RU2635413C2 - Cement setting activators for cement compositions and corresponding methods - Google Patents
Cement setting activators for cement compositions and corresponding methods Download PDFInfo
- Publication number
- RU2635413C2 RU2635413C2 RU2016105974A RU2016105974A RU2635413C2 RU 2635413 C2 RU2635413 C2 RU 2635413C2 RU 2016105974 A RU2016105974 A RU 2016105974A RU 2016105974 A RU2016105974 A RU 2016105974A RU 2635413 C2 RU2635413 C2 RU 2635413C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cement composition
- cement
- setting
- zeolite
- pozzolan
- Prior art date
Links
- 239000004568 cement Substances 0.000 title claims abstract description 224
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 211
- 239000012190 activator Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims abstract description 91
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 69
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 38
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 claims abstract description 38
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 claims abstract description 38
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 32
- -1 pozzolan Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 claims description 117
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 43
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 29
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000008262 pumice Substances 0.000 claims description 19
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 17
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 16
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims description 15
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 12
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 9
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000003007 phosphonic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 5
- 150000001642 boronic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 4
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 4
- 229920001732 Lignosulfonate Polymers 0.000 claims description 3
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 3
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 claims description 3
- 229920001897 terpolymer Polymers 0.000 claims description 3
- 150000003009 phosphonic acids Chemical class 0.000 claims description 2
- ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N Phosphorous acid Chemical compound OP(O)=O ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 2
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical class O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract description 27
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 21
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 20
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 19
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 18
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 13
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 12
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 10
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 9
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 8
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 7
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 7
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 7
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 6
- INJRKJPEYSAMPD-UHFFFAOYSA-N aluminum;silicic acid;hydrate Chemical compound O.[Al].[Al].O[Si](O)(O)O INJRKJPEYSAMPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010754 BS 2869 Class F Substances 0.000 description 5
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 5
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 5
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 5
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 5
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical class O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920000388 Polyphosphate Polymers 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 239000001205 polyphosphate Substances 0.000 description 4
- 235000011176 polyphosphates Nutrition 0.000 description 4
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021486 amorphous silicon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 2
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 2
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 2
- 229920003090 carboxymethyl hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229940042400 direct acting antivirals phosphonic acid derivative Drugs 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 2
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 2
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 125000005341 metaphosphate group Chemical group 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 229920005646 polycarboxylate Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H sodium hexametaphosphate Chemical compound [Na]OP1(=O)OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])O1 GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- 235000019982 sodium hexametaphosphate Nutrition 0.000 description 2
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 125000001273 sulfonato group Chemical group [O-]S(*)(=O)=O 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 description 2
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N Dextrotartaric acid Chemical compound OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N 0.000 description 1
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N Tartaric acid Natural products [H+].[H+].[O-]C(=O)C(O)C(O)C([O-])=O FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001579 aluminosilicate mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 1
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000010428 baryte Substances 0.000 description 1
- 229910052601 baryte Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- VSGNNIFQASZAOI-UHFFFAOYSA-L calcium acetate Chemical compound [Ca+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O VSGNNIFQASZAOI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001639 calcium acetate Substances 0.000 description 1
- 235000011092 calcium acetate Nutrition 0.000 description 1
- 229960005147 calcium acetate Drugs 0.000 description 1
- YYRMJZQKEFZXMX-UHFFFAOYSA-L calcium bis(dihydrogenphosphate) Chemical compound [Ca+2].OP(O)([O-])=O.OP(O)([O-])=O YYRMJZQKEFZXMX-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940043430 calcium compound Drugs 0.000 description 1
- 150000001674 calcium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005551 calcium lignosulfonate Polymers 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 description 1
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- RYAGRZNBULDMBW-UHFFFAOYSA-L calcium;3-(2-hydroxy-3-methoxyphenyl)-2-[2-methoxy-4-(3-sulfonatopropyl)phenoxy]propane-1-sulfonate Chemical compound [Ca+2].COC1=CC=CC(CC(CS([O-])(=O)=O)OC=2C(=CC(CCCS([O-])(=O)=O)=CC=2)OC)=C1O RYAGRZNBULDMBW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000012669 compression test Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000007859 condensation product Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 229910002026 crystalline silica Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021488 crystalline silicon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N diethanolamine Chemical compound OCCNCCO ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane Chemical compound [Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- DUYCTCQXNHFCSJ-UHFFFAOYSA-N dtpmp Chemical compound OP(=O)(O)CN(CP(O)(O)=O)CCN(CP(O)(=O)O)CCN(CP(O)(O)=O)CP(O)(O)=O DUYCTCQXNHFCSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NFDRPXJGHKJRLJ-UHFFFAOYSA-N edtmp Chemical compound OP(O)(=O)CN(CP(O)(O)=O)CCN(CP(O)(O)=O)CP(O)(O)=O NFDRPXJGHKJRLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011019 hematite Substances 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Fe+3].[Fe+3] LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N iron;titanium;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Ti].[Fe] YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011005 laboratory method Methods 0.000 description 1
- 229940046892 lead acetate Drugs 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000019691 monocalcium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000150 monocalcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052680 mordenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- PYUBPZNJWXUSID-UHFFFAOYSA-N pentadecapotassium;pentaborate Chemical compound [K+].[K+].[K+].[K+].[K+].[K+].[K+].[K+].[K+].[K+].[K+].[K+].[K+].[K+].[K+].[O-]B([O-])[O-].[O-]B([O-])[O-].[O-]B([O-])[O-].[O-]B([O-])[O-].[O-]B([O-])[O-] PYUBPZNJWXUSID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 159000000001 potassium salts Chemical class 0.000 description 1
- OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L potassium sulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011151 potassium sulphates Nutrition 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 230000034655 secondary growth Effects 0.000 description 1
- 229910021646 siderite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229920005552 sodium lignosulfonate Polymers 0.000 description 1
- NVIFVTYDZMXWGX-UHFFFAOYSA-N sodium metaborate Chemical compound [Na+].[O-]B=O NVIFVTYDZMXWGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 description 1
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 description 1
- UGTZMIPZNRIWHX-UHFFFAOYSA-K sodium trimetaphosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P1(=O)OP([O-])(=O)OP([O-])(=O)O1 UGTZMIPZNRIWHX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- RCIVOBGSMSSVTR-UHFFFAOYSA-L stannous sulfate Chemical compound [SnH2+2].[O-]S([O-])(=O)=O RCIVOBGSMSSVTR-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 210000003537 structural cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011975 tartaric acid Substances 0.000 description 1
- 235000002906 tartaric acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000009974 thixotropic effect Effects 0.000 description 1
- 229910000375 tin(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- SRWMQSFFRFWREA-UHFFFAOYSA-M zinc formate Chemical compound [Zn+2].[O-]C=O SRWMQSFFRFWREA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
- C04B20/10—Coating or impregnating
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
- E21B33/13—Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices or the like
- E21B33/138—Plastering the borehole wall; Injecting into the formation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
- C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
- C04B14/047—Zeolites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
- C04B24/003—Phosphorus-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
- C04B24/16—Sulfur-containing compounds
- C04B24/20—Sulfonated aromatic compounds
- C04B24/22—Condensation or polymerisation products thereof
- C04B24/226—Sulfonated naphtalene-formaldehyde condensation products
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
- C04B24/24—Macromolecular compounds
- C04B24/26—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- C04B24/2605—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing polyether side chains
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
- C04B28/10—Lime cements or magnesium oxide cements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/18—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing mixtures of the silica-lime type
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
- C04B40/06—Inhibiting the setting, e.g. mortars of the deferred action type containing water in breakable containers ; Inhibiting the action of active ingredients
- C04B40/0658—Retarder inhibited mortars activated by the addition of accelerators or retarder-neutralising agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/42—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells
- C09K8/46—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing inorganic binders, e.g. Portland cement
- C09K8/467—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing inorganic binders, e.g. Portland cement containing additives for specific purposes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2103/00—Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
- C04B2103/0068—Ingredients with a function or property not provided for elsewhere in C04B2103/00
- C04B2103/0088—Compounds chosen for their latent hydraulic characteristics, e.g. pozzuolanes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2103/00—Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
- C04B2103/40—Surface-active agents, dispersants
- C04B2103/408—Dispersants
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
Description
Уровень техникиState of the art
[0001] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к операциям подземного цементирования и в некоторых вариантах реализации к цементным композициям с отсроченным схватыванием и способам применения цементных композиций с отсроченным схватыванием в подземных пластах.[0001] Embodiments of the present invention relate to underground cementing operations and, in some embodiments, to delayed setting cement compositions and methods for using delayed setting cement compositions in underground formations.
[0002] Цементные композиции могут быть использованы в различных подземных операциях. Например, при строительстве подземной скважины колонна труб (например, обсадная колонна, хвостовики, расширяемые трубные элементы и т.д.) может быть опущена в ствол скважины и зацементирована на месте. Процесс цементирования колонны труб на месте обычно называют «первичным цементированием». В обычном способе первичного цементирования цементная композиция может быть закачана в кольцевой зазор между стенками ствола скважины и внешней поверхностью колонны труб, расположенной в нем. Цементная композиция может схватываться в кольцевом зазоре, образуя кольцевую оболочку из затвердевшего, по существу, непроницаемого цемента (т.е. цементную оболочку), которая может поддерживать и удерживать на месте колонну труб в стволе скважины, и может связывать внешнюю поверхность колонны труб с подземным пластом. Помимо прочего, цементная оболочка, окружающая колонну труб, препятствует миграции текучих сред в кольцевой зазор и защищает колонну труб от коррозии. Цементные композиции также могут быть использованы в способах ремонтного цементирования для герметизации трещин или отверстий в колоннах труб или цементных оболочках, для герметизации высокопроницаемых зон или трещин пласта или для установки цементной пробки и т.п.[0002] Cement compositions can be used in various underground operations. For example, during the construction of an underground well, a string of pipes (for example, casing, liners, expandable pipe elements, etc.) can be lowered into the wellbore and cemented in place. The process of cementing a pipe string in place is commonly referred to as “primary cementing”. In a conventional primary cementing method, the cement composition may be pumped into an annular gap between the walls of the wellbore and the outer surface of the pipe string located therein. The cementitious composition can set in an annular gap to form an annular shell of hardened, substantially impermeable cement (i.e., cement shell), which can support and hold the pipe string in place in the wellbore, and can bond the outer surface of the pipe string to the subterranean layer. Among other things, the cement sheath surrounding the pipe string prevents the migration of fluids into the annular gap and protects the pipe string from corrosion. Cement compositions can also be used in repair cementing methods for sealing cracks or holes in pipe columns or cement shells, for sealing highly permeable zones or formation cracks, or for installing cement plugs or the like.
[0003] В операциях подземного цементирования используют множество различных цементных композиций. В некоторых случаях используют цементные композиции с отсроченным схватыванием. Цементные композиции с отсроченным схватыванием характеризуются тем, что они остаются в текучем состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение по меньшей мере примерно одного дня (например, примерно 7 дней, примерно 2 недель, примерно 2 лет или более) при комнатной температуре (например, примерно 80°F (27°C)) при хранении в покое. При необходимости применения, цементные композиции с отсроченным схватыванием должны быть способны к активации с последующим развитием требуемой прочности на сжатие. Например, в цементную композицию с отсроченным схватыванием может быть добавлен активатор схватывания цемента для инициации схватывания композиции в затвердевшую массу. Среди прочего, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут быть пригодны для применения в таких применениях в стволе скважины, в которых необходимо получить цементную композицию заранее. Это может обеспечивать возможность хранения цементной композиции до применения. Кроме того, это может обеспечивать возможность получения цементной композиции в удобном месте с последующей транспортировкой на рабочую площадку. Соответственно, могут быть снижены капитальные затраты благодаря уменьшению потребности в бестарном хранении на площадке и смесительном оборудовании. Это может быть особенно полезно для шельфовых операций цементирования, где пространство на борту для установки емкостей может быть ограничено.[0003] In underground cementing operations, many different cement compositions are used. In some cases, delayed setting cementitious compositions are used. Delayed setting cement compositions are characterized in that they remain in a fluid state suitable for pumping for at least about one day (e.g., about 7 days, about 2 weeks, about 2 years or more) at room temperature (e.g. , approximately 80 ° F (27 ° C)) when stored alone. If necessary, delayed setting cementitious compositions should be capable of activation with the subsequent development of the required compressive strength. For example, a cement setting activator may be added to the delayed setting cement composition to initiate setting of the composition into the hardened mass. Among other things, delayed setting cement compositions may be suitable for use in wellbore applications where it is necessary to obtain the cement composition in advance. This may allow storage of the cementitious composition prior to use. In addition, this may provide the possibility of obtaining a cement composition in a convenient place with subsequent transportation to the work site. Accordingly, capital costs can be reduced by reducing the need for bulk storage at the site and mixing equipment. This can be especially useful for offshore cementing operations where space on board for installing containers may be limited.
[0004] Несмотря на то, что до настоящего времени разработаны цементные композиции с отсроченным схватыванием, существуют проблемы их успешного применения в операциях подземного цементирования. Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием, полученные с применением портландцемента, могут иметь нежелательные проблемы гелеобразования, которые могут ограничивать их применение и эффективность в операциях цементирования. Другие разработанные композиции с отсроченным схватыванием, например, композиции, содержащие гашеную известь и кварц, могут быть эффективными для некоторых операций, но могут иметь ограниченное применение при более низких температурах, поскольку они не могут развивать достаточную прочность на сжатие при использовании в подземных пластах, имеющих более низкие статические температуры на забое скважины. Кроме того, активировать некоторые цементные композиции с отсроченным схватыванием при сохранении приемлемого времени загустевания и развития прочности на сжатие может быть проблематичным.[0004] Despite the fact that cement compositions with delayed setting have been developed to date, there are problems with their successful application in underground cementing operations. For example, delayed setting cement compositions prepared using Portland cement may have undesirable gelation problems that may limit their use and effectiveness in cementing operations. Other delayed setting compositions, for example, compositions containing hydrated lime and quartz, may be effective for some operations, but may be of limited use at lower temperatures because they cannot develop sufficient compressive strength when used in underground formations having lower static temperatures at the bottom of the well. In addition, activating some delayed setting cementitious compositions while maintaining an acceptable thickening time and developing compressive strength can be problematic.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
[0005] Указанные чертежи иллюстрируют некоторые аспекты некоторых вариантов реализации способов и композиций согласно настоящему изобретению, и их не следует использовать для ограничения или определения границ объема указанных способов или композиций.[0005] These drawings illustrate certain aspects of certain embodiments of the methods and compositions of the present invention, and should not be used to limit or define the scope of said methods or compositions.
[0006] На фиг. 1 изображена система для получения и доставки цементной композиции в ствол скважины в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.[0006] FIG. 1 shows a system for producing and delivering a cement composition to a wellbore in accordance with some embodiments of the invention.
[0007] На фиг. 2А изображено наземное оборудование, которое может быть использовано для укладки цементной композиции в ствол скважины в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.[0007] FIG. 2A depicts ground equipment that can be used to lay a cement composition in a wellbore in accordance with some embodiments of the invention.
[0008] На фиг. 2B изображена укладка цементной композиции в кольцевое пространство ствола скважины в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.[0008] FIG. 2B shows the placement of a cement composition in the annular space of a wellbore in accordance with some embodiments of the invention.
Описание предпочтительных вариантов реализации изобретенияDescription of preferred embodiments of the invention
[0009] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к операциям подземного цементирования и в некоторых вариантах реализации к цементным композициям с отсроченным схватыванием и способам применения цементных композиций с отсроченным схватыванием в подземных пластах. Согласно конкретным вариантам реализации изобретения предложены усовершенствованные активаторы схватывания цемента, которые применяют для активации цементных композиций, содержащих пуццолановые материалы, которые содержат замедлитель схватывания цемента, имеют длительное время схватывания и/или обладают недостаточной начальной прочностью.[0009] Embodiments of the present invention relate to underground cementing operations and, in some embodiments, to delayed setting cement compositions and methods for using delayed setting cement compositions in underground formations. According to specific embodiments of the invention, improved cement setting activators are provided that are used to activate cement compositions containing pozzolanic materials that contain a cement set retarder, have a long setting time and / or have insufficient initial strength.
[0010] Варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут, как правило, содержать воду, пуццолан и гашеную известь. Необязательно цементные композиции могут дополнительно содержать диспергатор и/или замедлитель схватывания цемента. Преимущественно, варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть способны сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение продолжительного периода времени. Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение по меньшей мере примерно 1 дня или дольше. Преимущественно, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут развивать требуемую прочность при сжатии после активации при относительно низких температурах. При том, что цементные композиции с отсроченным схватыванием могут быть пригодны для многих операций подземного цементирования, они могут быть особенно подходящими для использования в подземных пластах с относительно низкими статическими температурами на забое скважины, например, температурами ниже, чем примерно 200°F (93°C) или находящимися в диапазоне от примерно 100°F (38°C) до примерно 200°F (93°C). В альтернативных вариантах реализации изобретения, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут использоваться в подземных пластах со статическими температурами на забое скважины вплоть до 450°F (232°C) или выше.[0010] Embodiments of delayed setting cement compositions may typically comprise water, pozzolan, and hydrated lime. Optionally, the cement compositions may further comprise a dispersant and / or a cement setting retarder. Advantageously, embodiments of delayed setting cement compositions may be able to remain in a liquid state suitable for pumping by a pump for an extended period of time. For example, delayed setting cement compositions can be maintained in a liquid state suitable for pumping for at least about 1 day or longer. Advantageously, delayed setting cementitious compositions can develop the required compressive strength after activation at relatively low temperatures. While delayed setting cement compositions may be suitable for many underground cementing operations, they may be particularly suitable for use in underground formations with relatively low static temperatures at the bottom of the well, for example, temperatures lower than about 200 ° F (93 ° C) or ranging from about 100 ° F (38 ° C) to about 200 ° F (93 ° C). In alternative embodiments of the invention, delayed setting cement compositions can be used in subterranean formations with static bottomhole temperatures of up to 450 ° F (232 ° C) or higher.
[0011] Вода, используемая в различных вариантах реализации, может быть из любого источника, при условии, что она не содержит избытка соединений, которые могут неблагоприятно влиять на другие компоненты цементных композиций с отсроченным схватыванием. Например, цементная композиция может содержать пресную воду или соленую воду. Соленая вода, как правило, может содержать одну или более солей, растворенных в ней, и может быть насыщенной или ненасыщенной, как требуется для конкретного применения. Для применения в различных вариантах реализации может быть пригодна морская вода или рассолы. Кроме того, вода может присутствовать в количестве, достаточном для получения раствора, пригодного для перекачивания насосом. В некоторых вариантах реализации изобретения вода может присутствовать в цементных композициях с отсроченным схватыванием в количестве в диапазоне от примерно 33% до примерно 200% относительно массы пуццолана. В некоторых вариантах реализации изобретения вода может присутствовать в цементных композициях с отсроченным схватыванием в количестве в диапазоне от примерно 35% до примерно 70% относительно массы пуццолана. Специалисты в данной области техники с помощью настоящего описания могут определить подходящее количество воды для выбранного применения.[0011] The water used in various embodiments may be from any source, provided that it does not contain an excess of compounds that can adversely affect other components of delayed setting cement compositions. For example, the cement composition may contain fresh water or salt water. Salt water, as a rule, may contain one or more salts dissolved in it, and may be saturated or unsaturated, as required for a particular application. Seawater or brines may be suitable for use in various embodiments. In addition, water may be present in an amount sufficient to obtain a solution suitable for pumping. In some embodiments, water may be present in delayed setting cement compositions in an amount in the range of about 33% to about 200% based on the weight of pozzolan. In some embodiments, water may be present in delayed setting cement compositions in an amount in the range of from about 35% to about 70% based on the weight of pozzolan. Specialists in the art using the present description can determine the appropriate amount of water for the selected application.
[0012] Варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут содержать пуццолан. Для применения в различных вариантах реализации подходит любой пуццолан. Иллюстративные варианты реализации, содержащие пуццолан, могут содержать золу-унос, кварцевую пыль, метакаолин, природный пуццолан (например, пемзу) или их комбинации.[0012] Embodiments of delayed setting cement compositions may include pozzolan. For use in various embodiments, any pozzolan is suitable. Illustrative embodiments containing pozzolan may contain fly ash, silica dust, metakaolin, natural pozzolan (e.g., pumice), or combinations thereof.
[0013] Пример подходящего пуццолана может включать золу-унос. Могут быть пригодны различные типы золы-уноса, включая золу-унос, классифицированную Американским нефтяным институтом как зола-унос класса С и класса F, API Specification for Materials and Testing for Well Cements, API Specification 10, пятое изд., 1 июля, 1990. Зола-унос класса С содержит одновременно диоксид кремния и известь, поэтому при смешивании с водой она может схватываться с получением затвердевшей массы. Зола-унос класса F, как правило, не содержит достаточного количества извести для инициации реакции цементирования, поэтому для цементной композиции с отсроченным схватыванием, содержащей золу-унос класса F, необходим дополнительный источник ионов кальция. В некоторых вариантах реализации изобретения с золой-уносом класса F можно смешивать известь в количестве в диапазоне от примерно 0,1% до примерно 100% относительно массы золы-уноса. В некоторых случаях известь может представлять собой гашеную известь. Подходящие примеры золы-уноса включают, но не ограничиваются следующим, цементную добавку POZMIX® А, производства компании Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, штат Техас.[0013] An example of a suitable pozzolan may include fly ash. Various types of fly ash may be suitable, including the fly ash classified by the American Petroleum Institute as Class C and Class F fly ash, API Specification for Materials and Testing for Well Cements,
[0014] Пример подходящего пуццолана может включать метакаолин. Как правило, метакаолин представляет собой белый пуццолан, который может быть получен путем нагревания каолиновой глины, до температур в диапазоне от примерно 600°C до примерно 800°C.[0014] An example of a suitable pozzolan may include metakaolin. Typically, metakaolin is a white pozzolan, which can be obtained by heating kaolin clay, to temperatures in the range from about 600 ° C to about 800 ° C.
[0015] Пример подходящего пуццолана может включать природный пуццолан. Природные пуццоланы обычно находятся на поверхности земли и схватываются и затвердевают в присутствии гашеной извести и воды. Варианты реализации, содержащие природный пуццолан, могут содержать пемзу, диатомовую землю, вулканический пепел, опалиновый сланец, туф и их комбинации. Природные пуццоланы могут быть измельченными или неизмельченными. Как правило, природные пуццоланы могут иметь любое распределение частиц по размеру, соответствующее конкретному применению. В некоторых вариантах реализации изобретения природные пуццоланы могут иметь средний размер частиц в диапазоне от примерно 1 микрона до примерно 200 микрон. Средний размер частиц соответствует значениям d50, измеренным с помощью анализаторов размера частиц, таких как анализаторы производства компании Malvern Instruments, Вустершир, Великобритания. В конкретных вариантах реализации изобретения природные пуццоланы могут иметь средний размер частиц в диапазоне от примерно 1 микрона до примерно 200 микрон, от примерно 5 микрон до примерно 100 микрон или от примерно 10 микрон до примерно 50 микрон. В одном из конкретных вариантов реализации природные пуццоланы могут иметь средний размер частиц менее примерно 15 микрон. Примером подходящего промышленного природного пуццолана является пемза производства компании Hess Pumice Products, Inc., Малад, штат Айдахо, выпускаемая как легкий заполнитель DS-325, который имеет размер частиц менее примерно 15 микрон. Следует понимать, что слишком малый размер частиц может обусловливать проблемы при смешивании, тогда как слишком большой размер частиц может обусловливать недостаточно эффективное суспендирование в композициях и более слабую реакционную способность, обусловленную меньшей удельной поверхностью. Специалисты в данной области техники с помощью настоящего описания могут выбрать размер частиц природных пуццоланов, подходящий для использования в выбранном применении.[0015] An example of a suitable pozzolan may include natural pozzolan. Natural pozzolans are usually found on the surface of the earth and set and harden in the presence of hydrated lime and water. Embodiments containing natural pozzolan may include pumice, diatomaceous earth, volcanic ash, opaline shale, tuff, and combinations thereof. Natural pozzolans can be shredded or unshredded. Typically, natural pozzolans can have any particle size distribution appropriate for the particular application. In some embodiments of the invention, natural pozzolans may have an average particle size in the range of from about 1 micron to about 200 microns. The average particle size corresponds to d50 values measured using particle size analyzers, such as analyzers manufactured by Malvern Instruments, Worcestershire, UK. In particular embodiments, natural pozzolans may have an average particle size in the range of from about 1 micron to about 200 microns, from about 5 microns to about 100 microns, or from about 10 microns to about 50 microns. In one particular embodiment, natural pozzolans may have an average particle size of less than about 15 microns. An example of a suitable industrial natural pozzolan is pumice made by Hess Pumice Products, Inc., Malad, Idaho, sold as a lightweight aggregate DS-325 that has a particle size of less than about 15 microns. It should be understood that too small a particle size can cause mixing problems, while too large a particle size can cause insufficiently effective suspension in the compositions and weaker reactivity due to a lower specific surface area. Specialists in the art using the present description can choose the particle size of natural pozzolans, suitable for use in the selected application.
[0016] Варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут содержать гашеную известь. В контексте настоящего изобретения термин «гашеная известь» следует понимать как гидроксид кальция. В некоторых вариантах реализации изобретения гашеная известь может быть представлена в виде негашеной извести (оксида кальция), которая гидратируется при смешивании с водой с получением гашеной извести. Гашеная известь может быть вовлечена в различные варианты реализации, например, для получения гидравлической композиции с пуццоланом. Например, гашеная известь может быть добавлена в массовом соотношении пуццолана к гашеной извести, составляющем от примерно 10:1 до примерно 1:1 или в соотношении от примерно 3:1 до примерно 5:1. При ее наличии, гашеная известь может быть введена в цементные композиции с отсроченным схватыванием в количестве, например, в диапазоне от примерно 10% до примерно 100% относительно массы пуццолана. В некоторых вариантах реализации изобретения гашеная известь может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми следующими значениями: примерно 10%, примерно 20%, примерно 40%, примерно 60%, примерно 80% или примерно 100% относительно массы пуццолана, и/или включая указанные значения. В некоторых вариантах реализации изобретения цементирующие компоненты, присутствующие в цементной композиции с отсроченным схватыванием, могут состоять по существу из пуццолана и гашеной извести. Например, цементирующие компоненты могут содержать, главным образом, пуццолан и гашеную известь без каких-либо дополнительных цементирующих компонентов (например, портландцемента), которые гидравлически схватываются в присутствии воды. Специалисты в данной области техники с помощью настоящего описания могут определить подходящее количество гашеной извести для введения в выбранное применение.[0016] Embodiments of delayed setting cement compositions may include slaked lime. In the context of the present invention, the term "slaked lime" should be understood as calcium hydroxide. In some embodiments of the invention, slaked lime may be in the form of quicklime (calcium oxide), which is hydrated when mixed with water to produce slaked lime. Slaked lime can be involved in various embodiments, for example, to obtain a hydraulic composition with pozzolan. For example, slaked lime can be added in a weight ratio of pozzolan to slaked lime of about 10: 1 to about 1: 1, or in a ratio of from about 3: 1 to about 5: 1. If present, slaked lime can be incorporated into cement compositions with delayed setting in an amount, for example, in the range of from about 10% to about 100%, relative to the weight of pozzolan. In some embodiments, slaked lime may be present in an amount in the range between any of the following values: about 10%, about 20%, about 40%, about 60%, about 80%, or about 100% based on the weight of pozzolan, and / or including values. In some embodiments, cementitious components present in a delayed setting cement composition may consist essentially of pozzolan and slaked lime. For example, cementitious components may contain mainly pozzolan and slaked lime without any additional cementitious components (e.g. Portland cement) that hydraulically set in the presence of water. Specialists in the art using the present description can determine the appropriate amount of slaked lime for introduction into the selected application.
[0017] Варианты реализации изобретения цементных композиций с отсроченным схватыванием могут содержать замедлитель схватывания. Для использования в цементных композициях с отсроченным схватыванием подходит широкий спектр замедлителей схватывания. Например, замедлитель схватывания может содержать фосфоновые кислоты, такие как этилендиамин-тетра-(метиленфосфоновая кислота), диэтилентриамин-пента-(метиленфосфоновая кислота) и т.д.; лигносульфонаты, такие как лигносульфонат натрия, лигносульфонат кальция и т.д.; соли, такие как сульфат двухвалентного олова, ацетат свинца, монокальцийфосфат, органические кислоты, такие как лимонная кислота, винная кислота, и т.д.; производные целлюлозы, такие как гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ) и карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза (КМГЭЦ); синтетические со- или терполимеры, содержащие сульфонатные группы или карбоксильные группы, такие как сополимеры акриламида и акриловой кислоты, содержащие сульфонатные функциональные группы; боратные соединения, такие как щелочноборатные соединения, метаборат натрия, тетраборат натрия, пентаборат калия; производные указанных соединений или смеси указанных соединений. Примеры подходящих замедлителей схватывания включают, в том числе, производные фосфоновой кислоты. Один из примеров подходящего замедлителя схватывания представляет собой замедлитель схватывания Micro Matrix® производства компании Halliburton Energy Services, Inc. В общем случае, замедлитель схватывания может присутствовать в цементных композициях с отсроченным схватыванием в количестве, достаточном для отсрочки затвердевания на нужное время. В некоторых вариантах реализации изобретения замедлитель схватывания цемента может присутствовать в цементных композициях с отсроченным схватыванием в количестве в диапазоне от примерно 0,01% до примерно 10% относительно массы пуццолана. В конкретных вариантах реализации изобретения замедлитель схватывания цемента может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми следующими значениями: примерно 0,01%, примерно 0,1%, примерно 1%, примерно 2%, примерно 4%, примерно 6%, примерно 8% или примерно 10% относительно массы пуццолана, и/или включая указанные значения. Специалисты в данной области техники с помощью настоящего описания способны определить подходящее количество замедлителя схватывания для введения в выбранное применение.[0017] Embodiments of the delayed setting cement compositions may include a setting retarder. A wide range of setting retarders is suitable for use in delayed setting cement compositions. For example, the setting retarder may contain phosphonic acids such as ethylenediamine-tetra- (methylenephosphonic acid), diethylene triamine-penta- (methylenephosphonic acid), etc .; lignosulfonates such as sodium lignosulfonate, calcium lignosulfonate, etc .; salts such as stannous sulfate, lead acetate, monocalcium phosphate, organic acids such as citric acid, tartaric acid, etc .; cellulose derivatives such as hydroxyethyl cellulose (HEC) and carboxymethyl hydroxyethyl cellulose (CMHEC); synthetic co- or terpolymers containing sulfonate groups or carboxyl groups, such as copolymers of acrylamide and acrylic acid containing sulfonate functional groups; borate compounds such as alkali borate compounds, sodium metaborate, sodium tetraborate, potassium pentaborate; derivatives of these compounds or mixtures of these compounds. Examples of suitable setting retarders include, but are not limited to, phosphonic acid derivatives. One example of a suitable retarder is the Micro Matrix ® retarder from Halliburton Energy Services, Inc. In general, a setting retarder may be present in cementitious compositions with delayed setting in an amount sufficient to delay the hardening by the desired time. In some embodiments, a cement setting retarder may be present in delayed setting cement compositions in an amount in the range of about 0.01% to about 10% based on the weight of pozzolan. In specific embodiments of the invention, the cement set retarder may be present in an amount in the range between any of the following values: about 0.01%, about 0.1%, about 1%, about 2%, about 4%, about 6%, about 8% or about 10% based on the weight of pozzolan, and / or including the indicated values. Specialists in the art using the present description are able to determine the appropriate amount of retarder for introduction to the selected application.
[0018] Как упомянуто выше, варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут необязательно содержать диспергатор. Примеры подходящих диспергаторов включают, без ограничения, диспергаторы на основе сульфонированного формальдегида (например, сульфонированный продукт конденсации ацетона с формальдегидом), примеры которых могут включать диспергатор Daxad® 19 производства компании Geo Specialty Chemicals, Амблер, штат Пенсильвания. Другие подходящие диспергаторы могут представлять собой диспергаторы на основе поликарбоксилированного простого эфира, такие как диспергаторы Liquiment® 5581F и Liquiment® 514L производства компании BASF Corporation Houston, Texas; или диспергатор Ethacryl™ G производства компании Coatex, Genay, Франция. Дополнительный пример подходящего имеющегося в продаже диспергатора представляет собой диспергатор CFR™-3 производства компании Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, штат Техас. Диспергатор Liquiment® 514L может содержать 36% по массе поликарбоксилированного простого эфира в воде. Хотя в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения могут быть использованы различные диспергаторы, диспергаторы на основе поликарбоксилированных простых эфиров могут являться особенно подходящими для применения в некоторых вариантах реализации. Не ограничиваясь теорией, полагают, что диспергаторы на основе поликарбоксилированных простых эфиров могут синергетически взаимодействовать с другими компонентами цементной композиции с отсроченным схватыванием. Например, полагают, что диспергаторы на основе поликарбоксилированных простых эфиров могут взаимодействовать с некоторыми замедлителями схватывания цемента (например, производными фосфоновой кислоты), что приводит к образованию геля, который суспендирует пуццолан и гашеную известь в композиции в течение продолжительного периода времени.[0018] As mentioned above, embodiments of delayed setting cement compositions may optionally comprise a dispersant. Examples of suitable dispersants include, without limitation, dispersants based on sulfonated formaldehyde (e.g., the sulphonated condensation product of acetone, formaldehyde), examples of which may include a dispersant Daxad ® 19 manufactured by Geo Specialty Chemicals, Ambler, Pennsylvania. Other suitable dispersants may be based dispersants polycarboxylate ether dispersants such as Liquiment ® 5581F and Liquiment ® 514L, manufactured by BASF Corporation Houston, Texas; or Ethacryl ™ G Dispersant manufactured by Coatex, Genay, France. A further example of a suitable commercially available dispersant is the CFR ™ -3 dispersant manufactured by Halliburton Energy Services, Inc. of Houston, Texas. Dispersant Liquiment ® 514L may comprise 36% by weight of a polycarboxylate ether in water. Although various dispersants may be used in accordance with embodiments of the present invention, dispersants based on polycarboxylated ethers may be particularly suitable for use in some embodiments. Not limited to theory, it is believed that dispersants based on polycarboxylated ethers can synergistically interact with other components of a delayed setting cement composition. For example, it is believed that dispersants based on polycarboxylated ethers can interact with some cement set retarders (e.g., phosphonic acid derivatives), resulting in the formation of a gel that suspends pozzolan and slaked lime in the composition over an extended period of time.
[0019] В некоторых вариантах реализации изобретения диспергатор может быть включен в цементные композиции с отсроченным схватыванием в количестве в диапазоне от примерно 0,01% до примерно 5% относительно массы пуццолана. В конкретных вариантах реализации диспергатор может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми следующими значениями: примерно 0,01%, примерно 0,1%, примерно 0,5%, примерно 1%, примерно 2%, примерно 3%, примерно 4% или примерно 5% относительно массы пуццолана, и/или включая указанные значения. Специалисты в данной области техники с помощью настоящего описания смогут определить подходящее количество используемого диспергатора для включения в выбранное применение.[0019] In some embodiments, the dispersant may be included in delayed setting cement compositions in an amount in the range of from about 0.01% to about 5% based on the weight of pozzolan. In specific embodiments, the dispersant may be present in an amount in the range between any of the following values: about 0.01%, about 0.1%, about 0.5%, about 1%, about 2%, about 3%, about 4%, or about 5% by weight of pozzolan, and / or including the indicated values. Specialists in the art using the present description will be able to determine the appropriate amount of dispersant used for inclusion in the selected application.
[0020] Некоторые варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут содержать источники диоксида кремния, помимо пуццолана, например, кристаллический диоксид кремния и/или аморфный диоксид кремния. Кристаллический диоксид кремния представляет собой порошок, который может быть введен в различные варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием, например, для предотвращения снижения прочности цемента на сжатие. Аморфный диоксид кремния представляет собой порошок, который может быть включен в различные варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием в качестве легковесного наполнителя и/или для повышения прочности цемента на сжатие. Аморфный диоксид кремния, как правило, представляет собой побочный продукт процесса получения ферросилиция, где аморфный диоксид кремния может быть образован посредством окисления и конденсации газообразного субоксида кремния, SiO, который образуется в указанном процессе как промежуточное соединение. Пример подходящего источника аморфного диоксида кремния представляет собой цементную добавку Silicalite™ производства компании Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, Штат Техас. В вариантах реализации, содержащих дополнительные источники диоксида кремния, дополнительный источник диоксида кремния может быть использован по мере необходимости для улучшения прочности на сжатие или времени схватывания.[0020] Some embodiments of delayed setting cement compositions may contain silica sources other than pozzolan, for example crystalline silica and / or amorphous silica. Crystalline silicon dioxide is a powder that can be incorporated into various embodiments of delayed setting cement compositions, for example, to prevent a decrease in the compressive strength of cement. Amorphous silicon dioxide is a powder that can be included in various embodiments of delayed setting cement compositions as a lightweight filler and / or to increase the compressive strength of cement. Amorphous silicon dioxide is typically a by-product of the process of producing ferrosilicon, where amorphous silicon dioxide can be formed by oxidation and condensation of gaseous silicon dioxide, SiO, which is formed in the process as an intermediate. An example of a suitable source of amorphous silica is Silicalite ™ cement additive manufactured by Halliburton Energy Services, Inc., Houston, Texas. In embodiments containing additional sources of silicon dioxide, an additional source of silicon dioxide can be used as necessary to improve compressive strength or setting time.
[0021] Другие добавки, подходящие для применения в операциях подземного цементирования, также могут быть введены в варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием. Примеры таких добавок включают, без ограничения: утяжелители, легковесные добавки, газообразующие добавки, добавки для улучшения механических свойств, материалы для борьбы с потерей циркуляции, добавки для регулирования фильтрации, добавки для регулирования водопоглощения, пеногасители, пенообразующие агенты, тиксотропные добавки и комбинации указанных добавок. В различных вариантах реализации одна или более указанных добавок могут быть добавлены в цементные композиции с отсроченным схватыванием после хранения, но до укладки цементной композиции с отсроченным схватыванием в подземный пласт. Специалисты в данной области техники с помощью настоящего описания могут легко определить тип и количество добавки, подходящей для конкретного применения и требуемого результата.[0021] Other additives suitable for use in underground cementing operations may also be incorporated into delayed setting cement compositions. Examples of such additives include, but are not limited to: weighting agents, lightweight additives, blowing agents, additives to improve mechanical properties, materials to combat loss of circulation, additives to control filtration, additives to control water absorption, defoamers, foaming agents, thixotropic additives and combinations of these additives . In various embodiments, one or more of these additives can be added to the delayed setting cement compositions after storage, but before the delayed setting cement composition is laid in the subterranean formation. Specialists in the art using the present description can easily determine the type and amount of additive suitable for a particular application and the desired result.
[0022] Специалистам в данной области техники понятно, что варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием обычно должны иметь плотность, подходящую для конкретного применения. Например, цементные композиции могут иметь плотность в диапазоне от примерно 4 фунтов на галлон («ф/гал.») (480 кг/куб. м) до примерно 20 ф/гал. (2400 кг/куб. м). В некоторых вариантах реализации цементные композиции могут иметь плотность в диапазоне от примерно 8 ф/гал. (960 кг/куб. м) до примерно 17 ф/гал. (2040 кг/куб. м). Варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть вспененными или невспененными, или могут содержать другие средства для снижения плотности, такие как полые микросферы, эластичные гранулы низкой плотности или другие добавки для снижения плотности, известные в данной области техники. В различных вариантах реализации изобретения плотность может быть понижена после хранения, но до укладки в подземный пласт. В различных вариантах реализации могут быть использованы утяжеляющие добавки для повышения плотности цементных композиций с отсроченным схватыванием. Примеры подходящих утяжеляющих добавок могут включать барит, гематит, гаусманит, карбонат кальция, сидерит, ильменит или комбинации указанных минералов. В конкретных вариантах реализации утяжеляющие добавки могут иметь удельную плотность, равную 3 или более. Специалисты в данной области техники с помощью настоящего описания могут определить подходящую плотность для конкретного применения.[0022] Those skilled in the art will appreciate that embodiments of delayed setting cement compositions typically should have a density suitable for a particular application. For example, cementitious compositions may have a density in the range of from about 4 pounds per gallon (“f / gal.”) (480 kg / cubic meter) to about 20 f / gal. (2400 kg / cubic m). In some embodiments, cementitious compositions may have a density in the range of about 8 psig. (960 kg / cubic meter) to about 17 psig. (2040 kg / cubic m). Embodiments of delayed setting cement compositions may be foamed or non-foamed, or may contain other means for reducing density, such as hollow microspheres, low density elastic granules, or other density reducing additives known in the art. In various embodiments of the invention, the density may be reduced after storage, but before laying in an underground formation. In various embodiments, weighting additives can be used to increase the density of delayed setting cement compositions. Examples of suitable weighting agents may include barite, hematite, hausmanite, calcium carbonate, siderite, ilmenite, or combinations of these minerals. In specific embodiments, the weighting additives may have a specific gravity of 3 or more. Specialists in the art using the present description can determine the appropriate density for a particular application.
[0023] Как было указано ранее, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут находиться в состоянии отсроченного схватывания, в котором они остаются в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение по меньшей мере одного дня (например, по меньшей мере примерно 1 дня, примерно 2 недель, примерно 2 лет или более) при комнатной температуре (например, примерно 80°F (27°C)) при хранении в состоянии покоя. Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение периода времени от примерно 1 дня до примерно 7 дней или более. В некоторых вариантах реализации цементные композиции с отсроченным схватыванием могут сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение по меньшей мере примерно 1 дня, примерно 7 дней, примерно 10 дней, примерно 20 дней, примерно 30 дней, примерно 40 дней, примерно 50 дней, примерно 60 дней или более. Считают, что жидкость находится в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, если жидкость имеет консистенцию менее 70 единиц консистенции Вердена («Вс»), измеренную на консистометре для замеров под давлением в соответствии с методикой определения времени загустевания цемента, установленной в API RP Practice 10 В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, первое издание, июль, 2005.[0023] As previously indicated, delayed setting cement compositions may be in a setting delayed state in which they remain in a liquid state suitable for pumping for at least one day (eg, at least about 1 day, about 2 weeks, about 2 years or more) at room temperature (e.g., about 80 ° F (27 ° C)) when stored at rest. For example, delayed setting cement compositions may be maintained in a liquid state suitable for pumping for a period of from about 1 day to about 7 days or more. In some embodiments, delayed setting cement compositions can be maintained in a liquid state suitable for pumping for at least about 1 day, about 7 days, about 10 days, about 20 days, about 30 days, about 40 days, about 50 days, approximately 60 days or more. It is believed that the liquid is in a liquid state suitable for pumping if the liquid has a consistency of less than 70 Verdun consistency units (“Sun”), measured on a pressure consistency meter in accordance with the method of determining the thickening time of cement established in API RP Practice 10 B-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, First Edition, July 2005.
[0024] При необходимости использования вариантов реализации изобретения цементных композиций с отсроченным схватыванием, композиции можно активировать (например, посредством комбинации с активатором) для превращения в затвердевшую массу. Термин «активатор схватывания цемента» или «активатор» в контексте настоящего документа относится к добавке, которая активирует цементную композицию с отсроченным или слишком замедленным схватыванием и может также ускорять схватывание цементной композиции с отсроченным, слишком замедленным или иным схватыванием. Например, варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть активированы с получением затвердевшей массы в течение периода времени в диапазоне от примерно 1 часа до примерно 12 часов. Например, варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут схватываться с образованием затвердевшей массы в течение периода времени в диапазоне между любыми следующими значениями: примерно 1 день, примерно 2 дня, примерно 4 дня, примерно 6 дней, примерно 8 дней, примерно 10 дней или примерно 12 дней, и/или включая указанные значения.[0024] If it is necessary to use embodiments of the invention of cementitious compositions with delayed setting, the composition can be activated (for example, by combination with an activator) to turn into a hardened mass. The term “cement setting activator” or “activator” as used herein refers to an additive that activates a cement composition with a delayed or too slow setting and can also accelerate the setting of a cement composition with a delayed, too slow or different setting. For example, embodiments of delayed setting cement compositions can be activated to produce a hardened mass over a period of time ranging from about 1 hour to about 12 hours. For example, embodiments of delayed setting cement compositions can set to form a hardened mass over a period of time in the range between any of the following values: about 1 day, about 2 days, about 4 days, about 6 days, about 8 days, about 10 days, or approximately 12 days, and / or including the indicated values.
[0025] В некоторых вариантах реализации цементные композиции с отсроченным схватыванием после активации могут схватываться и достигать требуемой прочности на сжатие. Прочность на сжатие, как правило, представляет собой способность материала или структуры выдерживать силы сдавливания, приложенные в направлении вдоль оси. Прочность на сжатие может быть измерена в определенное время после того, как цементная композиция с отсроченным схватыванием была активирована, и полученная композиция была выдержана при определенной температуре и давлении. Прочность на сжатие может быть измерена разрушающими или неразрушающими методами. В разрушающем методе физически испытывают прочность образцов состава для обработки приствольной зоны в различные моменты времени путем разрушения образцов в машине для испытания на сжатие. Прочность на сжатие рассчитывают как разрушающую нагрузку, деленную на площадь поперечного сечения, выдерживающую указанную нагрузку, и указывают в единицах фунт-силы на квадратный дюйм (psi). Неразрушающие методы могут включать использование ультразвукового анализатора цемента UCA™ производства компании Fann Instrument Company, Хьюстон, штат Техас. Значения прочности на сжатие могут быть определены в соответствии с API RP 10 В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, первое издание, июль, 2005.[0025] In some embodiments, delayed setting cement compositions after activation can set and achieve the desired compressive strength. The compressive strength, as a rule, is the ability of a material or structure to withstand compressive forces applied in the direction along the axis. The compressive strength can be measured at a specific time after the delayed setting cement composition has been activated, and the resulting composition has been held at a specific temperature and pressure. The compressive strength can be measured by destructive or non-destructive methods. In the destructive method, the strength of the samples of the composition for treating the near-barrel zone is physically tested at various points in time by breaking the samples in a compression test machine. Compressive strength is calculated as the breaking load divided by the cross-sectional area that can withstand the specified load and is indicated in units of pound-force per square inch (psi). Non-destructive methods may include the use of an ultrasonic cement analyzer UCA ™ manufactured by Fann Instrument Company, Houston, Texas. Compressive strength values can be determined in accordance with API RP 10 B-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, First Edition, July 2005.
[0026] Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут развивать 24-часовую прочность на сжатие в диапазоне от примерно 50 psi (345 кПа) до примерно 5000 psi (34,5 МПа), в альтернативных вариантах от примерно 100 psi (690 кПа) до примерно 4500 psi (31,0 МПа), или альтернативно от примерно 50 psi до примерно 4000 psi (27,6 МПа). В некоторых вариантах реализации изобретения цементные композиции с отсроченным схватыванием могут развивать прочность на сжатие за 24 часа, составляющую по меньшей мере примерно 50 psi, по меньшей мере примерно 100 psi, по меньшей мере примерно 500 psi (3,4 МПа) или более. В некоторых вариантах реализации изобретения, значения компрессионной прочности можно определять с использованием разрушающих или неразрушающих методов в температурном диапазоне от 100°F (38°C) до 200°F (93°C).[0026] For example, delayed setting cement compositions can develop 24-hour compressive strength in the range of from about 50 psi (345 kPa) to about 5000 psi (34.5 MPa), in alternative embodiments, from about 100 psi (690 kPa) up to about 4,500 psi (31.0 MPa), or alternatively from about 50 psi to about 4,000 psi (27.6 MPa). In some embodiments, delayed setting cementitious compositions can develop a 24-hour compressive strength of at least about 50 psi, at least about 100 psi, at least about 500 psi (3.4 MPa) or more. In some embodiments of the invention, the values of compression strength can be determined using destructive or non-destructive methods in the temperature range from 100 ° F (38 ° C) to 200 ° F (93 ° C).
[0027] В некоторых вариантах реализации изобретения цементные композиции с отсроченным схватыванием могут иметь требуемое время густения после активации. Время густения обычно относится к времени, в течение которого текучая среда, такая как цементная композиция с отсроченным схватыванием, остается в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом. Для измерения времени густения могут быть использованы многочисленные лабораторные методики. Консистометр для замеров под давлением, эксплуатируемый в соответствии с методикой, описанной в вышеуказанном руководстве API RP Practice 10 В-2, может быть использован для определения того факта, находится ли текучая среда в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом. Время густения может представлять собой время, в течение которого текучая среда для обработки приствольной зоны достигает значения 70 Вс, и может быть указано как время до достижения 70 Вс. В некоторых вариантах реализации изобретения, цементные композиции могут иметь время густения более чем примерно 1 час, альтернативно, более чем примерно 2 часа, альтернативно, более чем примерно 5 часов при 3000 psi (20,7 МПа) и температурах в диапазоне от примерно 50°F (10°C) до примерно 400°F (204°C), альтернативно, в диапазоне от примерно 80°F (27°C) до примерно 250°F (121°C) и альтернативно, при температуре примерно 140°F (60°C).[0027] In some embodiments of the invention, delayed setting cement compositions may have the desired thickening time after activation. Thickening time generally refers to the time during which a fluid, such as a delayed setting cement composition, remains in a liquid state suitable for pumping. Numerous laboratory techniques can be used to measure thickening time. A pressure consistent consistometer operated in accordance with the method described in the API RP Practice 10 B-2 above can be used to determine if a fluid is in a liquid state suitable for pumping. The thickening time may be the time during which the fluid for processing the trunk zone reaches a value of 70 Vs, and may be indicated as the time to reach 70 Vs. In some embodiments of the invention, cementitious compositions may have a thickening time of more than about 1 hour, alternatively, more than about 2 hours, alternatively, more than about 5 hours at 3000 psi (20.7 MPa) and temperatures in the range of about 50 ° F (10 ° C) to about 400 ° F (204 ° C), alternatively, in the range of about 80 ° F (27 ° C) to about 250 ° F (121 ° C) and alternatively, at a temperature of about 140 ° F (60 ° C).
[0028] Варианты реализации могут включать введение активатора схватывания цемента в цементные композиции с отсроченным схватыванием. Примеры подходящих активаторов схватывания цемента включают, без ограничения: цеолиты, амины, такие как триэтаноламин, диэтаноламин; силикаты, такие как силикат натрия; формиат цинка; ацетат кальция; гидроксиды элементов IA группы и IIА группы, такие как гидроксид натрия, гидроксид магния и гидроксид кальция; одновалентные соли, такие как хлорид натрия; двухвалентные соли, такие как хлорид кальция; нанодиоксид кремния (т.е. диоксид кремния, имеющий размер частиц менее или примерно 100 нанометров); полифосфаты; и комбинации указанных добавок. В некоторых вариантах реализации изобретения для активации может быть использована комбинация полифосфата и одновалентной соли. Одновалентная соль может представлять собой любую соль, которая диссоциирует с образованием одновалентного катиона, такую как соли натрия и калия. Конкретные примеры подходящих одновалентных солей включают сульфат калия и сульфат натрия. В комбинации с одновалентными солями для активации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть использованы различные полифосфаты, включая соли полимерных метафосфатов, соли фосфатов и комбинации указанных солей. Конкретные примеры солей полимерных метафосфатов, которые могут быть использованы, включают гексаметафосфат натрия, триметафосфат натрия, тетраметафосфат натрия, пентаметафосфат натрия, гептаметафосфат натрия, октаметафосфат натрия и комбинации указанных слоей. Конкретный пример подходящего активатора схватывания цемента содержит комбинацию сульфата натрия и гексаметафосфата натрия. В конкретных вариантах реализации изобретения, активатор можно обеспечивать и вводить в цементную композицию с отсроченным схватыванием в виде жидкой добавки, например, жидкой добавки, содержащей одновалентную соль, полифосфат и, необязательно, диспергатор.[0028] Embodiments may include introducing a cement setting agent into delayed setting cement compositions. Examples of suitable cement setting agents include, but are not limited to: zeolites, amines such as triethanolamine, diethanolamine; silicates such as sodium silicate; zinc formate; calcium acetate; hydroxides of the elements of group IA and group IIA, such as sodium hydroxide, magnesium hydroxide and calcium hydroxide; monovalent salts, such as sodium chloride; divalent salts such as calcium chloride; silicon nanodioxide (i.e., silicon dioxide having a particle size of less than or about 100 nanometers); polyphosphates; and combinations of these additives. In some embodiments of the invention, a combination of a polyphosphate and a monovalent salt may be used for activation. The monovalent salt may be any salt that dissociates to form a monovalent cation, such as sodium and potassium salts. Specific examples of suitable monovalent salts include potassium sulfate and sodium sulfate. In combination with monovalent salts, various polyphosphates, including polymer metaphosphate salts, phosphate salts and combinations of these salts, can be used to activate delayed setting cement compositions. Specific examples of polymer metaphosphate salts that can be used include sodium hexametaphosphate, sodium trimetaphosphate, sodium tetramethaphosphate, sodium pentametaphosphate, sodium heptametaphosphate, sodium octametaphosphate, and combinations of these layers. A specific example of a suitable cement setting agent comprises a combination of sodium sulfate and sodium hexametaphosphate. In specific embodiments of the invention, the activator can be provided and incorporated into the delayed setting cementitious composition in the form of a liquid additive, for example, a liquid additive containing a monovalent salt, polyphosphate and, optionally, a dispersant.
[0029] Как обсуждалось выше, в качестве активаторов в варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием также могут быть включены цеолиты. Цеолиты представляют собой обычно пористые алюмосиликатные минералы, которые могут природными или синтетическими. Синтетические цеолиты имеют в своей основе тот же тип структурной ячейки, что и природные цеолиты, и могут содержать гидраты алюмосиликатов. В данном контексте термин «цеолит» относится ко всем природным и синтетическим формам цеолитов. Примером подходящего источника цеолита является цеолит Valfor-100® или цеолит Advera® 401 производства компании PQ Corporation, Малверн, штат Пенсильвания.[0029] As discussed above, zeolites can also be included as activators in embodiments of delayed setting cement compositions. Zeolites are usually porous aluminosilicate minerals that can be natural or synthetic. Synthetic zeolites are based on the same type of structural cell as natural zeolites and may contain hydrates of aluminosilicates. In this context, the term "zeolite" refers to all natural and synthetic forms of zeolites. An example of a suitable source of zeolite is Valfor-100 ® Zeolite or Advera ® 401 Zeolite manufactured by PQ Corporation, Malvern, PA.
[0030] Варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут содержать активатор схватывания цемента, содержащий цеолит, комбинацию цеолитов, комбинацию цеолита и активатора, не относящегося к цеолитам, комбинацию цеолитов и активатора, не относящегося к цеолитам, комбинацию цеолитов и комбинацию активаторов, не относящихся к цеолитам, или комбинации указанных вариантов. Варианты реализации, содержащие цеолит, могут содержать любой цеолит. Примеры цеолитов включают морденит, zsm-5, цеолит x, цеолит y, цеолит a, и т.д. Кроме того, варианты реализации, содержащие цеолит, могут содержать цеолит в комбинации с катионом, таким как Na+, К+, Са2+, Mg2+, и т.д. Цеолиты, содержащие катионы, такие как натрий, могут также по мере растворения цеолитов обеспечивать дополнительные источники катионов для цементной композиции с отсроченным схватыванием. Примером цеолита, содержащего катион (например, Na+), является упомянутый выше цеолит Valfor® 100. Не ограничиваясь теорией, полагают, что цеолиты увеличивают удельную поверхность пуццолана, не увеличивая при этом размер частиц пуццолана. Увеличенная удельная поверхность пуццолана может обеспечивать большую скорость растворения диоксида кремния, свободный диоксид кремния способен взаимодействовать с соединениями кальция, например, из гашеной извести, с образованием гелей гидрата силиката кальция. Увеличение удельной поверхности без изменения размера частиц обеспечивает преимущество, поскольку позволяет получить большую реакционную способность, не затрагивая другие свойства, такие как вязкость или пригодность к перекачиванию насосом. Натрийсодержащие цеолиты могут также участвовать в реакциях обмена натрия на кальций в растворе, в результате указанной реакции повышается рН жидкого цементного раствора и, следовательно, увеличивается скорость растворения диоксида кремния.[0030] Embodiments of delayed setting cement compositions may include a cement setting activator comprising a zeolite, a combination of zeolites, a combination of zeolite and an activator not related to zeolites, a combination of zeolites and an activator not related to zeolites, a combination of zeolites and a combination of activators not related to zeolites, or a combination of these options. Embodiments containing zeolite may contain any zeolite. Examples of zeolites include mordenite, zsm-5, zeolite x, zeolite y, zeolite a, etc. In addition, embodiments containing zeolite may contain zeolite in combination with a cation such as Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , etc. Zeolites containing cations, such as sodium, can also, as the zeolites dissolve, provide additional cation sources for the delayed setting cement composition. An example of a zeolite containing a cation (e.g., Na +), is the aforementioned zeolite Valfor ® 100. Without being limited by theory, it is believed that the increased surface area zeolites pozzolan, without increasing the size of the pozzolan particles. The increased specific surface of pozzolan can provide a high dissolution rate of silicon dioxide, free silicon dioxide is able to interact with calcium compounds, for example, from slaked lime, with the formation of gels of calcium silicate hydrate. The increase in specific surface area without changing the particle size provides an advantage, since it allows to obtain greater reactivity without affecting other properties, such as viscosity or pumpability. Sodium zeolites can also participate in the exchange of sodium for calcium in solution, as a result of this reaction, the pH of the liquid cement increases and, therefore, the rate of dissolution of silicon dioxide increases.
[0031] Цеолиты можно добавлять в цементные композиции с отсроченным схватыванием при помощи ряда способов. Один из вариантов реализации включает способ, согласно которому цеолиты добавляют непосредственно в цементные композиции с отсроченным схватыванием в количестве, достаточном для активации или ускорения схватывания цементной композиции. Альтернативный вариант реализации предусматривает инициацию роста кристаллов цеолита непосредственно на пуццолане. Пуццолан может служить источником питательных веществ для кристаллов цеолита, и при помещении пуццолановых частиц в условия синтеза цеолитов можно инициировать рост кристаллов цеолита в виде пленки или в виде неотъемлемой части частицы. Для получения различных цеолитов (например, zsm-5, цеолит x, и т.д.) на пуццолане можно применять различные методы зародышеобразования, такие как импульсное лазерное осаждение, вторичный рост, вакуумное осаждение и т.д. Синтезированные цеолиты могут образовывать кристаллы, пленки и/или включаться непосредственно в пуццолан. Пуццолан с осажденным на нем цеолите можно обеспечивать и применять для приготовления цементной композиции с отсроченным схватыванием.[0031] Zeolites can be added to delayed setting cement compositions using a number of methods. One embodiment includes a method according to which zeolites are added directly to cement compositions with delayed setting in an amount sufficient to activate or accelerate setting of the cement composition. An alternative implementation option involves initiating the growth of zeolite crystals directly on pozzolan. Pozzolan can serve as a source of nutrients for zeolite crystals, and when pozzolan particles are placed in the conditions of zeolite synthesis, it is possible to initiate the growth of zeolite crystals in the form of a film or as an integral part of the particle. To obtain various zeolites (e.g. zsm-5, zeolite x, etc.) on pozzolan, various nucleation methods can be applied, such as pulsed laser deposition, secondary growth, vacuum deposition, etc. The synthesized zeolites can form crystals, films and / or be incorporated directly into pozzolan. Pozzolan with zeolite deposited on it can be provided and used for the preparation of a cement composition with a delayed setting.
[0032] Активатор схватывания цемента следует добавлять в различные варианты реализации цементной композиции с отсроченным схватыванием в количестве, достаточном для инициации схватывания композиции с отсроченным схватыванием в затвердевшую массу. В некоторых вариантах реализации изобретения активатор схватывания цемента можно добавлять к цементной композиции в количестве в диапазоне от примерно 0,1% до примерно 20% относительно массы пуццолана. В конкретных вариантах реализации активатор схватывания цемента может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми следующими значениями: примерно 0,1%, примерно 1%, примерно 5%, примерно 10%, примерно 15% или примерно 20% относительно массы пуццолана, и/или включая указанные значения. Специалисты в данной области техники с помощью настоящего описания могут определить подходящее количество используемого активатора схватывания цемента для выбранного применения.[0032] A cement setting activator should be added to various delayed setting cementitious embodiments in an amount sufficient to initiate setting setting delayed setting in a hardened mass. In some embodiments of the invention, the cement setting agent can be added to the cement composition in an amount in the range of from about 0.1% to about 20% based on the weight of pozzolan. In specific embodiments, the cement set activator may be present in an amount in the range between any of the following values: about 0.1%, about 1%, about 5%, about 10%, about 15%, or about 20%, relative to the weight of pozzolan, and / or including the indicated values. Specialists in the art using the present description can determine the appropriate amount of used cement setting agent for the selected application.
[0033] Хотя выше приведено описание применения цеолитов в качестве активаторов цементной композиции с отсроченным схватыванием, понятно, что цеолиты можно применять в других цементных системах, содержащих пуццолан, для ускорения времени схватывания цементной композиции и для улучшения развития ранней прочности на сжатие. В некоторых вариантах реализации цеолит можно применять в цементной композиции, содержащей пуццолан и воду. В других вариантах реализации цементная композиция может дополнительно содержать гашеную известь и другие необязательные добавки, описанные выше. Описание применения цеолита в настоящей заявке не ограничено пуццолановыми цементными композициями с отсроченным схватыванием, но может быть использовано для любой пуццолановой цементной композиции, независимо от того, может ли указанная цементная композиция рассматриваться как композиция «с отсроченным схватыванием».[0033] Although the above describes the use of zeolites as activators of a delayed setting cement composition, it is understood that zeolites can be used in other cement systems containing pozzolan to accelerate the setting time of the cement composition and to improve the development of early compressive strength. In some embodiments, the zeolite can be used in a cement composition containing pozzolan and water. In other embodiments, the cement composition may further comprise hydrated lime and other optional additives described above. The description of the use of zeolite in this application is not limited to delayed setting pozzolanic cement compositions, but can be used for any pozzolanic cement composition, regardless of whether said cement composition can be considered as a “delayed setting” composition.
[0034] Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием можно использовать во множестве подземных операций, включая первичное и ремонтное цементирование. В некоторых вариантах реализации может быть обеспечена цементная композиция с отсроченным схватыванием, которая содержит воду, пуццолан, гашеную известь, замедлитель схватывания цемента и, необязательно, диспергатор. Цементная композиция с отсроченным схватыванием может быть введена в подземный пласт и оставлена для схватывания. В контексте настоящего документа введение цементной композиции с отсроченным схватыванием в подземный пласт включает введение в любую часть подземного пласта, включая, без ограничения, в ствол скважины, пробуренный в подземном пласте, в призабойную зону, окружающую ствол скважины, или в оба указанных варианта. Варианты реализации изобретения могут дополнительно включать активацию цементной композиции с отсроченным схватыванием. Активация цементной композиции с отсроченным схватыванием может включать, например, введение в цементную композицию с отсроченным схватыванием активатора схватывания цемента.[0034] Those skilled in the art will appreciate that embodiments of delayed setting cement compositions can be used in a variety of underground operations, including primary and repair cementing. In some embodiments, a delayed setting cement composition may be provided that comprises water, pozzolan, slaked lime, a cement setting retarder, and optionally a dispersant. Delayed setting cementitious composition can be introduced into the subterranean formation and left to set. In the context of this document, the introduction of a delayed setting cement composition into the subterranean formation includes the introduction into any part of the subterranean formation, including, without limitation, into the wellbore drilled in the subterranean formation, into the bottomhole zone surrounding the wellbore, or both. Embodiments of the invention may further include delayed setting cement composition activation. Activation of a delayed setting cement composition may include, for example, introducing a cement setting activator into a delayed setting cement composition.
[0035] В некоторых вариантах реализации может быть обеспечена цементная композиция с отсроченным схватыванием, которая содержит воду, пуццолан, гашеную известь, замедлитель схватывания цемента и, необязательно, диспергатор. Цементную композицию с отсроченным схватыванием можно хранить, например, в емкости или другом подходящем резервуаре. Цементную композицию с отсроченным схватыванием можно оставлять в хранилище на нужный период времени. Например, цементную композицию с отсроченным схватыванием можно оставлять в хранилище на период времени примерно 1 день или дольше. Например, цементную композицию с отсроченным схватыванием можно оставлять в хранилище в течение примерно 1 дня, примерно 2 дней, примерно 5 дней, примерно 7 дней, примерно 10 дней, примерно 20 дней, примерно 30 дней, примерно 40 дней, примерно 50 дней, примерно 60 дней или дольше. В некоторых вариантах реализации изобретения, цементную композицию с отсроченным схватыванием можно оставлять в хранилище в течение периода времени в диапазоне от примерно 1 дня до примерно 7 дней или дольше. После этого цементную композицию с отсроченным схватыванием можно активировать, например, путем введения активатора схватывания цемента, вводить в подземный пласт и давать возможность там затвердевать.[0035] In some embodiments, a delayed setting cement composition may be provided that comprises water, pozzolan, slaked lime, a cement setting retarder, and optionally a dispersant. Delayed setting cementitious composition can be stored, for example, in a container or other suitable reservoir. Delayed setting cementitious composition can be left in storage for the desired period of time. For example, a delayed setting cement composition can be left in storage for a period of about 1 day or longer. For example, a delayed setting cement composition can be left in storage for about 1 day, about 2 days, about 5 days, about 7 days, about 10 days, about 20 days, about 30 days, about 40 days, about 50 days, about 60 days or longer. In some embodiments of the invention, the delayed setting cement composition may be left in storage for a period of time ranging from about 1 day to about 7 days or longer. After this, a delayed setting cement composition can be activated, for example, by introducing a cement setting activator, injected into the subterranean formation and allowed to solidify there.
[0036] В вариантах реализации первичного цементирования, например, можно вводить варианты реализации цементной композиции с отсроченным схватыванием в кольцевое пространство между трубой, расположенной в стволе скважины, и стенками ствола скважины (и/или трубы большего диаметра в стволе скважины), где ствол скважины проходит через подземный пласт. Цементная композиция с отсроченным схватыванием может быть оставлена для схватывания в кольцевом пространстве с образованием кольцевой оболочки из затвердевшего цемента. Цементная композиция с отсроченным схватыванием может образовывать барьер, который препятствует миграции текучих сред в стволе скважины. Цементная композиция с отсроченным схватыванием может также, например, поддерживать трубу в стволе скважины.[0036] In primary cementing embodiments, for example, delayed setting cement embodiments can be introduced into the annular space between the pipe located in the wellbore and the walls of the wellbore (and / or larger diameter pipes in the wellbore), where the wellbore passes through an underground layer. Delayed setting cementitious composition may be left to set in the annular space to form an annular casing of hardened cement. Delayed setting cementitious composition may form a barrier that prevents the migration of fluids in the wellbore. Delayed setting cementitious composition may also, for example, support the pipe in the wellbore.
[0037] В вариантах реализации ремонтного цементирования цементная композиция с отсроченным схватыванием может быть использована, например, в операциях исправительного цементирования или при установке цементных пробок. Например, композиция с отсроченным схватыванием может быть введена в ствол скважины для закупоривания отверстия (например, пустоты или трещины) в пласте, в гравийной набивке, в трубе, в цементной оболочке и/или между цементной оболочкой и трубой (например, в кольцевом микрозазоре).[0037] In embodiments of repair cementing, a delayed setting cement composition may be used, for example, in cementing operations or when installing cement plugs. For example, a delayed setting composition may be introduced into the wellbore to plug holes (e.g., voids or cracks) in the formation, in gravel packing, in the pipe, in the cement sheath and / or between the cement sheath and the pipe (for example, in an annular micro-gap) .
[0038] В одном из вариантов реализации изобретения предложен способ цементирования в подземном пласте, включающий: обеспечение цементной композиции, содержащей воду, пуццолан, гашеную известь и цеолитный активатор; и обеспечение возможности схватывания цементной композиции в подземном пласте, причем цеолитный активатор ускоряет развитие прочности при сжатии цементной композиции.[0038] In one embodiment of the invention, there is provided a method of cementing in a subterranean formation, comprising: providing a cement composition comprising water, pozzolan, hydrated lime and a zeolite activator; and providing the possibility of setting the cement composition in the subterranean formation, the zeolite activator accelerating the development of compressive strength of the cement composition.
[0039] Вариант реализации изобретения включает активированную цементную композицию с отсроченным схватыванием, которая содержит: воду, пуццолан, гашеную известь, замедлитель схватывания и цеолитный активатор.[0039] An embodiment of the invention includes a delayed setting activated cement composition, which comprises: water, pozzolan, slaked lime, setting retarder and zeolite activator.
[0040] Один из вариантов реализации изобретения включает систему для цементирования, которая содержит: цементную композицию с отсроченным схватыванием, содержащую воду, пуццолан, гашеную известь и замедлитель схватывания; цеолитный активатор для активации цементной композиции с отсроченным схватыванием; смесительное оборудование для смешивания цементной композиции с отсроченным схватыванием и цеолитного активатора для создания активированной цементной композиции; и насосное оборудование для доставки активированной цементной композиции в ствол скважины.[0040] One embodiment of the invention includes a cementing system that comprises: a delayed setting cement composition comprising water, pozzolan, slaked lime, and a setting retarder; zeolite activator for activation of cement composition with delayed setting; mixing equipment for mixing a delayed setting cement composition and a zeolite activator to create an activated cement composition; and pumping equipment for delivering the activated cement composition to the wellbore.
[0041] Теперь рассмотрим фиг. 1, где показано получение цементной композиции (которая может представлять собой композицию с отсроченным схватыванием или композицию другого типа) в соответствии с иллюстративными вариантами реализации изобретения. На фиг. 1 показана система 2 для приготовления цементной композиции и ее доставки в ствол скважины в соответствии с определенными вариантами реализации изобретения. Как показано, цементная композиция с отсроченным схватыванием может быть смешана в смесительном оборудовании 4, таком как, например, струйный смеситель, рециркуляционный смеситель или смеситель периодического действия, а затем закачана с помощью насосного оборудования 6 в ствол скважины. В некоторых вариантах реализации изобретения смесительное оборудование 4 и насосное оборудование 6 могут быть расположены на одном или более цементовозах, как понятно специалистам в данной области техники. В некоторых вариантах реализации изобретения может быть использован струйный смеситель, например, для непрерывного перемешивания известкового/схватывающегося материала с водой по мере его закачивания в ствол скважины. В вариантах реализации изобретения с отсроченным схватыванием, для смешивания цементной композиции с отсроченным схватыванием можно использовать рециркуляционный смеситель и/или порционный смеситель, и активатор можно добавлять в смеситель в виде порошка перед закачиванием цементной композиции в скважину.[0041] Now, consider FIG. 1, which shows the preparation of a cement composition (which may be a delayed setting composition or another type of composition) in accordance with illustrative embodiments of the invention. In FIG. 1 shows a
[0042] Иллюстративная методика укладки цементной композиции с отсроченным схватыванием в подземный пласт описана далее со ссылкой на фиг. 2А и 2B. На фиг. 2А изображено наземное оборудование 10, которое может быть использовано для укладки цементной композиции в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения. Следует отметить, что хотя на фиг. 2А показана в общем наземная операция, специалистам в данной области техники понятно, что принципы, описанные в настоящем документе, равным образом применимы к подводным операциям, в которых могут быть использованы плавучие или морские платформы и буровые установки, не выходя за рамки объема настоящего описания. Как показано на фиг. 2А, наземное оборудование 10 может включать цементировочную установку 12, которая может включать один или более цементовозов. Цементировочная установка 12 может включать смесительное оборудование 4 и насосное оборудование 6 (например, фиг. 1), как понятно специалистам в данной области техники. Цементировочная установка 12 может закачивать цементную композицию 14 через питающую трубу 16 и в цементировочную головку 18, которая подает цементную композицию 14 в скважину.[0042] An exemplary method of laying cementitious compositions with delayed setting in a subterranean formation is described below with reference to FIG. 2A and 2B. In FIG. 2A shows
[0043] Рассмотрим фиг. 2B, где показано, что цементную композицию 14, которая представляет собой композицию с отсроченным схватыванием или иную пуццолановую цементную композицию, можно укладывать в подземный пласт 20 в соответствии с иллюстративными вариантами реализации изобретения. Как показано, ствол 22 скважины может быть пробурен в подземном пласте 20. Хотя ствол 22 скважины показан как направленный в основном вертикально в подземный пласт 20, принципы, описанные в настоящем документе, применимы также к стволам скважин, направленным через подземный пласт 20 под углом, таким как горизонтальные и наклонные стволы скважин. Как показано, ствол 22 скважины содержит стенки 24. В иллюстрированном варианте реализации изобретения в ствол 22 скважины вставлена кондукторная колонна 26. Кондукторная колонна 26 может быть зацементирована со стенками 24 ствола 22 скважины посредством цементной оболочки 28. В иллюстрированном варианте реализации изобретения в стволе 22 скважины также может быть расположен одна или более дополнительных труб (например, промежуточная колонна, эксплуатационная колонна, хвостовики и т.д.), показанных в настоящем документе как колонна 30. Как показано, кольцевое пространство 32 ствола скважины образовано между колонной 30 и стенками 24 ствола 22 скважины и/или кондукторной колонной 26. Один или более центраторов 34 может быть присоединен к колонне 30, например, для центрирования колонны 30 в стволе 22 скважины до и во время операции цементирования.[0043] Consider FIG. 2B, where it is shown that
[0044] Продолжаем рассматривать фиг. 2B, на которой можно видеть, что цементную композицию 14 можно закачивать во внутреннюю часть колонны 30. Цементной композиции 14 можно дать возможность стекать вниз внутри обсадной колонны 30 через башмак обсадной колонны 42 на дне обсадной колонны 30 и подниматься вверх вокруг обсадной колонны 30 в кольцевое пространство 32 ствола скважины. Цементная композиция 14 может быть оставлена для схватывания в кольцевом пространстве 32 ствола скважины, например, с образованием цементной оболочки, которая поддерживает и удерживает на месте колонну 30 в стволе 22 скважины. Хотя это не показано, для введения пуццолановой цементной композиции 14 могут быть использованы также другие методики. Например, можно использовать способ обратной циркуляции, который включает введение цементной композиции 14 в подземный пласт 20 не через обсадную колонну 30, а через кольцевое пространство 32 ствола скважины.[0044] Continuing to consider FIG. 2B, where it can be seen that the
[0045] После введения, цементная композиция 14 может вытеснять другие текучие среды 36, такие как буровые растворы и/или вытесняющие жидкости, которые могут присутствовать во внутренней части обсадной колонны 30 и/или в кольцевом пространстве 32 ствола скважины. По меньшей мере часть вытесненных текучих сред 36 может выходить из кольцевого пространства 32 ствола скважины через сточный трубопровод 38 и может быть помещена, например, в один или более сточных резервуаров 40 (например, резервуар для бурового раствора), как показано на фиг. 2А. Продолжаем рассматривать фиг. 2B, на которой показано, что в ствол 22 скважины можно, перед цементной композицией 14, вводить нижнюю пробку для цементирования 44, например, чтобы отделить цементную композицию 14 от текучих сред 36, которые могут находиться внутри обсадной колонны 30 до цементирования. После того как нижняя пробка 44 достигнет муфты 46 для подвешивания колонны, должно произойти разрушение мембраны или другого подходящего устройства, чтобы обеспечить возможность прохождения пуццолановой цементной композиции 14 через нижнюю пробку 44. На фиг. 2B нижняя пробка 44 показана на муфте 46 для подвешивания колонны. В иллюстрированном варианте реализации изобретения можно вводить верхнюю пробку 48 в ствол 22 скважины после цементной композиции 14. Верхняя пробка 48 может отделять цементную композицию 14 от вытесняющей текучей среды 50, а также продавливать цементную композицию 14 через нижнюю пробку для цементирования 44.[0045] After administration, the
[0046] Иллюстративные цементные композиции, описанные в настоящем документе, могут прямо или косвенно воздействовать на один или более компонентов или деталей оборудования, связанного с получением, доставкой, возвратом, утилизацией, повторным использованием и/или удалением описанных цементных композиций. Например, описанные цементные композиции могут прямо или косвенно воздействовать на один или более смесителей, связанное с ними смесительное оборудование, резервуары для бурового раствора, складские мощности или блоки, сепараторы композиций, теплообменники, датчики, измерительные приборы, насосы, компрессоры и т.п. оборудование, которое используется для генерации, хранения, мониторинга, регулирования и/или восстановления прежних свойств приведенных в качестве примера цементных композиций. Описанные цементные композиции могут также прямо или косвенно влиять на любое транспортное или доставочное оборудование, которое используется для перевозки цементных композиций к буровой площадке или их подачи в скважину, такое как, например, любые транспортировочные емкости, патрубки, трубопроводы, грузовики, системы труб и/или трубы, применяемые для композиционного перемещения цементных композиций с одного места на другое, любые насосы, компрессоры или моторы (например, на верхних строениях или в скважине), которые используются для приведения в движение цементных композиций, любые клапаны или аналогичные соединения, которые используются для регулирования давления или расхода цементных композиций и любые датчики (т.е., давления и температуры), измерительные приборы и/или их комбинации и т.п. Описанные цементные композиции могут также прямо или косвенно влиять на различное оборудование внутри скважины и инструменты, которые могут вступать в контакт с цементными композициями, такие как, без ограничения, обсадная колонна ствола скважины, хвостовик ствола скважины, колонна заканчивания, вставочные колонны, бурильная колонна, колонна гибких труб, тросовая проволока, кабель, бурильная труба, утяжеленные бурильные трубы, гидравлические забойные двигатели, забойные двигатели и/или насосы, цементные насосы, установленные на поверхности двигатели и/или насосы, центраторы, турбулизаторы, скребки, обратные клапаны (например, башмаки, муфты, клапаны и т.п.), каротажные приборы и связанное с ними телеметрическое оборудование, приводные элементы (например, электромеханические устройства, гидромеханические устройства и т.п.), скользящие муфты, эксплуатационные муфты, пробки, сита, фильтры, устройства для регулирования дебита (например, регуляторы притока, автономные регуляторы притока, регуляторы оттока и т.п.), соединения (например, электрогидравлическое соединение мокрого типа, соединение сухого типа, индуктивный элемент связи и т.п.), линии управления (например, электрическая, оптоволоконная, гидравлическая и т.п.), линии мониторинга, буровые долота и расширители, датчики или распределенные датчики, скважинные теплообменники, клапаны и соответствующие приводные устройства, уплотнения инструмента, пакеры, цементные пробки, мостовые пробки и другие устройства для изоляции ствола скважины, или компоненты указанного оборудования, и т.п..[0046] The exemplary cement compositions described herein may directly or indirectly affect one or more components or parts of equipment associated with the receipt, delivery, return, disposal, reuse, and / or disposal of the described cement compositions. For example, the described cement compositions can directly or indirectly affect one or more mixers, associated mixing equipment, mud tanks, storage facilities or blocks, composition separators, heat exchangers, sensors, measuring instruments, pumps, compressors, and the like. equipment that is used for the generation, storage, monitoring, regulation and / or restoration of the previous properties of the exemplary cement compositions. The described cement compositions can also directly or indirectly affect any transport or delivery equipment that is used to transport cement compositions to the well site or to deliver them to the well, such as, for example, any transportation containers, pipes, pipelines, trucks, pipe systems and / or pipes used for the composite movement of cement compositions from one place to another, any pumps, compressors or motors (for example, on upper structures or in a well) that are used for driving cement compositions, any valves or similar compounds that are used to control the pressure or flow rate of cement compositions and any sensors (i.e., pressure and temperature), measuring instruments and / or combinations thereof, etc. The described cement compositions can also directly or indirectly affect various equipment within the well and tools that can come into contact with the cement compositions, such as, without limitation, the wellbore casing, the wellbore liner, the completion string, insertion cores, the drillstring, coiled tubing string, wire rope, cable, drill pipe, weighted drill pipes, hydraulic downhole motors, downhole motors and / or pumps, cement pumps mounted on top motors and / or pumps, centralizers, turbulators, scrapers, check valves (e.g. shoes, couplings, valves, etc.), logging tools and related telemetry equipment, drive elements (e.g. electromechanical devices, hydromechanical devices and etc.), sliding couplings, service couplings, plugs, sieves, filters, flow control devices (e.g. inflow regulators, autonomous inflow regulators, outflow regulators, etc.), connections (e.g. wet electro-hydraulic connection type, dry type connection, inductive coupler, etc.), control lines (e.g. electric, fiber optic, hydraulic, etc.), monitoring lines, drill bits and reamers, sensors or distributed sensors, downhole heat exchangers, valves and associated drive devices, tool seals, packers, cement plugs, bridge plugs and other devices for isolating the wellbore, or components of said equipment, etc.
[0047] Для облегчения понимания настоящих вариантов реализации изобретения приведены следующие примеры определенных аспектов некоторых вариантов реализации изобретения. Следующие примеры не следует воспринимать в качестве ограничения или определения объема настоящего изобретения.[0047] To facilitate understanding of the present embodiments of the invention, the following examples of certain aspects of certain embodiments of the invention are provided. The following examples should not be taken as limiting or defining the scope of the present invention.
ПримерыExamples
Пример 1Example 1
[0048] Было приготовлено четыре образца для испытания на эффективность натриевого цеолита А в качестве активатора известково-пуццолановых цементных композиций. В качестве натриевого цеолита А в эксперименте использовали цеолит Valfor® 100 производства компании PQ Corporation, Малверн, штат Пенсильвания. Цеолит Valfor® 100 имел средний размер частиц 5 микрон и высокую удельную поверхность (т.е., 71,4 м2/г). Были приготовлены два состава известково-пуццоланового цемента с натриевым цеолитом А и без цеолита. Состав с натриевым цеолитом А имел плотность 14,0 ф/гал. (1680 кг/куб. м) и состоял из 304 грамм пемзы (легкий заполнитель DS-325), 45 грамм гашеной извести, 25 грамм натриевого цеолита A (Valfor® 100), 1,9 граммов диспергатора (диспергатор Liquiment® 5581F) и 158,5 грамм воды. Состав без натриевого цеолита А имел плотность 14,0 ф/гал. и состоял из 304 грамм пемзы (легкий заполнитель DS-325), 45 грамм гашеной извести, 1,9 грамм диспергатора (диспергатор Liquiment® 5581F) и 145,5 грамм воды. За развитием прочности образцов наблюдали при помощи ультразвукового анализатора цемента Fann ®UCA™ при температурах испытания 80°F (27°C) и 100°F (38°C). Прибор UCA™ использовали для определения прочности на сжатие образцов через двадцать четыре часа, а также времени, за которое происходило развитие прочности на сжатие образцов, равной 50 psi (345 кПа) и 500 psi (3,45 МПа). На приборе UCA™ определяли скорость развития прочности на сжатие как функцию от времени. Скорость развития прочности на сжатие вычисляли как угол наклона начальной линейной части (начинающейся от возникновения развития прочности) графика зависимости прочности на сжатие от времени. Результаты испытаний приведены в Таблице 1 ниже.[0048] Four samples were prepared for testing the effectiveness of sodium zeolite A as an activator of calcareous-pozzolanic cement compositions. As the sodium zeolite A used in the experiment zeolite Valfor ® 100, manufactured by PQ Corporation, Malvern, Pennsylvania. Zealite Valfor ® 100 had an average particle size of 5 microns and a high specific surface area (i.e., 71.4 m 2 / g). Two compositions of calcareous-pozzolanic cement with sodium zeolite A and without zeolite were prepared. The composition with sodium zeolite A had a density of 14.0 l / gal. (1680 kg / cu. M) and consisted of 304 grams of pumice (lightweight aggregate DS-325), 45 grams of hydrated lime, 25 grams of sodium zeolite A (Valfor ® 100), 1.9 grams of a dispersant (dispersant Liquiment ® 5581F) and 158.5 grams of water. The composition without sodium zeolite A had a density of 14.0 psi. and consisted of 304 grams of pumice (lightweight aggregate DS-325), 45 grams of hydrated lime, 1.9 grams dispersant (dispersant Liquiment ® 5581F) and 145.5 grams of water. The strength development of the samples was monitored using a Fann ® UCA ™ ultrasonic cement analyzer at test temperatures of 80 ° F (27 ° C) and 100 ° F (38 ° C). The UCA ™ device was used to determine the compressive strength of the samples after twenty-four hours, as well as the time during which the development of compressive strength of the samples was equal to 50 psi (345 kPa) and 500 psi (3.45 MPa). The UCA ™ instrument determined the rate of development of compressive strength as a function of time. The rate of development of compressive strength was calculated as the angle of inclination of the initial linear part (starting from the occurrence of the development of strength) of the graph of the dependence of compressive strength on time. The test results are shown in Table 1 below.
Пример 2Example 2
[0049] Образец пемзы обрабатывали гидроксидом натрия и хлоридом натрия для образования цеолита на поверхности пемзы. Синтез цеолита осуществляли путем смешивания 300 грамм пемзы (легкий заполнитель DS-325) с 1,25 литра 30% раствора NaCl, содержащего 25 грамм NaOH. После окончания смешивания образцы помещали в герметичный пластиковый контейнер и нагревали при температуре 85°C в течение 17 часов. После обработки твердую фазу отфильтровывали, промывали несколько раз деионизированной водой, а затем высушивали. Твердую фазу использовали для создания известково-пуццолановой цементной композиции с отсроченным схватыванием, содержащей 250 грамм обработанной цеолитом пемзы, 50 грамм гашеной извести, 3,49 грамм диспергатора (диспергатор Liquiment® 514L), 3,13 грамм замедлителя схватывания (замедлитель схватывания цемента Micro Matrix®) и 207,4 грамм воды. В качестве контрольного образца была приготовлена известково-пуццолановая цементная композиция с отсроченным схватыванием, не содержавшая обработанной цеолитом пемзы. Контрольная композиция содержала 250 грамм пемзы (легкий заполнитель DS-325), 50 грамм гашеной извести, 3,49 грамм диспергатора (диспергатор Liquiment® 514L), 3,13 грамм замедлителя схватывания (замедлитель схватывания цемента Micro Matrix®) и 154,9 грамм воды. За развитием прочности на сжатие образцов наблюдали при помощи UCA™ при температуре испытания 100°F. Прибор UCA™ использовали для определения прочности на сжатие опытного образца и контрольного образца через семьдесят два часа, а также времени, за которое происходило развитие прочности на сжатие опытного образца и контрольного образца, равной 50 psi и 100 psi (690 кПа). На приборе UCA™ определяли скорость развития прочности на сжатие как функцию от времени. Скорость развития прочности на сжатие вычисляли как угол наклона начальной линейной части (начинающейся от возникновения развития прочности) графика зависимости прочности на сжатие от времени. Результаты испытаний приведены в Таблице 2 ниже.[0049] A pumice sample was treated with sodium hydroxide and sodium chloride to form a zeolite on the surface of the pumice. The zeolite was synthesized by mixing 300 grams of pumice (DS-325 lightweight aggregate) with 1.25 liters of a 30% NaCl solution containing 25 grams of NaOH. After mixing, the samples were placed in a sealed plastic container and heated at a temperature of 85 ° C for 17 hours. After processing, the solid phase was filtered off, washed several times with deionized water, and then dried. The solid phase was used to create a delayed setting calcareous-pozzolanic cement composition containing 250 grams of pumice treated with zeolite, 50 grams of slaked lime, 3.49 grams of dispersant (Liquiment ® 514L dispersant), 3.13 grams of setting retarder (Micro Matrix cement setting retarder ® ) and 207.4 grams of water. As a control sample, a delayed setting calcareous-pozzolanic cement composition was prepared that did not contain pumice treated with zeolite. A control formulation contained 250 grams of pumice (lightweight aggregate DS-325), 50 grams of hydrated lime and 3.49 grams of dispersant (dispersant Liquiment ® 514L), 3,13 grams of retarder (retarder cement setting Micro Matrix ®) and 154.9 grams water. The development of compressive strength of the samples was observed using UCA ™ at a test temperature of 100 ° F. The UCA ™ device was used to determine the compressive strength of the test sample and the control sample after seventy-two hours, as well as the time during which the development of the compressive strength of the test sample and control sample was equal to 50 psi and 100 psi (690 kPa). The UCA ™ instrument determined the rate of development of compressive strength as a function of time. The rate of development of compressive strength was calculated as the angle of inclination of the initial linear part (starting from the occurrence of the development of strength) of the graph of the dependence of compressive strength on time. The test results are shown in Table 2 below.
Пример 3Example 3
[0050] Были получены несколько образцов цементных композиций с отсроченным схватыванием. Образцы содержали пемзу (легкий заполнитель DS-325), 20% гашеной извести и 60% воды. Плотность каждого из образцов составляла 13,5 ф/гал. (1620 кг/куб.м). В дополнение к базовой композиции, в отдельные образцы вводили различные количества диспергатора (диспергатор Liquiment® 5581F), замедлителя схватывания цемента (замедлитель схватывания цемента Micro Matrix®) и активатора схватывания (тип активатора варьировался в зависимости от образца). Выбранными типами активаторов были натриевый цеолит А (цеолит Valfor® 100), гидратированный натриевый цеолит А (цеолит Advera® 401), двухвалентная соль (CaCl2) и цемент (API класс А). Диспергатор вводили в процентном отношении от массы пемзы (bwoP). Замедлитель схватывания цемента вводили в единицах галлон на мешок пемзы массой 46 фунтов (гал./мешок). Содержание каждого из активаторов схватывания составляло 10% от образцов, относительно суммарной массы пемзы и гашеной извести (bwoP+HL). За развитием прочности на сжатие и начальными временами схватывания образцов наблюдали при помощи UCA™ при температуре испытания 80°F. Прибор UCA™ использовали для определения прочности на сжатие опытного образца и контрольного образца через двадцать четыре часа. На приборе UCA™ определяли скорость развития прочности на сжатие как функцию от времени. Скорость развития прочности на сжатие вычисляли как угол наклона начальной линейной части (начинающейся от возникновения развития прочности) графика зависимости прочности на сжатие от времени. Результаты испытаний приведены в Таблице 3 ниже.[0050] Several delayed setting cement compositions were obtained. The samples contained pumice (lightweight aggregate DS-325), 20% slaked lime, and 60% water. The density of each of the samples was 13.5 f / gal. (1620 kg / cubic meter). In addition to the basic composition in separate samples were administered various amounts of dispersant (dispersant Liquiment ® 5581F), cement setting retarder (retarder Micro Matrix ® cement setting) and setting of the activator (activator type varied depending on the sample). The selected activator types were sodium zeolite A (Valfor ® 100 zeolite), hydrated sodium Zeolite A (Advera ® 401 zeolite), divalent salt (CaCl 2 ), and cement (API class A). The dispersant was administered as a percentage of pumice mass (bwoP). A cement setting retarder was introduced in units of a gallon per pumice bag weighing 46 pounds (gal / bag). The content of each setting activator was 10% of the samples, relative to the total mass of pumice and slaked lime (bwoP + HL). The development of compressive strength and initial setting times of the samples were monitored using UCA ™ at a test temperature of 80 ° F. The UCA ™ instrument was used to determine the compressive strength of the test sample and the control sample after twenty-four hours. The UCA ™ instrument determined the rate of development of compressive strength as a function of time. The rate of development of compressive strength was calculated as the angle of inclination of the initial linear part (starting from the occurrence of the development of strength) of the graph of the dependence of compressive strength on time. The test results are shown in Table 3 below.
Пример 4Example 4
[0051] Были получены два образца цементных композиций с отсроченным схватыванием. Образцы содержали пемзу (легкий заполнитель DS-325), 20% гашеной извести, 65% воды, 2% утяжелителя (утяжелитель Micromax®), 0,6% диспергатора (диспергатор Liquiment® 5581F) и 0,04 гал./мешок замедлителя схватывания цемента (замедлитель схватывания цемента Micro Matrix®). Кроме того, один опытный образец содержал 10% bwoP+HL активатора схватывания натриевого цеолита А (цеолит Valfor® 100). Плотность каждого из образцов составляла 13,5 ф/гал. (1620 кг/куб.м). За развитием прочности на сжатие образцов наблюдали при помощи UCA™ при температуре испытания 100°F. Прибор UCA™ использовали для определения времени развития прочности на сжатие 50 psi и времени развития прочности на сжатие 500 psi для опытного образца и контрольного образца. На приборе UCA™ определяли скорость развития прочности на сжатие как функцию от времени. Скорость развития прочности на сжатие вычисляли как угол наклона начальной линейной части (начинающейся от возникновения развития прочности) графика зависимости прочности на сжатие от времени. Результаты испытаний приведены в Таблице 4 ниже.[0051] Two samples of cementitious compositions with delayed setting were obtained. The samples contained pumice (lightweight aggregate DS-325), 20% hydrated lime, 65% water, 2% weighting agent (
Пример 5Example 5
[0052] Были получены семь образцов цементных композиций с отсроченным схватыванием. Образцы содержали 609 грамм золы-уноса (зола-унос класса F Magnablend, производства компании Magnablend Inc., Ваксахачи, штат Техас), 21 грамм кварцевой пыли, 3,5 грамм добавки, понижающей трение цементного раствора (добавка, понижающая трение цементного раствора CFR-3™, производства компании Halliburton Energy Services Inc., Хьюстон, штат Техас), и 317 грамм воды. В дополнение к базовой композиции, в каждый опытный образец вводили различные количества активатора схватывания гидратированного натриевого цеолита А (цеолит Advera® 401). За развитием прочности на сжатие образцов наблюдали при помощи UCA™ при температуре испытания 150°F (66°C). Прибор UCA™ использовали для определения прочности на сжатие опытных образцов через двадцать четыре часа. На приборе UCA™ определяли скорость развития прочности на сжатие как функцию от времени. Скорость развития прочности на сжатие вычисляли как угол наклона начальной линейной части (начинающейся от возникновения развития прочности) графика зависимости прочности на сжатие от времени. Результаты испытаний приведены в Таблице 5 ниже.[0052] Seven samples of delayed setting cement compositions were obtained. Samples contained 609 grams of fly ash (Magnablend class F fly ash, manufactured by Magnablend Inc., Waxahachi, Texas), 21 grams of silica dust, 3.5 grams of a friction reducing cement mortar (CFR cement friction reducing additive) -3 ™ , manufactured by Halliburton Energy Services Inc., Houston, Texas), and 317 grams of water. In addition to the base composition, each test sample was administered various amounts of activator setting hydrated sodium zeolite A (zeolite Advera ® 401). The development of compressive strength of the samples was observed using UCA ™ at a test temperature of 150 ° F (66 ° C). The UCA ™ instrument was used to determine the compressive strength of prototypes after twenty-four hours. The UCA ™ instrument determined the rate of development of compressive strength as a function of time. The rate of development of compressive strength was calculated as the angle of inclination of the initial linear part (starting from the occurrence of the development of strength) of the graph of the dependence of compressive strength on time. The test results are shown in Table 5 below.
[0053] Кроме того, для образца, содержащего 49 грамм цеолита, как показано в Таблице 5 выше, дополнительно определяли развитие прочности при помощи прибора UCA™ при температурах испытания 100°F (38°C) и 120°F (49°C). Полученные результаты показаны в Таблице 6 ниже.[0053] In addition, for a sample containing 49 grams of zeolite, as shown in Table 5 above, strength development was further determined using a UCA ™ instrument at test temperatures of 100 ° F (38 ° C) and 120 ° F (49 ° C) . The results obtained are shown in Table 6 below.
[0054] Следует понимать, что композиции и способы описаны в настоящем документе в контексте «содержания», «вмещения» или «включения» различных компонентов или стадий, и композиции и способы могут также «состоять по существу из» или «состоять из» различных компонентов и стадий. Более того, формы единственного числа, используемые в формуле изобретения, предполагают наличие одного или нескольких элементов.[0054] It should be understood that the compositions and methods are described herein in the context of "content", "containment" or "inclusion" of the various components or steps, and the compositions and methods may also "consist essentially of" or "consist of" various components and stages. Moreover, the singular forms used in the claims suggest the presence of one or more elements.
[0055] Для краткости, в данном документе раскрыты полностью только определенные диапазоны. Тем не менее, диапазоны от любого нижнего предела могут быть скомбинированы с любым верхним пределом, чтобы описать диапазон, не описанный полностью, так же как диапазоны от любого нижнего предела могут быть скомбинированы с любым другим нижним пределом, чтобы описать диапазон, не описанный полностью, таким же образом, диапазоны от любого верхнего предела могут быть скомбинированы с любым другим верхним пределом, чтобы описать диапазон, не описанный полностью. Кроме того, во всех случаях, когда описан числовой диапазон с нижним пределом и верхним пределом, конкретно описано любое число и любой включенный диапазон, попадающие в указанный диапазон. В частности, каждый диапазон значений (в виде «от примерно а до примерно b» или, эквивалентно, «от приблизительно а до b» или, эквивалентно, «от приблизительно а-b»), описанный в настоящем документе, следует понимать как описывающий каждое число и диапазон, входящие в более широкий диапазон значений, даже если они не указаны в явном виде. Таким образом, каждая точка или отдельное значение могут выступать в качестве своего собственного нижнего или верхнего предела, скомбинированные с любой другой точкой или отдельным значением или с любым другим нижним или верхним пределом, чтобы описать диапазон, не описанный полностью.[0055] For brevity, only certain ranges are fully disclosed herein. However, ranges from any lower limit can be combined with any upper limit to describe a range not described in full, just as ranges from any lower limit can be combined with any other lower limit to describe a range not described in full. in the same way, ranges from any upper limit can be combined with any other upper limit to describe a range not fully described. In addition, in all cases where a numerical range with a lower limit and an upper limit is described, any number and any included range falling within the specified range are specifically described. In particular, each range of values (in the form of “from about a to about b” or, equivalently, “from about a to b” or, equivalently, “from about a-b”) described herein should be understood as describing each number and range included in a wider range of values, even if they are not explicitly stated. Thus, each point or individual value can act as its own lower or upper limit, combined with any other point or individual value, or with any other lower or upper limit, to describe a range that is not fully described.
[0056] Таким образом, настоящие варианты реализации изобретения хорошо подходят для достижения целей и указанных преимуществ, а также присущих им преимуществ. Конкретные варианты реализации изобретения, раскрытые выше, являются лишь иллюстрацией, и могут быть модифицированы и осуществлены различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, у которых есть возможность ознакомиться с настоящим описанием. Хотя обсуждались только отдельные варианты реализации изобретения, данным описанием охвачены любые комбинации всех вариантов реализации изобретения. Кроме того, описанные в настоящем описании подробности конструкции или проекта не содержат ограничений за исключением описанных далее в формуле изобретения. Кроме того, термины в формуле изобретения имеют свой простой, обычный смысл, если патентообладателем явно и четко не определено иное. Таким образом, следует понимать, что частные иллюстративные варианты реализации, описанные выше, могут быть изменены или модифицированы, при этом все такие изменения находятся в пределах объема и сущности указанных вариантов реализации изобретения. При наличии противоречий в использовании слова или термина в настоящем описании и одном или более патенте (патентах) или других документах, которые могут быть включены в настоящее описание посредством ссылки, следует принимать определения, соответствующие настоящему описанию.[0056] Thus, the present embodiments of the invention are well suited to achieve the objectives and indicated advantages, as well as their inherent advantages. The specific embodiments of the invention disclosed above are merely illustrative, and can be modified and implemented in various, but equivalent ways, obvious to those skilled in the art who have the opportunity to familiarize themselves with the present description. Although only individual embodiments of the invention were discussed, this description covers any combination of all embodiments of the invention. In addition, the design or project details described herein are not limited except as described in the claims below. In addition, the terms in the claims have their simple, ordinary meaning, unless the patent holder expressly and clearly defines otherwise. Thus, it should be understood that the particular illustrative embodiments described above can be changed or modified, while all such changes are within the scope and essence of these embodiments of the invention. If there are contradictions in the use of a word or term in the present description and one or more patents (patents) or other documents that may be incorporated into this description by reference, the definitions corresponding to the present description should be adopted.
Claims (35)
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201361875231P | 2013-09-09 | 2013-09-09 | |
US61/875,231 | 2013-09-09 | ||
US14/048,463 US10082001B2 (en) | 2012-03-09 | 2013-10-08 | Cement set activators for cement compositions and associated methods |
US14/048,463 | 2013-10-08 | ||
PCT/US2014/054791 WO2015035386A1 (en) | 2013-09-09 | 2014-09-09 | Cement set activators for cement compositions and associated methods |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016105974A RU2016105974A (en) | 2017-10-16 |
RU2635413C2 true RU2635413C2 (en) | 2017-11-13 |
Family
ID=52629029
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016105974A RU2635413C2 (en) | 2013-09-09 | 2014-09-09 | Cement setting activators for cement compositions and corresponding methods |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU2014317852B2 (en) |
CA (1) | CA2921425C (en) |
GB (1) | GB2535332B (en) |
MX (1) | MX2016002546A (en) |
MY (1) | MY173461A (en) |
NO (1) | NO20160245A1 (en) |
RU (1) | RU2635413C2 (en) |
WO (1) | WO2015035386A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115160997A (en) * | 2022-08-08 | 2022-10-11 | 成都理工大学 | Plugging material, plugging drilling fluid, preparation method of plugging drilling fluid and plugging method |
CN116102281B (en) * | 2022-11-18 | 2023-07-25 | 湖南科技大学 | Method for quickly preparing high-activity mixed material at low temperature by utilizing shield drying soil and high-activity mixed material prepared by method and application of high-activity mixed material |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5447197A (en) * | 1994-01-25 | 1995-09-05 | Bj Services Company | Storable liquid cementitious slurries for cementing oil and gas wells |
US20040112600A1 (en) * | 2002-12-10 | 2004-06-17 | Karen Luke | Zeolite-containing cement composition |
US7201798B2 (en) * | 2005-05-05 | 2007-04-10 | Halliburton Energy Services, Inc. | Set-delayed cement compositions comprising hydrated lime and silica and methods of cementing in subterranean formations |
US20120325478A1 (en) * | 2011-05-13 | 2012-12-27 | Halliburton Energy Services, Inc. | Cement Compositions and Methods of Using the Same |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US235192A (en) * | 1880-12-07 | william babbitt | ||
US325478A (en) * | 1885-09-01 | eobeets | ||
US112600A (en) * | 1871-03-14 | Improvement in machines for dressing yarn or thread | ||
US7442248B2 (en) * | 2003-11-18 | 2008-10-28 | Research Incubator, Ltd. | Cementitious composition |
US7743828B2 (en) * | 2005-09-09 | 2010-06-29 | Halliburton Energy Services, Inc. | Methods of cementing in subterranean formations using cement kiln cement kiln dust in compositions having reduced Portland cement content |
US7678190B2 (en) * | 2006-03-31 | 2010-03-16 | Schlumberger Technology Corporation | Cement retarder systems, and retarded cement compositions |
-
2014
- 2014-09-09 RU RU2016105974A patent/RU2635413C2/en active
- 2014-09-09 MY MYPI2016700474A patent/MY173461A/en unknown
- 2014-09-09 MX MX2016002546A patent/MX2016002546A/en unknown
- 2014-09-09 CA CA2921425A patent/CA2921425C/en active Active
- 2014-09-09 AU AU2014317852A patent/AU2014317852B2/en active Active
- 2014-09-09 GB GB1602523.1A patent/GB2535332B/en active Active
- 2014-09-09 WO PCT/US2014/054791 patent/WO2015035386A1/en active Application Filing
-
2016
- 2016-02-12 NO NO20160245A patent/NO20160245A1/en unknown
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5447197A (en) * | 1994-01-25 | 1995-09-05 | Bj Services Company | Storable liquid cementitious slurries for cementing oil and gas wells |
US20040112600A1 (en) * | 2002-12-10 | 2004-06-17 | Karen Luke | Zeolite-containing cement composition |
US7201798B2 (en) * | 2005-05-05 | 2007-04-10 | Halliburton Energy Services, Inc. | Set-delayed cement compositions comprising hydrated lime and silica and methods of cementing in subterranean formations |
US20120325478A1 (en) * | 2011-05-13 | 2012-12-27 | Halliburton Energy Services, Inc. | Cement Compositions and Methods of Using the Same |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Известия КГАСУ, 2012, номер 2 (20), Строительные материалы и изделия, Казанский гос. архитектурно-строит. универститет, стр. 198). Касторных Л.И. Добавки в бетоны и строительные растворы, учебно- справочное пособие, Ростов-на-Дону, Феникс, 2005, стр.3-10. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
MX2016002546A (en) | 2016-10-13 |
MY173461A (en) | 2020-01-26 |
AU2014317852B2 (en) | 2017-05-25 |
CA2921425C (en) | 2018-03-27 |
RU2016105974A (en) | 2017-10-16 |
GB201602523D0 (en) | 2016-03-30 |
AU2014317852A1 (en) | 2016-03-03 |
GB2535332B (en) | 2017-04-26 |
GB2535332A (en) | 2016-08-17 |
NO20160245A1 (en) | 2016-02-12 |
CA2921425A1 (en) | 2015-03-12 |
WO2015035386A1 (en) | 2015-03-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10544649B2 (en) | Cement set activators for cement compositions and associated methods | |
US10087358B2 (en) | Use of synthetic smectite in set-delayed cement compositions comprising pumice | |
US9878949B2 (en) | Set-delayed cement compositions comprising pumice and associated methods | |
US10781355B2 (en) | Tunable control of pozzolan-lime cement compositions | |
US9255031B2 (en) | Two-part set-delayed cement compositions | |
US9534165B2 (en) | Settable compositions and methods of use | |
AU2015230993B2 (en) | Set-delayed cement compositions comprising pumice and associated methods | |
RU2632086C1 (en) | Two-component cement compositions with delayed setting | |
RU2637347C2 (en) | Activators for hardening cement for cement compositions with disabled hardening and related methods | |
RU2635413C2 (en) | Cement setting activators for cement compositions and corresponding methods | |
CA2928213C (en) | Use of synthetic smectite in set-delayed cement compositions comprising pumice | |
AU2015223141B2 (en) | Settable compositions and methods of use | |
RU2634129C2 (en) | Decreasing impurity of cement compositions with slow shinding containing pemous and sulfur lime | |
AU2014354935A1 (en) | Plugging and abandoning a well using a set-delayed cement composition comprising pumice |