MXPA04011814A - Composiciones y metodos para cementacion de pozos. - Google Patents

Abstract

La presente invencion proporciona composiciones mejoradas para cementacion de pozos utiles para realizar una variedad de aplicaciones de cementacion en formaciones subterraneas y en particular la cementacion de zonas subterraneas que tengan una temperatura de aproximadamente 18.33 degree C (65 degree C) o menor. Una composicion para cementacion de esta invencion basicamente comprende un cemento hidraulico una cantidad eficaz de un compuesto de hierro seleccionado del grupo que consiste de cloruro ferrico, cloruro ferroso o mezclas de los mismos para reducir el tiempo de transicion de al composicion, y agua suficiente para formar una pasta.

Description

COMPOSICIONES Y MÉTODOS PARA CEMENTACIÓN DE POZOS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1. Campo de la invención La presente invención se relaciona con composiciones mejoradas para cementación de pozos que tengan tiempos de transición reducidos y los métodos para utilizar las composiciones para la cementación de zonas subterráneas. 2. Descripción de la técnica anterior Las composiciones de cemento hidráulico en general se utilizan en la construcción y reparación de pozos de petróleo y gas. Por ejemplo, las composiciones de cemento hidráulico se utilizan en operaciones de cementación primaria mediante lo cual las cadenas de tuberías tales como por ejemplo forros o revestimientos se cementan en las perforaciones de pozos. Para realizar la cementación primaria, se bombea una composición de cemento hidráulico en el espacio anular entre las paredes de una perforación del pozo y las superficies exteriores de una cadena de tubos dispuesta en las mismas. La composición para cementación se deja fraguar en el espacio anular formando asi una envoltura anular de cemento impermeable sustancialmente endurecido en el mismo. La envoltura de cemento soporta y coloca físicamente la cadena de tubos en la perforación del pozo y une las superficies exteriores de la cadena de tubos a las paredes de la perforación del pozo con lo cual se evita la migración no deseada de fluidos entre las zonas o formaciones penetradas por la perforación del pozo. Las composiciones de cemento hidráulico por lo general también se utilizan para obturar zona de perdida de barro y otras de flujo entrante y flujo saliente de fluidos indeseables en los pozos, para obturar fisuras o grietas y orificios en las cadenas de tubos cementadas en las mismas y para llevar a cabo otras operaciones de pozos correctivas requeridas. Para llevar a cabo la cementación primaria así como también las operaciones de cementación correctivas en perforaciones de pozos, las pastas de cemento utilizadas con frecuencia son livianas para ayudar la excesiva presión hidrostática que se ejercerse sobre las formaciones subterráneas penetradas por la perforación del pozo. Como resultado, hasta la fecha se ha desarrollado y utilizado una variedad de pastas de cemento liviano entre las que se incluyen pastas de cemento espumado. Además de ser liviana, una pasta de cemento espumado contiene gas comprimido que mejora la capacidad de la pasta para mantener la presión y evitar el flujo de la formación de fluidos en el interior y a través de la pasta durante el tiempo en el cual la pasta de cemento cambia de un fluido ha una masa fraguada dura. Las pastas de cemento espumado también son ventajosas debido a que tienen propiedades de baja pérdida de fluidos. Las completacione s de pozos en agua a más de 305 metros (1000 pies) de profundidad con frecuencia requieren técnicas especiales para instalar el forro conductor. Las completaciones de pozos a profundidades en exceso de 610 metros (2,000 pies) de agua con frecuencia se denominan como operaciones "en aguas profundas". En las operaciones en aguas profundas, las formaciones en donde se cementa el tubo conductor que es menor a 610 metros (2,000 pies) por debajo de la tubería conductora de lodos de inyección (BML, por sus siglas en inglés) en general son geológicamente nuevas y no están bien consolidadas. Las formaciones en general son el producto de la erosión proveniente de la plataforma continental. Esto puede provocar cualquiera de dos problemas en la cementación. La formación puede ser tan débil que se puede fracturar durante la cementación y provocar la pérdida de cemento en la formación. Alternativamente, la formación puede experimentar alto contenido de agua salada u otro flujo de secreción a través de la formación dando por resultado en una afluencia de fluidos. En una instalación de tubería conductora típica, una tubería superficial de 60.96-76.20 cm (24-30 pulgadas) OD se hace avanzar al menos 61 metros (200 pies) BML. Una tubería conductora de gran diámetro (50.8 cm (20 in.) OD cuando se utiliza 76.20 cm (30 in.) OD) luego se cementa mediante el método de cadenas internas convencionales a través del tubo de perforación, con el cemento que regresa al suelo oceánico. Debido a que no se utiliza ningún tubo ascendente, los retornos anulares se deben extraer en el suelo oceánico. Las temperaturas de enfriamiento provocadas por el agua de mar típicamente disminuyen el proceso de hidratación del cemento y extienden el tiempo de transición de la pasta de cemento de tal forma que permite que se inicie la afluencia de fluidos. El término "tiempo de gel cero" se refiere al periodo de tiempo en el cual la pasta de cemento se coloca y la resistencia del gel aumenta a un nivel de aproximadamente 100 lbf/100 ft2. Durante el tiempo de gel a cero, se evita que migre un fluido tal como por ejemplo aceite, gas o agua a través del cemento que se está fraguando debido a que la columna de cemento en la perforación del pozo se puede soportar a si mismo y ejercer presión hidrostática sobre el fluido que circunda la perforación del pozo. El término "tiempo de transición" se refiere al periodo de tiempo que le lleva a la resistencia del gel aumentar de un nivel de aproximadamente 100 lbf/100 ft2 a un nivel de aproximadamente 500 lbf/100 ft2. La migración de fluidos sus tancialmente se evita al nivel de aproximadamente 500 lbf/100 ft2. Durante el tiempo de transición, un fluido tal como por ejemplo, aceite, gas o agua puede migrar a través de la pasta de cementación que se está fraguando, formando canales que llevan a cabo la integridad de la envoltura de cemento. La migración de fluidos es posible durante el tiempo de transición debido a que la columna de cemento en la perforación del pozo comienza a soportarse por si misma y detiene la presión hidrostática que se está ejerciendo sobre el fluido que circunda a la perforación del pozo. Cuando la presión hidrostática ejercida cae por debajo de la presión del fluido en formación, se puede presentar una migración y continuará hasta que el cemento desarrolla suficiente resistencia a la compresión para evitar una migración adicional. Por lo tanto, es conveniente tener composiciones de cemento con tiempos de transición reducidos para ayudar a disminuir al mínimo los cambios de la migración de fluidos. En algunos casos, las arenas de formación se pueden sobre-presurizar por agua de tal forma que el agua u otros fluidos en formación fluyan en la envoltura de cemento que está fraguando durante el tiempo de transición. La prevención de este flujo es decisiva para un trabajo exitoso de cementación y evitar tratamientos de cementación por inyección forzada, correctivos y costosos. La contención del fluido en formación sobre presurizado con frecuencia se complica por zonas débiles en la formación que se pueden fracturar debido a la presión de fluidos de la pasta de cemento. Si se forma una fractura, la pasta de cemento puede fluir al interior de la fractura y perderse de la perforación del pozo.

Un método para cementar tubos conductores en perforaciones de pozos a profundidades de agua mayores a 305 metros (1000 pies) se describe en la patente de los Estados Unidos No. 5,484,019, en donde una pasta de cemento que comprende cemento Portland, un surfactante para formación de espuma, una cantidad del material de cemento de tamaño de partícula fina y nitrógeno u otro gas para producir espuma en la pasta y proporcionar una densidad entre aproximadamente 1078.46 hasta 1677.60 grm/lt (9.0 hasta 14 Ibs/gal) se introduce por debajo del tubo conductor y se deja que regrese hacia arriba del anillo de la perforación del pozo hacia el fondo del mar. La pasta contiene cloruro de calcio (CaCl2) como un acelerador y desarrolla una resistencia de gel estático en exceso de aproximadamente 500 lbf/100 ft2 que es menor de aproximadamente 30 minutos después de la colocación. Aunque las composiciones descritas anteriormente son eficaces para cementar pozos, existe una necesidad constante por composiciones de cemento liviano mejorado que tengan tiempos de transición reducidos para ayudar a la protección contra la migración de fluidos.

SOMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona composiciones mejoradas para cementación de pozos y los métodos para utilizar las composiciones para cementación que enfrenten las necesidades descritas anteriormente y proporcionen mejoras con respecto a la técnica anterior. Una composición para cementación preferida de acuerdo con la presente invención comprende básicamente cemento hidráulico, un compuesto de hierro presente en una cantidad suficiente para reducir el tiempo de transición de la composición para cementación a una temperatura de aproximadamente 18.33°C (65°F) o menos y suficiente agua par formar una pasta. Una composición para cementación liviana preferida consta de un cemento hidráulico, una cantidad eficaz de una sal de hierro, seleccionada del grupo de cloruro férrico, cloruro ferroso o mezclas de los mismos para reducir el tiempo de transición de la composición, agua suficiente para formar una pasta bombeable, una cantidad eficaz de un aditivo para formación de espuma para producir una pasta espumada, y suficiente gas para espumar la pasta. Un método preferido para cementar en una zona subterránea que tenga una temperatura de aproximadamente 18.33°C (65°F) o menos comprende los pasos de preparar una composición para cementación incluyendo cemento hidráulico, un compuesto de hierro presente en una cantidad suficiente para reducir el tiempo de transición de la composición para cementación, y suficiente agua para formar una pasta bombeable; colocar la pasta en la zona subterránea que tenga una temperatura de aproximadamente 18.33°C (65°F) o menos, y dejar que la pasta fragüe en una masa impermeable dura. Otro método preferido de la presente invención para la cementación en una zona subterránea penetrada por un pozo utilizando un cemento liviano se lleva a cabo al preparar una pasta para cementación liviana bombeable que tenga una densidad menor a aproximadamente 1677.60 (14 lbs/gal) y una cantidad eficaz de un compuesto de hierro para reducir el tiempo de transición de la misma, colocar la pasta en la zona subterránea que será cementada, y dejar que la pasta fragüe en una masa impermeable dura. Los métodos son particularmente adecuados para cementar tubos conductores en una perforación de pozos, en donde el tubo se coloca en la perforación del pozo que penetra una formación subterránea con el fin de definir un espacio anular entre el tubo y la pared de la perforación del pozo y la perforación del pozo se taladra desde un fondo marino a una profundidad de agua de al menos 305 metros (1000 pies) . Las composiciones para cementación preferidas de la presente invención se formulan para que proporcionen un tiempo de transición menor a aproximadamente 25 minutos, de mayor preferencia, menor a aproximadamente 20 minutos, y, con la máxima preferencia, menor a aproximadamente 15 minutos. Por lo tanto, un objetivo general de la presente invención es proporcionar composiciones para cementación mejoradas que tengan tiempos de transición reducidos. Los objetivos distintos y adicionales, características y ventajas de la presente invención serán fácilmente evidentes para aquellos expertos en la técnica al leer la descripción de las siguientes modalidades preferidas.

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Las composiciones para cementación livianas mejoradas de esta invención son útiles para realizar una variedad de aplicaciones en formaciones subterráneas tales como por ejemplo, procedimientos de completacíón, corrección y fracturación . Una composición para cementación preferida de acuerdo con la presente invención básicamente comprende cemento hidráulico, un compuesto de hierro presente en una cantidad suficiente para reducir el tiempo de transición de la composición para cementación, a una temperatura de aproximadamente 18.33°C (65°F) o menos y suficiente agua para formar una pasta. Las composiciones para cementación livianas preferidas básicamente comprenden un cemento hidráulico, una cantidad eficaz de una sal de hierro para reducir el tiempo de transición de la composición, suficiente agua para formar una pasta bombeable, una cantidad eficaz de un aditivo de espumación para producir una pasta espumada, y suficiente gas para espumar la pasta. Alternativamente, en lugar de ser espumada o además de ser espumada, la composición para cementación liviana puede incorporar cualquier aditivo para cementación liviano conocido, por ejemplo, esferas huecas disponibles con el nombre comercial "SPHERELITE" de Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma, que reduce la densidad de la misma para producir una composición para cementación liviana. Las composiciones livianas preferidas de la presente invención tienen una densidad de menos de aproximadamente 1677.60 grm/lt (14 lbs/gal) . Una variedad de cementos hidráulicos que se fraguan y endurecen mediante la reacción con agua se pueden utilizar de acuerdo con la presente invención incluyendo cementos Portland, cementos pozolana, escayolas, cementos con alto contenido de aluminio, cementos de sílice, cementos con alta alcalinidad y cementos de escorias. Los cementos pueden tener tamaños de partícula convencionales o pueden tener tamaños de partículas finas. Los cementos Portland son los más preferidos para utilizarse de acuerdo con esta invención. Los cementos Portland de los tipos definidos según se describe en API Speci fication for Materials and Testing for Well Cement, API Speci f icat ion 10, 5a Edición, de fecha 1 de julio de 1990 de la American Petroleum Institute son particularmente adecuados. Los cementos API Portland preferidos incluyen las Clases A, B, C, G y H, con la API Clase A que es la más preferida. Las composiciones para cementación de la presente invención pueden incluir cemento con tamaño de partícula fina o ultra fina, por ejemplo, el cemento disponible con el nombre comercial "MICRO MATRIX®" de Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma. Más particularmente, a un cemento hidráulico convencional se puede agregar de aproximadamente 1 hasta 30 por ciento (30%) en peso de cemento convencional de un material cementoso que tenga diámetros de partícula no mayores a aproximadamente 30 mieras, de preferencia no mayores a aproximadamente 17 mieras, y todavía de mayor preferencia no mayores a aproximadamente 11 mieras. La distribución de diversas partículas dimens ionadas dentro del material cementoso, es decir, la distribución del tamaño de partícula, destaca el 90 por ciento (90%) de los mismos que tengan un diámetro no mayor a aproximadamente 25 mieras, de preferencia aproximadamente 10 mieras y todavía de mayor preferencia aproximadamente 7 mieras. El cincuenta por ciento (50%) que tenga un diámetro no mayor a aproximadamente 10 mieras, de preferencia aproximadamente 6 mieras y todavía de mayor preferencia aproximadamente 4 mieras y 20 por ciento (20%) de las partículas que tengan un diámetro no mayor a aproximadamente 5 mieras de preferencia aproximadamente 3 mieras y todavía de mayor preferencia aproximadamente 2 mieras. La finura Blaine del material cementoso de tamaño de partícula fina utilizado en los métodos para cementación de esta invención no es menor a aproximadamente 6000 cm2/gram. De preferencia el valor es mayor de aproximadamente 7000, de mayor preferencia aproximadamente 10,000, y todavía de mayor preferencia mayor a aproximadamente 13,000 cm2/gram . Los materiales cementosos de tamaño de partícula fina preferidos para utilizarse en esta invención son cemento Portland ultrafino y combinaciones de los mismos con escoria, en donde la cantidad de cemento Portland incluido en cualquier mezcla de cemento Portland y escoria utilizado en los métodos de esta invención puede ser tan bajo como el 10 por ciento (10%) aunque de preferencia no es menor a aproximadamente 40 por ciento (40%), de mayor preferencia aproximadamente 80 por ciento (80%) y con la máxima preferencia no menor a aproximadamente 100 por ciento (100%) de cemento Portland en peso de la mezcla. El material cementoso de tamaño de partícula fina se describe con mayor detalle en la patente de los Estados Unidos No. 5,125,455, la exposición total de la misma se incorpora como referencia en la presente. Las composiciones de la presente invención pueden incluir aditivos para mejoramiento de flujo, en donde las propiedades de flujo de uno o más materiales cementosos en partículas deshidratados se mejora y en donde los materiales se pueden transportar fácilmente de los tanques de almacenamiento y lo semejante. El aditivo para mejoramiento de flujo preferido consta de un material sólido en partículas seleccionado del grupo que consiste de sílice precipitada, zeolite, talco, diatomita y tierra fuller (arcilla) que porta un químico polar que induce el flujo en los mismos que se selecciona del grupo que consiste de ácidos orgánicos para la producción de moléculas polares, sus sales y anhídridos ácidos. El químico polar para la inducción de flujo utilizado en el aditivo para mejorar el flujo puede ser cualquiera de los químicos conocidos hasta la fecha que producen moléculas polares que reaccionan con materiales cementosos y aumentan sus propiedades de flujo. Los ejemplos de químicos para la producción de moléculas polares que se pueden utilizar incluyen de manera enunciativa: ácidos orgánicos tales como por ejemplo, ácidos alquil y/o alquencarboxí lieos y ácidos sulfónicos, sales de los ácidos anteriores formadas con bases débiles y anhídridos ácidos tales como por ejemplo, dióxido de azufre, dióxido de carbono, trióxido de azufre, óxidos de nitrógeno y compuestos similares. El químico polar para inducción de flujo más preferido para utilizarse de acuerdo con esta invención es ácido acético glacial. La proporción en peso del material adsorbente sólido para el químico polar para inducción de flujo en el aditivo para mejorar el flujo está en la gama de aproximadamente 90:10 hasta 10:90, y el aditivo para mejorar el flujo se combina con los materiales cementosos en una cantidad en la gama de aproximadamente 0.01% hasta 1.0% en peso de los materiales cementosos. Un aditivo para mejorar el flujo particularmente preferido se describe en la publicación del PCT No. WO 00/41981, las reivindicaciones de prioridad provenientes de la solicitud de patente de los Estados Unidos número de serie 09/229,245 presentada el 12 de enero de 1999 y y la No. 09/324, 310 presentada el 2 de junio de 1999. Las exposiciones totales de las solicitudes de patente de los Estados Unidos números de serie 09/229,245 y 09/324,310 se incorporan como referencia en 1 presente. El agua en las pastas de cemento puede ser agua dulce o agua salada. El término "agua salada" en el sentido en el que se utiliza en la presente significa soluciones salinas insaturadas y soluciones salinas saturadas entre las que se incluyen salmueras y agua de mar. El agua en general está presente en una cantidad suficiente para producir una pasta bombeable, de mayor preferencia, en una cantidad en la gama de aproximadamente 30% hasta 70% en peso de cemento en la composición y, de mayor preferencia, según se describe en las composiciones preferidas de la presente invención en una cantidad de aproximadamente 63% en peso del cemento en la misma. Los compuestos de hierro utilizados en las composiciones de la presente invención para reducir los tiempos de transición de las mismas de preferencia son sales de hierro seleccionadas del grupo que consiste de cloruro férrico (FeCl3) , cloruro ferroso (FeCl2) y mezclas de los mismos, con el más preferido que es el cloruro férrico. Aunque las sales de hierro mencionadas anteriormente se consideran las más preferidas, se puede utilizar cualquier compuesto de hierro que reduzca eficazmente el tiempo de transición de la composición sin afectar adversamente las propiedades de la composición. La sal de hierro está presente en la composición en una cantidad en la gama de aproximadamente 0.1 hasta 10%, de mayor preferencia, una cantidad en la gama de aproximadamente 0.5% hasta 5% y, con la máxima preferencia, una cantidad en la ama de aproximadamente 1% hasta 3% en peso del cemento en la misma. El término "aditivo para producción de espuma" en el sentido en el que se utiliza en la presente, significa cualquier surfactante o mezcla de surfactante y estabilizante conocidos que funcionarán para formar una pasta de cemento con espuma estable. Los aditivos para formación de espuma más preferidos son aditivos universales individuales para espumar y estabilizar las pastas de cemento que contienen agua dulce o agua salada según se describe en la patente de los Estados Unidos No. 6,063,738, la exposición total de la misma se incorpora como referencia en la presente. Estos aditivos para formación de espuma constan básicamente de un surfactante de alcohol éter sulfato etoxilado de la fórmula: H (CH2) a (OC2H4) bOS03NH4 + en donde a es un número entero en la gama de aproximadamente 6 hasta 10 y b es un número entero en la gama de aproximadamente 3 hasta 10, un surfactante de alquil o alquenamidopropilbetaina que tienen la fórmula: R-CONHCH2CH2CH2N+ (CH3) 2CH2C02" en donde R un radical seleccionado del grupo de decilo, cocoilo, laurilo, cetilo y oleilo y un surfactante de alquil o alquenamidopropildimetilamina óxido que tienen la fórmula : R-CONHCH2CH2CH2N+ (CH3) 20~ en donde R es un radical seleccionado del grupo de decilo, cocoilo, laurilo, cetilo y oleilo. El surfactante de alcohol étersulfato etoxilado en general está presente en un aditivo de esta invención en una cantidad en la gama de aproximadamente 60 hasta 64 partes en peso. El surfactante de alquil o el alquenamidopropilbetaina en general está presente en el aditivo en una cantidad en la gama de aproximadamente 30 hasta 33 partes en peso y el surfactante de alquil o alquenamidopropi ldimetilamina óxido en general está presente en el aditivo en una cantidad en la gama de aproximadamente 3 hasta 10 partes en peso. El aditivo puede estar en la forma de una mezcla de los surfactantes descritos anteriormente, aunque de mayor preferencia, el aditivo incluye agua dulce en una cantidad suficiente para disolver los surfactantes con lo cual se pueda combinar más fácilmente con una pasta de cemento. Una versión particularmente preferida del aditivo para formación de espuma descrito anteriormente consta de un surfactante de alcohol étersulfato etoxilado en donde "a" en la fórmula del mismo mostrada anteriormente es un número entero en la gama de 6 hasta 10 y el surfactante está presente en el aditivo en una cantidad de aproximadamente 63.3 partes en peso, el surfactante de alquil o alquenamidopropilbetaina es cocoil-amidopropilbetaina y está presente en el aditivo en una cantidad de aproximadamente 31.7 partes en peso y el surfactante de alquil o alquenamidopropildimetilamina óxido en el aditivo es cocoil-amidopropildimetilamina óxido y está presente en una cantidad de aproximadamente 5 partes en peso. Este aditivo para formación de espuma preferido en general está incluido en una pasta de cemento espumado de esta invención en una cantidad en la gama de aproximadamente 1% hasta 4% por volumen de agua en la pasta de cemento antes de ser espumado. Además del agua para disolver los surfactantes , este aditivo puede incluir otros componentes tales como por ejemplo, uno o más reactivos depresivos para congelación y punto de fluidez para evitar la congelación durante el almacenamiento o manipulación en clima frió y disminuir su punto de fluidez. De preferencia, estos reactivos depresivos se seleccionan del grupo de monobutiléter de et ilenglicol , dietilenglicol , cloruro de sodio, alcohol isopropilico y mezclas de los mismos. El reactivo o reactivos depresivos utilizados en general están presentes en la solución de aditivo en una cantidad en la gama de aproximadamente 10% hasta 30% en peso de la solución . Alternativamente, se puede utilizar cualquier surfactante o mezcla de surfactante y estabilizante conocidos que funcionaran para formar una composición de cemento espumado adecuada. La pasta de cemento también puede contener otros aditivos convencionales bien conocidos por aquellos expertos en la técnica tales como por ejemplo, aquellos para variar la densidad de la composición, aumentar o disminuir la resistencia, controlar la pérdida de fluidos, reducir la viscosidad, aumentar la resistencia a fluidos corrosivos, mejorar el flujo, y lo semejante. El gas utilizado para formar las pastas de cemento espumado de esta invención puede ser cualquier gas adecuado para producir una pasta espumada, tal como por ejemplo, aire o nitrógeno, con nitrógeno que es el más preferido. El gas está presente en una cantidad suficiente para producir una pasta espumada que tenga una densidad menor a aproximadamente 1677.60 grm/lt (14 lbs/gal) y, de mayor preferencia, en una cantidad suficiente para producir una pasta espumada que tenga una densidad en la gama de aproximadamente 4 hasta menos de aproximadamente 1677.60 grm/lt (14 lbs/gal) . La pasta se espuma mediante la adición de nitrógeno u otro gas a la mezcla de cemento, fluido acuoso y aditivo para formación de espuma. La densidad de la pasta se puede controlar por la cantidad de nitrógeno o gas combinada con la pasta. La densidad especifica de la pasta de cemento dependerá de diversos factores; sin embargo, en general se prefiere mantener la densidad a un nivel tal que el gradiente de fracturación de la formación casi superficial en la cual el tubo conductor que será cementado no se exceda. En general, la densidad se ajustará para proporcionar un nivel ligeramente superior a la presión de formación aunque por debajo del gradiente de fracturación para mantener el control sobre la pasta y evitar la afluencia de fluidos durante el fraguado de la pasta de cemento. De preferencia, la densidad se ajustará a un nivel de aproximadamente 119.82 grm/lt (1 lb/gal) superior a la densidad requerida para coincidir con la presión de formación en la perforación del pozo. Los métodos de la presente invención para cementación en zonas subterráneas que tengan temperaturas de aproximadamente 18.33°C (65°F) o menos comprende los pasos de preparar una composición de cemento incluyendo cemento hidráulico, un compuesto de hierro presente en una cantidad suficiente para reducir el tiempo de transición de la composición de cemento y agua suficiente para formar una pasta bombeable; colocar la pasta en la zona subterránea que tenga una temperatura de aproximadamente 18.33°C (65°F) o menos; y permitir que la pasta se fragüe en una masa impermeable dura. Otro método de la presente invención para cementar una zona subterránea penetrada por una perforación de pozo comprende los pasos de formar una pasta de cemento liviano según se describe en la presente, bombear la pasta de cemento en la zona subterránea que será cementada pasando por la perforación del pozo y luego permitir que la pasta de cemento se fragüe en una masa impermeable dura en la misma. Otro método de la presente invención comprende los pasos de preparar una pasta de cemento liviano bombeable que tenga una densidad menor a aproximadamente 1677.60 grm/lt (14 lbs/gal) , reducir el tiempo de transición de la pasta de cemento liviano al incluir una cantidad eficaz de un compuesto de hierro en la composición para reducir el tiempo de transición de la misma, colocar la pasta en la zona subterránea que será cementada, y permitir que la pasta se fragüe en una masa impermeable dura. Todavía, otro método de la presente invención comprende los pasos de preparar una composición para cementación de pozos espumada que comprende un cemento hidráulico, agua suficiente para formar una pasta bombeable, una cantidad eficaz de un aditivo para formación de espuma para producir una pasta espumada, y suficiente gas para producir la pasta espumada; reducir el tiempo de transición de la pasta espumada al incluir una cantidad eficaz de un compuesto de hierro en la composición para reducir el tiempo de transición de la misma; colocar la pasta en la zona subterránea a será cementada; y permitir que la pasta se fragüe en una masa impermeable dura. Todavía, otro método de la presente invención para reducir el tiempo de transición en una composición de cemento para pozos liviano colocada en una formación subterránea comprende los pasos de preparar una pasta de cemento liviano; colocar la pasta en la formación subterránea que será cementada; reducir el tiempo de transición de la pasta a menos de aproximadamente 15 minutos; y permitir que la pasta se solidifique en la formación subterránea. Una composición para cementación de pozos espumada particularmente preferida de la presente invención, útil para cementar un tubo conductor en una perforación de pozos en un suelo marino en una profundidad de agua superior a 305 metros (1000 pies) comprende un cemento hidráulico; cloruro férrico, cloruro ferroso o mezclas de los mismos presente en una cantidad en la gama de aproximadamente 0.1 hasta 10 por ciento en peso de la composición; agua suficiente seleccionada del grupo que consiste de agua dulce, soluciones salinas insaturadas y soluciones salinas saturadas para formar una pasta bombeable; una cantidad eficaz de un aditivo para formación de espuma para preparar una pasta espumada, en donde el aditivo para formación de espuma es un aditivo individual para formar espuma y estabilizar la pasta comprendida de un surfactante de alcohol étersulfato etoxilado de la fórmula: H (CH2) a (OC2H4) bOS03NH4 + en donde a es un número entero en la gama de aproximadamente 6 hasta 10 y b es un número entero en la gama de aproximadamente 3 hasta 10 y el surfactante está presente en el aditivo en una cantidad en la gama de aproximadamente 60 hasta 64 partes en peso, un surfactante de alquil o alquenamidopropilbetaína que tienen la fórmula: R-CONHCH2CH2CH2N+ (CH3) 2CH2CO2" en donde R es un radical seleccionado del grupo de decilo, cocoilo, laurilo, cetilo y oleilo y el surfactante está presente en el aditivo en una cantidad en la gama de aproximadamente 30 hasta 33 partes en peso y un surfactante de alquil o alquenamidopropildimet ilamina óxido que tienen la fórmula : R-CONHCH2CH2CH2N+ (CH3) 20~ en donde R es un radical seleccionado del grupo de decilo, cocoilo, laurilo, cetilo y oleilo y el surfactante está presente en el aditivo en una cantidad en la gama de aproximadamente 3 hasta 10 partes en peso; gas suficiente para formar la pasta en donde el pasta espumada tiene una densidad menor a aproximadamente 16.66.60 grm/lt (14 lbs/gal); y un aditivo para mejorar el flujo en partículas que comprende un material sólido en partículas que porta un químico para inducción de flujo seleccionado del grupo que consiste de ácidos productores de moléculas polares, sus sales y anhídridos ácidos, en donde el material sólido en partículas y el químico para inducción de flujo están presentes en la gama de aproximadamente 90:10 hasta 10:90. Un método preferido de esta invención que utiliza la composición para cementación de pozos espumada descrita anteriormente para cementar un tubo conductor en una perforación de pozo en un suelo marino en una profundidad de agua superior a 305 metros (1000 pies) comprende los pasos de preparar la pasta para cementación de pozos espumada, introducir la pasta en el tubo conductor mediante lo cual se provoca que fluya a través del tubo y regresar desde el extremo inferior del mismo a través de un anillo presente entre el tubo y la perforación del pozo hasta la superficie del suelo marino, y mantener la pasta en el anillo durante un tiempo suficiente permitir que la pasta forme una envoltura de cemento rígido mediante lo cual se evita la afluencia de fluidos en la perforación del pozo. De preferencia, la composición tiene un tiempo de transición a temperaturas en suelo marino de aproximadamente 18.33°C (65°F) o menos en el anillo en menos de aproximadamente 25 minutos, de mayor preferencia, en menos de aproximadamente 20 minutos y, con la máxima preferencia, en menos de aproximadamente 15 minutos para evitar sustancialmente la migración de fluidos a través de la envoltura de cemento en la perforación del pozo. Las pastas para cementación de pozos livianas de la presente tienen tiempos de transición reducidos con respecto a las pastas para cementación livianas y espumadas convencionales para ayudar a evitar la afluencia de los fluidos en formación en la perforación del pozo. Con el fin de ilustrar adicionalmente las composiciones de cemento mejoradas y los métodos de esta invención, en las Tablas I y II posteriores se proporcionan los siguientes ejemplos. Las pastas de prueba de las composiciones de cemento de esta invención comprenden cemento Portland Clase A, cemento de tamaño de partícula fina, agua de mar, aditivos para formación de espuma y diversos aditivos acelerantes. Las descripciones de las muestras de prueba se muestran en las Tablas. Las muestras de prueba luego se midieron para el tiempo de gel cero, el tiempo de transición y la resistencia a la compresión .

TABLA I Cemento Micro Matrix® de Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma. Agente para formación de espuma CFA-SMR de Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma.

Estabilizante de espuma HC-2MR de ¦ Hal liburton Energy Services, Duncan, Oklahoma.

TABLA II 1-Cemento Micro Matrix® de Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma. 15 2-Aditivo de espuma ZoneSeal 2000MR de Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma. 3-Aditivo de flujo Ez-FloMR de Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma.

A partir de los resultados mostrados en las Tablas I y II, se puede observar que las composiciones para cementación de esta invención, que contienen sales de hierro, tuvieron tiempos de transición reducidos y resistencia a la compresión mejorada haciéndolos asi muy convenientes para utilizarse en la prevención de la afluencia de fluidos en una perforación de pozos que penetra una formación subterránea. Las descripciones anteriores de las composiciones especificas y los métodos de la presente invención se han presentado para fines de ilustración y descripción. No pretenden ser exhaustivos o limitar la invención a las composiciones precisas y los métodos expuestos y evidentemente son posibles muchas modificaciones y variaciones a la luz de la enseñanza anterior. Las modalidades se seleccionan y describen con el fin de explicar mejor los principios de la invención y su aplicación práctica, para permitir con esto que otros expertos en la técnica utilicen mejor la invención con diversas modificaciones según se adecúen al uso particular contemplado. Se pretende que el alcance de la invención se defina por las reivindicaciones anexas a la misma y sus equivalentes.

Claims (29)

1. 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 s iguientes REIVINDICACIONES : 1. Un método para cementar en una zona subterránea que tenga una temperatura de aproximadamente 18.33°C (65°F) o menos caracterizado porque comprende los pasos de: preparar una composición para cementación que comprende cemento hidráulico, un compuesto de hierro presente en una cantidad suficiente para reducir el tiempo de transición de la composición para cementación, y agua suficiente para formar una pasta bombeable; colocar la pasta en la zona subterránea que tenga una temperatura de aproximadamente 18.33°C (65°F) o menos; y permitir que la pasta se fragüe en una masa impermeable dura.
2. 2. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque el cemento hidráulico es cemento Portland.
3. 3. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque el compuesto de hierro se selecciona del grupo que consiste de cloruro férrico, cloruro ferroso o mezclas de los mismos.
4. 4. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque el compuesto de hierro está presente en una cantidad en la gama de aproximadamente 0.1 hasta 10 por ciento en peso de la composición de cemento.
5. 5. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque el compuesto de hierro se selecciona del grupo que consiste de cloruro férrico, cloruro ferroso y mezclas de los mismos, presente en una cantidad en la gama de aproximadamente 0.1 hasta 10 por ciento en peso de la composición.
6. 6. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque el agua se selecciona del grupo que consiste de agua dulce, soluciones salinas insaturadas y soluciones salinas sturadas.
7. 7. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque: el cemento hidráulico es cemento Portland; el compuesto de hierro se selecciona del grupo que consiste de cloruro férrico, cloruro ferroso o mezclas de los mismos, presente en una cantidad en la gama de aproximadamente 0.1 hasta 10 por ciento en peso de la composición; el agua se selecciona del grupo que consiste de agua dulce, soluciones salinas insaturadas y soluciones salinas saturadas.
8. 8. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque la pasta tiene una densidad menor a aproximadamente 1677.60 grm/lt (14 lbs/gal).
9. 9. El método según la rei indicación 1, caracterizado porque la pasta tiene un tiempo de transición menor a aproximadamente 15 minutos.
10. 10. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque la zona subterránea está en un suelo marino a una profundidad de agua superior a 305 metros (1000 pies) .
11. 11. El método según la rei indicación 1, caracterizado porque la composición de cemento comprende un aditivo de cemento liviano o se espuma.
12. 12. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque la composición de cemento comprende además una cantidad eficaz de un aditivo para formación de espuma para preparar una pasta espumada y suficiente gas para espumar la pasta.
13. 13. El método según la rei indicación 12, caracterizado porque el aditivo para formación de espuma es un aditivo individual para espumar y estabilizar la pasta y consta de un surfactante de alcohol étersulfato etoxilado de la fórmula: H(CH2)a(OC2H4)bOS03 H4+ en donde a es un número entero en la gama de aproximadamente 6 hasta 10 y b es un número entero en la gama de aproximadamente 3 hasta 10, y el surfactante está presente en el aditivo en una cantidad en la gama de aproximadamente 60 hasta 64 partes en peso, un surfactante de alquil o alquenamidopropilbetaina que tienen la fórmula: R-CONHCH2CH2CH2N+ (CH3) 2CH2C02~ en donde R un radical seleccionado del grupo de decilo, cocoilo, laurilo, cetilo y oleilo y el surfactante está presente en el aditivo en una cantidad en la gama de aproximadamente 30 hasta 33 partes en peso y un surfactante de alquil o alquenamidopropildimetilamina óxido que tienen la fórmula : R-CONHCH2CH2CH2N+ (CH3) 20~ en donde R es un radical seleccionado del grupo de decilo, cocoilo, laurilo, cetilo y oleilo y el surfactante está presente en el aditivo en una cantidad en la gama de aproximadamente 3 hasta 10 partes en peso.
14. 14. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque la composición de cemento comprende además un aditivo para mejorar el flujo de partículas que comprende un material sólido en partículas que porta un químico para inducción de flujo seleccionado del grupo que consiste de ácidos productores de moléculas polares, sus sales y anhídridos ácidos, en donde el material sólido en partículas y el químico para inducción de flujo están presentes en la gama de aproximadamente 90:10 hasta 10:90.
15. 15. El método según la rei indicación 1, caracterizado porque la composición de cemento comprende además un material cementoso de tamaño de partícula fina que tiene una finura Blaine no menor de aproximadamente 6000 cm2/gm y un tamaño de partícula no mayor de aproximadamente 30 mieras presente en una cantidad entre aproximadamente 1 hasta 30 por ciento en peso del cemento hidráulico.
16. 16. Una composición de cemento caracterizada porque comprende: un cemento hidráulico; un compuesto de hierro presente en una cantidad suficiente para reducir el tiempo de transición de la composición de cemento a una temperatura de aproximadamente 18.33°C (65°F) o menos; y suficiente agua para formar una pasta.
17. 17. La composición según la reivindicación 16, caracterizada porque el cemento hidráulico es cemento Portland.
18. 18. La composición según la reivindicación 16, caracterizada porque el compuesto de hierro se selecciona del grupo que consiste de cloruro férrico, cloruro ferroso y mezclas de los mismos.
19. 19. La composición según la reivindicación 16, caracterizada porque el compuesto de hierro está presente en una cantidad en la gama de aproximadamente 0.1 hasta 10 por ciento en peso de la composición de cemento.
20. 20. La composición según la reivindicación 16, caracterizada porque el compuesto de hierro se selecciona del grupo que consiste de cloruro férrico, cloruro ferroso y mezclas de los mismos presentes en una cantidad en la gama de aproximadamente 0.1 hasta 10 por ciento en peso de la composición.
21. 21. La composición según la reivindicación 16, caracterizada porque el agua se selecciona del grupo que consiste de agua dulce, soluciones salinas insaturadas y soluciones salinas saturadas.
22. 22. La composición según la reivindicación 16, caracterizada porque: el cemento hidráulico es cemento Portland el compuesto de hierro se selecciona del grupo que consiste de cloruro férrico, cloruro ferroso o mezclas de los mismos presentes en una cantidad en la gama de aproximadamente 0.1 hasta 10 por ciento en peso de la composición; y el agua se selecciona del grupo que consiste de agua dulce, soluciones salinas insaturadas y soluciones salinas saturadas.
23. 23. La composición según la reivindicación 16, caracterizada porque la pasta tiene una densidad menor a aproximadamente 1677.60 grm/lt (14 lbs/gal).
24. 24. La composición según la rei indicación 16, caracterizada porque la pasta tiene un tiempo de transición menor a aproximadamente 15 minutos.
25. 25. La composición según la reivindicación 16, caracterizada porque la composición de cemento comprende un aditivo de cemento liviano o se espuma.
26. 26. La composición según la reivindicación 16, caracterizada porque la composición de cemento comprende además una cantidad eficaz de un aditivo para formación de espuma para preparar una pasta espumada y gas suficiente para espumar la pasta.
27. 27. La composición según la rei indicación 26, caracterizada porque el aditivo para formación de espuma es un aditivo individual para espumar y estabilizar la pasta y consta de un surfactante de alcohol étersulfato etoxilado de la fórmula: H (CH2) a (OC2H4)bOS03NH4+ en donde a es un número entero en la gama de aproximadamente 6 hasta 10 y b es un número entero en la gama de aproximadamente 3 hasta 10, y el surfactante está presente en el aditivo en una cantidad en la gama de aproximadamente 60 hasta 64 partes en peso, un surfactante de alquil o alquenamidopropilbetaina que tienen la fórmula: R-CONHCH2CH2CH2N+ (CH3) 2CH2C02~ en donde R un radical seleccionado del grupo de decilo, cocoilo, laurilo, cetilo y oleilo y el surfactante está presente en el aditivo en una cantidad en la gama de aproximadamente 30 hasta 33 partes en peso y un surfactante de alquil o alquenamidopropildimetilamina óxido que tienen la fórmula : R-CONHCH2CH2CH2N (CH3) 20~ en donde R es un radical seleccionado del grupo de decilo, cocoilo, laurilo, cetilo y oleilo y el surfactante está presente en el aditivo en una cantidad en la gama de aproximadamente 3 hasta 10 partes en peso.
28. 28. La composición según la reivindicación 16, caracterizada porque la composición de cemento comprende además un aditivo para mejorar el flujo de partículas que comprende un material sólido en partículas que porta un químico para inducción de flujo seleccionado del grupo que consiste de ácidos productores de moléculas polares, sus sales y anhídridos ácidos, en donde el material sólido en partículas y el químico para inducción de flujo están presentes en la gama de aproximadamente 90:10 hasta 10:90.
29. 29. La composición según la reivindicación 16, caracterizada porque la composición de cemento comprende además un material cementoso de tamaño de partícula fina que tiene una finura Blaine no menor a aproximadamente 6000 cm2/gm y un tamaño de partícula no mayor a aproximadamente 30 mieras presentes en una cantidad entre aproximadamente 1 hasta 30 por ciento en peso del cemento hidráulico.