Вспененные способные к схватыванию композиции, включающие цементную печную пыль, и способы их использования

Вспененные способные к схватыванию композиции, включающие цементную печную пыль, и способы их использования

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к операциям цементирования и, более конкретно, к способным к схватыванию композициям, включающим воду и цементную пыль ("CKD"), и к соответствующим способам использования.

Способные к схватыванию композиции можно использовать в разнообразных подземных применениях. Используемый здесь термин "способная к схватыванию композиция" относится к любой композиции, которая с течением времени будет схватываться с образованием затвердевшей массы. Один пример способной к схватыванию композиции включает гидравлический цемент и воду. Подземные применения, которые могут включать способные к схватыванию композиции, включают, но не ограничиваются этим, первичное цементирование, вторичное (ремонтное) цементирование и буровые работы. Способные к схватыванию композиции также можно использовать в поверхностных применениях, например при строительном цементировании.

Способные к схватыванию композиции можно использовать в операциях первичного цементирования, при помощи которого колонны труб, например обсадную трубу и обсадную колонну-хвостовик, цементируют в стволе скважины. При осуществлении первичного цементирования способную к схватыванию композицию можно закачать в кольцевое пространство между стенками ствола скважины и расположенной в ней колонной труб. Способная к схватыванию композиция схватывается в кольцевом пространстве, посредством этого образуя кольцеобразную оболочку затвердевшего цемента (например, цементное кольцо), которое поддерживает и устанавливает в требуемое положение колонну труб в стволе скважины и связывает внешнюю поверхность колонны труб со стенками ствола скважины.

Способные к схватыванию композиции также можно использовать в операциях вторичного цементирования, таких как герметизация полостей в колонне труб или цементной оболочке. Используемый здесь термин "полости" относится к любому типу пространства, включая изломы, отверстия, трещины, каналы, полости и аналогичное. Такие полости могут включать: отверстия или трещины в колоннах труб; отверстия, трещины, полости или каналы в цементной оболочке и очень маленькие полости (обычно называемые "затрубным микропространством"), между цементной оболочкой и внешней поверхностью обсадки скважины или пластом. Герметизация таких пустот может предотвратить нежелательный поток текучих сред (например, нефти, газа, воды и т.д.) и/или мелкодисперсных твердых веществ в ствол скважины или из него.

Были осуществлены попытки герметизации таких полостей, осуществленные намеренно или нет, посредством введения вещества в полость и предоставления ему возможности оставаться в ней для герметизации полости. Если вещество не встраивается в полость, поверх полости можно сформировать пробку, гильзу или оболочку, чтобы по возможности остановить нежелательный поток жидкости. Вещества, используемые до настоящего времени в способах ограничения течения жидких сред через такие пустоты, включают способные к схватыванию композиции, включающие воду и гидравлический цемент, где способы используют гидравлическое давление для нагнетания способной к схватыванию композиции в полость. После помещения в полость способной к схватыванию композиции можно дать возможность затвердеть.

Операции вторичного цементирования также можно использовать для герметизации частей подземных пластов или частей гравийной набивки. Части подземного пласта могут включать проницаемые части пласта и изломы (природные или иные) в пласте и другие части пласта, которые могут позволить нежелательный поток жидкости в ствол скважины или из него. Части гравийной набивки включают те части гравийной набивки, в которых желательно предотвратить нежелательный поток текучих сред в ствол скважины или из него. "Гравийная набивка" представляет собой термин, обычно используемый для ссылки на объем сыпучих материалов (таких как песок), помещаемых в ствол скважины, чтобы, по меньшей мере, частично уменьшить миграцию рыхлых частиц пласта в ствол скважины. В то время как операции бесфильтровой гравийной набивки становятся более общими, операции гравийной набивки обычно включают помещение фильтра гравийной набивки в ствол скважины соседней к желаемой части подземного пласта и набивку окружающего кольцевого пространства между фильтром и стволом скважины сыпучими материалами, которые сортированы по размеру, для предотвращения и подавления прохождения твердых веществ пласта через гравийную набивку с продукционными жидкостями. Среди прочих вещей, данный способ может позволить герметизацию части гравийной набивки для предотвращения нежелательного потока текучих сред, не требуя удаления гравийной набивки.

Способные к схватыванию композиции также можно использовать в течение бурения ствола скважины в подземном пласте. Например, при бурении ствола скважины может быть желательно, в некоторых случаях, изменить направление ствола скважины. В некоторых примерах способные к схватыванию композиции можно использовать для облегчения данного изменения направления, например, бурением направляющей скважины в затвердевшей массе цемента, обычно называемой "пробкой, применяемой для изменения направления ствола скважины", помещенной в ствол скважины.

Определенные пласты могут заставить буровую коронку бурить в особом направлении. Например, в вертикальной скважине это может привести в результате к нежелательному отклонению ствола скважины от вертикали. В наклонно направленной скважине (которую бурят под углом от вертикали) после бурения начального участка ствола скважины по вертикали направление, вызванное пластом, может сделать следование желаемым путем затруднительным. В данных и других примерах можно использовать специальные инструменты для направленного бурения, такие как отклонитель, комбинацию приводного бура со скважинным кривым переводником и аналогичные. Как правило, используемый инструмент или инструменты для направленного бурения можно ориентировать таким образом, что направляющую скважину бурят под желаемым углом к предшествующему стволу скважины в желаемом направлении. Когда направляющую скважину пробурили на короткое расстояние, специальный инструмент или инструменты извлекают, если требуется, и можно возобновить бурение вдоль нового пути. Для содействия в обеспечении того, что последующее бурение следует направляющей скважине, может быть необходимо бурить направляющую скважину в пробке для изменения направления ствола скважины, помещенной в ствол скважины. В данных примерах перед бурением направляющей скважины в ствол скважины можно ввести способную к схватыванию композицию и дать ей возможность затвердеть с образованием в ней пробки для изменения направления ствола скважины. Затем в пробке для изменения направления ствола скважины можно пробурить направляющую скважину, и высокая прочность пробки для изменения направления ствола скважины помогает гарантировать, что последующее бурение протекает в направлении направляющей скважины.

Использованные до настоящего времени способные к схватыванию композиции обычно включали портландцемент. Портландцемент, как правило, является основным компонентом с точки зрения стоимости способных к схватыванию композиций. Для снижения стоимости таких способных к схватыванию композиций в добавление к портландцементу или вместо него в способные к схватыванию композиции можно включить другие компоненты. Такие компоненты могут включать зольную пыль, шлаковый цемент, сланец, метакаолин, микродисперсный цемент и аналогичное. Используемый здесь термин "зольная пыль" относится к остатку сгорания пылевидного или измельченного угля, где зольную пыль, уносимую топочными газами, можно удалить, например, электростатическим осаждением. Используемый здесь термин "шлак" относится к гранулированному побочному продукту доменного процесса, образовавшемуся при получении чугунных отливок, и, как правило, он включает окисленные примеси, обнаруживаемые в железной руде. Шлаковый цемент, как правило, включает шлак и основание, например гидроксид натрия, бикарбонат натрия, карбонат натрия или известь, для образования способной к схватыванию композиции, которая при объединении с водой может схватиться с образованием затвердевшей массы.

В ходе изготовления цемента образуются отходы производства, обычно называемые "CKD". Используемый здесь термин "CKD" относится к частично кальцинированному обжигаемому материалу, который удаляют из газового потока и собирают в пылеуловителе в течение изготовления цемента. Обычно при производстве цемента собирают огромные количества CKD, которые часто утилизируют в виде отходов. Удаление отходов CKD может добавить нежелательную стоимость при производстве цемента, а также озабоченность экологическими проблемами, связанную с их утилизацией. Химический анализ CKD от различных цементных производителей различается в зависимости от ряда факторов, включая конкретный обжигаемый материал, эффективность операции изготовления цемента и имеющие отношение системы сбора пыли. CKD обычно может включать множество оксидов, таких как SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, СаО, MgO, SO₃, Na₂O и K₂O.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к операциям цементирования и, более конкретно, к способным к схватыванию композициям, включающим воду и CKD, и к соответствующим способам использования.

В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает вспененную способную к схватыванию композицию, включающую: воду, CKD, газ и поверхностно-активное вещество.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предлагается вспененная способная к схватыванию композиция, включающая: воду, CKD в количестве в диапазоне примерно от 10% до 50% по массе, портландцемент в количестве в диапазоне примерно от 50% до 90% по массе, газ и композицию вспенивающего и стабилизирующего поверхностно-активного вещества.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ цементирования, включающий: подготовку вспененной способной к схватыванию композиции, включающей воду, CKD, газ и поверхностно-активное вещество; введение вспененной способной к схватыванию композиции внутрь участка, который необходимо цементировать, и предоставление возможности вспененной способной к схватыванию композиции схватиться с образованием внутри этого участка затвердевшей массы.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предлагается способ цементирования колонны труб, расположенной в стволе скважины, включающий: подготовку вспененной способной к схватыванию композиции, включающей воду, CKD, газ и поверхностно-активное вещество; введение вспененной способной к схватыванию композиции в кольцевое пространство между колонной труб и стенкой ствола скважины и предоставление возможности вспененной способной к схватыванию композиции схватиться в кольцевом пространстве.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предлагается способ цементирования, включающий: подготовку способной к схватыванию композиции, включающей воду, CKD и поверхностно-активное вещество; вспенивание способной к схватыванию композиции газом с образованием вспененной способной к схватыванию композиции; введение вспененной способной к схватыванию композиции внутрь участка, который необходимо цементировать, и предоставление возможности вспененной способной к схватыванию композиции схватиться.

Признаки и преимущества настоящего изобретения будут понятны специалисту в данной области. В то время как специалистами в данной области могут быть сделаны многочисленные изменения, такие изменения охватываются замыслом изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к операциям цементирования и, более конкретно, к способным к схватыванию композициям, включающим воду и CKD, и к имеющим отношение способам использования. Способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению можно использовать в разнообразных подземных применениях, включая первичное цементирование, вторичное цементирование и буровые работы. Способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению также можно использовать в поверхностных применениях, например при строительном цементировании.

Способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению

В одном варианте осуществления способная к схватыванию композиция по настоящему изобретению включает воду и CKD. В некоторых вариантах осуществления способная к схватыванию композиция по настоящему изобретению может быть вспененной, например включающей воду, CKD, газ и поверхностно-активное вещество. Вспененную способную к схватыванию композицию можно использовать, например, когда желательно, чтобы способная к схватыванию композиция была легковесной. В способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению, если желательно, могут быть включены другие необязательные добавки, включая, но не ограничиваясь этим, гидравлический цемент, зольную пыль, шлаковый цемент, сланец, цеолит, метакаолин, их комбинации и аналогичное.

Способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению должны иметь плотность, подходящую для конкретного применения, как желательно специалистам в данной области, с преимуществом данного описания. В некоторых вариантах осуществления способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению могут иметь плотность в диапазоне примерно от 8 фунтов на галлон ("фунт/галлон") до 16 фунт/галлон. Во вспененных вариантах осуществления вспененные способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению могут иметь плотность в диапазоне примерно от 8 фунт/галлон до 13 фунт/галлон.

Вода, используемая в способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению, может включать пресную воду, соленую воду (например, воду, содержащую одну или несколько растворенных солей), рассол (например, насыщенную соленую воду, добываемую из подземных пластов), морскую воду или их комбинации. Как правило, вода может быть из любого источника при условии, что она не содержит избыток соединений, которые могут неблагоприятно воздействовать на другие компоненты в способной к схватыванию композиции. В некоторых вариантах осуществления вода может быть включена в количестве, достаточном для образования способной к перекачиванию суспензии. В некоторых вариантах осуществления вода может быть включена в способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 40% до 200% по массе. Используемый здесь термин "по массе" при использовании в настоящем описании для обозначения процента компонента в способной к схватыванию композиции обозначает массовый процент компонента, включенного в способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению относительно массы сухих компонентов в способной к схватыванию композиции. В некоторых вариантах осуществления вода может быть включена в количестве в диапазоне примерно от 40% до 150% по массе.

CKD необходимо включать в способные к схватыванию композиции в количестве, достаточном для обеспечения желаемой прочности на сжатие, плотности и/или снижения стоимости. В некоторых вариантах осуществления CKD может присутствовать в способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 0,01% до 100% по массе. В некоторых вариантах осуществления CKD может присутствовать в способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 5% до 100% по массе. В некоторых вариантах осуществления CKD может присутствовать в способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 5% до 80% по массе. В некоторых вариантах осуществления CKD может присутствовать в способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 10% до 50% по массе.

Способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению могут необязательно включать гидравлический цемент. По настоящему изобретению можно использовать множество гидравлических цементов, включая, но не ограничиваясь этим, цементы, содержащие кальций, алюминий, кремний, кислород, железо и/или серу, которые схватываются и затвердевают при взаимодействии с водой. Подходящие гидравлические цементы включают, но не ограничиваются этим, портландцементы, пуццолановые цементы, гипсоцементы, цементы с высоким содержанием оксида алюминия, шлаковые цементы, кремнеземистые цементы и их комбинации. В некоторых вариантах осуществления гидравлический цемент может включать портландцемент. В некоторых вариантах осуществления портландцементы, которые подходят для использования в настоящем изобретении, классифицируют как цементы классов А, С, Н и G согласно Американскому Нефтяному Институту, API Specification for Materials and Testing for Well Cements, API Specification 10, Fifth Ed., July 1, 1990.

Когда гидравлический цемент присутствует, он, как правило, может быть включен в способные к схватыванию композиции в количестве, достаточном для обеспечения желаемой прочности на сжатие, плотности и/или стоимости. В некоторых вариантах осуществления гидравлический цемент может присутствовать в способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 0% до 100% по массе. В некоторых вариантах осуществления гидравлический цемент может присутствовать в способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 0% до 95% по массе. В некоторых вариантах осуществления гидравлический цемент может присутствовать в способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 20% до 95% по массе. В некоторых вариантах осуществления гидравлический цемент может присутствовать в способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 50% до 90% по массе.

В некоторых вариантах осуществления пуццолановый портландцемент, который может подходить для использования, включает зольную пыль. Может подходить зольная пыль множества типов, включая зольную пыль, классифицируемую как зольная пыль класса С и класса F согласно Американскому Нефтяному Институту, API Specification for Materials and Testing for Well Cements, API Specification 10, Fifth Ed., July 1, 1990. Зольная пыль класса С включает как диоксид кремния, так и известь, так что при смешивании с водой она схватывается с образованием затвердевшей массы. Зольная пыль класса F, как правило, не содержит достаточного количества извести, так что для зольной пыли класса F требуется дополнительный источник ионов кальция для получения способной к схватыванию композиции с водой. В некоторых вариантах осуществления известь можно смешать с зольной пылью класса F в количестве в диапазоне примерно от 0,1% до 25% по массе зольной пыли. В некоторых примерах известь может представлять собой гашеную известь. Подходящие примеры зольной пыли включают, но не ограничиваются этим, цементную добавку "POZMIX^® А", продаваемую Halliburton Energy Services, Inc., Дункан, Оклахома.

Когда зольная пыль присутствует, она, как правило, может быть включена в способные к схватыванию композиции в количестве, достаточном для обеспечения желаемой прочности на сжатие, плотности и/или стоимости. В некоторых вариантах осуществления зольная пыль может присутствовать в способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 5% до 75% по массе. В некоторых вариантах осуществления зольная пыль может присутствовать в способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 10% до 60% по массе.

В некоторых вариантах осуществления шлаковый цемент, который может подходить для использования, может включать шлак. Как правило, шлак не содержит достаточное количество основного материала, поэтому шлаковый цемент может дополнительно включать основание для получения способной к схватыванию композиции, которая может взаимодействовать с водой для схватывания с образованием затвердевшей массы. Примеры подходящих источников оснований включают, но не ограничиваются этим, гидроксид натрия, бикарбонат натрия, карбонат натрия, известь и их комбинации.

Когда шлаковый цемент присутствует, он, как правило, может быть включен в способные к схватыванию композиции в количестве, достаточном для обеспечения желаемой прочности на сжатие, плотности и/или стоимости. В некоторых вариантах осуществления шлаковый цемент может присутствовать в способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 0% до 99,9% по массе. В некоторых вариантах осуществления шлаковый цемент может присутствовать в способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 5% до 75% по массе.

В некоторых вариантах осуществления способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению могут дополнительно включать метакаолин. Как правило, метакаолин представляет собой белый пуццолан, который можно приготовить, нагревая каолиновую глину, например, до температур в диапазоне примерно от 600°С до 800°С. В некоторых вариантах осуществления метакаолин может присутствовать в способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 5% до 95% по массе. В некоторых вариантах осуществления метакаолин может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 10% до 50% по массе.

В некоторых вариантах осуществления способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению могут дополнительно включать сланец. Среди прочего, сланец, включенный в способные к схватыванию композиции, может взаимодействовать с избытком извести с образованием подходящего цементирующего материала, например гидрата силиката кальция. Подходят разнообразные сланцы, включая сланцы, содержащие кремний, алюминий, кальций и/или магний. Пример подходящего сланца включает спекшийся сланец. Подходящие примеры спекшегося сланца включают, но не ограничиваются этим, материал "PRESSUR-SEAL^® FINE LCM" и материал "PRESSUR-SEAL^® COARSE LCM", которые продаются TXI Energy Services, Inc., Хьюстон, Техас. Как правило, сланец может иметь любое распределение размеров частиц, желательное для конкретного применения. В некоторых вариантах осуществления сланец может иметь распределение размеров частиц в диапазоне примерно от 37 микрометров до 4750 микрометров.

Когда сланец присутствует, он может быть включен в способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению в количестве, достаточном для обеспечения желаемой прочности на сжатие, плотности и/или стоимости. В некоторых вариантах осуществления сланец может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 5% до 75% по массе. В некоторых вариантах осуществления сланец может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 10% до 35% по массе. Специалист в данной области, с преимуществом настоящего описания, будет знать соответствующее количество сланца, которое надо включить для выбранного применения.

В некоторых вариантах осуществления способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению могут дополнительно включать цеолит. Цеолиты, как правило, представляют собой пористые алюмосиликатные минералы, которые могут являться природным или синтетическим материалом. Синтетические цеолиты основаны на том же типе структурной ячейки, что и природные цеолиты, и могут включать гидраты алюмосиликатов. Используемый здесь термин "цеолит" относится ко всем природным и синтетическим формам цеолита.

В некоторых вариантах осуществления подходящие для использования в настоящем изобретении цеолиты могут включать "анальцим" (который представляет собой гидратированный алюмосиликат натрия), "бикитаит" (который представляет собой алюмосиликат лития), "бревстерит" (который представляет собой гидратированный смешанный алюмосиликат стронция, бария и кальция), "шабазит" (который представляет собой гидратированный алюмосиликат кальция), "клиноптилолит" (который представляет собой гидратированный алюмосиликат натрия), "фоязит" (который представляет собой гидратированный смешанный алюмосиликат натрия, калия, кальция и магния), "гармотом" (который представляет собой гидратированный алюмосиликат бария), "гейландит" (который представляет собой гидратированный смешанный алюмосиликат натрия и кальция), "ломонтит" (который представляет собой гидратированный алюмосиликат кальция), "мезолит" (который представляет собой гидратированный смешанный алюмосиликат натрия и кальция), "натролит" (который представляет собой гидратированный алюмосиликат натрия), "паулингит" (который представляет собой гидратированный смешанный алюмосиликат калия, натрия, кальция и бария), "филлипсит" (который представляет собой гидратированный смешанный алюмосиликат калия, натрия и кальция), "сколецит" (который представляет собой гидратированный алюмосиликат кальция), "стеллерит" (который представляет собой гидратированный алюмосиликат кальция), "стильбит" (который представляет собой гидратированный смешанный алюмосиликат натрия и кальция) и "томсонит" (который представляет собой гидратированный смешанный алюмосиликат натрия и кальция) и их комбинации. В некоторых вариантах осуществления подходящие для использования в настоящем изобретении цеолиты включают шабазит и клиноптилолит. Примером подходящего источника цеолита является цеолит от С2С Zeolite Corporation, Калгари, Канада.

В некоторых вариантах осуществления цеолит может присутствовать в способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 5% до 65% по массе. В некоторых вариантах осуществления цеолит может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 10% до 40% по массе.

В некоторых вариантах осуществления способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению могут дополнительно включать добавку-замедлитель схватывания. Используемый здесь термин "добавка-замедлитель схватывания" относится к добавке, которая замедляет схватывание способной к схватыванию композиции по настоящему изобретению. Примеры подходящих добавок-замедлителей схватывания включают, но не ограничиваются этим, соли аммония, щелочных металлов, щелочноземельных металлов с сульфоалкилированными лигнинами, гидроксикарбоновыми кислотами, сополимерами, которые включают акриловую кислоту или малеиновую кислоту, и их комбинации. Один пример подходящего сульфоалкилированного лигнина включает сульфометилированный лигнин. Подходящие добавки-замедлители схватывания более подробно описаны в патенте США № Re. 31190, полное описание которого включается здесь ссылкой. Подходящие добавки-замедлители схватывания продаются Halliburton Energy Services, Inc. под торговыми названиями "HR^® 4", "HR^® 5", "HR^® 7", "HR^® 12", "HR^® 15", "HR^® 25", "SCR™ 100" и "SCR™ 500". Обычно, когда добавка-замедлитель схватывания используется, она может включаться в способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению в количестве, достаточном для обеспечения желаемого замедления схватывания. В некоторых вариантах осуществления добавка-замедлитель схватывания может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 0,1% до 5% по массе.

Необязательно в способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению можно добавить другие дополнительные добавки, которые специалист в данной области считает соответствующими, с преимуществом данного описания. Примеры таких добавок включают, но не ограничиваются этим, ускорители, понизители плотности, утяжеляющие добавки, материалы для борьбы с поглощением бурового раствора, добавки для регулирования фильтрации, диспергаторы и их комбинации. Подходящие примеры данных добавок включают кристаллические кремнеземные соединения, аморфный кремнезем, соли, волокна, гидрофильные глины, микросферы, пуццолановую известь, латекс-цемент, тиксотропные добавки, их комбинации и аналогичное.

Пример способной к схватыванию композиции по настоящему изобретению может включать воду и CKD. При желании специалиста в данной области, с преимуществом данного описания, такая способная к схватыванию композиция по настоящему изобретению может дополнительно включать любую из вышеперечисленных добавок, а также любую из множества других добавок, подходящих для использования в подземных применениях.

Другой пример способной к схватыванию композиции по настоящему изобретению может включать воду, CKD и добавку, включающую, по меньшей мере, один компонент из следующей ниже группы: зольную пыль, сланец, цеолит, шлаковый цемент, метакаолин и их комбинации. При желании специалиста в данной области, с преимуществом данного описания, такая способная к схватыванию композиция по настоящему изобретению может дополнительно включать любую из вышеперечисленных добавок, а также любую из множества других добавок, подходящих для использования в подземных применениях.

Как указано ранее, в некоторых вариантах осуществления способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению могут быть вспенены газом. В некоторых вариантах осуществления вспененные способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению могут включать воду, CKD, газ и композицию вспенивающего и стабилизирующего поверхностно-активного вещества. Другие подходящие добавки, такие как описанные ранее, также могут быть включены во вспененные способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению при желании специалиста в данной области, с преимуществом данного описания. Газ, используемый во вспененных способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению, может представлять собой любой газ, подходящий для вспенивания способной к схватыванию композиции, включая, но не ограничиваясь этим, воздух, азот или их комбинации. Как правило, газ должен присутствовать во вспененных способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению в количестве, достаточном для образования желаемой пены. В некоторых вариантах осуществления газ может присутствовать во вспененных способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 10% до 80% по объему композиции.

Когда способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению являются вспененными, они дополнительно включают поверхностно-активное вещество. В некоторых вариантах осуществления поверхностно-активное вещество включает композицию вспенивающего и стабилизирующего поверхностно-активного вещества. Используемый здесь термин "композиция вспенивающего и стабилизирующего поверхностно-активного вещества" относится к композиции, которая включает одно или несколько поверхностно-активных веществ и, среди прочего, может использоваться для содействия вспениванию способной к схватыванию композиции, а также может стабилизировать полученную из нее в результате вспененную способную к схватыванию композицию. В способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению можно использовать любую подходящую композицию вспенивающего и стабилизирующего поверхностно-активного вещества. Подходящие композиции вспенивающего и стабилизирующего поверхностно-активного вещества могут включать, но не ограничиваются этим, смеси аммиачной соли алкилэфирсульфата, поверхностно-активного вещества, представляющего собой амидопропилбетаин жирных кислот кокосового масла, поверхностно-активного вещества, представляющего собой амидопропил-диметиламиноксид жирных кислот кокосового масла, хлорида натрия и воды; смеси поверхностно-активного вещества, представляющего собой аммиачную соль алкилэфирсульфата, поверхностно-активного вещества, представляющего собой кокамидопропил-гидроксисултаин, поверхностно-активного вещества, представляющего собой амидопропил-диметиламиноксид жирных кислот кокосового масла, хлорида натрия и воды; гидролизованный кератин; смеси поверхностно-активного вещества, представляющего собой эфирсульфаты этоксилированного спирта, алкил- или алкилен-амидопропилбетаинового поверхностно-активного вещества и алкил- или алкилен-диметиламиноксидного поверхностно-активного вещества; водные растворы альфа-олефинового сульфонатного поверхностно-активного вещества и бетаинового поверхностно-активного вещества и их комбинации. В одном конкретном варианте осуществления композиция вспенивающего и стабилизирующего поверхностно-активного вещества включает смесь аммиачной соли алкилэфирсульфата, поверхностно-активного вещества, представляющего собой амидопропилбетаин жирных кислот кокосового масла, поверхностно-активного вещества, представляющего собой амидопропил-диметиламиноксид жирных кислот кокосового масла, хлорида натрия и воды. Подходящим примером такой смеси является пенообразующая добавка "ZONESEAL^® 2000", продаваемая Halliburton Energy Services, Inc., Дункан, Оклахома. Подходящие композиции вспенивающего и стабилизирующего поверхностно-активного вещества описаны в патентах США №6797054, 6547871, 6367550, 6063738 и 5897699, полное описание которых настоящим включается здесь ссылкой.

Как правило, поверхностно-активное вещество может присутствовать во вспененных способных к схватыванию композициях по настоящему изобретению в количестве, достаточном для обеспечения подходящей пены. В некоторых вариантах осуществления поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 0,8% до 5% по объему воды ("bvow").

Способы настоящего изобретения

Способные к схватыванию композиции можно использовать в разнообразных подземных применениях, включая, но не ограничиваясь этим, первичное цементирование, вторичное цементирование и буровые работы. Способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению также можно использовать в поверхностных применениях, например при строительном цементировании.

Пример способа по настоящему изобретению включает подготовку способной к схватыванию композиции по настоящему изобретению, включающей воду и CKD; введение способной к схватыванию композиции внутрь участка, который необходимо цементировать, и предоставление способной к схватыванию композиции возможности схватиться в этом участке. В некоторых вариантах осуществления участок, который необходимо цементировать, может быть расположен выше поверхности земли, например при строительном цементировании. В некоторых вариантах осуществления участок, который необходимо зацементировать, может находиться в подземном пласте, например при подземных применениях. В некоторых вариантах осуществления способные к схватыванию композиции могут быть вспененными. По желанию специалиста в данной области, с преимуществом данного описания, способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению, применимые в данном способе, могут дополнительно включать любые вышеперечисленные добавки, а также любую из множества других добавок, подходящих для использования в подземных применениях.

Другим примером способа по настоящему изобретению является способ цементирования колонны труб (например, обсадных труб, экспандируемых обсадных труб, колонны-хвостовика и т.д.), расположенной в стволе скважины. Пример такого способа может включать подготовку способной к схватыванию композиции по настоящему изобретению, включающей воду и CKD; введение способной к схватыванию композиции в кольцевое пространство между колонной труб и стенкой ствола скважины и предоставление возможности способной к схватыванию композиции схватиться в кольцевом пространстве с образованием затвердевшей массы. Как правило, в большинстве случаев затвердевшая масса должна фиксировать колонну труб в стволе скважины. В некоторых вариантах осуществления способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению могут быть вспененными. По желанию специалиста в данной области, с преимуществом данного описания, способные к схватыванию композиции по настоящему изобретению, применимые в данном способе, могут дополнительно включать любые вышеперечисленные добавки, а также любую из множества других добавок, по