponibles comercialmente incluyen, de manera enunciativa, y se comercializan por Halliburton Energy Services, Inc. con los nombres comerciales de HALADO-344, HALAD®-413, y HALAD®-300. De preferencia, el aditivc para pérdida de fluidos está en una concentración en la variación entre aproximadamente 0.05% a aproximadamente 10% en bwc.

La composición cementosa puede incluir ; un retardador de fraguado. Los ejemplos adecuados de retardadores de fraguado disponibles comercialmente indluyen, de manera enunciativa, y se comercializan por Halliburton Energy Services, Inc., con los nombres comerciales de HR0-4, HR®-5, HR®-6, HR®-12, HR®-20, HR®-25, SCR-100MR y SCR-500MR. De preferencia, el retardador de fraguado está en una concentración en la variación entre aproximadamente' 0.051 a aproximadamente 10% en bwc.

La composición cementosa puede incluir un reductor de fricción. Los ejemplos adecuados de reductores de fricción disponibles comercialmente incluyen, de manera enunciativa, y se comercializan por Halliburton Energy Services, Inc., con los nombres comerciales 'CFR-2MR, CFR-3MR, CFR— 5LEMR, CFR-6MR y CFR-8MR. De preferencia, el reductor de fricción está en una concentración en la variación entre aproximadamente 0.1% a aproximadamente 10% en bwc.

La composición cementosa puede incluir un aditivo para retrogresión de resistencia. Los ejemplos adecuados de aditivos para retrogresión de resistencia disponibles comercialmente incluyen, de manera enunciativa, y se comercializan por Halliburton Energy Services, Inc., con los nombres comerciales SSA-1MR y SSA-2MR. De preferencia, el aditivo para retrogresión de resistencia está en una concentración en la variación entre aproximadamente 5% a aproximadamente 50% en bwc.

La composición cementosa puede incluir un aditivo de peso ligero. Los ejemplos adecuados de aditivos de peso ligero disponibles comercialmente incluyen, de manera enunciativa, y se comercializan por Halliburton :Energy Services, Inc. con los nombres comerciales SPHERELITE® y LUBRA-BEADS® FINA, y disponibles de 3M en St . Paul, MN con los nombres comerciales burbujas vitreas HGS2000MR, HGS3000MP, HGS4000MR, HGS5000MR, HGS6000MR, HGS10000MR, y HGS18000MR. De preferencia, el aditivo de peso ligero está en una concentración en la variación entre aproximadamente1 5% a aproximadamente 50% en bwc.

Los ejemplos disponibles comercialmente ¡del otros aditivos incluyen, de manera enunciativa, y se comercializan por Halliburton Energy Services, Inc. con los,¦ nombres comerciales fluido High Dense® No. 3, High Dense® No. 4, i BariteMR, icromaxMR, SiíicaliteMR, WellLife® 665, WellLife^. 809, WellLife® 810, y Chá nel SealMR.

En una modalidad, la composición cementosa1 tiene una densidad de al menos 0.96 kilogramos por litro (kg/1) (8 libras por galón (ppg) ) · En otra modalidad, la composición cementosa tiene una densidad de al menos 1.8 kg/1 ; (15 ippg) . En otra modalidad, la composición cementosa tiene una densidad en la variación entre aproximadamente 0.96 a aproximadamente 1.8 kg/1" (aproximadamente 8 a aproximadamente 15 ppg) . En otra modalidad, la composición cementosa tiene una densidad en la variación entre aproximadamente 1.8 a aproximadamente 2.4 kg/1 (aproximadamente 15 a aproximadamente 20 ppg) .

De acuerdo con ciertas modalidades, un método para cementación en una formación subterránea comprende: introducir una composición cementosa en la formación subterránea, en donde la composición cementosa comprende: cemento; agua; y micro-cristales de C-S-H, y permitir el fraguado de la composición cementosa.

Las modalidades del método incluyen el paso de introducir la composición cementosa en una formación subterránea. El paso de introducir es para el propósito; de al menos uno de los siguientes: terminación de pozos; cementación con espuma; operaciones de cementación primarias o secundarias; obturación de pozos, cementación por inyección forzada, y filtro de grava. La composición cementosa; puede estar en un estado bombeable antes y durante la introducción en la formación subterránea. En una modalidad, la formación subterránea es penetrada" por un pozo. El pozo puede. ser, sin limitación, un pozo de petróleo, gas, agua o inyección. De acuerdo con esta modalidad, el paso de introducir incluye introducir la composición cementosa en el pozo. Dé acuerdo con otra modalidad, la formación subterránea está penetrada por un pozo y el pozo incluye una corona circular. De acuerdo con esta otra modalidad, el paso de introducir' incluye introducir la composición cementosa en una porción de la corona circular.

Las modalidades del método pueden comprender además el paso de formar la composición cementosa antes del paso de introducir. De acuerdo con esta modalidad, el paso de formar puede comprender: agregar, al menos, el cemento, el agua, y los micro-cristales de C-S-H a un aparto mezclador y mezclarla composición cementosa. El paso de formación puede incluir además agregar al menos un aditivo para formar la composición cementosa. Por ejemplo, puede estar incluido un aditivo de látex para formar la composición cementosa. El paso de agregar se puede realizar en cualquier orden. Por ejemplo, los micro-cristales de C-S-H se pueden agregar al cemento y luego se puede agregar el agua al cemento y los ¡micro-cristales de C-S-H. A manera de otro ejemplo, se; puede agregar el agua al cemento y luego los micro-cristales de C-S-H se pueden agregar al agua y al cemento . A manera de otro ejemplo, los micro-cristales de C-S-H y el cemento se : ueden agregar al agua al mismo tiempo. Sin importar la secuencia en que se agregan, se debe ' entender que los micro-crilstáles' de C-S-H agregados a la composición cementosa están en adición a cualquiera de los C-S-H formados a partir de la reacción de hidratación entre cualquiera de las fases del cemento y el agua. Si se incluyen cualesquiera de otros aditivos, tales como un aditivo de látex, en la composición cementosa, entonces los otros aditivos se pueden agregar a la composición cementosa en cualquier orden. El paso de mezclado se puede realizar utilizando un aparato de mezclado adecuado.

Las modalidades del método pueden incluir además el paso de determinar las PVF máxima (fracción de volumen de empaque) antes del paso de introducción. Si las modalidades del método incluyen además el paso de formar la composición cementosa, entonces, el paso para determinar la PVF máxima se realiza antes del paso para formación. El término "fracción de volumen de empaque" se refiere al volumen · de los materiales sólidos en partículas en un fluido dividido entre 1 el volumen total del fluido. Las variaciones de tamaño de los materiales sólidos en partículas preferidos se seleccionan, así como sus proporciones respectivas, para proporcionar una fracción de volumen de empaque máxima (o tan cerca como sea posible al máximo) de tal forma que el fluido esté 1 en un estado de sedimentación obstaculizada. Para obtener la PVF máxima, se puede utilizar una combinación de las siguientes tres características. La primera es el uso de al menos tres materiales en partículas en donde al menos los tres materiales en partículas están en variaciones de tamaño "no consecutivas" entre sí. La segunda característica es la elección de las proporciones de los tres materiales en partículas en relación con el mezclado, de tal forma que el fluido, cuando se mezcle, esté en un estado de sedimentación obstaculizada. La tercera característica es la elección de las proporciones de los tres materiales en partículas entre sí, y de acuerdo con sus variaciones respectivas de tamaño, de tal forma que la PVF máxima se alcance al menos sustancialmente para la suma total de todos los materiales en partículas en el sistema de fluido. El paso para determinar la PVF máxima además puede incluir el paso de seleccionar los tamaños de partícula de los micro-cristales de C-S-H y cualesquiera otros aditivos para alcanzar la PVF máxima. El paso para determinar la PVF máxima y la forma de seleccionar los tamaños de partícula se pueden encontrar en la patente de los Estados Unidos No. 7,213,646 B2 publicada para Craig W. Roddy, Ricky L. Covington y Jiten Chatterji el 8 dé mayo de 2007, que se incorpora en la presente como referencia en su totalidad para todos los fines.

Las modalidades del método también incluyen el paso de permitir el fraguado de la composición cementosa. El paso de permitir puede ser después del paso de introducir la composición cementosa en la formación subterránea. Las modalidades del método pueden incluir los pasos adicionales de perforar, fracturar o realizar un tratamiento acidificante, después del paso de permitir.

La formación subterránea puede tener una temperatura en el fondo del pozo en la variación ' entre aproximadamente 1.7°C a aproximadamente 148.9 °C (aproximadamente 35°F a aproximadamente 300°F). De preferencia, la formación subterránea tiene una temperatura en el fondo del pozo en la variación entre aproximadamente 4.4°C a aproximadamente 87.8°C (aproximadamente 40 °F a aproximadamente 190°F) . De mayor preferencia, la formación subterránea tiene una temperatura en el fondo del pozo! en la variación entre aproximadamente 15.6°C a aproximadamente 48.9°C (aproximadamente 60°F a aproximadamente 120°F). ; Ejemplos Para facilitar una mejor comprensión ¦ de las modalidades preferidas, se proporcionan los siguientes ejemplos de ciertos aspectos de las modalidades preferidas. Los siguientes ejemplos no son solamente ejemplos que se podrían proporcionar de acuerdo con las modalidades preferidas y no se pretende que limiten el alcance de la invención. í Para los datos contenidos en las siguientes ; tablas y figuras, la concentración de cualquier ingrediente 'e una composición cementosa se puede expresar como, en ¦ peso del cemento (abreviado como '"bwc") o galones 'por saco de cemento (abreviado como "gal/sk") . Los micro-cristales fueron C-S-H X-SEED® 100, obtenidos de BASF. Los micro-cristales [de] C-S-H estuvieron en una forma de suspensión que tuvo 20% dé sólidos activos. Todas las concentraciones de los micro-cristales de C-S-H se expresan con base en el peso en seco de los micro-cristales de C-S-H y no se tomó en cuenta el peso de la fase continua de la suspensión. Las concentraciones de peso en seco se calcularon con base en el 20% de actividad de los micro-cristales de C-S-H en la suspensión. ? menos que se establezca de otra manera, cada una de las composiciones de cemento tuvo una densidad; dé 1.97 kg/1 (16.4 libras por galón (lb/gal) ) y contuvo al menos los siguientes ingredientes : " 18.61 litros/saco' (4.92 gal/sk) de agua desionizada; cemento Joppa Clase H o cemento Dyckjerhoff Clase G; 0.05 gal/sk D-AÍR 3000LNR de un agente antiespumante ; 0.05% en bwc CFR-3MR de un reductor de fricción, y .0.05% en bwc de un retardador de fraguado HR®6L. Cualesquiera ingredientes adicionales en la composición cementosa se incluirán para cada tabla y se listan como "ingredientes adicionales". ! \ A menos que se establezca de otra manera, todas las composiciones de cemento se mezclaron y probaron de acuerdo con el procedimiento para la prueba especifica según se describe en la sección la "Descripción Detallada" anterior. Las composiciones de cemento se probaron para un tiempo de fraguado inicial a una variedad de temperaturas y una presión de 21 MPa (3,000 psi) . Las pruebas de tiempo para alcanzar 3.5 MPa (500 psi) se condujeron a una variedad de temperaturas y una presión de 21 MPa (3,000 psi). Las pruebas de resistencia a la compresión se condujeron a las 24 ó 48 horas, una variedad de temperaturas, y una presión de 21 MPa (3,000 psi). Las pruebas de tiempo de espesamiento se condujeron a una variedad de temperaturas y una presión de 34.5 MPa (5, 000 psi) .

La Tabla 1 contiene el tiempo para alcanzar 3.5 MPa (500 psi), la resistencia a la compresión a las 24 horas, la velocidad de desarrollo de resistencia a la compresión, y los datos de tiempo de espesamiento para las diversas composiciones de cemento. Las composiciones de cemento también contuvieron los siguientes ingredientes adiciónales: concentraciones variables de los micro-cristales de C-S-H (°-en bwc) , y ya sea LATEX® 2000 o látex® 3000 a una concentración ' de 0.089 litros/kg (1 gal/sk) ; Las composiciones de cemento que contuvieron LATEX® 2000, también incluyeron 0.018 litros/kg (0.2 gal/sk) de estabilizante de látex 434BMR. Como se puede observar en la Tabla 1, las composiciones de cemento que contuvieron ya sea 0.5,% p 1% en bwc de micro-cristales de C-S-H, exhibieron propiedades físicas mejoradas en comparación con la composición cementosa que no contuvo los micro-cristales de C-S-H. Los datos de la Tabla 1 indican que, para una composición cementosa determinada, a medida que aumentó la temperatura, se mejoraron las propiedades físicas de la composición cementosa. Por ejemplo, a medida que aumentó la temperatura, disminuyó el tiempo de espesamiento, aumento la resistencia a la compresión, y aumentó la velocidad de desarrollo de resistencia. Como se puede observar en la Tabla 1, se pueden mejorar las propiedades físicas de una composición cementosa con un aumento en la concentración de los micro-cristales de C-S-H. Los datos también muestran que los micro-cristales de C-S-H no sólo fueron compatibles con los dos diferentes aditivos de látex, sino que también mejoraron las propiedades físicas de una composición cementosa que contuvo el aditivo de látex.

Tabla 1 15 La Tabla 2 contiene los datos del tiempo de transición para diversas composiciones de cemento. Las composiciones de cemento se probaron utilizando el procedimiento de resistencia de gel estático SGSA a una temperatura de 68.3°C (155°F) y una presión de 31 Pa (4500 psi) . Las composiciones de cemento también contuvieron los siguientes ingredientes adicionales: concentraciones variables del micro-cristal de C-S-H (% en bwc) , 1 y 0.089 litros/kg (1 gal/sk) de ya sea TEX® 2000 o LATEX® 3000'. ' Cómo se puede observar en la Tabla 2, una composición cementosa que contiene un aditivo de látex utilizado comúnmente para ayudar a controlar la migración de gases tiene un tiempo de transición al menos tres horas. Con la adición de micro-cristales de C-S-H, el tiempo de transición se puede disminuir en gran medida. Como se puede observar también en la Tabla 2, el tiempo de transición se puede disminuir con un aumento en la concentración de los micro-cristales de C-S-H.

Tabla 2 Tabla 3 contiene el tiempo de espesamiento, tiempo de fraguado inicial, el tiempo para alcanzar; 3;.5 MPa (500 psi), y los datos de resistencia a la compresión1 a las 24 horas durante para diversas composiciones de cemento. Las composiciones de cemento tuvieron una densidad de 1.9 kg/1 (15.8 ppg) y contuvieron los siguientes ingredientes: 0.438 kg/1 (4.92 gal/sk) de agua desionizada; cemento Dyckerhoff Clase G, y concentraciones variables de micro-cristales de C-S-H (% en bwc) . Como puede observar en la Tabla 3, para una temperatura determinada, a medida que aumenta la i concentración de los micro-cristales de C-S-H, se disminuye el tiempo de espesamiento, el tiempo de fraguado inicial, y el tiempo para alcanzar 3.5 MPa (500 psi), y se aumenta la resistencia a la compresión. También como se puede observar en la Tabla 3, para una concentración determinada de los micro-cristales de C-S-H, la temperatura desempeña : una función importante en las propiedades físicas/mecánicas de una composición cementosa. Por ejemplo, a medida que aumenta la temperatura, disminuye el tiempo de espesamiento, y aumenta la resistencia a la compresión.

Tabla 3 La Tabla 4 contiene los datos de tiempo de gel cero y de tiempo de transición para dos diferentes composiciones de cemento. Las pruebas para los datos contenidos en la Tabla 4 se realizaron para evaluar la efectividad de los micro-cristales de C-S-H en una composición cementosa de baja densidad. Las pruebas para el tiempo de gel cero y el tiempo de transición se realizaron utilizando el procedimiento de "resistencia de gel estático mini MACS" a una temperatura de 15.6°C (60°F) y una presión de 34.5 MPa (5,000 psi) y se agitó durante 4 horas. La composición cementosa número 1 tuvo una densidad de 1.9 kg/1 (15.8 ppg) y contuvo: 0.435 litros/kg (4.90 gal/sk) de agua desionizada; cemento Dyckerhoff Clase G, y 0.35% en bwc de micro-cristales de C-S- H. La composición cementosa número 2 tuvo una densidad de 1.5 kg/1 (12.5 ppg) y contuvo: 0.630 litros/kg (7.10 gal/sk) de agua desionizada; cemento Dyckerhoff Clase G, 3% en bwc de micro-cristales de C-S-H, y 30% en bwc de aditivos de peso ligero SPHERELITE®, disponible de Halliburton* ¡Energy Services, Inc. Como se puede observar en la Tabla 4/ las dos composiciones de cemento tuvieron tiempo de gel cero y ¡tiempo de transición comparables. Los datos en la Tabla indican que un aumento en la concentración de los micro-cristales de C-S-H puede ser necesario a medida que se disminuye la densidad de una composición cementosa.

Tabla 4 Las pruebas para los datos listados en l 5 se condujeron para evaluar la efectividad de los J micro-cristales de C-S-H en comparación con algunos aceleradores de fraguado utilizados comúnmente (a saber, una sal y un aditivo tixotrópico) . La composición cementosa contuvo: ¿emento Dyckerhoff Clase G; 0.435 litros/kg (4.9' gal/sk) d;e agua desionizada para las composiciones de cemento con una densidad de 1.9 kg/1 (15.8 ppg) ; 7.63 gal/sk de agua desionizada para las composiciones de cemento con una densidad de 1.5 kg/1 (12.5 ppg); concentraciones variables de los micro-cristales de C-S-H, y concentraciones variables de cloruro de calcio (CaCl2) o el aditivo tixotrópico VersaSet. La Tabla 5 contiene el tiempo de espesamiento, el tiempo de fraguado inicial, el tiempo para alcanzar 3.5 MPa (500 psi) , y los datos de resistencia a la compresión a las 24 horas y a las 48 horas para diversas composiciones de cemento. Como se puede observar en la Tabla 5, los micro-cristales \de G-S-H proporcionan propiedades comparables o ligeramente mejoradas con una composición cementosa en comparación con ; una composición cementosa que contiene de CaCl2 o VersaSet. Los micro-cristales de C-S-H proporcionaron un tiempo de espesamiento ligeramente mayor, aunque una mayor resistencia a la compresión a las 24 horas en comparación! don la composición cementosa que contuvo CaCl2, incluso aunque la concentración de los micro-cristales C-S-H fue mucho; menor que la concentración de sal. La composición cementosa' que contuvo los micro-cristales de C-S-H también exhibió! mayor resistencia a la compresión a las 24 y 48 horas en comparación con la composición cementosa que ¦ contuvo VersaSet. Como se puede observar también en la Tabla 5, los micro-cristales de C-S-H pueden proporcionar propiedades mejoradas a las composiciones de cemento que tienen una densidad de aproximadamente 1.4 kg/1 (aproximadamente 1:2 ppg) y una densidad de aproximadamente 1.9 kg/1 (aproximadamente 16 ppg) . Esto muestra la compatibilidad y utilidad de los micro-cristales de C-S-H en las composiciones de cemento tienen una amplia gama de densidades.

Tabla 5 La figura 1, es una gráfica de consistencia (Be) contra el tiempo (h:min:seg) para cuatro diferentes composiciones de cemento. La prueba de consistencia se realizó a una temperatura de 15.6°C (60°F) para tres de las composiciones de cemento y 10°C (50°F) para la otra composición cementosa, y una presión de 34.5 Pa (5,000 psi). Cada una de las composiciones de cemento tuvo una densidad de 1.89 kg/l (15.8 ppg) y contuvo agua desionizada, cemento Clase G, 4.439 x 10"3 litros/kg (0.05 gal/sk) de ún ¡agente antiespumante D-AIR 3000LMR, y concentraciones variables de micro-cristales de C-S-H (% de bwc) . Como se puede1 observar en la figura 1, el tiempo de espesamiento disminuye ;con un aumento en la concentración de los micro-cristales de C-S-H. Como se puede observar también en la figura 1, para una concentración determinada de los micro-cristales de C-S-H, a medida que disminuye lá temperatura, aumenta el tiempo de espesamiento.

Por ío tanto, la presente invención se adaptará bien para alcanzar los fines y ventajas mencionados, asi como aquellos que estén inherentes en la presente. Las modalidades particulares descritas anteriormente son únicamente ilustrativas, ya que la presente invención se puede modificar y practicar en diferentes formas, aunque equivalentes evidentes para aquellos 'expertos en la técnica que tengan el beneficio de las enseñanzas en la presente. Además, no se pretende que haya limitaciones a los detalles de construcción o diseño mostrados en la presente, distintos a los descritos en las reivindicaciones más adelante. Por lo tanto, es evidente que, las modalidades ilustrativas particulares descritas anteriormente se pueden alterar o modificar y todas estas variaciones se considera que quedan dentro del alcance de la presente invención. Mientras que las composiciones y métodos se describen en los términos de "que comprende", "que contiene", o "que incluye" diversos componentes o pasos, las composiciones y métodos también pueden "consistir esencialmente de" o "consistir de" los diversos componentes y pasos. Siempre que se describa una variación numérica con un limite inferior y un limite superior se describe específicamente, cualquier número y cualquier variación incluida que quede dentro de la variación. En particular, cada variación de valores (de la forma "entre aproximadamente a a aproximadamente b", o equivalentemente, de "aproximadamente a hasta b", o equivalentemente, de "aproximadamente a-b") descritos en la presente se deberá entender que establecen cualquier número y variación abarcados dentro de la gama más amplia des alores. También, los términos en las reivindicaciones tienen su significado claro, normal a menos que específica y claramente se defina de otra manera por el concesionario. Además, los artículos indefinidos "uno" o "una", en el sentido en que se 'utilizan en las reivindicaciones, se definen en la presente para significar uno o más de uno del elemento que se presenta. Si existe cualquier conflicto en el uso de una palabra o término en esta especificación y una o más patentes ,u ; otros documentos que se puedan incorporar en la presente como referencia, se deberán adaptar las definiciones que sean consistentes con esta especificación. !

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes REIVINDICACIONES :

1. Un método para cementación en una formación subterránea caracterizado porque comprende: Introducir una composición cementosa en la formación subterránea, en donde la composición cementosa comprende: Cemento; agua, y micro-cristales de silicato de calcio hidratados (C-S-H), : en donde una composición cementosa de prueba consiste esencialmente de: el cemento, el agua, y los micro-cristales de C-S-H, y en la misma proporción como ;en la composición cementosa, desarrolla una resistencia , a la compresión de al menos 8.3 Pa (1,200 psi) cuando se prueba a las 24 hora, una temperatura de 15.6°C (60°F), y una presión de 20.7 MPa (3,000 psi); y ; permitir el fraguado de la composición cementosa.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cemento comprende al menos un cemento hidráulico seleccionado del grupo que consiste de cemento Portland, cemento de puzolana, cemento de , yeso, cemento con alto contenido de alúmina, cemento siderúrgico, cemento de sílice y combinaciones de los mismos.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el agua se selecciona del grupo que consiste de agua dulce, agua salobre, agua salada, y cualquier combinación de las mismas.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los micro-cristales de C-S-H tienen una distribución de tamaño de partícula de tal forma que al menos el 90% de los micro-cristales de C-S-H tengan un tamaño de partícula en la variación de 1 miera a 0.1 mieras.; ;

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los micro-cristales de C-S-H : están 1 en una concentración en la variación entre aproximadamente! 0.05% a aproximadamente 7% en peso del cemento. 1 !

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición cementosa comprende además un aditivo de látex. '

7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el aditivo de látex es una suspensión que contiene partículas sólidas de caucho como 1 lá fase dispersa y un líquido como la fase continua.

8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque las partículas de caucho se seleccionan del grupo que consiste de: caucho de cis-1,4-poli-isopreno, caucho de estireno-butadieno (SBR) , resina con alto contenido de estireno, caucho de butilo, cauchos de etileno-propileno (EPM y EPD ) , caucho de neopreno, caucho de nitrilo; caucho de silicona, caucho de polietileno clorosulfonado, caucho de polietileno reticulado; caucho de epiclorhidrina, caucho de fluorocarburo, caucho de fluorosilicona, caucho de poliuretano, caucho poliácrilico ; caucho de polisulfuro, caucho de AMPS-estireno-butadieno ; tipos modificados de cualquiera de los cauchos anteriores, y combinaciones de los mismos. :

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición cementosa tiene un tiempo de espesamiento en la variación entre aproximadamente 4 a aproximadamente 15 horas a una temperatura de 15.6°C (60°F) y una presión de 34.5 MPa (5,000 psi) . ¦'

10. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición cementosa tiene un tiempo de fraguado inicial menor de 24 horas a una temperatura de 15.6°C (60°F) y una presión de 20.7 MPa ;(3:,000 psi) .

11. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición cementosa tiene un tiempo de fraguado menor de 48 horas a una temperatura de 15.6°C (60°F) .

12. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición cementosa tiene una resistencia a la compresión en la variación : entre (aproximadamente 3.5 a aproximadamente 34·.5 MPa (aproximadamente 1,000 a aproximadamente 5,000 psi)') 'cuando se prueba a las 24 horas, una temperatura de 15.6°C ¡(60¡°F), y una presión de 20.7 MPa (3,000 psi). !

13. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición cementosa tiene un tiempo de transición menor de 1 hora, utilizando el procedimiento de resistencia de gel estático SGSA a una temperatura de 68.3°C (155°F) y una presión de 31 MPa, (4500 psi) .

14. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición cementosa tiene un tiempo de transición menor de 50 minutos, utilizando el procedimiento de resistencia de gel estático Mini MACS, a una temperatura de 15.6°C (60°F) y una presión de 34.5 M;Pa : (5,000 si) · ;

15. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición cementosa incluye además al menos un aditivo.

16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el aditivo se selecciona del grupo que consiste de un material de relleno, un aditivo para pérdida de fluidos, un retardador de fraguado, un reductor de fricción, un aditivo para retrogresión de resistencia, un aditivo de peso ligero, un agente antiespumante, un aditivo de alta densidad, un aditivo para mejorar la propiedad mecánica, un material de circulación perdida, un aditivo para control de filtración, un aditivo tixotrópico, y combinaciones de los mismos.

17. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la formación subterránea tiene una temperatura en el fondo del pozo en la variación entre (aproximadamente 15.6°C a aproximadamente |48.9°C (aproximadamente 60°F a aproximadamente 120°F) .

18. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende el paso de determinar la fracción máxima de volumen de empaque antes del paso de introducción.

19. Un método para cementación en una formación subterránea caracterizado porque comprende: Introducir una composición cementosa en la formación subterránea, en donde la composición cementosa comprende : · . Cemento; j agua, y micro-cristales de silicato de calcio hidrátádó (C-S-H) , en donde los micro-cristales de C-S-H están al' menos en una concentración suficiente de tal forma que la composición cementosa desarrolle una resistencia a la compresión de al menos 8.3 MPa (1,200 psi) cuando se prueba a las 24 horas, una temperatura de 60°F (15.6°C), y una presión de 20.7 MPa (3, 000 psi), mientras que una composición ^cementosa sustancialmente idéntica sin los micro-cristales de C-S-H, desarrolla una resistencia a la compresión menor dé 8.3 MPa (1,200 psi) cuando se prueba a las 24 horas, una temperatura de 15.6°C (60°F), y una presión de 20.7 MPa (3,000 psi);; y permitir el fraguado de la composición cementosa1.

20. Un método para cementación en una formación subterránea caracterizado porque comprende: [ Introducir una composición cementosa; en la formación subterránea, en donde la composición cementosa comprende: : Cemento; j agua, y micro-cristales de silicato de calcio hidi:at¡ado (C-S-H) , en donde los micro-cristales de C-S-H son partículas mesoscópicas , nanoparticulas , o combinaciones de las mismas, y en donde los micro-cristales de C-S-H están en una concentración en la variación entre aproximadamente 1% a aproximadamente 5% en peso del cemento; y permitir el fraguado de la composición cementosa.