MXPA06002357A

MXPA06002357A - Aditivo de cemento de funcion doble.

Info

Publication number: MXPA06002357A
Application number: MXPA06002357A
Authority: MX
Inventors: Michel Michaux
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2006-06-20
Also published as: AU2004270826B8; US7674331B2; EA013603B1; AU2004270826A1; US20100154678A1; ECSP066483A; CA2536647C; EP1664480A1; BRPI0414185A; DE602004005221D1; US8002889B2; GB0320938D0; NO20061046L; ATE356274T1; GB2405636A; US20060254466A1; GB2405636B; DE602004005221T2; WO2005024175A8; WO2005024175A1

Abstract

El uso de silicato como un mejorador de retardador a niveles apropiados para mejorar el efecto de retardo de retardadores a las temperaturas elevadas encontradas en el fondo del pozo, mientras que acelera el uso de cemento a las temperaturas inferiores encontradas cerca de la superficie.

Description

ADITIVO DE CEMENTO DE FUNCIÓN DOBLE' La presente invención se relaciona con el uso de aditivos en suspensiones de cemento,- y en particular con el uso de dichos aditivos en suspensiones y operaciones de cementación de pozo. Las suspensiones de cemento para uso en operaciones de cementación de pozo de petróleo se basan típicamente alrededor de cemento Portland como un aglutinante hidráulico. El endurecimiento de dicho cemento, conocido como ñidratación, es una reacción química entre el agua presente en la suspensión y el material de cemento, la reacción ocasionando que la suspensión primero se gelifique y luego se endurezca sólida a medida que progresa a través del tiempo. En uso, una suspensión bombeable de cemento, agua y otro sólido y/o aditivos líquidos se prepara en la. superficie. Es particularmente difícil retrasar la hidratacion de cementos Portland a temperaturas elevadas, y se han desarrollado retardadores poderosos. Sin embargo, pueden producir resultados impredecibles debido al tiempo de espesamiento de la suspensión de cemento y el tiempo en el que la resistencia a la compresión del cemento se empieza a desarrollar, son muy sensibles a la concentración de retardador. Además, el límite superior de temperatura de estos retardadores en ocasiones es demasiado bajo para cementar pozos de temperatura elevada. Así, la adición de un mej orador de retardador frecuentemente se requiere. Las sales de borato de sodio (v.gr., bórax) y ácido bórico son conocidos por ser "mejoradores de retardador" efectivos. Sin embargo, estos productos químicos no siempre son compatibles con algunos otros aditivos de temperatura elevada y, por lo tanto, pueden dañar el control de pérdida de fluido y la reología de suspensiones de cemento. Se sabe que los silicatos de sodio aceleran la hidratación de cementos Portland a baja temperatura. Asimismo, son activadores químicos efectivos para aglutinantes hidráulicos basados en escorias de alto horno. En operaciones de campo petrolero, se utilizan principalmente en fluidos de perforación, y también como "extendedor" para suspensiones de cemento. Un extendedor permite aumentar la cantidad de agua que se puede añadir al cemento a fin de disminuir la densidad de suspensión sin tener problemas de sedimentación. Las suspensiones de cemento extendidas con silicatos de sodio son particularmente difíciles de retardar, y el uso de retardadores poderosos se requiere generalmente. El uso de retardadores pueden llevar ciertas dificultades de operación como se mencionan arriba. Por ejemplo, puede haber problemas de compatibilidad entre los retardadores y otros componentes de suspensiones de - cemento, el retardador puede ocasionar retraso excesivo en fraguado en la superficie, el comportamiento de retardadores puede ser impredecible a concentraciones elevadas, y el comportamiento de retardadores puede ser impredecible a temperaturas elevadas. FR 2,667,058 describe el uso de silicatos en suspensiones de cemento retardadas en aplicaciones de retención (es decir, cuando se desea gue la cubierta de cemento se extienda todo el camino desde el fondo del pozo a la superficie) . En esta aplicación, un retardador de glucoheptonato se usa para retardar el fraguado del cemento bajo las condiciones de fondo de pozo de temperaturas superiores y cantidades relativamente grandes (17.75 1/tonelada de cemento) de silicato de sodio se incluyen en la suspensión para ocasionar el fraguado en la superficie, que es a una temperatura muy inferior. Otro problema que se encuentra regularmente en la cementación de pozo es aquel de la variabilidad de reactividad de cemento. La reactividad de un cemento establecerá que tan rápidamente un cemento se fraguará. A fin de ayudar en el diseño de trabajo de cemento, una serie de clasificaciones de cemento se ha establecido las cuales indican el nivel general de reactividad de cemento y apropiabilidad para ciertas aplicaciones de cementación de pozo. Una de dichas clasificaciones es aquella del American Petroleum Institute (API) que proporciona clasificaciones A - H para cementos apropiados para cementación de pozo. Sin embargo, los cementos que llenan dichas clasificaciones con frecuente son relativamente costosos. Los cementos de construcción con frecuente son más baratos y más fácilmente disponibles en muchas partes del mundo que los cementos API. Sin embargo,. su reactividad variable y comportamiento no confiable hace su uso en aplicaciones de cementación de pozo riesgosas, puesto que frecuentemente existe la probabilidad de que la suspensión se fraguará demasiado rápidamente o no lo hará. Cuando se toman con los efectos de temperatura en el fondo y parte superior de un pozo, y la naturaleza no confiable de los efectos de aditivos tales como retardadores, el uso de estos cementos, mientras que económicamente deseable, se considera inaceptablemente riesgoso. En la actualidad, no hay forma de implementar fácilmente para controlar las propiedades de fraguado de dichos cementos, de manera de ser capaz de hacerlos útiles para usos de cementación de pozo . Un objeto de la presente invención es proporcionar métodos y composiciones para retardar el fraguado de cemento que se dirige a algunos o todos los problemas arriba indicados. La presente invención reside en el uso de silicato como un mejorador de retardador a niveles apropiados para mejorar el efecto de retardo de retardadores a las temperaturas elevadas encontradas en el fondo de pozo mientras que aceleran el fraguado del cemento a temperaturas inferiores encontradas cerca de la superficie . ün aspecto de la invención reside en la adición de uno o más silicatos o sílice a una suspensión de cementación de pozo que contiene un retardador de fraguado, caracterizada en que la cantidad de silicato o sílice añadida a la suspensión es suficiente para mejorar el efecto de retardo del retardador fraguado bajo condiciones de fondo de pozo cuando se compara con el efecto de retardo del retardador solo, y también es suficiente para acelerar el fraguado del cemento bajo las condiciones cercanas a la superficie cuando se compara con el fraguado del cemento que contiene el retardador. Otro aspecto de la invención proporciona un retardador mejorado para uso en suspensiones de cementación de pozo que comprenden una mezcla de un retardador de fraguado y uno o más silicatos o sílice, caracterizada en que las cantidades relativas de retardador de fraguado y silicatos o sílice son tales que el efecto de retardo del retardador de fraguado bajo condiciones de fondo de pozo se mejora cuando se compara con el efecto de retardo del retardador solo- y el fraguado del cemento bajo condiciones cercanas a la superficie se acelera cuando se compara con el fraguado del cemento que contiene el retardador. la sílice o silicatos actúan como un me orador de retardador a las temperaturas elevadas de fondo de pozo significando que se necesita menos retardador, evitando asi las dificultades asociadas con el uso de concentraciones elevadas de retardador arriba discutidas. A las temperaturas arriba de pozo o superficiales inferiores, la sílice o silicatos actúan como un acelerador de fraguador, desviando el efecto de la presencia del retardador y permitiendo el fraguado en la superficie en un tiempo razonable. La capacidad de control ambos aspectos de fraguado significa que la naturaleza exacta del cemento usado es menos critica puesto que es posible controlar esto con retardadores sin encontrar los problemas arriba identificados . La presente invención es particularmente aplicable a pozos en los que la temperatura de fondo de pozo es superior a 90°C, más particularmente más de 100°C y posiblemente sobre 120°C hasta aproximadamente 180°C. La temperatura de superficie (la parte superior de la columna de cemento o la porción superior del pozo) puede ser menos de 90°C, típicamente menos de 80°C y hasta menos de 40°C. Cuando la sílice se usa como el me orador de retardador. se prefiere silice coloidal que tiene un tamaño de partícula de menos de 100 nm. Los silicatos particularmente preferidos para uso en la invención son silicatos de metal alcalino de la fórmula general (Si02);i(M20) , en donde M es Na, K, etc. De preferencia, la relación en peso de Si02:M20 es mayor de 1, y más preferentemente cae en la escala de 1.63 - 3.27. Por ejemplo, silicatos de sodio con relaciones en peso de Si02:Na20 en la escala de 1.5 - 4 (relaciones molares 1.55 -4.12), y relaciones en peso de silicatos de potasio Si02: 20 en la escala de 1 - 2.65 (relaciones molares de 1.56 -4.14) son particularmente preferidos. Cuando la sílice o silicatos están en forma líquida, se prefiere que se usen en cantidades de 1.5 - 20 1/tonelada de cemento. Los retardadores que se pueden utilizar con la presente invención incluyen retardadores tales como gluconato de sodio, glucoheptonato de calcio y mezclas de ácidos hidroxicarboxílicos. y lignosulfonatos, lignosulfonatos no refinados y refinados, y mezclas de ácidos hidrocarboxílieos y derivados de amina de lignina. Estos retardadores pueden estar en forma sólida o líquida, como se apropiado. En uso, el retardador y el retardador-mejorador de silicato se pueden mezclar previamente antes de la adición a la suspensión de cemento. Alternativamente, el retardador y el mejorador de silicato se pueden añadir a la suspensión de cemento separadamente. Otros aditivos se pueden incluir en la suspensión de cemento en la manera convencional . Una modalidad particularmente preferida de la presente invención proporciona un retardador mejorado que comprende una mezcla de gluconato de sodio y silicato de sodio (relación en peso de Si02:Na20 de 3.27). Dicho retardador es mucho menos sensible a la temperatura que los retardadores del ramo anterior. Una modalidad particular de este retardador comprende 7.6% en peso de gluconato de sodio, 28.7% en peso de silicato de sodio y 63.75 en peso de agua. Estas proporciones se deben ajustar de conformidad con el tipo de retardador y de silicato utilizados para el efecto deseado. La presente invención se puede utilizar con cementos de campo petrolero convencionales basados en cemento Portland. También tiene aplicación a cementos que tradicionalmente se han considerado como inapropiados para usos de cementación de pozo, tales como cementos de construcción (v.gr.f Cemento Portland Ordinario (OPC) ASTM Tipo II, o lo semejante)/ debido a sus propiedades impredecibles o no confiables bajo condiciones de pozo. La invención es aplicable a la mayoría de OPCs (ASTM Tipo I a V) asi como cementos Portland mezclados con materiales pozolánicos tales como ceniza volante, escoria de alto horno o arcilla calcinada (v.gr., metacaolín) . La presente invención se describe abajo en ciertos ejemplos, con referencia a los dibujos que se acompañan, en donde. La Figura 1 muestra curvas calorimétricas a 80°C y 100°C para suspensiones que incluyen retardador D con y sin silicato A; La Figura 2 muestra curvas calorimétricas para suspensiones que incluyen retardador A y diferentes cantidades de nanosilice; y La Figura 3 muestra un trazo comparativo . de sensibilidad de retardador a temperatura para un retardador convencional y un retardador de conformidad con un aspecto de la invención. Ejemplos Las particularidades de silicatos de álcali, suspensión de nanosilice, y retardadores de cemento utilizados en estos ejemplos se reúnen en los Cuadros 1 y 2 abajo. La concentración de aditivos se proporciona en porcentaje en peso de cemento (% BWOC) para sólidos, y por litro por tonelada de cemento (L/tonelada) para líquidos. Las suspensiones de cemento se mezclan de conformidad con el procedimiento de API; durante 35 segundos en una mezcladora Waring que gira a 12,000 RPM. las suspensiones de cemento se preparan con agua corriente a una densidad de 1.89 kg/L. Se colocan en un consisto-metro de alta temperatura-alta presión y se prueban a las temperaturas y presiones indicadas de conformidad con los procedimientos delineados en las Prácticas Recomendadas de API RP10B para evaluación de tiempo de espesamiento. Cuadro 1: Particularidades de Silicatos de álcali y Nanosilice Silicato % de Si02 % de Na20 % de K20 Relación Relación Den- (p/p) (p/p) (p/p) en peso en peso si- de Si02: de Si02: dad Na20 re- K20 relalación ción mo- Molar lar A 29.50 9.02 - 3-37 - 1.39 3.37 B 32.04 11.18 - 2.87 - 1.48 2.96 C 26.95 13.53 - 1.99 - 1.47 2.05 D 28.30 17.39 - 1.63 - 1.57 1.68 E* 14.75 15.25 - 0.97 1.00 F** 19.67 20.33 - 0.97 1.00 G 26.32 - 12.30 - 2.14 1.39 3.34 Nanosílice 29.80 - - * Solución de metasilicato de sodio (Na2Si03) al 30% en peso ** solución de metasilicato de sodio al 40% en peso. Cuadro 2: Particularidades de Retardadores Retardador Forma Composición Quimica A Sólida Glüconato de sodio B Sólida Glucoheptonato de calcio C Sólida Mezcla de ácidos hidrocarboxilicos y lignosulfonato D Liquida Ácido hidrocarboxüico E Liquida Mezcla de ácido hidrocarboxüico y derivado de amina de lignina F Liquida Lignosulfonato no refinado G Liquida Lignosulfonato refinado H Liquida Organofosfonato I Liquida Mezcla de organofosfonato y sal de fosfato J Liquida Mezcla de organofosfonato y sal de borato K Liquida Mezcla de glüconato de sodio y silicato de sodio El efecto de Silicato de Sodio A en el tiempo de espesamiento de varias suspensiones de cemento (la suspensión de cemento básica comprende: Cemento API Clase G, tipo etiqueta Negra de Dyckerhoff Zementwerkef 35% de harina de Sílice BWOC, 2.66 L/tonelada de agente Antiespumante, 0.2% de agente Antisedimentación BWOC. Densidad de suspensión; 1=89 kg/L, diseñada para aplicaciones de alta temperatura (120°C y 150°C) , y se usa como la base para todos los ejemplos abajo, a menos que se indique de otra manera) se muestra en el Cuadro 3 abajo.

Cuadro 3: Efecto de Silicato A sobre el Tiempo de Espesamiento con Diferentes Retardadores Retardador A (% BWOC) 0.14 0.14 - - - - 0.5 0.5 Retardador B (% BWOC) - - 0.14 0.14 - - Retardador C (% BWOC) - - - - 1 1 - - Silicato A (l/tonelada) - 9.94 - 9.94 - 17.75 - 17.75 Temperatura °C 120 120 120 120 150 150 150 150 Presión (kg/cm2) 1132 1132 1132 1132 1125 1125 1125 1125 Tiempo de Espesamiento ( r:min) 1:56 7:03 8:53 12:25 1:58 4:20 0:34 5:41 Se observa que la adición de silicato A alarga significativamente el tiempo de espesamiento. El efecto de retardo es dramático cuando las suspensiones de cemento se retardan con retardador A. Los datos del Cuadro 4 abajo muestran que el tiempo de espesamiento se prolonga cuando se aumenta la concentración de Silicato A para la misma composición de suspensión básica que arriba. Cuadro : Efecto de la Concentración de Silicato A sobre el Tiempo de Espesamiento Retardador A (% BWOC) 0.5 0.5 0.5 0.5 Retardador C (% BWOC) 0.5 0.5 0.5 0.5 Silicato A (L/tonelada) - 8.88 17.75 25.63 Temperatura ( °C) 166 166 166 166 Presión (kg/cm2) 1336 1336 1336 1336 Tiempo de Espesamiento - ( r:min) 1:50 4:34 6:30 7:11 La temperatura a la que el Silicato A actúa como un me orador de retardador se determina de los datos reunidos en el Cuadro 5: Cuadro 5: Efecto de Silicato A sobre el Tiempo de Espesamiento a Diferentes Temperaturas (lado izquierdo) Retardador A (% BWOC) 0=05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 Silicato A (I/tonelada) 1. 78 3.55 5.33 1.78 3.55 1.78 Temperatura (°C) 40 40 40 80 80 90 Presión (kg/cm2) 1É !3 183 183 717 717 717 Tiempo de Espesamiento (hr:min) 9: 46 8:37 6:34 2:33 2:26 3:13 Cuadro 5 (lado derecho) Retardador A (% BWOC] 0.05 0 = 1 0.1 0.25 0.25 Silicato A (L/tonelada 3.55 3.55 7.10 8.88 17.75 Temperatura (°C) 90 100 100 130 130 Presión (kg/cm2) 717 717 717 1132 1132 Tiempo de Espesamiento (hr:min) 2:52 7:21 11:39 3:15 5:55 El retardador A se utiliza para estos experimentos. El efecto de aceleración esperado de Silicato A se ve claramente a 40°C; el tiempo de espesamiento disminuye con concentración de silicato aumentada - el silicato A está actuando como un acelerador a esta temperatura. A 100°C y 130°C, el tiempo de espesamiento se alarga considerablemente con concentración de silicato aumentada. De estos resultados es evidente que el Silicato de Sodio A se comporta como un mejorador de retardador a temperaturas superiores a aproximadamente 90°C. El Silicato de Sodio A se prueba con diferentes retardadores que se pueden utilizan en operaciones de cementación de pozo. La hidratacion de los cementos Portland es un proceso exotérmico y, por lo tanto, sus cinéticas de hidratacion pueden ser seguidas utilizando un calorímetro isotérmico de conducción. El calorímetro se calienta a la temperatura de prueba (80°C o 100°C) con un régimen de calentamiento de 2°C/min. Algunos termogramas típicos obtenidos con el retardador D se muestran en la Figura 1. El tiempo, al que se alcanza el máximo de pico de flujo de calor, se reporta en el Cuadro 6. Cuadro 6: Efecto de Diferentes Retardadores a 80°C y 100°C (Resultados Calorimétricos) Retardador Temperatura: 80°C Temperatura: 100°C 4.44 1/tonelada de 4.44 L/tonelada de Silicato A Silicato A Etiqueta Concentración No Si No Si A 0.06% BWOC 18:54 14:54 0.14% BWOC 8.48 21.18 D 3.55 L/Tonelada 22:18* 42:12* 5.33 L/tonelada 6:24* 19:48* E 3.55 L/tonelada 18:18 10:00 5 = 33 L/tonelada 5:06 11:24 F 5.33 L/tonelada 26:36 20:48 14.20 L/tonelada 8:18 9:54 G 6 = 21 L/tonelada 14:54 8:24 12.43 L/tonelada 5:06 11:23 H 0.89 L/tonelada 12:36 4:30 1.78 L/tonelada 9:12 8:00 I 8.88 L/tonelada 18:24 6:00 15.98 L/tonelada 16:12 6:00 J 22.19 L/tonelada 16:24 8:54 39.95 L/tonelada 7:54 5:24 * tiempo para alcanzar el máximo del pico de flujo de calor en curvas calorimétricas (Figura 1} , Cualquier retardador usado, este tiempo se reduce cuando se añade 4.44 L/tonelada de Silicato A a suspensiones de cemento probadas a 8Ü"C. En este caso,, el silicato se comporta como un acelerador. A 100°C, el efecto de aceleración o retardo de Silicato A depende de la química del retardador. Un efecto retardador se observa con los retardadores ?, D, E, F y G, mientras que un efecto de aceleración se observa con los retardadores H, I y J. Estos tres retardadores contienen un organofosfonato .. El silicato A actúa como un mejorador de retardador a 100°C cuando se utiliza en combinación con retardadores que cubren una amplia gama de químicas .

Los silicatos de sodio con diferentes relaciones de Si02:Na20 se prueban a 100°C en presencia de 0.14% B OC de retardador A« Un silicato de potasio también se prueba asi como una suspensión de nanosilice coloidal. La concentración de estos productos se seleccionó para proporcionar el equivalente de 0,18% BWOC de sílice (Si02) · Los resultados calorimétricos se proporcionan en el Cuadro 7. Cuadro 7: Influencia de Diferentes Silicatos (o Nanosilice) a 100°C (Resultados Calorimétricos) Refe- Silicato Nanosilice ren- cia A B C D E G Concen tración (L/ton) - 4.44 3.82 4.62 4.08 8.88 4.97 5.06 10.12 Tiempo* ( r.min) 21:18 22:00 28:30 17:00 11:12 26:42 25:12* 35:50* * tiempo para alcanzar el máximo de pico de flujo de calor en curvas calorimétricas (Figura 2) . El efecto de retardo de silicatos de sodio parece depender de su relación en peso de Si02:Na20. El mayor efecto se observa cuando la relación es 1.99 y superior. Un efecto de retardo significativo todavía se obtiene con el silicato teniendo una relación de 1.63. El silicato de potasio (relación en peso de 2.14 y relación molar de 3.34) muestra un fuerte efecto de retardo, comparable con aquel obtenido con relación elevada de silicatos de sodio. La suspensión de nanosilice (5.06 L/tonelada proporciona 0.18% BWOC de sílice) retarda el cemento. La Figura 2 muestra que el perfil de hidratación de cemento se altera en este caso, con un lento incremento en flujo de calor hasta alcanzar el pico máximo. Los productos también se comparan a 120°C midiendo el tiempo de espesamiento de suspensiones de cemento retardadas con 0.14% BWOC de retardador A. La concentración de silicatos se selecciona para proporcionar el equivalente de 0.40% BWOC de sílice. Los resultados se reúnen en el Cuadro 8. Cuadro 8: Influencia de Silicato (o Nanosilice) sobre el Tiempo de Espesamiento a 120°, Presión: 1132 lkg/cm2 Refe- Silicato Nanosilice ren- A B C D F G cia Concen - 9.94 8.52 10.21 9.14 14.91 11.18 11.19 tración (L/tonelada) Tiempo de Espesamiento a 120°C (hr.min) 1:56 7:03 6:39 6:36 6:18 1:44 6:53 3:08 Estos datos confirman que ios silicatos de sodio con relación de si02:Na20 de 1.63 y superior actúan como mejoradores de retardador efectivos. El silicato de potasio probado también proporciona un tiempo de espesamiento prolongado. La suspensión de nanosílice también proporciona retardo. Una modalidad particularmente preferida de la invención comprende un retardador mejorado que comprende mezcla de gluconato de sodio y silicato de sodio (Si02:Na20 relación en peso de 3.27). La elevada sensibilidad a la temperatura de un retardador de temperatura media convencional (tal como el retardador 1 en el Cuadro 2 anterior) se traza como ? en la Figura 3. Se observa que la concentración de retardador, requerida para proporcionar un" tiempo de espesamiento de 6 horas, aumenta exponencialmente con la temperatura aumentando. Estos datos se pueden comparar con aquellos obtenidos con el retardador mejorado de la invención trazado como IÜ en la Figura 3 (a continuación "retardador K" basado en una mezcla de gluconato de sodio y silicato de sodio (Si02:Na20 relación en peso de 3.27). La relación de gluconato a silicato se optimiza para reducir la sensibilidad de la mezcla de retardador a temperatura. Para este ejemplo, el retardador K comprende 7.6% en peso de gluconato de sodio, 28.7% en peso de silicato de sodio y 63.7% en peso de agua. Se puede ver que entre 60°C y 100°C la concentración de retardador K tiene que aumentarse por solo 21%, mientras que tiene que aumentarse por 570% para el retardador I. El funcionamiento de retardador K se compara con aquel de dos retardadores de temperatura media convencionales (I y G del Cuadro 2) cuando se simula una columna de cemento larga en donde la temperatura en la parte superior de cemento de 40°C inferior a la Temperatura de Circulación de Fondo de Hoyo (BHCT) . Las suspensiones de cemento se diseñaron a BHCT de 80°C y 100°Cf apuntando a un tiempo de espesamiento de 5-7 horas. El tiempo de fraguado se determinó a BHCT menos 40°C utilizando calorimetría de conducción. Los datos reunidos en el Cuadro 9 abajo. Cuadro 9: Comparación de Funcionamiento Entre Retardador K Mejorado y Dos Retardadores I y G de Temperatura Media Convencionales Harina de Sílice (% BWOC) · - 35 - 35 35 Retardador K (L/toneladea 6.48 6.84 - Retardador I (L/tonelada) - - 8,88 15.98 - Retardador G (L/tonelada) - - 6.21 19.53 -BHCT (°C) 80 100 80 100 80 100 -Tiempo de Espesamiento a BHCT (hr:min) 5=52 4:32 7:10 5:30 5:36 5:22 -Temperatura en la parte superior de columna de cemento (°C) 40 60 40 60 40 60 -Tiempo de fraguado en la parte superior-de la columna de cemento (horas) 21 18 30 47 34 no endurecí do des. pues de 144 horas Se pueden hacer las siguientes observaciones: • A ambas 40°C y 601C en presencia de silicato de sodio acelera la idratación de cemento,, reduciendo su tiempo de fraguado. • Las suspensiones que contienen el retardador I y G están sobre retardadas cuando se prueba a 60°C debido a la elevada concentración de retardador requerida para proporcionar tiempo de espesamiento adecuado a 100°C. El funcionamiento del retardador se compara con aquel de un retardador D de alta temperatura. En este caso, las suspensiones de cemento están diseñadas para una BHCT de 120°C, y el tiempo de fraguado se determina a 40°Cf 60°C y 80°C. Los resultados se muestran en el Cuadro 10. Cuadro 10: Comparación de Funcionamiento Entre Retardador K Mejorado y un R.etardador D de Alta Temperatura Convencional Retardador K (1/tonelada) 13.85 Retardador D (1/tonelada) 7.99 -BHCT 120°C 120°C -Tiempo de Espesamiento a BHCT 6 r 44 min 6 hr 13 min -Temperatura en la parte superior de columna de cemento 80°C 80°C -Tiempo de fraguado en la parte superior de columna 90 horas no fraguado después de 204 horas -Temperatura en la parte superior de columna de cemento 60°C 60°C -Tiempo de fraguado en la >5 horas no fraguado parte superior de columna después de de cemento 350 horas -Temperatura en la parte superior de columna de cemento 40°C 40°C -Tiempo de fraguado en la 28 horas no medido parte superior de columna de cemento Los tiempos son muy similares, permitiendo una comparación justa entre los dos retardadores . La suspensión de cemento con retardador D no se fragua después de 204 horas y después de 350 horas cuando se cura a 80°C y 60°C, respectivamente. Este sistema no se prueba a 40°C debido a que se espera un tiempo demasiado largo de fraguado. El tiempo de fraguado de la suspensión de cemento retardada con retardador K es mucho más corto a 80°C (90 horas) y se acorta considerablemente cuando se disminuye la temperatura; 55 horas a 60°C, y solamente 28 horas a 40°C. Estos resultados muestran claramente que el efecto de aceleración de silicato de sodio contrarresta el efecto de retardo de gluconato de sodio a baja temperatura. Los Cuadros 11 y 12 abajo resumen los resultados de tiempo de espesamiento (hrs:mins) obtenidos con lotes de un cemento de construcción (OPC AST Tipo II) utilizando retardador K bajo condiciones diferentes. En cada caso la suspensión probada es una suspensión limpia de 1870 kg/m3 de densidad.

Cuadro 11: Resultados de "tiempo de espesamiento para suspensiones de OPC con Retardador K a diversas concentraciones para lotes de cemento A, B y C y a 56°C y 70°C. Temperatura a Tiempo de Espesamiento 56 70 Lote de Cemento A B C A B C Retardador K (1/tonelada) 5,3 2:40 6.2 3:32 5:35 3:38 7.1 3:30 8.9 3:58 3:14 4:12 3:52 13.3 7:27 6:49 7:46 6:55 Cuadro 12: Desarrollo de resistencia para suspensiones de OPC con retardador a "6 1/tonelada a 71°C para lote A de cemento, 9 1/tonelada a 71°C para lote de cemento E, y 9 1/tonelada a 93°C para lote de cemento D Temperatura de Prueba de Desarrollo de Resistencia. °C 71 93 Lote de Cemento A E D Retardador K (1/tonelada) Resistencia Tiempo 6 3.515 kg/cm2 4:16 35.15 kg/cm2 6:00 140.60 kg/cm2 18:00 9 3.515 kg/cm2 :56 9:28 35.15 kg/cm2 56 12:04 154.24. kg/cm2 15:00 175.75 kg/cm2 00 206.96 kg/cm2 19:00 Aún estos cementos que no son de campo petrolero muestran sensibilidad adecuada a concentración de retardador, comportamiento consistente de lote a lote y rápido desarrollo de resistencia. El uso del nuevo retardador permite que el cemento se retarde suficientemente, y predeciblemente, para permitir el uso de temperaturas de circulación de fondo de pozo típicas encontradas en cementación de pozo sin arriesgar el fraguado temprano antes de que la colocación se complete, mientras que todavía permite fraguado adecuado a temperaturas superficiales de manera de no retrasar excesivamente las operaciones.

Claims

REIVINDICACIONES 1. - Un método para controlar el fraguado de una suspensión de cementación de pozo,- que comprende la adición de uno o más silicatos o sílice y un retardador de fraguado 5 a la suspensión de cementación de pozo, la cantidad de silicato o sílice añadida a la ' suspensión es suficiente para mejorar el efecto de retardo del retardador de fraguado bajo condiciones de fondo de pozo cuando se compara con el efecto de retardo del retardador solo, y
W también es suficiente para acelerar el fraguado del cemento bajo condiciones cercanas a la superficie cuando se compara con el fraguado del cemento que contiene el retardador y caracterizado en que la adición de la sílice o silicatos permite el uso de una cantidad menor de retardador de la 15 que se utilizaría solo para un efecto de retardo determinado a la "temperatura de fondo de pozo para uso. 2. - Un método de conformidad con la reivindicación 1, en donde la temperatura de fondo de pozo es más de 90°C. 0
3.- Un método de conformidad con la reivindicación 2, en donde la temperatura de fondo de pozo es más de lüü°C.
4. - Un método de conformidad con la reivindicación 3, en donde la temperatura de fondo de pozo 5 está entre 120°C y 180°C.
5.- Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la temperatura en una porción superior del pozo es menos de 90°C.
6. ~ Un método de conformidad con la 5 reivindicación 5, en donde la temperatura en la porción superior del pozo es menos de 80°C.
7.- Un método de conformidad con la reivindicación 6, en donde la temperatura en la porción superior del pozo está en la región de 40°C. lü -
8. - Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende añadir sílice coloidal que tiene un tamaño de partícula de menos de 100 nm a la suspensión.
9. - Un método de conformidad con cualquiera de 15 las reivindicaciones .1 - 7, que comprende añadir un silicato de metal alcalino de la fórmula general (Si02)(M20), en donde M es un metal alcalino, a la suspensión.
10. - Un método de conformidad con la 0 reivindicación 9, en donde la relación en peso de SiOz:M20 es mayor de 1.
11. - Un método ' de conformidad con la reivindicación 10, en donde la relación molar de Si02:M20 queda en la escala de 1.68 - 3.37. 5
12. - Un método de conformidad con la reivindicación 10, en donde los silicatos comprenden silicatos de sodio con relaciones en peso de Si02:Na20 en la escala de 1.5 - 4, o silicatos de potasio con relaciones en peso de Si02:K20 en la escala de 1 - 2.65.
13.- ün método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la silice o silicatos están en forma liquida y se usan en cantidades de 1.5 - 20 1/tonelada de cemento.
14. - Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores,- en donde el retardador comprende gluconato de sodio, gluco eptonato de calcio, ácidos idroxicarboxílieos, mezclas de ácidos hidroxicarboxílieos y lignosulfonatos, mezclas de ácidos idrocarboxilicos y derivados de amina de lignina, lignosulfonatos no refinados y refinados.
15. - Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el retardador y la silice o silicato se premezclan antes de la adición a la suspensión de cemento.
16.- Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 14, en donde el retardador y la silice o silicato se añaden a la suspensión de cemento separadamente.
17.- Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el cemento en la suspensión comprende cementos de pozo de petróleo, cementos de construcción, cementos Portland ordinarios, o cementos Portland mezclados con materiales pozolánicos, ceniza ¦volante, escoria de alto horno o arcilla calcinada .
18.- Un retardador para uso en suspensiones de cementación de pozo, que comprende una mezcla de un retardador de fraguado y uno o más silicatos o sílice las cantidades relativas del retardador de fraguado y silicatos o sílice son tales que el efecto de retardo del retardador de fraguado bajo condiciones de fondo de pozo se mejora cuando se compara con el efecto de retardo del retardador solo, y el fraguado del cemento bajo condiciones cercanas a la superficie se acelera cuando se compara con el fraguado del cemento que contiene el retardador, y caracterizado en que la adición de la sílice o silicatos permite el uso de una cantidad menor de retardador de la que se usaría solo para un efecto de retardo determinado a la temperatura de uso de fondo de pozo. 13.- Un retardador de conformidad con la reivindicación 18,, en donde la sílice comprende sílice coloidal que tiene un tamaño de partícula de menos de 100 nm. 20.- Un retardador de conformidad con la reivindicación 18, en donde el silicato comprende un silicato de metal alcalino de la fórmula general (SÍO2) x (M20) , en donde es un metal alcalino. 21.- Un retardador de conformidad con la reivindicación 20, en donde la relación en peso de Si02:M20 es mayor de 1. 22.- Un retardador de conformidad con la reivindicación 21, en donde la relación molar de Si02:M20 queda en la escala de 1.68 - 3.37. 23. - Un retardador de conformidad con la reivindicación 21, en donde el silicato comprende un silicato de sodio con una relación en peso de Si02:Na20 en la escala de 1.5 - 4 (relación molar de 1.55 - 4.12), o silicato de potasio con una relación en peso de Si02: 20 en la escala de 1 - 2,65 (relación molar 1.56 - 4.14). 24. - ün retardador de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 18 - 23, en donde el retardador comprende gluconat-o de sodio, glucoheptonato de calcio, ácidos hidroxcarboxilicos mezclas de ácidos hidroxicarboxílíeos y lignosulfonatos, mezclas de ácidos hidrocarboxílicos y derivados de amina de lignina, lignosulfonatos no refinados y refinado. 25. - Un retardador de conformidad con la reivindicación 24. en donde el retardador comprende gluconato de sodio y el silicato comprende silicato de sodio con una relación en peso de Si02;Na20 de aproximadamente 3.27. 26. - Un retardador de conformidad con la reivindicación 25? que comprende 7.6% en peso de gluconato de sodio, 28.7% en peso de silicato de sodio y 63.7% en peso de agua. RESUMEN ?? 1? INVENCIÓN El uso de silicato como un mejorador de retardador a niveles apropiados para mejorar el efecto de retardo de retardadores a las "teTnperaturas elevadas encontradas en el fondo del pozo, mientras que acelera el uso de cemento a las temperaturas inferiores encontradas cerca de la superficie. 1/2 FIGURA 1