NO338557B1 - Sementblandinger og fremgangsmåte for brønnsementering - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved sementering i en underjordisk sone som angitt i ingressen til patentkrav 1, med reduserte størkningstider (transition times), og bruk av en jernforbindelse for å redusere størkningstiden for sementblandinger som angitt i den innledende del av patentkrav 11.

Bakgrunn

Det er kjent å bruke hydrauliske sementblandinger ved konstruksjon og reparasjon av olje- og gassbrønner. For eksempel blir hydrauliske sementblandinger brukt ved primære sementeringsoperasjoner, hvor rørstrenger så som foringsrør eller forlengningsrør blir sementert i brønn-boringer. Ved primær sementering blir en hydraulisk sementblanding pumpet inn i ringrommet mellom veggene til en brønnboring og de utvendige flatene til en rørstreng i brønnboringen. Sementblandingen størkner i det ringformete rommet og danner således ei ringformet kappe av herdet og hovedsakelig ugjennomtrengelig sement. Sementkappa støtter og posisjonerer rørstrengen fysisk i brønnboringen og fester de utvendige flatene til rørstrengen til veggene i brønnboringen, hvorved uønsket væskemigrering mellom soner eller formasjoner som er penetrert av brønnboringen blir forhindret. Hydrauliske sementblandinger blir også ofte benyttet for å plugge sirkulasjonssvikt og andre uønskete innstrømnings- og utstrømningssoner i brønner, for å plugge sprekker og hull i rørstrenger som er sementert deri, og for å foreta andre nødvendige, utbedrende brønnoperasjoner.

Ved utføring av primær sementering, så vel som ved utbedrende sementeringsoperasjoner i brønnboringer, er de benyttete sementslammene ofte lette for å bidra til å forhindre for stort hydrostatisk trykk i å bli påført de underjordiske formasjonene som er penetrert av brønnboringen. Som et resultat har et flertall sementslam blitt utviklet og benyttet, inkludert skummet sementslam. I tillegg til å være lett, omfatter skummet sementslam komprimert gass som forbedrer slammets evne til å beholde trykk og å hindre strømning av formasjonsvæske inn i og gjennom slammet under tiden hvor sementslammet endrer seg fra ei væske til en hard, størk-net masse. Skummet sementslam er også fordelaktige fordi de har lave væsketapsverdier.

Brønnkompletteringer på over 300 meter (1000 fot) vanndybde krever ofte spesielle teknikker for å installere lederør. Brønnkompletteringer på vanndybder over 600 meter blir ofte betegnet som "dypvannsoperasjoner". Ved dypvannsoperasjoner er formasjonene hvor lederøret er sementert ofte mindre enn 600 meter under havbunnsnivå (BML - below mud line) generelt geologisk unge og ikke godt konsoliderte. Formasjonene er generelt et produkt av erosjon fra konti-nentalsokkelen. Dette kan føre til to problemer ved sementering. Formasjonen kan være så svak at den kan briste under sementering og føre til tap av sement inn i formasjonen. Alternativt kan formasjonen utsettes for strømning av saltvann eller annet fluid gjennom formasjonen, som fører til fluidinnstrømning.

I en typisk lederørsinstallasjon blir et overflaterør med utvendig diameter på 610 - 762 mm drevet til minst 60 meter BML Et lederør med stor ytre diameter (508 mm når 762 mm blir benyttet) blir så sementert med den vanlige innerstreng-metoden (innerstring method) gjennom borerøret, med returnerende sement tilbake til havbunnen. Ettersom det ikke benyttes stigerør må retursementen tas hånd om ved havbunnen. Kalde temperaturer forårsaket av sjøvannet reduserer hastigheten på sementhydratiserings-prosessen og forlenger størkningstiden til sementslammet som tillater væskeinnstrømming å starte. Betegnelsen "null-tykningstid" ("zero gel time") refererer til tiden fra sementslammet er anbrakt og gelstyrken (gel strength) øker til et nivå på omtrent 48 Pa (100 lbf/100ft<2>). Under null-fortykningstiden blir et fluid, så som olje, gass eller vann, hindret i å migrere gjennom den størknende sementen fordi sementsøyla i brønnboringen kan støtte seg selv og påføre hydrostatisk trykk på fluidet som omringer brønnboringen.

Betegnelsen "størkningstid" ("transition time") refererer til tiden det tar gelstyrken å øke fra et nivå på omtrent 48 Pa til et nivå på omtrent 240 Pa (500 lbf/100 ft<2>). Fluidmigrering blir hovedsakelig hindret på nivået på omtrent 240 Pa. Under størkningstiden kan et fluid, så som olje, gass eller vann, migrere gjennom det størknende sementslammet og danne kanaler som påvirker sementkappas integritet. Fluidmigreringen er mulig under størkningstiden fordi sementsøyla i brønnboringen starter å støtte opp seg selv og stanser å påføre hydrostatisk trykk på fluidet som omringer brønnboringen. Når det påførte hydrostatiske trykket faller under fluidtrykket i formasjonen, kan migrering forekomme og vil fortsette til sementen har fått tilstrekkelig trykkfasthet for å hindre ytterligere migrering. Derfor er det fordelaktig å ha sementblandinger med reduserte størkningstider for å bidra til å minimalisere sjansene for fluidmigrering.

I noen tilfeller kan formasjonssand bli utsatt for overtrykk av vann, slik at vann eller andre for-masjonsfluider strømmer inn i den størknende sementkappa under størkningstiden. Hindring av slik strømning er kritisk for en vellykket sementering og for å unngå dyre behand linger med trykksementering. Inneslutting av formasjonsvæsken under overtrykk blir ofte komplisert av svake soner i formasjonen som kan briste på grunn av væsketrykket til sementslammet. Dersom det dannes et brudd, kan sementslam strømme inn i bruddet og bli tapt fra brønnboringen.

En fremgangsmåte for å sementere lederør i brønnboringer ved vanndybder større enn 300 meter er beskrevet i patentpublikasjon US 5,484,019, hvor et sementslam omfattende Portlandsement, et skumdannende tensid, en andel finpartiklet sementmateriale og nitrogen eller annen gass for å lage skum av slammet for å gi en tetthet fra omtrent 1080 kg/m<3>(9,0 Ibs/gal) til omtrent 1680 kg/m<3>(14 Ibs/gal), blir ført ned lederøret og returnert opp gjennom ringrommet til brønnboringen, opp til havbunnen. Slammet omfatter kalsiumklorid (CaCI2) som en akselerator og danner en statisk gelstyrke på over omtrent 240 Pa innen mindre enn 30 minutter etter at det er anbrakt.

Fra US patent nr. 5 749 418 er det kjent en sementblanding som omfatter et semenmateriale, jernklorid og tilstrekkelig vann til å danne en pumpbar oppslemming. Jernkloridet forbedrer reologien og ytelsen til blandingen. Patentet omhandler videre bruk av den angitte sementblandingen til sementering i underjordiske formasjoner, idet den pumpbare oppslemming blir pumpet til valgt sted i en brønn og gitt anledning til å stivne der.

Selv om blandingene beskrevet ovenfor er effektive for sementering av brønner, er det et stadig behov for forbedrete lettvekts sementblandinger som har reduserte størkningstider for å bidra til å beskytte mot fluidmigrering.

Oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer i henhold tilet første aspekt en fremgangsmåte ved sementering i en underjordisk sone som angitt i patentkrav 1.

I henhold til et annet aspekt omhandler foreliggende oppfinnelse bruk av en jernforbindelse, som angitt i patentkrav 11, for å redusere størkningstiden for sementblandinger.

Foretrukne utførelsesformer fremgår av de uselvstendige patentkravene.

En foretrukket fremgangsmåte ved den foreliggende oppfinnelsen for å sementere i en underjordisk sone som er penetrert av en brønn ved å bruke en lettvektsement, blir utført ved å fremstille et pumpbart, lett slam med en tetthet på mindre enn 1680 kg/m<3>og en effektiv mengde jernforbindelse for å redusere størkningstiden til slammet, å anbringe slammet i en underjordisk sone som skal sementeres, og å la slammet størkne til en hard, ugjennomtrengelig masse. Fremgangsmåtene er spesielt egnet for sementering av lederør i brønnboringer hvor røret er anbrakt i brønnboringen som penetrerer en underjordisk formasjon og danner et ringrom mellom røret og veggen til brønnboringen, og hvor brønnboringen er boret fra havbunnen ved en vanndybde på minst 300 meter. Foretrukne sementblandinger ved den foreliggende oppfinnelsen er formet slik at de gir en størkningstid på mindre enn omtrent 15 minutter.

Et generelt formål med den foreliggende oppfinnelsen er derfor å fremskaffe forbedrete sementblandinger med reduserte størkningstider.

Andre og ytterligere formål, trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelsen vil være åpenbare for en fagmann ved lesing av den følgende beskrivelsen av foretrukne utførelser.

Beskrivelse av foretrukne utførelser

De forbedrete lettvekt sementblandingene ved denne oppfinnelsen er nyttige ved utføring av flere operasjoner i underjordiske formasjoner, så som komplettering, reparasjons- og bruddprosedyrer. En sementblanding i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen omfatter hovedsakelig hydraulisk sement, en jernforbindelse i tilstrekkelig mengde til å redusere størkningstiden til sementblandingen ved en temperatur på omtrent 18 °C eller lavere, og tilstrekkelig vann for å danne et slam. Foretrukne lettvekt sementblandinger omfatter hovedsakelig en hydraulisk sement, en effektiv mengde jernsalt for å redusere størkningstiden til blandingen, tilstrekkelig mengde vann for å danne et pumpbart slam, en effektiv mengde skumdannende tilsetning for å danne et skummet slam, og tilstrekkelig mengde gass for å skumme slammet. Alternativt, i stedet for å bli skummet eller i tillegg til å bli skummet, kan lettvekt sementblandingen oppta en hvilken som helst kjent lettvekt sementtilsetning, for eksempel hule kuler tilgjengelige under varenavnet " SPHERELITE" fra Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma, som reduserer tettheten til slammet slik at det dannes en lettvekt sementblanding. Foretrukne lettvektblandinger ved den foreliggende oppfinnelsen har en tetthet på omtrent 1680 kg/m<3>.

Flere hydrauliske sementer som størkner og herder ved reaksjon med vann kan benyttes i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, deriblant Portlandsementer, pozzolanasementer, gipssementer, sementer med høyt aluminiuminnhold, silikasementer, sementer med høy alkalitet og slaggsementer. Sementene kan ha vanlig partikkelstørrelser eller ha finere partikkelstørrelser. Portlandsementer er de mest foretrukne for bruk i samsvar med denne oppfinnelsen. Portlandsementer av typene som er definert og beskrevet i API Specification for Materials and Testing for Well Cement, API Specification 10, 5. utgave, 1. juli 1990, fra the American Petroleum Institute, er spesielt egnete. Slike foretrukne API Portlandsementer omfatter klasse A, B, C, G og H, av hvilke API-klasse A er den mest foretrukne.

Sementblandingene til den foretrukne oppfinnelsen kan omfatte sement med fin eller ultrafin partikkelstørrelse, for eksempel sement tilgjengelig under varenavnet "MICRO MATRIX" fra Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma. Mer bestemt kan det til en vanlig hydraulisk sement bli tilført mellom omtrent 1 til omtrent 30 vektprosent (30 %) vanlig sement av et sementmateriale med partikkeldiametere som ikke er større enn omtrent 30 mikron, fordelaktig ikke større enn 17 mikron, og enda mer fordelaktig ikke større enn omtrent 11 mikron. For-delingen av partikler med forskjellige størrelser i sementmaterialet, det vil si partikkeldistri-busjonen, fremviser at 90 prosent (90 %) av de har en diameter som ikke er større enn omtrent 25 mikron, fordelaktig omtrent 10 mikron, og enda mer fordelaktig omtrent 7 mikron. Femti prosent (50 %) har en diameter som ikke er større enn omtrent 10 mikron, fordelaktig omtrent 6 mikron, og enda mer fordelaktig omtrent 4 mikron, og 20 prosent (20 %) av partiklene har en diameter som ikke er større enn omtrent 5 mikron, fordelaktig omtrent 3 mikron, og enda mer fordelaktig omtrent 2 mikron.

Blaine-finheten til sementmaterialet med fin partikkelstørrelse, anvendt ved sementeringsfrem-gangsmåtene ved denne oppfinnelsen er ikke mindre enn omtrent 6000 cm<2>/g- Verdien er fordelaktig større enn omtrent 7000, mer fordelaktig omtrent 10 000, og enda mer fordelaktig omtrent 13 000 cm<2>/g.

Sementmaterialet med fin partikkelstørrelse som er foretrukket for bruk ved denne oppfinnelsen er ultrafin Portlandsement og kombinasjoner av denne med slagg, hvorved mengden Portlandsement i en blanding av Portlandsement og slagg benyttet i fremgangsmåtene ved denne oppfinnelsen kan være så lav som 10 prosent (10 %), men er fordelaktig ikke mindre enn omtrent 40 prosent (40 %), mer fordelaktig omtrent 80 prosent (80 %) og mest fordelaktig ikke mindre enn omtrent 100 prosent (100 %) Portlandsement av vekta til blandingen. Sementmaterialet med fin partikkelstørrelse er bedre beskrevet i patentpublikasjon US 5,125,455.

Blandinger i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen kan omfatte strømningsfremmende tilsetninger hvorved strømningsegenskapene til ett eller flere tørre partikulære sementmaterialer blir forbedret og hvorved materialene enkelt kan føres ut fra lagringstanker og lignende. Den foretrukne strømningsfremmende tilsetningen omfatter et partikulært materiale valgt fra gruppa bestående av utfelt silika, zeolitt, talkum, kiselgur og podsol som bærer en strømnings- induserende polar kjemikalie som er valgt fra gruppa bestående av polart molekyl-dannende organiske syrer, deres salter og syreanhydrider.

Det strømningsinduserende polare kjemikaliet som blir benyttet i den strømningsfremmende tilsetningen kan være hvilken som helst av de til nå kjente kjemikalier som danner polare molekyler som reagerer med sementmaterialer og somøker deres strømningsegenskaper. Eksempler på kjemikalier som kan benyttes, som danner polare molekyler, omfatter, men er ikke begrenset til, organiske syrer så som alkyl og/eller alken-karboksylsyrer og sulfonsyrer, salter av de nevnte syrene dannet med svake baser og syreanhydrider, så som svoveldioksid, karbondioksid, svoveltrioksid, nitrogenoksider og lignende forbindelser. Det mest foretrukne strømnings-induserende, polare kjemikaliet for bruk i samsvar med oppfinnelsen er iseddik.

Vektforholdet mellom fast adsorbent og strømningsinduserende polart kjemikalie i den strøm-ningsfremmende tilsetningen er i området fra omtrent 90:10 til omtrent 10:90, og den strømningsfremmende tilsetningen blir blandet med sementmaterialene i en mengde i området fra omtrent 0,01 % til omtrent 1,0 % av vekta til sementmaterialet. En spesielt foretrukket strøm-ningsfremmende tilsetning er beskrevet i PCT-publikasjon WO 00/41981, som krever prioritet fra patentsøknadene US 09/229,245, innlevert 12. januar 1999 og US 09/324,310, innlevert 2. juni 1999. Begge disse US-patentsøknadene tas med her som referanse.

Vannet i sementslammene kan være ferskvann eller saltvann. Betegnelsen "saltvann" blir her brukt for umettete saltløsninger og mettete saltløsninger, omfattende saltlaker og sjøvann. Vannet er generelt tilsatt i en tilstrekkelig mengde for å danne et pumpebart slam, og mer foretrukket i en mengde i området fra omtrent 30 % til omtrent 70 % av vekta til sementen i blandingen, og mer foretrukket, som beskrevet ved foretrukne blandinger i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen i en mengde på omtrent 63 % av vekta til sementen i blandingen.

Jernforbindelsene som benyttes i blandingene ved den foreliggende oppfinnelsen for å redusere størkningstidene til disse, er fortrinnsvis jernsalter valgt fra gruppa bestående av jern(lll)klorid (FeCI3), jern(ll)klorid (FeCI2) og blandinger av disse, med jern(lll)klorid som den mest foretrukne. Selv om de ovenfor nevnte jernsaltene er regnet for å være de mest foretrukne, kan enhver jernforbindelse som effektivt reduserer størkningstiden til blandingen uten å påvirke blandingens egenskaper negativt benyttes. Jernsaltet er tilstede i blandingen i en mengde i området fra omtrent 0,1 til omtrent 10 %, mer foretrukket i en mengde i området fra omtrent 0,5 % til omtrent 5 %, og mest foretrukket i en mengde i området fra omtrent 1 % til omtrent 3 % av vekta til sementen i blandingen.

Betegnelsen "skumdannende tilsetning" blir benyttet her for et hvilket som helst tensid eller blanding av tensid og stabilisator som vil virke for å danne et stabilt skummet sementslam. De mest foretrukne skumdannende tilsetningene er separate vanlige tilsetninger for å skumme og å stabilisere sementslam med ferskvann eller saltvann, som beskrevet i patentpublikasjon US 6,063,738, som tas med her som referanse. Disse skumdannende tilsetningene omfatter hovedsakelig et etoksylert alkohol-etersulfat tensid med formelen

hvorved a er et heltall i området fra omtrent 6 til omtrent 10, og b er et heltall i området fra omtrent 3 til omtrent 10, et alkyl- eller alken-amidopropyl-betain tensid med formelen hvor R er en radikal valgt fra gruppa av decyl, cocoyl, lauryl, cetyl og, og et alkyl- eller alken-amidopropyl-dimetyl-aminoksid tensid med formelen

hvor R er en radikal valgt fra gruppa av decyl, cocoyl, lauryl, cetyl og oleyl. Det etoksylerte alkohol-etersulfat tensidet finnes generelt i tilsetningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen i en mengde i området fra omtrent 60 til 64 vektdeler. Alkyl- eller alken-amidopropyl-betain tensidet finnes generelt i tilsetningen i en mengde i området fra omtrent 30 til omtrent 33 vektdeler, og alkyl- eller alken-amidopropyl-dimetyl-aminoksid tensidet finnes generelt i tilsetningen i en mengde i området fra omtrent 3 til omtrent 10 vektdeler. Tilsetningene kan være i form av en blanding av de ovenfor beskrevne tensidene, men mer fordelaktig omfatter tilsetningen ferskvann i en tilstrekkelig mengde for å løse opp tensidene, hvorved det lettere kan kombineres med et sementslam.

En spesielt foretrukket form på den ovenfor beskrevne skumdannende tilsetningen består av et etoksylert alkohol-etersulfat tensid hvor "a" i formelen gitt ovenfor er et heltall i området fra 6 til 10 og tensidet finnes i tilsetningen i en mengde på omtrent 63,3 vektdeler, alkyl- eller alken-amidopropyl-betain tensidet er cocoyl-amidopropyl-betain og er tilstede i tilsetningen i en mengde på omtrent 31,7 vektdeler, og alkyl- eller alken-amidopropyl-dimetyl-aminoksid tensidet i tilsetningen er cocoyl-amidopropyl-dimetyl-aminoksid og er tilstede i en mengde på omtrent 5 vektdeler. Denne foretrukne skumdannende tilsetningen finnes generelt i et skummet sementslam i samsvar med denne oppfinnelsen i en mengde fra omtrent 1 volum-% til omtrent 4 volum-% i vann i sementslammet før skumming.

I tillegg til vann for å løse opp tensidene, kan denne tilsetningen omfatte andre bestanddeler så som én eller flere fryse- og flytepunkt-senkere for å hindre den fra å fryse under lagring eller håndtering i kaldt vær og senke dens flytepunkt. Slike senkere er fortrinnsvis valgt fra gruppa av etylenglykol-monobutyleter, dietylen-glykol, natriumklorid, isopropyl-alkohol og blandinger av disse. Den benyttete senkeren eller senkerne finnes generelt i tilsetningsløsningen i en mengde i området fra omtrent 10 % til omtrent 30 % av vekta til løsningen.

Alternativt kan et hvilket som helst annet kjent tensid eller blanding av tensid og stabilisator som danner en stabil skummet sementblanding benyttes. Sementslammet kan også inneholde andre vanlige tilsetninger som er kjente for en fagmann, slik som de for å variere blandingens tetthet, øke eller redusere styrken, regulere væsketap, redusere viskositet, øke motstand mot etsende fluider, øke strømning og lignende.

Gassen som blir benyttet for å danne de skummete sementslammene ved denne oppfinnelsen kan være en hvilken som helst gass som er egnet for å danne et skummet slam, så som luft eller nitrogen, hvor nitrogen er det mest foretrukne. Gassen finnes i en tilstrekkelig mengde for å produsere et skummet slam med en tetthet på mindre enn omtrentl680 kg/m<3>, og mer fordelaktig i en tilstrekkelig mengde for å danne et skummet slam med en tetthet i området fra omtrent 480 til mindre enn omtrent 1680 kg/m<3>. Slammet blir skummet ved tilsetning av nitrogen eller andre gasser til blandingen av sement, vannbasert væske og skumdannende tilsetning. Tettheten til slammet kan reguleres med mengden av nitrogen eller gass som blandes inn i slammet. Den spesifikke tettheten til sementslammet er avhengig av flere faktorer. Det er imidlertid generelt foretrukket å beholde tettheten på et nivå slik at bruddgradienten til formasjonen nær overflaten, i hvilken formasjon lederøret blir sementert, ikke blir oversteget. Tettheten vil generelt bli justert til et nivå litt over formasjonstrykket, men under bruddgradienten for å beholde kontroll på slammet og å forhindre innstrømning av fluid under størkningen av sementslammet. Tettheten vil fortrinnsvis bli justert til et nivå på omtrent 120 kg/m<3>(1 Ib/gal) over tettheten som er nødvendig for å motsvare formasjonstrykket i brønnboringen.

En annen fremgangsmåte i samsvar med oppfinnelsen for sementering av en underjordisk sone som er penetrert av en brønnboring omfatter trinnene med å fremstille et lettvekt sementslam som beskrevet her, å pumpe sementslammet inn i brønnboringen i den underjordiske sonen, og så å la sementslammet størkne til en hard, ugjennomtrengelig masse.

En annen fremgangsmåte som her beskrives, omfatter trinnene å fremstille et pumpebart lettvekt sementslam med en tetthet på mindre enn omtrent 1680 kg/m<3>, å redusere størkningstiden til lettvekt sementslammet ved å la det omfatte en effektiv mengde av en jernforbindelse i blandingen for å redusere størkningstiden til denne, å anbringe slammet i en underjordisk sone som skal sementeres, og å la slammet størkne til en hard, ugjennomtrengelig masse. Enda en fremgangsmåte som her beskrives, omfatter trinnene med å fremstille en skummet sementblanding omfattende en hydraulisk sement, tilstrekkelig vann for å danne et pumpebart slam, en effektiv mengde skumdannende tilsetning for dannelse av et skummet slam, og tilstrekkelig gass for å danne det skummete slammet, og å redusere størkningstiden til det skummete slammet ved å la det omfatte en effektiv mengde av en jernforbindelse i blandingen for å redusere blandingens størkningstid, å anbringe slammet i den underjordiske sonen som skal sementeres, og å la slammet størkne til en hard, ugjennomtrengelig masse. En ytterligere fremgangsmåte som her beskrives for å redusere størkningstiden i en lettvekt brønnsementblanding som er anbrakt i en underjordisk formasjon omfatter trinnene med å fremstille et lettvekt sementslam, å anbringe slammet i den underjordiske formasjonen som skal sementeres, å redusere størkningstiden til slammet til mindre enn omtrent 15 minutter, og å la slammet stivne i den underjordiske formasjonen.

En spesielt foretrukket skummet brønnsementblanding i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, som er nyttig for sementering av lederør i en brønnboring i en havbunn på vanndybde på over 300 meter omfatter en hydraulisk sement, jern(lll)oksid, jern(ll)oksid, eller blandinger av disse, i en mengde i området fra omtrent 0,1 til omtrent 10 prosent av vekta til blandingen, tilstrekkelig vann valgt fra gruppa bestående av ferskvann, umettete saltløsninger og mettete saltløsninger for å danne et pumpebart slam, en effektiv mengde av en skumdannende tilsetning for å fremstille et skummet slam, hvor den skumdannende tilsetningen er en separat tilsetning for å skumme og å stabilisere slammet, med et etoksylert alkohol-etersulfat tensid med formelen

hvorved a er et heltall i området fra omtrent 6 til omtrent 10, og b er et heltall i området fra omtrent 3 til omtrent 10, og tensidet finnes i tilsetningen i en mengde i området fra omtrent 60 til omtrent 64 vektdeler, et alkyl- eller alken-amidopropyl-betain tensid med formelen hvor R er en radikal valgt fra gruppa av decyl, cocoyl, lauryl, cetyl og oleyl, og tensidet finnes i tilsetningen i en mengde i området fra omtrent 30 til omtrent 33 vektdeler, og et alkyl- eller alken-amidopropyl-dimetyl-aminoksid tensid med formelen

hvor R er en radikal valgt fra gruppa av decyl, cocoyl, lauryl, cetyl og oleyl, og tensidet finnes i tilsetningen i en mengde i området fra omtrent 3 til omtrent 10 vektdeler, en tilstrekkelig mengde gass for å skumme slammet, hvorved det skummete slammet har en tetthet på mindre enn omtrentl680 kg/m<3>, og en partikulær strømningsfremmende tilsetning omfattende et partikulært fast materiale som bærer et strømningsinduserende kjemikalie valgt fra gruppa bestående av polart molekyl-dannende syrer, deres salter og syreanhydrider, hvorved det partikulære faste materialet og det strømningsinduserende kjemikaliet finnes i en mengde i området fra omtrent 90:10 til omtrent 10:90.

En foretrukket fremgangsmåte i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, som benytter den ovenfor beskrevne skummete sementblandingen for sementering av et lederør i en brønnboring i en havbunn ved en vanndybde på over 300 meter omfatter trinnene med å fremstille det skummete brønnsementslammet, å innføre slammet i lederøret, hvorved det blir strømmet gjennom røret og returnerer fra den nedre enden til dette, gjennom et ringrom mellom røret og brønnboringen, til overflaten av havbunnen, og å holde slammet i ringrommet i tilstrekkelig tid for å la slammet danne ei fast sementkappe, hvorved innstrømning av fluider inn i brønnboringen blir forhindret. Blandingen har en størkningstid ved temperaturer på omtrent 18 °C eller mindre i ringrommet på mindre enn omtrent 25 minutter, foretrukket på mindre enn omtrent 15 minutter, for i hovedsak å hindre fluidmigrering gjennom sementkappa i brønnboringen.

Lettvekt brønnsementslammene i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen har reduserte størkningstider i forhold til konvensjonelle lettvekt og skummete slam, for å bidra til å hindre innstrømning avformasjonsfluider inn i brønnboringen. For å illustrere de forbedrete sementblandingene og fremgangsmåtene i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen ytterligere, er følgende eksempler gitt i tabellene I og II nedenfor. Testslam av sementblandingene i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen omfatter Portland klasse A sement, finpartiklet sement, sjø-vann, skumdannende tilsetninger og forskjellige akselererende tilsetninger. Beskrivelser av testprøvene er gitt i tabellene. Testprøvene ble så målt med hensyn på null-tykningstid, størkningstid og trykkfasthet. Fra resultatene fremvist i tabellene I og II kan det ses at sementblandingene i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, som omfatter jernsalter, har reduserte størkningstider og forbedret trykkfasthet, og er således megetønskelige til bruk ved forhindring av innstrømning av fluid i en brønnboring som penetrerer en underjordisk formasjon.

Beskrivelsene ovenfor av spesifikke blandinger og fremgangsmåter i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen har blitt gitt for å illustrere og beskrive. De er ikke ment å være uttømmende eller å begrense oppfinnelsen til disse presist beskrevne blandingene og fremgangsmåtene, og mange modifikasjoner og variasjoner er selvfølgelig mulige i lys av beskrivelsen ovenfor. Utførelsene ble valgt og beskrevet for på best mulig måte å forklare prinsippene ved oppfinnelsen og dens praktiske anvendelse, for således å muliggjøre at andre fagmenn kan utnytte oppfinnelsen med forskjellige modifikasjoner i samsvar med tiltenkt anvendelse. Hensikten er at oppfinnelsens omfang skal være definert av patentkravene.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte ved sementering i en underjordisk sone med en temperatur på omtrent 18 °C eller mindre, idet den underjordiske sone er i en sjøbunn med en vanndybde på mer enn 300 meterkarakterisert vedat den omfatter følgende trinn: - å fremstille en sementblanding omfattende hydraulisk sement, en jernforbindelse i en mengde fra 0,1 til 10 vekt-% av sementblandingen for å redusere størkningstiden til sementblandingen til mindre enn 25 minutter, idet størkningstiden er tiden det tar for at gelstyrken skal øke fra et nivå på 48 Pa til et nivå på 239 Pa, og tilstrekkelig vann for å danne et pumpebart slam, idet jernforbindelsen er valgt fra gruppen bestående avjern(lll)klorid, jern(ll)klorid eller blandinger av disse, - å anbringe slammet i den underjordiske sonen som har en temperatur på 18 °C eller mindre, og - å la slammet størkne til en hard, ugjennomtrengelig masse.

2. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den hydrauliske sementen er Portlandsement.

3. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat vannet er valgt fra gruppen bestående av ferskvann, umettete saltløsninger og mettete saltløsninger.

4. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 3,karakterisert vedat den hydrauliske sementen er Portlandsement.

5. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat slammet har en tetthet på mindre enn 1680 kg/m<3>(14 Ibs/gal) og omfatter en lettvekts sementtilsetning eller er skummet.

6. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat slammet har en størkningstid på mindre enn omtrent 15 minutter.

7. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat sementblandingen videre omfatter en effektiv mengde skumdannende tilsetning for fremstilling av et skummet slam og tilstrekkelig gass for å skumme slammet.

8. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 7,karakterisert vedat den skumdannende tilsetningen er en separat tilsetning for å skumme og stabilisere slammet og omfatter - et etoksylert alkohol-etersulfat-tensid med formelen

hvor a er et heltall i området fra 6 til 10, og b er et heltall i området fra omtrent 3 til 10, og tensidet finnes i tilsetningen i en mengde i området fra 60 til 64 vektdeler, - et alkyl- eller alken-amidopropyl-betain-tensid med formelen

hvor R er et radikal valgt fra gruppen decyl, cocoyl, lauryl, cetyl og oleyl, og tensidet finnes i tilsetningen i en mengde i området fra 30 til 33 vektdeler, og - et alkyl- eller alken-amidopropyl-dimetyl-aminoksid-tensid med formelen

hvor R er en radikal valgt fra gruppen decyl, cocoyl, lauryl, cetyl og oleyl, og tensidet finnes i tilsetningen i en mengde i området fra 3 til 10 vektdeler.

9. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat sementblandingen videre omfatter en partikulær strømningsfremmende tilsetning omfattende et partikulært fast materiale som bærer et strømningsinduserende kjemikalie valgt fra gruppen bestående av polare molekyl-dannende syrer, deres salter og syreanhydrider, idet det partikulære, faste materialet og det strømningsinduserende kjemikaliet finnes i området fra 90:10 til 10:90.

10. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat sementblandingen videre omfatter et finpartiklet sementmateriale med en Blaine-finhet på ikke mindre enn 6000 cm<2>/g, og en partikkelstørrelse ikke større enn omtrent 30 mikron, tilstede i en mengde fra 1 til 30 vekt-% av vekten til den hydrauliske sementen.

11. Bruk av en jernforbindelse valgt fra gruppen bestående av jern(lll)klorid, jern(ll)klorid og blandinger av disse for å redusere størkningstiden for en sementblanding ved en temperatur på 18 C eller mindre til mindre enn 25 minutter, idet størkningstiden er tiden det tar for gelstyrken å øke fra et nivå på 48 Pa til et nivå på 239 Pa, idet sementblandingen omfatter en hydraulisk sement og tilstrekkelig vann til å danne et pumpbart slam, og idet jernforbindelsen er til stede i en mengde fra 0,1 til 10 vekt-% av sementblandingen.