RU2779174C1 - Method for providing compressive strength for cement mortar - Google Patents
Method for providing compressive strength for cement mortar Download PDFInfo
- Publication number
- RU2779174C1 RU2779174C1 RU2021125205A RU2021125205A RU2779174C1 RU 2779174 C1 RU2779174 C1 RU 2779174C1 RU 2021125205 A RU2021125205 A RU 2021125205A RU 2021125205 A RU2021125205 A RU 2021125205A RU 2779174 C1 RU2779174 C1 RU 2779174C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cement
- compressive strength
- cement composition
- modeling
- composition
- Prior art date
Links
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 title abstract description 16
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 275
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 128
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 65
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 43
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 135
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims description 57
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 17
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 16
- 238000009472 formulation Methods 0.000 claims description 14
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 claims description 13
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 8
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 claims description 7
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000001419 dependent Effects 0.000 claims description 5
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 38
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 33
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 18
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 18
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 15
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L Calcium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 14
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 14
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 14
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- -1 Na2CO 3 Chemical compound 0.000 description 10
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 10
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 10
- 229920003041 Geopolymer cement Polymers 0.000 description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 9
- 239000011413 geopolymer cement Substances 0.000 description 9
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011396 hydraulic cement Substances 0.000 description 7
- 239000005306 natural glass Substances 0.000 description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 5
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxyl anion Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 5
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 5
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 5
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 5
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 5
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 4
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium monoxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 4
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052914 metal silicate Inorganic materials 0.000 description 4
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N silicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 4
- JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N Calcium silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M NaHCO3 Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- SMYKVLBUSSNXMV-UHFFFAOYSA-J aluminum;tetrahydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] SMYKVLBUSSNXMV-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 3
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 description 3
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 3
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 229920000876 geopolymer Polymers 0.000 description 3
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 230000000246 remedial Effects 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N AI2O3 Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L Calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 2
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N Sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000015450 Tilia cordata Nutrition 0.000 description 2
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 2
- 229910001579 aluminosilicate mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L cacl2 Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 2
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M potassium hydroxide Inorganic materials [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 description 1
- 238000004438 BET method Methods 0.000 description 1
- 239000010755 BS 2869 Class G Substances 0.000 description 1
- 239000010756 BS 2869 Class H Substances 0.000 description 1
- 241000273930 Brevoortia tyrannus Species 0.000 description 1
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 1
- XCOBTUNSZUJCDH-UHFFFAOYSA-B Lithium magnesium sodium silicate Chemical compound [Li+].[Li+].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Na+].[Na+].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3 XCOBTUNSZUJCDH-UHFFFAOYSA-B 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004111 Potassium silicate Substances 0.000 description 1
- NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N Potassium silicate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Si]([O-])=O NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 description 1
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 description 1
- 229910004018 SiF Inorganic materials 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N Silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IYJYQHRNMMNLRH-UHFFFAOYSA-N Sodium aluminate Chemical compound [Na+].O=[Al-]=O IYJYQHRNMMNLRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000996 additive Effects 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- AGWMJKGGLUJAPB-UHFFFAOYSA-N aluminum;dicalcium;iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Ca+2].[Ca+2].[Fe+3] AGWMJKGGLUJAPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 description 1
- 238000007707 calorimetry Methods 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000001413 cellular Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000002596 correlated Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 229910002026 crystalline silica Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010192 crystallographic characterization Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- OHORFAFFMDIQRR-UHFFFAOYSA-N hexafluorosilicate(2-) Chemical compound F[Si-2](F)(F)(F)(F)F OHORFAFFMDIQRR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010903 husk Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 229920000592 inorganic polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052680 mordenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229910000499 pig iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 229910052913 potassium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001902 propagating Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Inorganic materials [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010454 slate Substances 0.000 description 1
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001388 sodium aluminate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001187 sodium carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 235000019794 sodium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 210000003537 structural cell Anatomy 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000375 suspending agent Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
- 230000001550 time effect Effects 0.000 description 1
- 235000019976 tricalcium silicate Nutrition 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
[001] При цементировании скважин, например цементировании во время строительства скважин и ремонтном цементировании, обычно применяют цементные композиции. Цементные растворы можно использовать в разнообразных областях подземного применения. Например, при строительстве подземной скважины колонну труб (например, обсадную колонну, хвостовики, расширяемые трубные элементы и т.д.) могут спускать в ствол скважины и цементировать на месте. Процесс цементирования колонны труб на месте обычно называют «первичным цементированием». В типичном способе первичного цементирования цементный раствор могут закачивать в кольцевое пространство между стенками ствола скважины и наружной поверхностью расположенной в нем колонны труб. Цементный раствор может схватываться в кольцевом пространстве, тем самым образуя кольцевую оболочку из затвердевшего, по существу непроницаемого цемента (т.е. цементную оболочку), которая может поддерживать и позиционировать колонну труб в стволе скважины и может связывать наружную поверхность колонны труб с подземным пластом. Среди прочего, цементная оболочка, окружающая колонну труб, предназначена для предотвращения миграции флюидов в кольцевом пространстве, а также защиты колонны труб от коррозии. Цементные растворы также можно использовать в способах ремонтного цементирования, например, для герметизации трещин или отверстий в колоннах труб или цементных оболочках, для герметизации высокопроницаемых зон или трещин пласта, для размещения цементной пробки и т.п.[001] When cementing wells, such as cementing during well construction and repair cementing, cement compositions are commonly used. Cement slurries can be used in a variety of underground applications. For example, in the construction of a subterranean well, a tubular string (eg, casing, liners, expandable tubulars, etc.) may be run into the wellbore and cemented in place. The process of cementing a pipe string in situ is commonly referred to as "primary cementing". In a typical primary cementing process, a cement slurry may be pumped into the annulus between the walls of the wellbore and the outer surface of the pipe string located therein. The cement slurry can set in the annulus, thereby forming an annular sheath of hardened, substantially impermeable cement (i.e., a cement sheath) that can support and position the tubing string in the wellbore and can bond the outer surface of the tubing string to the subterranean formation. Among other things, the cement sheath surrounding the tubing string is designed to prevent fluid migration in the annulus, as well as to protect the tubing string from corrosion. Cement slurries can also be used in remedial cementing processes, for example, to seal cracks or holes in pipe strings or cement sheaths, to seal high permeability zones or formation fractures, to place a cement plug, and the like.
[002] Особой проблемой при цементировании скважин является достижение удовлетворительных механических свойств цементного раствора в течение разумного периода времени после размещения в подземном пласте. Часто испытывают несколько цементных растворов с различными добавками, чтобы убедиться, что они соответствуют требованиям материаловедения для конкретной скважины. Процесс выбора компонентов цементного раствора обычно осуществляется методом наилучшего предположения, используя предшествующие растворы и модифицируя их до тех пор, пока не будет достигнуто удовлетворительное решение. Данный процесс может занять много времени, а полученный в результате раствор может быть сложным. Кроме того, цементные компоненты, доступные в любом одном конкретном регионе, могут отличаться по раствору от компонентов в другом регионе, что еще больше усложняет процесс выбора надлежащего раствора.[002] A particular problem in well cementing is achieving satisfactory mechanical properties of the cement slurry within a reasonable period of time after placement in a subterranean formation. Often, several cement slurries with different additives are tested to ensure that they meet the material science requirements for a particular well. The process of selecting cement slurry components is usually carried out by best guess, using previous slurries and modifying them until a satisfactory solution is reached. This process can take a long time and the resulting solution can be complex. In addition, the cement components available in any one particular region may differ in slurry from those in another region, further complicating the process of selecting the proper slurry.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF GRAPHICS
[003] Данные графические материалы иллюстрируют определенные аспекты некоторых вариантов реализации настоящего изобретения и не должны использоваться для ограничения или определения настоящего изобретения.[003] These drawings illustrate certain aspects of some embodiments of the present invention and should not be used to limit or define the present invention.
[004] На фиг. 1 проиллюстрировано испытание прочности на сжатие для различных типов цемента от разных производителей и регионов.[004] In FIG. 1 illustrates compressive strength testing for various types of cement from different manufacturers and regions.
[005] На фиг. 2 проиллюстрированы результаты испытания прочности на сжатие.[005] In FIG. 2 illustrates the results of the compressive strength test.
[006] На фиг. 3 проиллюстрированы результаты испытания прочности на сжатие.[006] In FIG. 3 illustrates the results of the compressive strength test.
[007] На фиг. 4 проиллюстрирована прогнозируемая энергию активации по сравнению с наблюдаемой энергией активации.[007] In FIG. 4 illustrates the predicted activation energy compared to the observed activation energy.
[008] На фиг. 5 проиллюстрирована кривая нарастания прочности на сжатие для цементного раствора портландцемента.[008] In FIG. 5 illustrates a compressive strength development curve for Portland cement slurry.
[009] На фиг. 6 проиллюстрирован график прочности на сжатие для модели Вейбулла прочности на сжатие.[009] FIG. 6 illustrates a plot of compressive strength for a Weibull compressive strength model.
[0010] На фиг. 7 проиллюстрировано введение цементного раствора в ствол скважины.[0010] FIG. 7 illustrates the introduction of a cement slurry into a wellbore.
[0011] На фиг. 8 представлено схематическое изображение примера системы обработки информации.[0011] In FIG. 8 is a schematic representation of an example information processing system.
[0012] На фиг. 9 проиллюстрированы дополнительные детали системы обработки информации.[0012] FIG. 9 illustrates additional details of the information processing system.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0013] Настоящее изобретение может в целом относиться к способам и системам цементирования. Более конкретно, варианты реализации могут относиться к составлению цементных растворов на основании по меньшей мере частично моделирования прочности на сжатие.[0013] The present invention may generally relate to cementing methods and systems. More specifically, embodiments may relate to formulating cement slurries based at least in part on compressive strength modeling.
[0014] Одним из распространенных типов цемента, используемого при цементировании ствола скважины и цементирования на поверхности, является портландцемент. Могут быть доступны несколько классов и типов портландцемента, которые используют для выбора цемента. Международная организация по стандартизации ASTM определила пять типов портландцемента, обозначенных как типы I-V. ASTM определяет каждый класс на основании нескольких факторов, включая, но не ограничиваясь ими, тонкость или средний размер частиц и химический состав. Американский институт нефти (API; American Petroleum Institute) публикует стандарты для портландцемента в Спецификации API 10А, в которой перечислены классы портландцемента, такие как класс А, класс В, класс С, класс G и класс Н. Первым шагом в составлении цементного раствора может быть выбор типа портландцемента, будь то класса API или типа ASTM, для включения в цементный раствор. Хотя класс или тип портландцемента может дать специалисту в данной области техники информацию о некоторых свойствах портландцемента, широкая доступность портландцемента и распределение его эксплуатационных характеристик делают класс или тип несоответствующим показателем фактических характеристик. Как будет проиллюстрировано в данном документе, различия портландцемента в зависимости от региона и производителя могут сделать выбор на основании типа или класса неточным показателем фактических характеристик. Это может привести к разработке и испытанию большого количества составов растворов до того, как будет найден подходящий раствор для конкретного применения.[0014] One common type of cement used in wellbore and surface cementing is Portland cement. Several grades and types of Portland cement may be available and are used to select cement. The international standardization organization ASTM has defined five types of Portland cement, designated types I-V. ASTM defines each grade based on several factors including, but not limited to fineness or average particle size and chemical composition. The American Petroleum Institute (API; American Petroleum Institute) publishes standards for Portland cement in API Specification 10A, which lists the grades of Portland cement such as Grade A, Grade B, Grade C, Grade G, and Grade H. The first step in slurry formulation can be selection of the type of Portland cement, whether API grade or ASTM grade, to be included in the cement slurry. While the grade or type of Portland cement may provide one of skill in the art with information about some of the properties of Portland cement, the widespread availability of Portland cement and its distribution of performance makes the grade or type an inappropriate indication of actual performance. As will be illustrated in this document, differences in Portland cement by region and manufacturer can make selection based on type or grade an inaccurate indicator of actual performance. This can lead to the development and testing of a large number of slurry formulations before a suitable slurry for a particular application is found.
[0015] В данном документе представлены способы, которые могут включать в себя составление цементных растворов, в дальнейшем в данном документе называемых цементными растворами, с использованием модели прочности на сжатие портландцемента. Модель прочности на сжатие может включать в себя временные и температурные зависимости прочности на сжатие и может быть применима к цементным растворам, содержащим только портландцемент, также называемым чистой композицией портландцемента, а также к цементным растворам со сниженным содержанием портландцемента, таким как эти растворы, которые содержат другие вяжущие компоненты в дополнение к портландцементу. Способы могут позволить специалисту в данной области техники, пользующемуся преимуществом данного изобретения, составлять цементные растворы, содержащие портландцемент, со сниженным числом итераций для получения цементного раствора с требуемыми механическими свойствами для конкретного применения. Представленные в данном документе способы могут иметь преимущество перед традиционными процессами составления цементного раствора методом проб и ошибок, поскольку метод проб и ошибок, хотя в целом и эффективен при поиске подходящего для работы цементного раствора, может быть неэффективным и трудоемким и может приводить к получению цементного раствора, обладающего определенными нежелательными характеристиками. Некоторые нежелательные характеристики могут включать в себя количество компонентов в цементном растворе, концентрации компонентов в цементном растворе, чрезмерную прочность на сжатие, превышающую технические требования, сложность цементного раствора и другие характеристики, легко распознаваемые специалистами в данной области техники. Дальнейшее использование описанных в данном документе способов и систем может заключаться в автоматизации составления цементного раствора для ствола скважины.[0015] Methods are presented herein, which may include formulating cement slurries, hereinafter referred to as cement slurries, using the compressive strength model of Portland cement. The compressive strength model can include time and temperature dependences of compressive strength and can be applied to cement slurries containing only Portland cement, also referred to as pure Portland cement composition, as well as cement slurries with reduced Portland content, such as these slurries that contain other binders in addition to Portland cement. The methods may allow one of skill in the art, taking advantage of the present invention, to formulate cement slurries containing Portland cement with a reduced number of iterations to obtain a cement slurry with the desired mechanical properties for a particular application. The methods presented herein may have an advantage over traditional trial and error slurry formulation processes because trial and error, while generally effective in finding the right slurry for the job, may be inefficient and time consuming and may result in a slurry , which has certain undesirable characteristics. Some undesirable characteristics may include the amount of components in the slurry, concentrations of components in the slurry, excessive compressive strength beyond specification, complexity of the slurry, and other characteristics readily recognized by those skilled in the art. A further use of the methods and systems described herein may be to automate the formulation of a cement slurry for a wellbore.
[0016] На фиг. 1 проиллюстрировано испытание прочности при сжатии для различных типов цемента разных производителей и регионов, включая портландцемент класса А, портландцемент класса С, портландцемент класса G, портландцемент класса Н, облегченный цемент, портландцемент типа I/II, портландцемент типа II/V и портландцемент типа III. На фиг. 1 горизонтальная ось представляет собой тип цемента, вертикальная ось представляет собой прочность на сжатие в фунтах на квадратный дюйм (фунт/кв. дюйм), а каждая точка на горизонтальной линии представляет собой раствор, приготовленный с типом цемента, указанным на горизонтальной оси, от различных производителей. Цементные растворы были приготовлены и отверждены при 60°С (140°F) в течение 7 дней и подвергнуты испытанию на прочность при неограниченном сжатии. На фиг. 1 видно, что отсутствует корреляция между прочностью на сжатие, которой достигает чистый раствор портландцемента, и классом/типом портландцемента, использованного для приготовления раствора.[0016] FIG. 1 illustrates compressive strength testing for various types of cement from different manufacturers and regions, including Class A Portland Cement, Class C Portland Cement, Class G Portland Cement, Class H Portland Cement, Lightweight Cement, Type I/II Portland Cement, Type II/V Portland Cement, and Type III Portland Cement. . In FIG. 1, the horizontal axis represents the type of cement, the vertical axis represents the compressive strength in pounds per square inch (psi), and each point on the horizontal line represents a mortar prepared with the type of cement indicated on the horizontal axis, from different manufacturers. The slurries were prepared and cured at 60°C (140°F) for 7 days and subjected to an unrestricted compressive strength test. In FIG. 1 shows that there is no correlation between the compressive strength achieved by a pure Portland cement slurry and the grade/type of Portland cement used to prepare the slurry.
[0017] Прочность на сжатие цементного раствора может коррелировать с соотношением массы воды к массе вяжущего материала (w/c). В общем, цементные растворы двух пробных смесей, смешанные с неодинаковым количеством воды, могут иметь различную конечную прочность на сжатие. Цементный раствор, приготовленный с относительно большим количеством воды или более высоким соотношением w/c, может иметь более низкую конечную прочность на сжатие, чем цементный раствор, приготовленный с относительно меньшим количеством воды или более низким соотношением w/c. Отношение между прочностью на сжатие и соотношением w/c может быть описано законом Абрамса в уравнении 1. В качестве альтернативы, уравнение 1 можно переписать в логарифмической форме, например как в уравнении 2. Константы А и В могут варьироваться в зависимости от типа вяжущего материала. Константы для летучей золы могут не совпадать с константами, связанными с портландцементом. Кроме того, константы А и В также могут варьироваться в зависимости от источника вяжущего материала, поскольку отдельные производственные процессы могут приводить к изменениям минералогического состава вяжущих материалов. Для природных или добываемых материалов, таких как природное стекло, региональные различия могут быть связаны с различными шахтами или природным источником материалов.[0017] The compressive strength of a cement slurry can be correlated with the ratio of water mass to binder mass (w/c). In general, cement slurries of two test mixtures mixed with unequal amounts of water may have different final compressive strengths. A slurry prepared with relatively more water or a higher w/c ratio may have a lower final compressive strength than a slurry prepared with relatively less water or a lower w/c ratio. The relationship between compressive strength and w/c ratio can be described by Abrams' law in
[0018] Уравнение 1 можно использовать для прогнозирования прочности на сжатие растворов портландцемента, а также цементов, не содержащих портландцемент. Уравнения 1 и 2 также можно использовать для цементов, таких как пуццолановые цементы, алюминатные цементы, геополимерные цементы и т.д. Уравнения 1 и 2 также можно использовать для смесей вяжущих материалов, таких как портландцемент и второй вяжущий материал, если известно взаимодействие между константами А и В для портландцемента и константами А и В для второго вяжущего материала.[0018]
[0019] Чтобы продемонстрировать различия между различными источниками вяжущих материалов и проверить целесообразность уравнения 1 для вяжущих материалов, была проведена серия испытаний прочности на сжатие с использованием различных вяжущих материалов от разных производителей. Цементные растворы были приготовлены с 11 различными вяжущими материалами и различными отношениями воды к цементу. Каждый из растворов содержал только один вяжущий материал и воду. Отношение воды к цементу варьировалось от 0,5 до 1,5. Каждый из растворов выдерживался при 60°С (140°F) в течение 7 дней. Для каждого затвердевшего цементного раствора было проведено испытание прочности на сжатие, результаты которого проиллюстрированы на фиг. 2. Результаты испытания на сжатие на фиг. 2 показывают, что логарифмически линейная зависимость между прочностью на сжатие и отношением w/c, по-видимому, сохраняется для испытанных значений w/c от 0,5 до 1,5. Можно сделать вывод, что прочность на сжатие экспоненциально зависит от массового отношения воды к вяжущему материалу.[0019] To demonstrate the differences between different sources of binders and to test the validity of
[0020] Вторая серия испытаний прочности на сжатие была проведена с использованием смесей вяжущих материалов и воды. Смеси вяжущих материалов были приготовлены путем выбора вяжущих материалов из группы летучей золы портландцемента, микрокремнезема и цементной пыли в различных массовых отношениях. Растворы были приготовлены с каждой из смесей вяжущих материалов. Отношение воды к цементу варьировалось от 0,5 до 1,5 с одним вяжущим материалом и водой. Каждый из растворов выдерживался при 60°С (140°F) в течение 7 дней. Для каждого затвердевшего цементного раствора было проведено испытание прочности на сжатие, результаты которого проиллюстрированы на фиг. 3. Результаты испытания на сжатие на фиг. 3 показывают, что логарифмически линейная зависимость между прочностью на сжатие и соотношением w/c, по-видимому, сохраняется для смесей вяжущих материалов, испытанных при значениях w/c от 0,5 до 1,5. Можно сделать вывод, что прочность на сжатие также экспоненциально зависит от массового отношения воды к вяжущему материалу для смесей вяжущих материалов.[0020] A second series of compressive strength tests were conducted using mixtures of binders and water. Binder mixtures were prepared by selecting binders from the group of Portland cement fly ash, silica fume and cement dust in various weight ratios. Solutions were prepared with each of the mixtures of binders. The ratio of water to cement varied from 0.5 to 1.5 with one binder and water. Each of the solutions was kept at 60°C (140°F) for 7 days. A compressive strength test was carried out for each hardened cement slurry, the results of which are illustrated in FIG. 3. The results of the compression test in FIG. 3 show that a log-linear relationship between compressive strength and w/c ratio appears to hold for binder blends tested at w/c values from 0.5 to 1.5. It can be concluded that the compressive strength also depends exponentially on the weight ratio of water to binder for mixtures of binders.
[0021] Режим степенной зависимости отношения воды к цементу по прочности на сжатие может быть аппроксимировано с помощью экспоненциального уравнения. Уравнение 3 представляет собой модель, которая может аппроксимировать режим цементного раствора как функцию CS0, w/c и константы n. Уравнение 3 может прогнозировать предельную прочность на сжатие цементного раствора. В качестве альтернативы, уравнение 3 можно переписать как уравнение 4. CS0 представляет собой прочность на сжатие, полученную при смешивании воды и цемента в равных массовых пропорциях (w/c=1), а n представляет собой функцию различных факторов, таких как, включая, но не ограничиваясь ими, время отверждения, температуру отверждения, раствор сухой цементной смеси и другие факторы. Из результатов можно заметить, что значение n может составлять порядка около -2,5 для различных вяжущих систем. Цемент с отношением воды к цементу представляет собой любой вяжущий материал, такой как летучая зола, цементная пыль, портландцемент, природное стекло и другие вяжущие материалы, которые могут присутствовать в цементном растворе. Отношение воды к цементу w/c также можно рассчитать на основании плотности раствора (ρs), плотности сухой смеси (ρD) и плотности воды (ρw), как показано в уравнении 5.[0021] The power-law mode of the ratio of water to cement in compressive strength can be approximated using an exponential equation. Equation 3 is a model that can approximate the slurry regime as a function of CS 0 , w/c and constant n. Equation 3 can predict the ultimate compressive strength of a cement slurry. Alternatively, Equation 3 can be rewritten as Equation 4. CS 0 is the compressive strength obtained by mixing water and cement in equal mass proportions (w/c=1) and n is a function of various factors such as, including , but not limited to, curing time, curing temperature, dry cement mortar, and other factors. From the results, it can be seen that the value of n can be on the order of -2.5 for various binder systems. Water to cement cement is any binder material such as fly ash, cement dust, Portland cement, natural glass, and other binder materials that may be present in the cement slurry. The ratio of water to cement, w/c, can also be calculated from the density of the mortar (ρ s ), the density of the dry mixture (ρ D ) and the density of water (ρ w ), as shown in equation 5.
[0022] Уравнения 2 и 5 могут быть объединены с образованием уравнения 6, а уравнения 5 и 4 могут быть объединены с образованием уравнения 7. Уравнения 6 и 7 можно использовать для прогнозирования прочности на сжатие для любых известных значений А и В. 
[0023] Обобщенная корреляция для 7-дневной прочности на сжатие, также известной как предельная прочность на сжатие, может быть записана, как в уравнении 8.[0023] The generalized correlation for 7-day compressive strength, also known as ultimate compressive strength, can be written as in Equation 8.
В уравнении 8 CS(7-дневная) представляет собой прочность на сжатие цементного раствора в течение 7 дней, WR - потребность в воде компонентов цемента в цементном растворе, SG - удельный вес компонентов цемента в цементном растворе, размер частиц - размер частиц компонентов цемента в цементном растворе, BET - удельную поверхность по методу Брунауэра-Эммета-Теллера компонентов цемента в цементном растворе, SSA - удельную площадь поверхности компонентов цемента в цементном растворе, C2S - концентрацию двухкальциевого силиката компонентов цемента в цементном растворе, C3S -концентрацию трехкальциевого силиката компонентов цемента в цементном растворе, C4AF - концентрацию тетракальцийалюмоферрита компонентов цемента в цементном растворе, С3А - концентрацию трехкальциевого алюмината компонентов цемента в цементном растворе, CaSO4 - концентрацию сульфата кальция компонентов цемента в цементном растворе, а гипс - концентрацию гипса цементных компонентов в цементном растворе. Использование уравнения 8 с уравнением 3 позволяет прогнозировать 7-дневную прочность для любого чистого раствора портландцемента. На фиг. 3 представлен график, иллюстрирующий прогнозируемую и наблюдаемую 7-дневную прочность на сжатие для чистых растворов портландцемента.In Equation 8, CS(7-day) is the 7-day compressive strength of the cement slurry, WR is the water demand of the cement components in the slurry, SG is the specific gravity of the cement components in the slurry, particle size is the particle size of the cement components in cement mortar, BET - specific surface area according to the Brunauer-Emmett-Teller method of cement components in cement mortar, SSA - specific surface area of cement components in cement mortar, C 2 S - concentration of dicalcium silicate of cement components in cement mortar, C 3 S - concentration of tricalcium silicate of cement components in cement mortar, C 4 AF is the concentration of tetracalcium aluminoferrite of cement components in cement mortar, C 3 A is the concentration of tricalcium aluminate of cement components in cement mortar, CaSO 4 is the concentration of calcium sulfate of cement components in cement mortar, and gypsum is the concentration of cement gypsum components in cement mortar. Using Equation 8 with Equation 3 predicts 7-day strength for any pure Portland cement slurry. In FIG. 3 is a graph illustrating the predicted and observed 7-day compressive strength for pure Portland cement slurries.
[0024] В результате гидратации портландцемента выделяется энергия в виде тепла. Выделяющееся тепло может повысить температуру раствора портландцемента, что, в свою очередь, может ускорить реакции гидратации в растворе портландцемента. Было проведено исследование, чтобы охарактеризовать калориметрические эффекты гидратации цемента среди цементов от нескольких производителей. В таблице 1 представлены результаты физико-химического анализа испытанных цементов.[0024] As a result of the hydration of Portland cement, energy is released in the form of heat. The heat generated can increase the temperature of the Portland cement slurry, which in turn can accelerate the hydration reactions in the Portland cement slurry. A study was conducted to characterize the calorimetric effects of cement hydration among cements from several manufacturers. Table 1 presents the results of the physicochemical analysis of the tested cements.
Энергия активации каждого из портландцементов в таблице 1 была получена из данных калориметрии. Результаты калориметрических испытаний представлены в таблице 2.The activation energy of each of the Portland cements in Table 1 was derived from calorimetry data. The results of calorimetric tests are presented in table 2.
Данные из таблиц 1 и 2 были подогнаны к кривой, и было выведено выражение, связывающее энергию активации с характеристиками материала. Уравнение 9 показывает результаты подбора кривой.The data from Tables 1 and 2 were fitted to the curve and an expression was derived relating the activation energy to material properties. Equation 9 shows the results of fitting the curve.
В более общем виде энергию активации можно выразить в виде уравнения 10.More generally, the activation energy can be expressed as
На фиг. 4 проиллюстрирована прогнозируемая энергия активации из уравнения 9 в зависимости от наблюдаемой энергии активации.In FIG. 4 illustrates the predicted activation energy from equation 9 as a function of the observed activation energy.
[0025] Растворы портландцемента обычно не обладают линейной прочностью на сжатие. На фиг.5 проиллюстрирована типичная кривая нарастания прочности на сжатие для цементного раствора портландцемента. Во временном нарастания прочности на сжатие обычно выделяют три зоны. На фиг. 5 начальная зона 505, также называемая индукционной зоной, представляет собой зону, в которой прочность на сжатие нарастает минимально. Время индукции может представлять собой функцию состава и плотности. Быстрая зона 510 представляет собой место, где происходит начальное быстрое нарастание прочности. Долговременная зона 515 представляет собой место, где происходит долгосрочное медленное нарастание прочности. Режим прочности на сжатие в быстрой зоне 510 и долговременной зоне 515 может быть описан функцией Вейбулла в уравнении 11.[0025] Portland cement mortars generally do not have linear compressive strength. Figure 5 illustrates a typical compressive strength curve for Portland cement slurry. In the temporary increase in compressive strength, three zones are usually distinguished. In FIG. 5, the
В уравнении 11 CS представляет собой прочность на сжатие цементного раствора, CSU - предельную прочность на сжатие, t - прошедшее время, λ - масштабный параметр функции Вейбулла, а к - параметр формы функции Вейбулла. На фиг. 6 показаны результаты последовательного применения двух функций Вейбулла для трех цементных растворов и нормализации прочности в течение 7 дней. Временные промежутки индукции и параметры Вейбулла перечислены в таблице 3. Параметры Вейбулла в таблице 3 могут отличаться для цементов от разных производителей или из разных регионов. Специалист в данной области техники, воспользовавшись данным изобретением, сможет определить параметры Вейбулла для любого цемента.In Equation 11, CS is the compressive strength of the cement slurry, CS U is the ultimate compressive strength, t is the elapsed time, λ is the Weibull scaling parameter, and k is the Weibull shape parameter. In FIG. 6 shows the results of successive application of two Weibull functions for three cement slurries and normalization of strength within 7 days. The induction times and Weibull parameters are listed in Table 3. The Weibull parameters in Table 3 may differ for cements from different manufacturers or from different regions. A person skilled in the art, using this invention, will be able to determine the Weibull parameters for any cement.
[0026] В некоторых примерах для описания нарастания прочности на сжатие можно использовать более чем одну функцию Вейбулла. Например, две, три или более последовательных функций Вейбулла можно использовать для описания нарастания прочности на сжатие растворов портландцемента. Уравнение 11 также может быть модифицировано для учета температурной зависимости нарастания прочности на сжатие в уравнении 12. В уравнении 12 λ0 представляет собой начальный масштабный параметр, а λ(Т) - зависящий от температуры масштабный параметр, представленный уравнением 13. Еа представляет собой энергию активации, которую можно определить с помощью уравнений 9 или 10, R - газовую константу, Тэт - эталонную температуру, а Т - температуру.[0026] In some examples, more than one Weibull function can be used to describe the build-up of compressive strength. For example, two, three or more successive Weibull functions can be used to describe the increase in compressive strength of Portland cement mortars. Equation 11 can also be modified to take into account the temperature dependence of the rise in compressive strength in Equation 12. In Equation 12, λ 0 is the initial scaling parameter and λ(T) is the temperature dependent scaling parameter represented by Equation 13. E a is the energy activation, which can be determined using
[0027] Уравнения 3, 8, 10, 11, 12 и 13, а также параметры в таблице 3 позволяют спрогнозировать нарастание прочности на сжатие для любого чистого раствора портландцемента как функции времени и температуры. Уравнение 14 представляет собой комбинацию ранее описанных уравнений, которые можно использовать для прогнозирования нарастания прочности на сжатие раствора портландцемента как функции времени и температуры.[0027] Equations 3, 8, 10, 11, 12, and 13, as well as the parameters in Table 3, predict compressive strength development for any pure Portland cement slurry as a function of time and temperature. Equation 14 is a combination of the previously described equations that can be used to predict the build-up of compressive strength of a Portland cement slurry as a function of time and temperature.
В уравнении 14 CS0 представляет собой прочность на сжатие при отношении воды к цементу, составляющем 1, w - массовую долю воды, С0 - массовую долю портландцемента, n - константу, которая может иметь значение около -2,5, t - время, tинд - время индукции, K1 и К2 - параметр формы или константу скорости, 
[0028] Хотя в данном документе были проиллюстрированы только некоторые модели прочности на сжатие, специалисты в данной области техники, пользуясь преимуществом данного изобретения, смогут вывести другие формы описанных в данном документе уравнений без отклонения от данного изобретения. Кроме того, описанные в данном документе методы и уравнения могут также применяться к модельным цементным растворам, которые содержат восстановленный портландцемент, таким как растворы, которые содержат другие вяжущие компоненты в дополнение к портландцементу.[0028] Although only some of the compressive strength models have been illustrated here, those skilled in the art, taking advantage of the present invention, will be able to derive other forms of the equations described herein without deviating from the present invention. In addition, the methods and equations described herein can also be applied to model slurries that contain reconstituted Portland cement, such as slurries that contain other binders in addition to Portland cement.
[0029] Способ составления цементного раствора может включать в себя получение образцов вяжущих материалов, которые могут быть включены в цементный раствор, и физико-химические характеристики вяжущих материалов для определения минералогического состава, площади поверхности, удельной площади поверхности, размера частиц и другие аспекты, хорошо известные в данной области техники. Температура и давление в скважине могут быть обеспечены каротажными диаграммами ствола скважины, полученным при измерениях, проведенных во время бурения, или методами каротажа в необсаженном стволе. Каротажные диаграммы ствола скважины могут обеспечить данные, на основании которых могут быть получены требования к прочности на сжатие, а также временные и температурные воздействия на нарастание прочности на сжатие цементного раствора. Состав цемента может включать в себя обозначение и количество компонентов для приготовления цементного раствора. Для состава цемента предельную прочность можно прогнозировать с помощью уравнения 8 и уравнения 3, а энергию активации можно прогнозировать с помощью уравнений 9 и 10. Параметры Вейбулла могут быть определены для каждого из вяжущих компонентов в составе цементного раствора, если они еще не известны, и после этого изменение прочности на сжатие, зависящее от времени, может быть оценено с помощью уравнений 12 и 13. Модель может быть создана на основании состава цемента и проанализирована. Затем цементный раствор может быть приготовлен согласно указанному составу, если этап анализа модели соответствует параметру. Результаты каждого из вычислений можно ввести в уравнение 14, и нарастание прочности на сжатие можно оценить по плотности, температуре и времени. Если нарастание прочности на сжатие соответствует установленным ранее требованиям или превышает их, цементный раствор может быть приготовлен и испытан для проверки соответствия состава цемента всем требованиям. Если состав цемента не соответствует установленным требованиям, раствор может быть отрегулирован, например, путем увеличения плотности за счет уменьшения массовой доли воды или включения замедлителей схватывания цемента или ускорителей схватывания цемента. Затем можно приготовить отрегулированный раствор и проверить соответствие отрегулированного раствора всем требованиям. Если цементный раствор соответствует требованиям, цементный раствор может быть выбран для приготовления и закачки в подземный пласт.[0029] The method of formulating a cement slurry may include obtaining samples of binders that can be included in the cement slurry, and physical and chemical characterization of the binders to determine the mineralogical composition, surface area, specific surface area, particle size and other aspects, well known in the art. The temperature and pressure in the wellbore may be provided by wellbore logs obtained from measurements taken while drilling, or by open hole logging techniques. Wellbore logs can provide data from which compressive strength requirements as well as time and temperature effects on cement slurry compressive strength development can be derived. The composition of cement may include the designation and quantity of components for the preparation of a cement slurry. For a cement composition, ultimate strength can be predicted using Equation 8 and Equation 3, and activation energy can be predicted using
[0030] Описанные в данном документе цементные растворы могут содержать воду и по меньшей мере один цементный компонент. Цементные растворы могут иметь плотность, подходящую для конкретного применения. Цементные растворы могут иметь любую подходящую плотность, включая, но не ограничиваясь этим, в диапазоне от около 959 кг/м3 (8 фунтов на галлон (фунтов/галлон)) до около 2397 кг/м3 (20 фунтов/галлон). Вода, используемая в цементных растворах, может включать в себя, например, пресную воду, соленую воду (например, воду, содержащую одну или более растворенных в ней солей), насыщенный минеральный раствор (например, насыщенную соленую воду, полученную из подземных пластов), морскую воду или их комбинации. Обычно вода может быть из любого источника при условии, что она не содержит избытка соединений, которые могут нежелательно повлиять на другие компоненты цементного раствора. Вода может быть включена в количестве, достаточном для образования перекачиваемого раствора. Вода может быть включена в цементные растворы в любом подходящем диапазоне, включая, но не ограничиваясь этим, в диапазоне от около 40 мас. % до около 200 мас. % цементного компонента или компонентов («bwoc»). Термин «по массе цемента» относится к общей массе всех цементных компонентов, включенных в цементный раствор. В некоторых примерах вода может быть включена в количестве в диапазоне от около 40% до около 150% bwoc.[0030] The cement slurries described herein may contain water and at least one cement component. Cement slurries may have a density suitable for a particular application. The slurries may have any suitable density, including, but not limited to, in the range of about 959 kg/m 3 (8 pounds per gallon (lb/gal)) to about 2397 kg/m 3 (20 lb/gal). Water used in cement slurries may include, for example, fresh water, salt water (for example, water containing one or more salts dissolved in it), saturated mineral solution (for example, saturated salt water obtained from underground formations), sea water or combinations thereof. In general, the water may be from any source provided that it does not contain excess compounds that may undesirably affect other components of the cement slurry. Water may be included in an amount sufficient to form a pumpable solution. Water can be included in cement slurries in any suitable range, including, but not limited to, in the range from about 40 wt. % up to about 200 wt. % cement component or components ("bwoc"). The term "by weight of cement" refers to the total weight of all cement components included in the cement slurry. In some examples, water may be included in an amount ranging from about 40% to about 150% bwoc.
[0031] Цементный раствор может содержать гидравлический цемент. В соответствии с настоящим изобретением можно использовать различные гидравлические цементы, включая, но не ограничиваясь ими, те, которые содержат кальций, алюминий, кремний, кислород, железо и/или серу, которые схватываются и затвердевают в результате реакции с водой. Подходящие гидравлические цементы могут включать в себя, среди прочего, портландцементы, природный гипс и глиноземистые цементы. Портландцементы могут быть классифицированы как цементы классов А, С, G и Н в соответствии со Спецификацией API для материалов и испытаний скважинных цементов Американского института нефти (API; American Petroleum Institute), API Specification 10, Fifth Ed., July 1, 1990. Кроме того, в некоторых примерах подходящие для использования цементы могут быть классифицированы как тип I, II или III согласно ASTM. При наличии гидравлический цемент обычно может быть включен в цементные растворы в количестве, достаточном для обеспечения требуемой прочности на сжатие и/или плотности. Гидравлический цемент может присутствовать в цементных растворах в любом подходящем количестве, включая, но не ограничиваясь этим, в диапазоне от около 0% до около 99% bwoc. В некоторых примерах гидравлический цемент может присутствовать в количестве в диапазоне между любым и/или включая любое из следующих значений: около 1%, около 5%, около 10%, около 20%, около 40%, около 60%, около 80% или около 90% bwoc. Кроме того, также могут быть составлены цементные растворы, не содержащие (или по существу не содержащие) портландцемент. Специалисты в данной области техники, воспользовавшись данным изобретением, смогут выбрать подходящее количество гидравлического цемента для конкретного применения.[0031] The cement slurry may contain hydraulic cement. Various hydraulic cements can be used in accordance with the present invention, including, but not limited to, those containing calcium, aluminium, silicon, oxygen, iron and/or sulfur, which set and harden by reaction with water. Suitable hydraulic cements may include, among others, Portland cements, natural gypsum and aluminous cements. Portland cements may be classified as A, C, G, and H cements in accordance with the American Petroleum Institute API Specification for Materials and Tests for Well Cements,
[0032] Цементный раствор может содержать геополимерный цемент, который может содержать источник алюмосиликата, источник силиката металла и активатор. Геополимерный цемент может вступать в реакцию с образованием геополимера. Геополимер представляет собой неорганический полимер, который образует ковалентно связанные некристаллические сетки с длинными цепями. Геополимеры могут быть образованы путем химического растворения и последующей повторной конденсации различных алюмосиликатов и силикатов с образованием трехмерной сетки или трехмерного минерального полимера. Активатор для геополимерного цемента может включать в себя, но не ограничиваться ими, гидроксиды металлов, хлористые соли, такие как KCl, CaCl2, NaCl, карбонаты, такие как Na2CO3, силикаты, такие как силикат натрия, алюминаты, такие как алюминат натрия, и гидроксид аммония. Источник алюмосиликата для геополимерного цемента может включать в себя любой подходящий алюмосиликат. Алюмосиликат представляет собой минерал, включающий алюминий, кремний и кислород, а также противокатионы. Источником алюмосиликата могут быть самые различные подходящие минералы, поскольку они могут содержать алюмосиликатные минералы. Источник силиката металла может содержать любой подходящий силикат металла. Силикат представляет собой соединение, содержащее анионное соединение кремния. Некоторые примеры силиката включают в себя ортосиликатный анион, также известный как анион тетроксида кремния, SiO4 4-, а также гексафторосиликат [SiF6]2-. Другие распространенные силикаты включают в себя циклические и одноцепочечные силикаты, которые могут иметь общую формулу [SiO2+n]2n, и листоформовочные силикаты ([SiO2.5]-)n. Каждый пример силиката может иметь один или более катионов металлов, связанных с каждой молекулой силиката. Некоторые подходящие источники силикатов металлов могут включать в себя, без ограничения, силикат натрия, силикат магния и силикат калия. При наличии геополимерный цемент обычно может быть включен в цементные растворы в количестве, достаточном для обеспечения требуемой прочности на сжатие и/или плотности. Геополимерный цемент может присутствовать в цементных растворах в любом подходящем количестве, включая, но не ограничиваясь этим, количество в диапазоне от около 0% до около 99% bwoc. В некоторых примерах геополимерный цемент может присутствовать в количестве в диапазоне между любым и/или включая любое из следующих значений: около 1%, около 5%, около 10%, около 20%, около 40%, около 60%, около 80% или около 90% bwoc. Специалист в данной области техники, воспользовавшись данным изобретением, сможет выбрать подходящее количество геополимерного цемента для конкретного применения.[0032] The cement slurry may contain geopolymer cement, which may contain a source of aluminosilicate, a source of metal silicate, and an activator. Geopolymer cement can react to form a geopolymer. A geopolymer is an inorganic polymer that forms covalently bonded long chain non-crystalline networks. Geopolymers can be formed by chemical dissolution and subsequent recondensation of various aluminosilicates and silicates to form a three-dimensional network or three-dimensional mineral polymer. The geopolymer cement activator may include, but is not limited to, metal hydroxides, chloride salts such as KCl, CaCl 2 , NaCl, carbonates such as Na2CO 3 , silicates such as sodium silicate, aluminates such as sodium aluminate, and ammonium hydroxide. The source of aluminosilicate for geopolymer cement may include any suitable aluminosilicate. Aluminosilicate is a mineral including aluminum, silicon and oxygen, as well as counter cations. A wide variety of suitable minerals can be used as the source of the aluminosilicate as long as they contain aluminosilicate minerals. The metal silicate source may contain any suitable metal silicate. The silicate is a compound containing an anionic silicon compound. Some examples of silicate include the orthosilicate anion, also known as the silicon tetroxide anion, SiO 4 4- , as well as hexafluorosilicate [SiF 6 ] 2- . Other common silicates include cyclic and single-stranded silicates, which may have the general formula [SiO 2+n ] 2n , and sheet-forming silicates ([SiO 2.5 ] - ) n . Each example of a silicate may have one or more metal cations associated with each silicate molecule. Some suitable sources of metal silicates may include, without limitation, sodium silicate, magnesium silicate, and potassium silicate. When present, geopolymer cement can typically be included in cement slurries in an amount sufficient to provide the desired compressive strength and/or density. The geopolymer cement may be present in the cement slurries in any suitable amount, including, but not limited to, an amount ranging from about 0% to about 99% bwoc. In some examples, the geopolymer cement may be present in an amount ranging between any and/or including any of the following: about 1%, about 5%, about 10%, about 20%, about 40%, about 60%, about 80%, or about 90% bwoc. A person skilled in the art, having used the present invention, will be able to select the appropriate amount of geopolymer cement for a particular application.
[0033] Цементные растворы могут включать источник кремнезема. Кремнезем также может называться диоксидом кремния (SiO2). За счет включения источника кремнезема можно использовать другой подход для получения продукта, аналогичного продукту, получаемому из портландцемента. Например, может быть вызвана пуццолановая реакция, при которой в реакцию вступают кремниевая кислота (H4SiO4) и портландит (Са(ОН)2) с образованием цементного продукта (гидросиликата кальция). Если в источнике кремнезема присутствуют другие соединения, такие как алюминат, могут происходить дополнительные реакции с образованием дополнительных цементных продуктов, таких как гидроалюминаты кальция. Кроме того, в источнике кремнезема может присутствовать глинозем (оксид алюминия Al2O3). Гидроксид кальция, необходимый для реакции, может быть получен из других компонентов цемента, таких как портландцемент, или может быть добавлен отдельно к цементному раствору. Примеры подходящих источников кремнезема могут включать в себя, среди прочего, летучую золу, шлак, микрокремнезем, кристаллический кремнезем, кремнеземную муку, цементную пыль (CKD; cement kiln dust), вулканическая порода, метакаолин, диатомовую землю, цеолит, сланцевую глину и золу сельскохозяйственных отходов (например, золу рисовой шелухи, золу сахарного тростника и золу жома). При наличии источник кремнезема обычно может быть включен в цементные растворы в количестве, достаточном для обеспечения требуемой прочности на сжатие и/или плотности. Источник кремнезема может присутствовать в цементных растворах в любом подходящем количестве, включая, но не ограничиваясь этим, количество в диапазоне от около 0% до около 99% bwoc. В некоторых примерах источник кремнезема может присутствовать в количестве в диапазоне между любым и/или включая любое из следующих значений: около 1%, около 5%, около 10%, около 20%, около 40%, около 60%, около 80% или около 90% bwoc. Специалисты в данной области техники, воспользовавшись данным изобретением, смогут выбрать подходящее количество источника кремнезема для конкретного применения.[0033] Cement slurries may include a source of silica. Silica may also be referred to as silicon dioxide (SiO 2 ). By including a source of silica, another approach can be taken to obtain a product similar to that obtained from Portland cement. For example, a pozzolanic reaction can be induced in which silicic acid (H 4 SiO 4 ) and portlandite (Ca(OH) 2 ) react to form a cement product (calcium hydrosilicate). If other compounds such as aluminate are present in the silica source, additional reactions may occur to form additional cement products such as calcium hydroaluminates. In addition, alumina (alumina Al 2 O 3 ) may be present in the silica source. The calcium hydroxide required for the reaction can be obtained from other cement components such as Portland cement, or can be added separately to the cement slurry. Examples of suitable sources of silica may include, but are not limited to, fly ash, slag, microsilica, crystalline silica, silica flour, cement kiln dust (CKD), igneous rock, metakaolin, diatomaceous earth, zeolite, shale clay, and agricultural ash. waste (e.g. rice husk ash, sugarcane ash and bagasse ash). If present, a source of silica can typically be included in cement slurries in an amount sufficient to provide the desired compressive strength and/or density. The silica source may be present in the cement slurries in any suitable amount, including, but not limited to, an amount ranging from about 0% to about 99% bwoc. In some examples, the silica source may be present in an amount ranging between any and/or including any of the following: about 1%, about 5%, about 10%, about 20%, about 40%, about 60%, about 80%, or about 90% bwoc. Those skilled in the art, with the benefit of the present invention, will be able to select the appropriate amount of silica source for a particular application.
[0034] Цементные растворы могут дополнительно содержать шлак. Шлак обычно представляет собой побочный продукт при производстве различных металлов из соответствующих руд. Например, при производстве чугуна можно получить шлак в виде гранулированного побочного продукта доменной печи, причем шлак обычно содержит окисленные примеси, находящиеся в железной руде. Шлак обычно не содержит достаточного количества основного материала, поэтому можно использовать шлаковый цемент, который дополнительно может содержать основание для получения схватывающейся композиции, которая может вступать в реакцию с водой со схватыванием и последующим образованием затвердевшей массы. Примеры подходящих источников оснований включают в себя, но не ограничиваются ими, гидроксид натрия, бикарбонат натрия, карбонат натрия, известь и их комбинации. Шлак может присутствовать в цементных растворах в любом подходящем количестве, включая, но не ограничиваясь этим, количество в диапазоне от около 0% до около 99% bwoc. В некоторых примерах шлак может присутствовать в количестве в диапазоне между любым и/или включая любое из следующих значений: около 1%, около 5%, около 10%, около 20%, около 40%, около 60%, около 80% или около 90% bwoc. Специалисты в данной области техники, воспользовавшись данным изобретением, смогут выбрать подходящее количество шлака для конкретного применения.[0034] Cement slurries may additionally contain slag. Slag is usually a by-product in the production of various metals from their respective ores. For example, in the production of pig iron, slag can be obtained as a granular by-product of a blast furnace, the slag typically containing oxidized impurities found in iron ore. The slag usually does not contain sufficient base material, so slag cement can be used, which can additionally contain a base to provide a settable composition that can react with water to set and subsequently form a hardened mass. Examples of suitable base sources include, but are not limited to, sodium hydroxide, sodium bicarbonate, sodium carbonate, lime, and combinations thereof. Slag may be present in cement slurries in any suitable amount, including, but not limited to, an amount in the range of from about 0% to about 99% bwoc. In some examples, slag may be present in an amount ranging between any and/or including any of the following: about 1%, about 5%, about 10%, about 20%, about 40%, about 60%, about 80%, or about 90%bwoc. Those skilled in the art, with the benefit of the present invention, will be able to select the appropriate amount of slag for a particular application.
[0035] Цементные растворы могут содержать цементную пыль или «CKD». «CKD» относится к частично кальцинированному, загружаемому в печь материалу, который удаляют из газового потока и собирают, например, в пылеуловителе во время производства цемента. Обычно при производстве цемента собираются большие количества CKD, которые обычно утилизируются как отходы. Утилизация CKD в виде отходов может создавать дополнительные нежелательные сложности при производстве цемента, а также экологические проблемы, связанные с ее утилизацией. CKD может присутствовать в цементных растворах в любом подходящем количестве, включая, но не ограничиваясь этим, количество в диапазоне от около 0% до около 99% bwoc. В некоторых примерах CKD может присутствовать в количестве в диапазоне между любым и/или включая любое из следующих значений: около 1%, около 5%, около 10%, около 20%, около 40%, около 60%, около 80% или около 90% bwoc. Специалисты в данной области техники, воспользовавшись данным изобретением, смогут выбрать подходящее количество CKD для конкретного применения.[0035] Cement slurries may contain cement dust or "CKD". "CKD" refers to partially calcined kiln feed material that is removed from the gas stream and collected, for example, in a dust collector during cement production. Typically, large quantities of CKD are collected during cement production, which are usually disposed of as waste. Disposal of CKD as waste can create additional undesirable complexities in the production of cement, as well as environmental problems associated with its disposal. CKD may be present in cement slurries in any suitable amount, including, but not limited to, an amount ranging from about 0% to about 99% bwoc. In some examples, CKD may be present in an amount ranging between any and/or including any of the following: about 1%, about 5%, about 10%, about 20%, about 40%, about 60%, about 80%, or about 90%bwoc. Those skilled in the art, having used the present invention, will be able to select the appropriate amount of CKD for a particular application.
[0036] Цементные растворы могут содержать минералы, такие как природные стекла. Некоторые природные стекла могут обладать цементирующими свойствами, т.е. они могут схватываться и затвердевать в присутствии гашеной извести и воды. Природные стекла могут присутствовать в цементных растворах в любом подходящем количестве, включая, но не ограничиваясь этим, количество в диапазоне от около 0% до около 99% bwoc. В некоторых примерах природные стекла могут присутствовать в количестве в диапазоне между любым и/или включая любое из следующих значений: около 1%, около 5%, около 10%, около 20%, около 40%, около 60%, около 80% или около 90% bwoc. Специалисты в данной области техники, воспользовавшись данным изобретением, добыть быть в состоянии выбрать подходящее количество источника кремнезема для конкретного применения.[0036] Mortars may contain minerals such as natural glasses. Some natural glasses may have cementing properties, i.e. they can set and harden in the presence of slaked lime and water. Natural glasses may be present in cement slurries in any suitable amount, including, but not limited to, an amount in the range from about 0% to about 99% bwoc. In some examples, natural glasses may be present in an amount ranging between any and/or including any of the following: about 1%, about 5%, about 10%, about 20%, about 40%, about 60%, about 80%, or about 90% bwoc. Those skilled in the art, having taken advantage of the present invention, will be able to select the appropriate amount of silica source for a particular application.
[0037] В цементные растворы могут входить глины. Некоторые глины могут включать в себя сланцевую глину или метакаолин. Среди прочего, глины, включенные в цементные растворы, могут вступать в реакцию с избытком извести с образованием подходящего вяжущего материала, например гидросиликата кальция. Подходящими являются различные глины, включая те, которые содержат кремний, алюминий, кальций и/или магний. Пример подходящей сланцевой глины содержит застеклованный сланец. В цементные растворы также могут входить цеолиты. Цеолиты обычно представляют собой пористые алюмосиликатные минералы, которые могут представлять собой либо природный, либо синтетический материал. Синтетические цеолиты основаны на том же типе структурных ячеек, что и природные цеолиты, и могут содержать алюмосиликатные гидраты. Используемый в данном документе термин «цеолит» относится ко всем природным и синтетическим формам цеолита. Примеры цеолитов могут включать в себя, без ограничения, морденит, zsm-5, цеолит х, цеолит у, цеолит а и т.д. Кроме того, примеры, включающие цеолит, могут содержать цеолит в комбинации с катионом, таким как Na+, K+, Са2+, Mg2+ и т.д. Цеолиты, содержащие катионы, такие как натрий, могут также обеспечивать дополнительные источники катионов в цементном растворе по мере растворения цеолитов. Глины и цеолиты могут присутствовать в цементных растворах в любом подходящем количестве, включая, но не ограничиваясь этим, количество в диапазоне от около 0% до около 99% bwoc. В некоторых примерах глины и цеолиты могут присутствовать в количестве в диапазоне между любым и/или включая любое из следующих значений: около 1%, около 5%, около 10%, около 20%, около 40%, около 60%, около 80% или около 90% bwoc. Специалисты в данной области техники, воспользовавшись данным изобретением, смогут выбрать подходящее количество глин и/или цеолита для конкретного применения.[0037] Clays may be included in cement slurries. Some clays may include shale clay or metakaolin. Among other things, clays included in cement slurries can react with an excess of lime to form a suitable binder, such as hydrous calcium silicate. Various clays are suitable, including those containing silicon, aluminium, calcium and/or magnesium. An example of a suitable shale clay contains vitrified slate. Zeolites may also be included in cement slurries. Zeolites are typically porous aluminosilicate minerals, which may be either natural or synthetic material. Synthetic zeolites are based on the same type of structural cells as natural zeolites and may contain aluminosilicate hydrates. As used herein, the term "zeolite" refers to all natural and synthetic forms of zeolite. Examples of zeolites may include, without limitation, mordenite, zsm-5, zeolite x, zeolite y, zeolite a, and so on. In addition, examples including 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 provide additional sources of cations in the slurry as the zeolites dissolve. Clays and zeolites may be present in cement slurries in any suitable amount, including, but not limited to, amounts ranging from about 0% to about 99% bwoc. In some examples, clays and zeolites may be present in amounts ranging between any and/or including any of the following: about 1%, about 5%, about 10%, about 20%, about 40%, about 60%, about 80% or about 90% bwoc. Those skilled in the art, having used the present invention, will be able to select the appropriate amount of clays and/or zeolite for a particular application.
[0038] Цементные растворы могут дополнительно содержать гашеную известь или гидроксид кальция. В некоторых примерах гашеная известь может быть обеспечена в виде негашеной извести (оксида кальция), которая гасится при смешивании с водой с образованием гашеной извести. Гашеная известь может быть включена в примеры цементных растворов. В случае присутствия гашеная известь может быть включена в цементные растворы, например, в количестве в диапазоне от около 10 мас. % до около 100 мас. % источника кремнезема. В некоторых примерах гашеная известь может присутствовать в количестве в диапазоне между любым и/или включая любое из следующих значений: около 10 мас. %, около 20 мас. %, около 40 мас. %, около 60 мас. %, около 80 мас. % или около 100 мас. % источника кремнезема. Специалист в данной области техники, воспользовавшись данным изобретением, определит, какое количество гашеной извести необходимо включить для выбранного применения.[0038] Cement mortars may additionally contain slaked lime or calcium hydroxide. In some examples, slaked lime may be provided as quicklime (calcium oxide) which is slaked when mixed with water to form slaked lime. Hydrated lime may be included in the examples of cement slurries. If present, hydrated lime may be included in cement slurries, for example, in an amount ranging from about 10 wt. % to about 100 wt. % silica source. In some examples, slaked lime may be present in an amount ranging between any and/or including any of the following: about 10 wt. %, about 20 wt. %, about 40 wt. %, about 60 wt. %, about 80 wt. % or about 100 wt. % silica source. A person skilled in the art, having used the present invention, will determine how much slaked lime to include for the chosen application.
[0039] В некоторых примерах цементные растворы могут содержать источник кальция, отличный от гашеной извести. Как правило, для возникновения определенных цементирующих реакций могут потребоваться кальций и высокий рН, например рН 7,0 или выше. Потенциальным преимуществом гашеной извести может быть то, что ионы кальция и ионы гидроксида поставляются в одной и той же молекуле. В другом примере источником кальция может быть Ca(NO3)2 или CaCl2, причем гидроксид поставляется, например, в виде NaOH или KOH. Источник кальция и источник гидроксида могут быть включены в массовом отношении источника кремнезема к гашеной извести от около 10:1 до около 1:1 или отношении от около 3:1 до около 5:1. В случае присутствия альтернативный источник кальция и источник гидроксида могут быть включены в цементные растворы, например, в количестве в диапазоне от около 10 мас. % до около 100 мас. % источника кремнезема. В некоторых примерах альтернативный источник кальция и источник гидроксида могут присутствовать в количестве в диапазоне между любым и/или включая любое из следующих значений: около 10 мас. %, около 20 мас. %, около 40 мас. %, около 60 мас. %, около 80 мас. % или около 100 мас. % источника кремнезема. Обычный специалист в данной области техники, воспользовавшись данным изобретением, определит соответствующее количество альтернативного источника кальция и источника гидроксида, которое необходимо включить для выбранного применения.[0039] In some examples, cement slurries may contain a source of calcium other than slaked lime. Typically, calcium and a high pH, such as pH 7.0 or higher, may be required for certain cementing reactions to occur. A potential advantage of slaked lime could be that calcium ions and hydroxide ions are supplied in the same molecule. In another example, the source of calcium may be Ca(NO 3 ) 2 or CaCl 2 , the hydroxide being supplied, for example, as NaOH or KOH. The calcium source and the hydroxide source may be included in a weight ratio of silica source to slaked lime of about 10:1 to about 1:1, or a ratio of about 3:1 to about 5:1. If present, an alternative source of calcium and a source of hydroxide may be included in the cement slurries, for example, in an amount ranging from about 10 wt. % to about 100 wt. % silica source. In some examples, the alternative calcium source and hydroxide source may be present in an amount ranging between any and/or including any of the following: about 10 wt. %, about 20 wt. %, about 40 wt. %, about 60 wt. %, about 80 wt. % or about 100 wt. % silica source. One of ordinary skill in the art, having used the present invention, will determine the appropriate amount of alternative calcium source and hydroxide source to be included for the chosen application.
[0040] Цементные растворы могут содержать добавки к цементу, которые могут придавать цементному раствору требуемые свойства. Примеры таких добавок включают, но не ограничиваются ими: утяжелители, замедлители схватывания, ускорители, активаторы, газорегулирующие добавки, легковесные добавки, газообразующие добавки, добавки, улучшающие механические свойства, материалы для борьбы с поглощением, добавки для регулирования фильтрации, добавки для регулирования водоотдачи, пеногасители, пенообразователи, диспергаторы,, тиксотропные добавки, суспендирующие агенты и их комбинации. Специалист в данной области техники, воспользовавшись данным изобретением, сможет выбрать подходящую добавку для конкретного применения.[0040] Cement slurries may contain cement additives that can impart desirable properties to the cement slurry. Examples of such additives include, but are not limited to: weighting agents, retarders, accelerators, activators, gas control additives, lightweight additives, blowing additives, mechanical properties improvers, drag control materials, filtration control additives, fluid loss control additives, defoamers, foaming agents, dispersants, thixotropic additives, suspending agents and combinations thereof. A person skilled in the art, having used the present invention, will be able to select the appropriate additive for a particular application.
[0041] Цементные растворы, раскрытые в данном документе, могут использоваться в разнообразных подземных применениях, включая первичное и ремонтное цементирование. Цементные растворы можно вводить в подземный пласт и давать им возможность схватиться. В применениях первичного цементирования, например, цементные растворы могут быть введены в кольцевое пространство между трубопроводом, расположенным в стволе скважины, и стенками ствола скважины (и/или большим трубопроводом в стволе скважины), при этом ствол скважины проникает в подземный пласт. Цементному раствору можно дать возможность схватиться в кольцевом пространстве с образованием кольцевой оболочки из затвердевшего цемента. Цементный раствор может образовывать барьер, предотвращающий миграцию флюидов в стволе скважины. Цементная композиция также может, например, поддерживать канал в стволе скважины. В применениях ремонтного цементирования цементные композиции могут использовать, например, в операциях цементирования под давлением или при размещении цементных пробок. В качестве примера цементные композиции могут быть размещены в стволе скважины для закупоривания отверстия (например, пустоты или трещины) в пласте, в гравийной набивке, в канале, в цементной оболочке и/или между цементной оболочкой и трубопроводом (например, микрокольцевой зоной).[0041] The cement slurries disclosed herein can be used in a variety of underground applications, including primary and remedial cementing. Cement slurries can be injected into the subterranean formation and allowed to set. In primary cementing applications, for example, cement slurries may be introduced into the annulus between the wellbore tubing and the wellbore walls (and/or the large wellbore tubing) while the wellbore penetrates the subterranean formation. The cement slurry can be allowed to set in the annulus to form an annular shell of hardened cement. The cement slurry may form a barrier to prevent fluid migration in the wellbore. The cement composition may also, for example, support a channel in a wellbore. In remedial cementing applications, cement compositions may be used, for example, in pressure cementing operations or in the placement of cement plugs. As an example, cement compositions can be placed in a wellbore to plug a hole (eg, voids or fractures) in a formation, in a gravel pack, in a channel, in a cement sheath, and/or between the cement sheath and pipeline (eg, a microannular zone).
[0042] Далее приведена ссылка на фиг. 7, на которой проиллюстрировано использование цементного раствора 700. Цементный раствор 700 может содержать любой из компонентов, описанных в данном документе. Цементный раствор 700 может быть составлен, например, с помощью отображения данных химической активности, как описано в данном документе. Далее в соответствии с фиг. 6 цементный раствор 700 может быть помещен в подземный пласт 705 в соответствии с приведенными в качестве примера системами, способами и цементными растворами. Как показано, ствол 710 скважины может быть пробурен вглубь подземного пласта 705. Хотя показан ствол 710 скважины, проходящий в основном вертикально в подземный пласт 705, описанные в данном документе принципы также применимы к стволам скважин, которые проходят под углом через подземный пласт 705, таким как горизонтальные и наклонные стволы скважин. Как показано, ствол 710 скважины содержит стенки 715. На изображении в ствол 710 скважины введена поверхностная обсадная колонна 220. Поверхностная обсадная колонна 220 может быть прикреплена посредством цемента к стенкам 715 ствола 710 скважины цементной оболочкой 720. На изображении один или более дополнительных трубопроводов (например, промежуточная обсадная колонна, эксплуатационная обсадная колонна, хвостовики и т.д.), показанные в данном документе как обсадная колонна 730, также могут быть расположены в стволе 710 скважины. Как проиллюстрировано, существует кольцевое пространство 735 ствола скважины, образованное между обсадной трубой 730 и стенками 715 ствола 710 скважины и/или поверхностной обсадной колонной 725. Один или более центраторов 740 могут быть прикреплены к обсадной колонне 730, например, для центрирования обсадной колонны 730 в стволе 710 скважины до и во время операции цементирования.[0042] Referring now to FIG. 7, which illustrates the use of
[0043] С дальнейшей ссылкой на фиг. 7, цементный раствор 700 может быть закачан вниз по внутренней части обсадной колонны 730. Цементному раствору 700 можно дать возможность течь вниз по внутренней части обсадной колонны 730 через башмак 745 обсадной колонны в нижней части обсадной колонны 730 и вверх вокруг обсадной колонны 730 в кольцевое пространство 735 ствола скважины. Цементному раствору 700 можно дать возможность схватиться в кольцевом пространстве 735 ствола скважины, например, с образованием цементной оболочки, которая поддерживает и позиционирует обсадную колонну 730 в стволе 710 скважины. Хотя это не проиллюстрировано, для введения цементного раствора 700 также можно использовать другие методы. В качестве примера можно использовать методы обратной циркуляции, которые включают в себя введение цементного раствора 700 в подземный пласт 705 через кольцевое пространство 735 ствола скважины, а не через обсадную колонну 730. При введении цементный раствор 700 может вытеснять другие жидкости 750, такие как буровые растворы и/или буферные жидкости, которые могут присутствовать во внутренней части обсадной колонны 730 и/или кольцевого пространства 735 ствола скважины. Хотя это и не проиллюстрировано, по меньшей мере часть вытесненных жидкостей 250 может выходить из кольцевого пространства 735 ствола скважины по отводной линии и оседать, например, в одной или более сточных ямах. Нижняя пробка 755 может быть введена в ствол 710 скважины перед цементным раствором 700, например, для отделения цементного раствора 700 от жидкостей 550, которые могут находиться внутри обсадной колонны 730 перед цементированием. После того как нижняя пробка 755 достигнет посадочной муфты 780, мембрана или другое подходящее устройство должно разорваться, чтобы дать возможность цементному раствору 700 пройти через нижнюю пробку 755. Показано, что нижняя пробка 755 находится на посадочной муфте 780. На изображении верхняя пробка 760 может быть введена в ствол 710 скважины за цементным раствором 700. Верхняя пробка 760 может отделять цементный раствор 700 от вытесняющей жидкости 765, а также проталкивать цементный раствор 700 через нижнюю пробку 755.[0043] With further reference to FIG. 7,
[0044] На фиг. 8 в целом проиллюстрирован пример системы 800 обработки информации, которая может содержать любое средство или совокупность средств, используемых для вычисления, оценки, классификации, обработки, передачи, приема, извлечения, создания, переключения, хранения, отображения, проявления, обнаружения, записи, воспроизведения, регулирования или использования любой формы информации, разведочных данных или данных в деловых, научных, контрольных или других целях. Например, система 800 обработки информации может представлять собой персональный компьютер, сетевое запоминающее устройство или любое другое подходящее устройство и может различаться по размеру, форме, характеристикам, функциональности и цене. В примерах система 100 обработки информации может называться суперкомпьютером или графическим суперкомпьютером.[0044] FIG. 8 generally illustrates an exemplary
[0045] Как проиллюстрировано, система 800 обработки информации может содержать один или более центральных процессоров (ЦП) или процессоров 802. Система 800 обработки информации также может содержать оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 804, к которому могут иметь доступ процессоры 802. Следует отметить, что система 800 обработки информации может дополнительно содержать аппаратную или программную логику, ПЗУ и/или любой другой тип энергонезависимого запоминающего устройства. Система 800 обработки информации может содержать один или более графических модулей 806, которые могут иметь доступ к ОЗУ 804. Графические модули 806 могут выполнять функции, исполняемые модулем обработки графики (не показан), с использованием аппаратного обеспечения (такого как специализированные графические процессоры) или комбинации аппаратного и программного обеспечения. Пользовательское устройство 808 ввода может дать возможность пользователю контролировать и вводить информацию в систему 800 обработки информации. Дополнительные компоненты системы 800 обработки информации могут содержать один или более дисковых накопителей, устройств 812 вывода, таких как видеодисплей, и один или более сетевых портов для связи с внешними устройствами, а также пользовательское устройство 808 ввода (например, клавиатуру, мышь и т.д.). Система 800 обработки информации также может содержать одну или более шин, предназначенных для передачи сообщений между различными аппаратными компонентами.[0045] As illustrated,
[0046] В качестве альтернативы, системы и способы по настоящему изобретению могут быть реализованы, по меньшей мере частично, с энергонезависимыми машиночитаемыми носителями. Энергонезависимые машиночитаемые носители могут включать в себя любое средство или совокупность средств, которые могут сохранять данные и/или команды в течение определенного периода времени. Энергонезависимые машиночитаемые носители могут включать в себя, например, носитель 810 информации, такой как запоминающее устройство с прямым доступом (например, накопитель на жестком диске или накопитель на гибком диске), запоминающее устройство с последовательным доступом (например, накопитель на магнитной ленте), компакт-диск, CD-ROM, DVD, ОЗУ, ПЗУ, электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM) и/или флэш-память; а также средства связи, такие как провода, оптические волокна, микроволны, радиоволны и другие электромагнитные и/или оптические носители; и/или любую комбинацию вышеприведенного.[0046] Alternatively, the systems and methods of the present invention may be implemented, at least in part, with non-volatile computer-readable media. Non-volatile computer-readable media may include any means or combination of means that can store data and/or instructions for a certain period of time. Non-volatile computer-readable media may include, for example, a
[0047] На фиг. 9 проиллюстрированы дополнительные детали системы 800 обработки информации. Например, система 800 обработки информации может содержать один или более процессоров, таких как процессор 900. Процессор 900 может быть соединен с шиной 902 связи. Различные варианты реализации программного обеспечения описаны в контексте этой приведенной в качестве примера компьютерной системы. После ознакомления с данным описанием для специалиста в соответствующей области техники будет очевидно, как реализовать приведенные в качестве примера варианты реализации с использованием других компьютерных систем и/или компьютерных архитектур.[0047] FIG. 9 illustrates additional details of the
[0048] Система 800 обработки информации может также содержать основное запоминающее устройство 904, предпочтительно оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), а также может содержать вторичное запоминающее устройство 906. Вторичное запоминающее устройство 906 может содержать, например, накопитель 908 на жестком диске и/или съемный накопитель 910, представляющий накопитель на гибком диске, накопитель на магнитной ленте, накопитель на оптическом диске и т.д. Съемный накопитель 910 может считывать со съемного запоминающего устройства 912 и/или записывать на него данные любым подходящим способом. Съемное запоминающее устройство 912 представляет собой гибкий диск, магнитную ленту, оптический диск и т.д., которые считываются и записываются съемным накопителем 910. Следует понимать, что съемное запоминающее устройство 912 включает в себя компьютерный носитель данных, на котором хранится компьютерное программное обеспечение и/или данные.[0048]
[0049] В альтернативных вариантах реализации вторичное запоминающее устройство 906 может включать в себя другие операции, обеспечивающие загрузку компьютерных программ или других команд в систему 800 обработки информации. Например, съемное запоминающее устройство 914 и интерфейс 916. Примеры указанного могут включать в себя программный картридж и интерфейс картриджа (например, тот, который находится в устройствах видеоигр), съемную интегральную схему памяти (такую как EPROM или PROM) и связанный разъем, а также другие съемные запоминающие устройства 914 и интерфейсы 916, которые могут обеспечивать передачу программного обеспечения и данных со съемного запоминающего устройства 914 в систему 800 обработки информации.[0049] In alternative implementations,
[0050] В примерах система 800 обработки информации также может содержать интерфейс 918 связи. Интерфейс 918 связи может обеспечивать передачу программного обеспечения и данных между системой 800 обработки информации и внешними устройствами. Примеры интерфейса 918 связи могут включать в себя модем, сетевой интерфейс (такой как коммуникационная плата сети Ethernet), порт связи, разъем и плату PCMCIA и т.д. Программное обеспечение и данные, передаваемые через интерфейс 918 связи, имеют форму сигналов 920, которые могут представлять собой электронные, электромагнитные, оптические или другие сигналы, которые могут быть приняты интерфейсом 918 связи. Сигналы 920 могут подаваться на интерфейс связи через канал 922. Канал 922 передает сигналы 920 и может быть реализован с использованием провода или кабеля, волоконной оптики, телефонной линии, линии сотовой связи, соединительного радиоконтакта и/или любых других подходящих каналов связи. Например, система 800 обработки информации содержит по меньшей мере одно запоминающее устройство 904, предназначенное для хранения исполняемых компьютером команд, по меньшей мере один интерфейс 902, 918 связи для доступа к по меньшей мере одному запоминающему устройству 904; и по меньшей мере один процессор 900, выполненный с возможностью доступа к по меньшей мере одному запоминающему устройству 904 через по меньшей мере один интерфейс 902, 918 связи и выполнения исполняемых компьютером команд.[0050] In the examples, the
[0051] В данном документе термины «компьютерный программный носитель» и «компьютерный носитель» используются для обозначения носителей, таких как съемное запоминающее устройство 912, жесткий диск, установленный на накопителе 908 на жестком диске, и сигналы 920. Эти компьютерные программные продукты могут обеспечивать программное обеспечение для компьютерной системы 800.[0051] As used herein, the terms "computer program media" and "computer media" are used to refer to media such as
[0052] Компьютерные программы (также называемые компьютерной управляющей логикой) могут храниться в основном запоминающем устройстве 904 и/или вторичном запоминающем устройстве 906. Компьютерные программы также могут приниматься через интерфейс 918 связи. Такие компьютерные программы при исполнении обеспечивают выполнение системой 800 обработки информации функций приведенных в качестве примера вариантов реализации, как описано в данном документе. В частности, компьютерные программы при исполнении обеспечивают выполнение процессором 900 функций приведенных в качестве примера вариантов реализации. Соответственно, такие компьютерные программы представляют собой контроллеры системы 800 обработки информации.[0052] Computer programs (also referred to as computer control logic) may be stored in
[0053] В примерах с реализацией программного обеспечения программное обеспечение может храниться в компьютерном программном продукте и загружаться в систему 800 обработки информации с помощью съемного накопителя 910, накопителя 908 на жестком диске или интерфейса 918 связи. Управляющая логика (программное обеспечение), при выполнении процессором 900, приводит процессор 900 к выполнению функций приведенных в качестве примера вариантов реализации, как описано в данном документе.[0053] In the software implementation examples, the software may be stored in a computer program product and loaded into the
[0054] В примерах с реализацией аппаратных средств обеспечены аппаратные компоненты, такие как специализированные интегральные схемы (ASIC; application specific integrated circuit). Реализация такой конечной аппаратной машины состояний для выполнения описанных в данном документе функций будет очевидна для специалистов в соответствующей(их) области(ях) техники. Следует отметить, что данные изобретение может быть реализовано по меньшей мере частично как на аппаратных средствах, так и на программном обеспечении.[0054] In the hardware implementation examples, hardware components such as application specific integrated circuits (ASICs) are provided. The implementation of such a finite hardware state machine to perform the functions described herein will be apparent to those skilled in the relevant art(s). It should be noted that the present invention may be implemented at least in part in both hardware and software.
[0055] Описанные в данном документе способы могут быть выполнены по меньшей мере частично с использованием компьютерной системы, содержащей доступный для компьютера носитель, причем доступный для компьютера носитель содержит компьютерную программу, которая приводит процессор к исполнению команд, которые выполняют по меньшей мере некоторые из этапов способа, описанных в данном документе. В общем доступный для компьютера носитель может включать в себя любые материальные или энергонезависимые носители данных или носители запоминающих устройств, такие как электронные, магнитные или оптические носители, например диск или CD/DVD-ROM, соединенные с компьютером. Используемые в данном документе термины «материальный» и «энергонезависимый» предназначены для описания машиночитаемого носителя данных (или «запоминающего устройства»), исключающего распространяющиеся электромагнитные сигналы, но не предназначены для иного ограничения типа физического машиночитаемого запоминающего устройства, охватываемого выражением «машиночитаемый носитель» или «запоминающее устройство». Например, термины «энергонезависимый машиночитаемый носитель» или «материальное запоминающее устройство» предназначены для охвата типов запоминающих устройств, которые не обязательно постоянно хранят информацию, включая, например, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), флэш-память или другие типы энергозависимого запоминающего устройства. Программные инструкции и данные, хранящиеся на материальном доступном для компьютера носителе данных в энергонезависимой форме, могут дополнительно передаваться с помощью средств передачи данных или сигналов, таких как электрические, электромагнитные или цифровые сигналы, которые могут передаваться через средство связи, такое как сеть и/или беспроводное соединение.[0055] The methods described herein may be performed at least in part using a computer system comprising computer-accessible media, wherein the computer-accessible media comprises a computer program that causes the processor to execute instructions that perform at least some of the steps method described in this document. In general, computer-accessible media may include any tangible or non-volatile storage media or storage media such as electronic, magnetic or optical media, such as a disc or CD/DVD-ROM connected to the computer. As used herein, the terms "tangible" and "non-volatile" are intended to describe a computer-readable storage medium (or "memory") that excludes propagating electromagnetic signals, but is not intended to otherwise limit the type of physical computer-readable storage device encompassed by the expression "computer-readable medium" or "Memory device". For example, the terms "non-volatile computer-readable medium" or "tangible storage device" are intended to encompass types of storage devices that do not necessarily store information permanently, including, for example, random access memory (RAM), flash memory, or other types of volatile storage device. Program instructions and data stored on a tangible computer-accessible storage medium in a non-volatile form may further be transmitted by data or signal transmission media, such as electrical, electromagnetic, or digital signals, which may be transmitted over a communication medium, such as a network and/or wireless connection.
[0056] Следующие ниже утверждения могут описывать определенные варианты реализации данного изобретения, но их следует рассматривать как ограниченные любым конкретным вариантом реализации.[0056] The following statements may describe certain embodiments of the present invention, but should be construed as being limited to any particular implementation.
[0057] Утверждение 1. Способ составления цементного раствора, включающий: обеспечение состава цементного раствора, содержащего воду и по меньшей мере один вяжущий компонент; создание модели прочности на сжатие состава цемента для данного времени; приготовление цементного раствора на основании по меньшей мере частично модели; и введение цементного раствора в подземный пласт.[0057]
[0058] Утверждение 2. Способ по утверждению 1, отличающийся тем, что этап создания модели включает по меньшей мере одно из моделирования предельной прочности на сжатие состава цемента, моделирования энергии активации состава цемента и моделирования временной зависимости прочности на сжатие состава цемента.[0058]
[0059] Утверждение 3. Способ по любому из утверждений 1-2, отличающийся тем, что этап создания модели включает моделирование предельной прочности на сжатие состава цемента, и при этом моделирование предельной прочности на сжатие включает корреляцию по меньшей мере одного из потребности в воде состава цемента, удельного веса состава цемента, среднего размера частиц состава цемента, площади поверхности по методу БЭТ состава цемента, удельной площади поверхности, концентрации C2S в составе цемента, концентрации C3S в составе цемента, концентрации C4AF в составе цемента, концентрации С3А в составе цемента, концентрации CaSO4 в составе цемента и концентрации гипса в составе цемента с предельной прочностью на сжатие.[0059] Statement 3. The method of any one of claims 1-2, wherein the step of creating the model includes modeling the ultimate compressive strength of the cement composition, wherein the modeling of the ultimate compressive strength includes correlating at least one of the water requirement of the composition of cement, specific gravity of cement formulation, average particle size of cement formulation, BET surface area of cement formulation, specific surface area, C 2 S concentration in cement formulation, C 3 S concentration in cement formulation, C 4 AF concentration in cement formulation, concentration C 3 A in the composition of cement, the concentration of CaSO 4 in the composition of cement and the concentration of gypsum in the composition of cement with ultimate compressive strength.
[0060] Утверждение 4. Способ по любому из утверждений 1-3, отличающийся тем, что этап создания модели включает моделирование предельной прочности на сжатие состава цемента, и при этом моделирование предельной прочности на сжатие включает следующую модель: 
[0061] Утверждение 5. Способ по любому из утверждений 1-4, отличающийся тем, что этап создания модели включает моделирование энергии активации состава цемента, и при этом моделирование энергии активации включает корреляцию по меньшей мере одного из среднего размера частиц состава цемента, площади поверхности по методу БЭТ состава цемента, удельной площади поверхности, концентрации C2S в составе цемента, концентрации C3S в составе цемента, концентрации C4AF в составе цемента, концентрации С3А в составе цемента, концентрации CaSO4 в составе цемента и концентрации гипса в составе цемента с энергией активации.[0061] Statement 5. The method of any one of claims 1-4, wherein the step of generating the model includes modeling the activation energy of the cement composition, wherein the modeling of the activation energy includes correlating at least one of the average particle size of the cement composition, surface area according to the BET method of the cement composition, specific surface area, C 2 S concentration in the cement composition, C 3 S concentration in the cement composition, C 4 AF concentration in the cement composition, C 3 A concentration in the cement composition, CaSO 4 concentration in the cement composition and concentration gypsum in the composition of cement with activation energy.
[0062] Утверждение 6. Способ по любому из утверждений 1-5, отличающийся тем, что этап создания модели включает моделирование энергии активации состава цемента, и при этом моделирование энергии активации включает корреляцию калориметрических данных с энергией активации.[0062] Statement 6. The method of any one of statements 1-5, wherein the step of generating the model includes modeling the activation energy of the cement formulation, wherein the modeling of the activation energy includes correlating the calorimetric data with the activation energy.
[0063] Утверждение 7. Способ по любому из утверждений 1-6, отличающийся тем, что этап создания модели включает моделирование временной зависимости прочности на сжатие состава цемента, и при этом моделирование временной зависимости прочности на сжатие включает корреляцию прочности на сжатие с течением времени с помощью функции Вейбулла.[0063] Statement 7. The method of any one of statements 1-6, wherein the step of creating the model includes modeling the time dependence of the compressive strength of the cement composition, and wherein modeling the time dependence of the compressive strength includes correlating the compressive strength over time with using the Weibull function.
[0064] Утверждение 8. Способ по любому из утверждений 1-7, отличающийся тем, что этап создания модели включает моделирование временной зависимости прочности на сжатие состава цемента, и при этом моделирование временной зависимости прочности на сжатие включает следующую модель: 
[0065] Утверждение 9. Способ по любому из утверждений 1-8, отличающийся тем, что этап моделирования включает следующую модель:[0065] Statement 9. The method of any one of statements 1-8, wherein the modeling step includes the following model:
где CS0 представляет собой прочность на сжатие при отношении воды к цементу, составляющем 1, w - массовую долю воды, С0 - массовую долю портландцемента, 
температуры масштабный параметр, t - время, tинд - время индукции, а K1 и K2 - параметр формы.temperature scale parameter, t is time, t ind is induction time, and K 1 and K 2 are shape parameter.
[0066] Утверждение 10. Способ по любому из утверждений 1-9, дополнительно включающий обеспечение требуемой предельной прочности на сжатие и требуемой прочности на сжатие, зависящей от времени, и сравнение требуемой предельной прочности на сжатие и требуемой прочности на сжатие, зависящей от времени, с выходными данными этапа моделирования.[0066]
[0067] Утверждение 11. Способ по любому из утверждений 1-10, дополнительно включающий регулирование концентрации воды, по меньшей мере одного вяжущего компонента или обоих в составе цемента.[0067] Statement 11. The method of any one of statements 1-10, further comprising adjusting the concentration of water, at least one binder component, or both in the cement composition.
[0068] Утверждение 12. Энергонезависимый машиночитаемый носитель, содержащий хранящиеся на нем данные, представляющие программное обеспечение, выполняемое компьютером, причем программное обеспечение содержит команды, содержащие: команды для расчета прочности на сжатие цементного раствора с помощью модели прочности на сжатие.[0068] Statement 12. A non-volatile computer-readable medium containing data stored thereon representing software executable by a computer, the software containing instructions comprising: instructions for calculating the compressive strength of a cement slurry using a compressive strength model.
[0069] Утверждение 13. Энергонезависимый машиночитаемый носитель по утверждению 12, отличающийся тем, что цементный раствор содержит воду и по меньшей мере один вяжущий компонент.[0069] Statement 13. The non-volatile computer-readable medium of claim 12, wherein the cement slurry contains water and at least one binder component.
[0070] Утверждение 14. Энергонезависимый машиночитаемый носитель по любому из утверждений 12-13, отличающийся тем, что модель прочности на сжатие содержит функцию Вейбулла.[0070] Statement 14. The non-volatile computer-readable medium of any one of statements 12-13, wherein the compressive strength model contains a Weibull function.
[0071] Утверждение 15. Энергонезависимый машиночитаемый носитель по любому из утверждений 12-14, отличающийся тем, что модель прочности на сжатие содержит модель по меньшей мере одного из модели предельной прочности на сжатие цемента, модели энергии активации цемента и модели временной зависимости прочности на сжатие цемента.[0071] Statement 15. The non-volatile computer-readable medium of any one of claims 12-14, wherein the compressive strength model comprises a model of at least one of a cement compressive strength model, a cement activation energy model, and a compressive strength time dependence model cement.
[0072] Утверждение 16. Способ цементирования, включающий: обеспечение состава цемента, содержащего воду и по меньшей мере один вяжущий компонент, при этом по меньшей мере один вяжущий компонент содержит портландцемент; моделирование прочности на сжатие и зависящей от времени прочности на сжатие состава цемента с помощью модели прочности на сжатие цемента; сравнение прочности на сжатие и зависящей от времени прочности на сжатие состава цемента с требованием предельной прочности на сжатие и требованием зависящей от времени прочности на сжатие; приготовление состава цемента; и размещение состава цемента в подземном пласте.[0072] Statement 16. A method of cementing, including: providing a cement composition containing water and at least one binder component, while at least one binder component contains Portland cement; modeling the compressive strength and time-dependent compressive strength of the cement composition using the cement compressive strength model; comparing the compressive strength and time-dependent compressive strength of the cement composition with the requirement for ultimate compressive strength and the requirement for time-dependent compressive strength; preparation of the cement composition; and placing the cement composition in the subterranean formation.
[0073] Утверждение 17. Способ по утверждению 16, отличающийся тем, что модель прочности на сжатие цемента содержит функцию Вейбулла.[0073] Statement 17. The method of Statement 16, wherein the cement compressive strength model contains a Weibull function.
[0074] Утверждение 18. Способ по любому из утверждений 16-17, отличающийся тем, что этап моделирования прочности на сжатие состава цемента включает моделирование следующей функции: 
[0075] 19. Способ по любому из утверждений 16-18, отличающийся тем, что этап моделирования зависящей от времени прочности на сжатие состава цемента включает моделирование следующей функции:[0075] 19. The method of any one of claims 16-18, wherein the step of modeling the time-dependent compressive strength of the cement composition includes modeling the following function:
где CS0 представляет собой прочность на сжатие при отношении воды к цементу, составляющем 1, w - массовую долю воды, С0 - массовую долю портландцемента, 
[0076] Утверждение 20. Способ по любому из утверждений 16-19, дополнительно включающий регулирование по меньшей мере одного из концентрации воды, концентрации по меньшей мере одного вяжущего компонента или обоих на основании по меньшей мере частично результата этапа сравнения.[0076] Statement 20. The method of any one of statements 16-19, further comprising adjusting at least one of the water concentration, the concentration of at least one binder component, or both based at least in part on the result of the comparison step.
[0077] Раскрытые цементные композиции и связанные с ними способы могут прямо или косвенно влиять на любые насосные системы, которые типовым образом содержат любые каналы, трубопроводы, грузовики, трубчатые элементы и/или трубы, которые могут быть соединены с насосом и/или любыми насосными системами и могут быть применены для транспортировки по текучей среде цементных композиций в скважину, любые насосы, компрессоры или двигатели (например, в верхней или нижней части скважины), применяемые для приведения в движение цементных композиций, любые клапаны или соответствующие соединения, применяемые для регулирования давления или скорости потока цементных композиций, и любые датчики (т.е. датчики давления, температуры, расхода и т.д.), измерительные приборы и/или их комбинации и т.п.Цементные композиции также могут прямо или косвенно влиять на любые смесительные бункеры и сточные ямы и их различные варианты.[0077] The disclosed cement compositions and related methods may directly or indirectly affect any pumping systems, which typically include any channels, conduits, trucks, tubulars, and/or pipes that may be connected to a pump and/or any pumping stations. systems and can be used to transport cement compositions in a fluid medium to the well, any pumps, compressors or motors (for example, in the upper or lower part of the well) used to propel the cement compositions, any valves or appropriate connections used to control pressure or flow rates of cement compositions, and any sensors (i.e. pressure, temperature, flow sensors, etc.), meters and/or combinations thereof, etc. Cement compositions can also directly or indirectly affect any mixing bunkers and pits and their various variants.
[0078] Следует понимать, что композиции и способы описаны как «включающие», «содержащие» или «включающие в себя» различные компоненты или этапы, причем композиции и способы также могут «состоять по существу из» или «состоять из» различных компонентов и этапов. Более того, формы единственного числа, используемые в формуле изобретения, определены в данном документе как означающие один или более чем один из элементов, которые они вводят.[0078] It should be understood that compositions and methods are described as "comprising", "comprising", or "comprising" various components or steps, and compositions and methods can also "consist essentially of" or "consist of" various components and stages. Moreover, the singular forms used in the claims are defined herein to mean one or more of the elements they introduce.
[0079] Для краткости в данном документе явно раскрыты только определенные диапазоны. Однако диапазоны от любого нижнего предела могут быть объединены с любым верхним пределом для указания диапазона, не указанного явно, а также диапазоны от любого нижнего предела могут быть объединены с любым другим нижним пределом для указания диапазона, не указанного явно, и таким же образом диапазоны от любого верхнего предела могут быть объединены с любым другим верхним пределом для указания диапазона, не указанного явно. Кроме того, всякий раз, когда раскрывается числовой диапазон с нижним пределом и верхним пределом, конкретно раскрываются любое число и любой включенный диапазон, попадающий в данный диапазон. В частности, каждый диапазон значений (в виде «от около а до около b» или, что эквивалентно, «приблизительно от а до b» или, что эквивалентно, «приблизительно от а-b»), раскрытый в данном документе, следует понимать как излагающий каждое число и диапазон, входящий в более широкий диапазон значений, даже если они не указаны явно. Таким образом, каждая точка или отдельное значение может служить своим собственным нижним или верхним пределом в сочетании с любой другой точкой или отдельным значением или любым другим нижним или верхним пределом для указания диапазона, который не указан явно.[0079] For brevity, only certain ranges are explicitly disclosed herein. However, ranges from any lower limit may be combined with any upper limit to indicate a range not explicitly specified, and ranges from any lower limit may be combined with any other lower limit to indicate a range not explicitly specified, and likewise ranges from any upper limit may be combined with any other upper limit to indicate a range not explicitly specified. In addition, whenever a numeric range with a lower limit and an upper limit is disclosed, any number and any included range falling within that range is specifically disclosed. 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 to b"), disclosed in this document, should be understood as spelling out every number and range within a wider range of values, even if not explicitly stated. Thus, each point or individual value can serve as its own lower or upper limit in combination with any other point or individual value or any other lower or upper limit to indicate a range that is not explicitly specified.
[0080] Следовательно, настоящее изобретение хорошо приспособлено для достижения упомянутых целей и преимуществ, а также целей и преимуществ, которые ему присущи. Конкретные примеры, раскрытые выше, являются только иллюстративными, поскольку настоящее изобретение может быть модифицировано и реализовано на практике различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, пользующихся преимуществами изложенных в данном документе идей. Хотя обсуждаются отдельные примеры, данное изобретение охватывает все комбинации всех этих примеров. Кроме того, не предполагается никаких ограничений в отношении деталей конструкции или схемы, показанных в данном документе, кроме тех, которые описаны ниже в формуле изобретения. Кроме того, термины в формуле изобретения имеют свое простое, обычное значение, если иное явно и четко не определено патентообладателем. Следовательно, очевидно, что конкретные иллюстративные примеры, раскрытые выше, могут быть изменены или модифицированы, и все такие измененные варианты рассматриваются в пределах объема и сущности настоящего изобретения. Если есть какое-либо противоречие в использовании слова или термина в данном описании и в одном или более патентах или других документах, которые могут быть включены в данный документ посредством ссылки, должны быть приняты определения, которые согласуются с данным описанием.[0080] Therefore, the present invention is well adapted to achieve the mentioned objects and advantages, as well as the objects and advantages that are inherent in it. The specific examples disclosed above are illustrative only as the present invention may be modified and practiced in various but equivalent ways that will be apparent to those skilled in the art taking advantage of the teachings herein. While individual examples are discussed, the present invention encompasses all combinations of all of these examples. In addition, no restrictions are intended with respect to the details of construction or circuitry shown herein, other than those described below in the claims. In addition, the terms in the claims have their simple, ordinary meaning, unless otherwise expressly and clearly defined by the patent owner. Therefore, it is obvious that the specific illustrative examples disclosed above may be changed or modified, and all such modified options are considered within the scope and essence of the present invention. If there is any conflict in the use of a word or term in this specification and in one or more patents or other documents that may be incorporated herein by reference, definitions that are consistent with this specification shall be adopted.
Claims (33)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2779174C1 true RU2779174C1 (en) | 2022-09-05 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5624491A (en) * | 1994-05-20 | 1997-04-29 | New Jersey Institute Of Technology | Compressive strength of concrete and mortar containing fly ash |
| KR101091871B1 (en) * | 2010-02-05 | 2011-12-12 | 현대건설주식회사 | Concrete Pouring Cure Management System Using Concrete Heat Value Analysis Simulation Method |
| KR101316560B1 (en) * | 2011-09-22 | 2013-10-15 | 대우조선해양 주식회사 | Energy saving system of ship by using waste heat |
| US20170364607A1 (en) * | 2016-06-20 | 2017-12-21 | Schlumberger Technology Corporation | Methods and system to reduce imperceptible lab experiments |
| US20190040297A1 (en) * | 2016-02-05 | 2019-02-07 | Schlumberger Technology Corporation | Cement compositions with adjustable mechanical properties |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5624491A (en) * | 1994-05-20 | 1997-04-29 | New Jersey Institute Of Technology | Compressive strength of concrete and mortar containing fly ash |
| KR101091871B1 (en) * | 2010-02-05 | 2011-12-12 | 현대건설주식회사 | Concrete Pouring Cure Management System Using Concrete Heat Value Analysis Simulation Method |
| KR101316560B1 (en) * | 2011-09-22 | 2013-10-15 | 대우조선해양 주식회사 | Energy saving system of ship by using waste heat |
| US20190040297A1 (en) * | 2016-02-05 | 2019-02-07 | Schlumberger Technology Corporation | Cement compositions with adjustable mechanical properties |
| US20170364607A1 (en) * | 2016-06-20 | 2017-12-21 | Schlumberger Technology Corporation | Methods and system to reduce imperceptible lab experiments |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГОСТ Р50779.27-2017 Национальный стандарт Российской Федерации, Статистические методы, Применение при проверке квалификации посредством межлабораторных испытаний, Statisticalmethods. Use in proficiency testing by interlaboratory comparison. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11198649B2 (en) | Method for designing for compressive strength for cement slurry | |
| US20210172280A1 (en) | Cement Composition And Its Relation With Compressive Strength | |
| RU2724864C1 (en) | Lime-silica cement with low content of portland cement | |
| US11548831B2 (en) | Optimized bulk blend formulation based on compressive strength requirements | |
| US11352300B2 (en) | Method for designing mixable slurries | |
| WO2020204960A1 (en) | Search methods for new bulk materials for cementing applications | |
| US20210151133A1 (en) | Method For Designing For Temperature Sensitivity Of Hydration Of Cement Slurry | |
| US11584695B2 (en) | Work method to design for thickening time by tailoring additives | |
| RU2779174C1 (en) | Method for providing compressive strength for cement mortar | |
| US11390567B2 (en) | Tailoring for temperature sensitivity of thickening time of cement slurry | |
| US20220010190A1 (en) | Real Time Tailoring Of Cement Slurry For Downhole Thickening Time | |
| US11386247B2 (en) | Method for designing for induction time using supplementary cementitious materials | |
| US20230111521A1 (en) | Design For Fluid Loss Requirement Of A Cement Slurry Using Bulk Blend Materials | |
| US11945994B1 (en) | Method to design for permeability of portland based systems | |
| WO2023009147A1 (en) | Method to design cement slurry with minimal carbon footprint | |
| AU2020458200A1 (en) | Work method to design for thickening time using cementitious blend composition | |
| NO20221098A1 (en) | Method for designing low portland liquid cement with long shelf life | |
| WO2022010501A1 (en) | Work method to design extended life slurries |