Застывающие композиции, содержащие природный пуццолан, и связанные с этим способы

Застывающие композиции, содержащие природный пуццолан, и связанные с этим способы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение касается операций цементирования и, более конкретно, в конкретных вариантах осуществления, застывающих композиций, содержащих воду, природный пуццолан и, по меньшей мере, один компонент из цемента, портланд-цемента, измельченного с пережженным сланцем, или цементной пыли.

Застывающие композиции могут быть использованы в основных операциях цементирования, когда колонны труб, такие как обсадные трубы и хвостовики, цементируют в буровых скважинах. При выполнении основного цементирования застывающая композиция может закачиваться в кольцевое пространство между стенками буровой скважины и колонной труб, расположенной в ней. Застывающая композиция застывает в кольцевом пространстве, образуя, тем самым, кольцевую оболочку из затвердевшего цемента (например, цементное кольцо), которая удерживает и размещает колонну труб в буровой скважине и соединяет внешнюю поверхность колонны труб со стенками буровой скважины.

Застывающие композиции также могут использоваться в ремонтных операциях цементирования, таких как герметизация пустот в колонне труб или цементном кольце. Используемый здесь термин "пустота" относится к любому типу пустого пространства, включая разломы, дыры, трещины, каналы, пустоты и подобное. Такие пустоты могут включать в себя: дыры и трещины в колоннах труб; дыры, трещины, пустоты или каналы в цементном кольце; и очень малые пустоты (обычно называемые "микропустоты") между цементным кольцом и внешней поверхностью буровой скважины или формации. Герметизация таких пустот может предотвращать нежелательное течение текучих сред (например, нефти, газа, воды и др.) и/или тонких твердых веществ в буровую скважину или из нее. Герметизация таких пустот, выполняемая намеренно или нет, вызывается введением некоторого вещества в пустоту и предоставлением ему возможности оставаться там, герметизируя пустоту. Если данное вещество не вписывается в пустоту, пробка, заплата или оболочка может быть образована над пустотой, вызывая возможное окончание нежелательного течения текучей среды. Вещества, использованные ранее в способах завершения нежелательного прохода текучих сред сквозь такие пустоты, включают в себя застывающие композиции, содержащие воду и гидравлический цемент, причем данные способы применяют гидравлическое давление для принудительной подачи застывающей композиции в пустоту. После помещения в пустоту застывающей композиции она затвердевает.

Ремонтные цементирующие операции также могут применяться для герметизации участков подземных формаций или участков гравийных фильтров. Участки подземных формаций могут включать в себя проницаемые части формации и разломы (природные или иные) в формации и другие части формации, которые могут позволять нежелательное течение текучей среды в буровую скважину или из нее. Участки гравийного фильтра включают в себя те части гравийного фильтра, где желательно предотвращать нежелательное течение текучих сред в буровую скважину или из нее. "Гравийный фильтр" это термин, используемый обычно для обозначения объема измельченных материалов (таких как песок), расположенных в буровой скважине, чтобы, по меньшей мере, частично снижать миграцию неконсолидированных частиц формации в буровую скважину. Хотя бесситовые операции упаковки гравия становятся более традиционными, операции упаковки гравия обычно включают в себя размещение сита гравийного фильтра в буровой скважине возле желаемого участка подземной формации и упаковку окружающего кольца между ситом и буровой скважиной измельченными материалами, которые имеют размер, предотвращающий и подавляющий проход твердых веществ формации через гравийный фильтр с добываемыми текучими средами. Среди прочего, этот способ может позволять герметизацию части гравийного фильтра, чтобы предотвращать нежелательное течение текучих сред, без необходимости удаления гравийного фильтра.

Застывающие композиции также могут использоваться во время бурения буровой скважины в подземной формации. Например, при бурении буровой скважины может быть предпочтительно, в некоторых случаях, изменять направление буровой скважины. В некоторых случаях, застывающие композиции могут использоваться, чтобы облегчать это изменение направления, например, путем бурения направляющей скважины в застывшей массе цемента, обычно называемой "стартовая пробка", расположенной в буровой скважине. Определенные формации могут заставлять буровую коронку бурить в конкретном направлении. Например, в вертикальной скважине это может приводить к нежелательному отклонению буровой скважины от вертикали. В направленной скважине (которая бурится под углом от вертикали) после бурения начального участка скважины вертикально направление, вызываемое формацией, может затруднять последующий путь. В этих и других случаях могут быть использованы специальные инструменты направленного бурения, такие как скважинный отклонитель, изогнутая суб-скважинная моторизованная буровая комбинация и подобное. Обычно используемый инструмент или инструменты направленного бурения могут быть ориентированы так, что направляющая скважина получается под требуемым углом к предыдущей буровой скважине в желаемом направлении. Когда направляющая скважина пробурена на короткое расстояние, специальный инструмент или инструменты удаляют, если требуется, и бурение вдоль нового пути можно продолжать. Чтобы гарантировать, что последующее бурение следует направляющей скважине, может быть необходимо бурить направляющую скважину в стартовой пробке, расположенной в буровой скважине. В этих случаях до бурения направляющей скважины застывающая композиция может быть введена в буровую скважину и оставлена застывать, образуя в ней стартовую пробку. Направляющая скважина затем может быть пробурена в стартовой пробке, и высокая прочность стартовой пробки гарантирует, что последующее бурение происходит в направлении направляющей скважины.

В определенных приложениях раньше использовали расширенные застывающие композиции. Применяемый здесь термин "расширенная застывающая композиция" относится к застывающей композиции, способной оставаться в прокачиваемом текучем состоянии в течение расширенного периода времени (например, по меньшей мере, приблизительно 1 день). Текучая среда считается в прокачиваемом текучем состоянии, когда текучая среда имеет вязкость меньше чем 70 Вс, измеряемую с использованием FANN атмосферного консистометра модель 165АТ (доступного от FANN Instrument Company, Houston, Texas) при комнатной температуре (например, 78°F (25,5°С)). Обычно расширенные застывающие композиции содержат цемент, воду и замедлитель застывания и остаются в прокачиваемом текучем состоянии в течении расширенного периода времени. При необходимости для использования, расширенная застывающая композиция должна быть способна активироваться, посредством чего развивается соответствующая прочность на сжатие. Например, ускоритель застывания цемента может добавляться в расширенную застывающую композицию, вследствие чего композиция застывает в твердую массу. Среди прочего, расширенные застывающие композиции настоящего изобретения могут быть пригодны для использования в буровых приложениях, например, когда необходимо приготовить застывающую композицию заранее. Это может обеспечивать, например, сохранение застывающей композиции до ее применения. Кроме того, это может обеспечивать, например, приготовление застывающей композиции в удобном месте и затем транспортирование к месту работы для применения. Соответственно, капитальные расходы, связанные с цементирующими операциями, могут быть снижены благодаря сокращению необходимости в оборудовании для перемешивания и хранения массы на месте.

Застывающие композиции (и расширенные застывающие композиции), применявшиеся ранее, обычно содержат портланд-цемент. Портланд-цемент обычно является основным компонентом стоимости застывающих композиций. Для снижения стоимости таких застывающих композиций другие компоненты могут быть включены в застывающую композицию в добавление к портланд-цементу или вместо него. Такие компоненты могут включать в себя зольную пыль, шлаковый цемент, сланец, метакаолин, микро-измельченный цемент и подобные. Применяемый здесь термин "зольная пыль" относится к остатку от сгорания порошкового или измельченного угля, где зольная пыль, выносимая дымовыми газами, может извлекаться, например, путем электростатического осаждения. Применяемый здесь термин "шлак" относится к гранулированному побочному продукту доменной печи, образующемуся при производстве чугуна, и обычно содержит окисленные примеси, находящиеся в железной руде. Шлаковый цемент обычно содержит шлак и основание, например, такое как гидроксид натрия, бикарбонат натрия, карбонат натрия или известь, для получения застывающей композиции, которая, когда объединяется с водой, может застывать, образуя твердую массу.

Во время изготовления цемента возникают отходы, в общем называемые "CKD". Применяемый здесь термин "CKD" относится к частично кальцинированному, печному сырью, которое удаляется из газового потока и собирается, например, в пылесборнике во время изготовления цемента. Обычно большие количества CKD собираются при производстве цемента, которые обычно размещаются как отходы. Устранение CKD отходов может добавлять нежелательные расходы к изготовлению цемента, а также проблемы окружающей среды, связанные с этим устранением. Химический анализ CKD из различных цементных производств меняется в зависимости от ряда факторов, включая конкретное печное сырье, эффективность операций получения цемента и соответствующие системы сбора пыли. CKD обычно может содержать множество оксидов, таких как SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, SO₃, Na₂O и К₂О.

Настоящее изобретение касается цементирующих операций и, более конкретно, в частных вариантах осуществления, застывающих композиций, содержащих воду, природный пуццолан и, по меньшей мере, один цемент, портланд-цемент, измельченный с пережженным сланцем, или цементную пыль.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения, обеспечивается способ цементирования подземной формации, включающий: введение цементной композиции в подземную формацию, где данная цементная композиция содержит цемент или цементную пыль, или цемент и цементную пыль, природный пуццолан и воду; и предоставление возможности цементной композиции застывать.

В другом аспекте данного изобретения, обеспечивается способ цементирования подземной формации, включающий: введение цементной композиции в подземную формацию, где данная цементная композиция содержит цементную пыль, природный пуццолан и воду; и предоставление возможности цементной композиции застывать.

В другом аспекте данного изобретения, обеспечивается способ цементирования подземной формации, содержащий: введение цементной композиции в подземную формацию, где данная цементная композиция содержит цемент, природный пуццолан и воду, где данный цемент содержит портланд-цемент, измельченный с пережженным сланцем; и предоставление возможности цементной композиции застывать. В другом аспекте данного изобретения, обеспечивается цементная композиция, содержащая: по меньшей мере, одну добавку, выбранную из группы, состоящей из цемента, цементной пыли, портланд-цемента, измельченного с пережженным сланцем, и их комбинаций; природный пуццолан; и воду.

Один вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает способ цементирования в подземной формации. Данный способ может содержать введение цементной композиции в подземную формацию, где данная цементная композиция содержит цементную пыль, природный пуццолан и воду. Данный способ может дополнительно содержать предоставление возможности цементной композиции застывать.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает способ цементирования в подземной формации. Данный способ может содержать введение цементной композиции в подземную формацию, где данная цементная композиция содержит цемент, природный пуццолан и воду, где данный цемент содержит портланд-цемент, измельченный с пережженным сланцем. Данный способ может дополнительно содержать предоставление возможности цементной композиции застывать.

Еще один вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает цементную композицию, содержащую, по меньшей мере, одну добавку, выбранную из группы, состоящей из цемента, цементной пыли, портланд-цемента, измельченного с пережженным сланцем, и их комбинаций. Данная цементная композиция может дополнительно содержать природный пуццолан и воду.

Признаки и преимущества настоящего изобретения будут легко видны специалистам в данной области техники. Хотя многочисленные изменения могут быть сделаны специалистами в данной области техники, такие изменения находятся внутри сущности данного изобретения.

Настоящее изобретение касается операций цементирования и, более конкретно, в определенных вариантах осуществления, застывающих композиций, содержащих воду, природный пуццолан и, по меньшей мере, один компонент из цемента, портланд-цемента, измельченного с пережженным сланцем, или цементной пыли. Может быть несколько потенциальных преимуществ способов и композиций настоящего изобретения, только некоторые из которых могут упоминаться здесь. Одним из многих потенциальных преимуществ способов и композиций настоящего изобретения является то, что включение цементной пыли и/или природного пуццолана в застывающую композицию может снижать количество дорогостоящей добавки, такой как портланд-цемент, приводя к более экономичной, застывающей композиции.

Застывающие композиции настоящего изобретения обычно могут содержать воду и природный пуццолан согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Кроме того, застывающие композиции настоящего изобретения дополнительно могут содержать, по меньшей мере, один компонент из цемента или цементной пыли. Например, застывающая композиция настоящего изобретения может содержать гидравлический цемент, цементную пыль, природный пуццолан и воду. В определенных вариантах осуществления, данный цемент может содержать портланд-цемент, измельченный с пережженным сланцем. В качестве примера, застывающая композиция настоящего изобретения может содержать цемент, природный пуццолан и воду, где данный цемент содержит портланд-цемент, измельченный с пережженным сланцем. Как описано более подробно здесь, варианты осуществления застывающих композиций настоящего изобретения могут быть вспененными и/или расширенными, как желательно специалистам в данной области техники.

Застывающие композиции настоящего изобретения должны иметь плотность, подходящую для конкретного приложения, как желательно специалистам в данной области техники, с преимуществом этого описания. В некоторых вариантах осуществления застывающие композиции настоящего изобретения могут иметь плотность в диапазоне от приблизительно 8 фунтов на галлон ("ф/г") до приблизительно 16 ф/г (от приблизительно 1 кг/литр до приблизительно 2 кг/литр). Во вспененных вариантах осуществления, вспененные застывающие композиции настоящего изобретения могут иметь плотность в диапазоне от приблизительно 8 ф/г до приблизительно 13 ф/г (от приблизительно 1 кг/литр до приблизительно 1,5 кг/литр).

Вода, используемая в застывающих композициях настоящего изобретения, может включать в себя, например, пресную воду, соленую воду (например, воду, содержащую одну или несколько растворенных в ней солей), рассол (например, насыщенную соленую воду, получаемую из подземных формаций), морскую воду или их комбинации. Обычно, вода может быть из любого источника при условии, что она не содержит избытка соединений, которые могут нежелательно влиять на другие компоненты в застывающей композиции. В некоторых вариантах осуществления, вода может быть включена в количестве, достаточном для образования прокачиваемой суспензии. В некоторых вариантах осуществления, вода может быть включена в застывающие композиции настоящего изобретения в количестве в диапазоне от приблизительно 40% до приблизительно 200% на массу цементирующих компонентов ("bwoc"). Цементирующие компоненты включают в себя компоненты, которые застывают или затвердевают сами по себе или в комбинации с другим компонентом при реакции с водой, такие как гидравлический цемент, цементная пыль, природный пуццолан и подобные. В некоторых вариантах осуществления вода может быть включена в количестве в диапазоне от приблизительно 40% до приблизительно 150% bwoc.

Гидравлический цемент представляет собой компонент, который может быть включен в варианты осуществления застывающих композиций настоящего изобретения. Множество гидравлических цементов может быть использовано согласно настоящему изобретению, включая цементы, содержащие кальций, алюминий, кремний, кислород, железо и/или серу, которые застывают и затвердевают при реакции с водой, но не ограничиваясь ими. Подходящие гидравлические цементы включают в себя портланд-цементы, пуццолановые цементы, гипсовые цементы, цементы с высоким содержанием оксида алюминия, шлаковые цементы, цементы с оксидом кремния и их комбинации, но не ограничиваются ими. В определенных вариантах осуществления гидравлический цемент может содержать портланд-цемент. В некоторых вариантах осуществления портланд-цементы, которые подходят для использования в настоящем изобретении, классифицируют как классы А, С, G и Н цемента согласно American Petroleum Institute, API specification for Materials and Testing for Well Cements, API Specification 10, Fifth ed., Jul.1, 1990. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления цементы, подходящие для использования в настоящем изобретении, могут классифицироваться как ASTM типы I, II или III.

Когда присутствует, гидравлический цемент обычно может быть включен в застывающие композиции в количестве, достаточном, чтобы обеспечить желаемую прочность на сжатие, плотность и/или стоимость. В некоторых вариантах осуществления гидравлический цемент может присутствовать в застывающих композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне от 0% до приблизительно 99% bwoc. В некоторых вариантах осуществления гидравлический цемент может присутствовать в застывающих композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне от 20% до приблизительно 95% bwoc. В некоторых вариантах осуществления гидравлический цемент может присутствовать в застывающих композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне от 50% до приблизительно 90% bwoc.

Пример подходящего гидравлического цемента содержит портланд-цемент, измельченный с пережженным сланцем. Прокаливание сланца дает то, что обычно называют "пережженный сланец". Процесс прокаливания может происходить при температурах до приблизительно 2200°F (1204°С)) или выше. В качестве примера, сланец может прокаливаться при температурах приблизительно 2700°F (1482°С) согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Пережженный сланец может затем измельчаться с портланд-цементом. Например, смесь портланд-цемента и пережженного сланца может измельчаться в шаровой мельнице. В определенных вариантах осуществления гидравлический цемент может содержать приблизительно 73% масс. портланд-цемента (такого как портланд-цемент класса С), измельченного с приблизительно 27% пережженного сланца. В определенных вариантах осуществления пережженный сланец, который измельчают с портланд-цементом, может содержать сланец Eagleford. Пример подходящего портланд-цемента, измельченного с пережженным сланцем, доступен от TXI Energy Services, Inc. под торговой маркой TXI Lightweight цемент.

Другой пример подходящего гидравлического цемента содержит пуццолановый цемент. В некоторых вариантах осуществления пуццолановый цемент, который может подходить для использования, содержит зольную пыль. Разные зольные пыли могут быть пригодными, включая зольную пыль, классифицированную как зольная пыль класса С и класса F согласно American Petroleum Institute, API specification for Materials and Testing for Well Cements, API Specification 10, Fifth ed., Jul.1, 1990. Зольная пыль класса С содержит оксид кремния и известь, так что, при смешении с водой, она застывает, образуя твердую массу. Зольная пыль класса F обычно не содержит достаточной извести, поэтому дополнительный источник ионов кальция требуется для зольной пыли класса F, чтобы формировать застывающую композицию с водой. В некоторых вариантах осуществления известь может смешиваться с зольной пылью класса F в количестве в диапазоне от приблизительно 0,1% до 25% на массу зольной пыли. В некоторых случаях известь может быть гидратной известью. Подходящие примеры зольной пыли включают в себя цементную добавку POZMIX^® А, коммерчески доступную от Halliburton Energy Services, Inc., Duncan, Oklahoma, но не ограничиваются этим.

Когда присутствует, зольная пыль обычно может быть включена в застывающие композиции в количестве, достаточном, чтобы обеспечить требуемую прочность на сжатие, плотность и/или стоимость. В некоторых вариантах осуществления зольная пыль может присутствовать в застывающих композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 75% bwoc. В некоторых вариантах осуществления зольная пыль может присутствовать в застывающих композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне от приблизительно 10% до приблизительно 60% bwoc.

Другой пример подходящего гидравлического цемента содержит шлаковый цемент. В некоторых вариантах осуществления шлаковый цемент, который может подходить для использования, может содержать шлак. Шлак обычно не содержит достаточного основного материала, поэтому шлаковый цемент дополнительно может содержать основание, чтобы получить застывающую композицию, которая может реагировать с водой, застывая с образованием твердой массы. Примеры подходящих источников оснований включают в себя гидроксид натрия, бикарбонат натрия, карбонат натрия, известь и их комбинации, но не ограничиваются этим.

Когда присутствует, шлаковый цемент обычно может быть включен в застывающие композиции в количестве, достаточном, чтобы обеспечить требуемую прочность на сжатие, плотность и/или стоимость. В некоторых вариантах осуществления шлаковый цемент может присутствовать в застывающих композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне от 0% до приблизительно 99% bwoc. В некоторых вариантах осуществления шлаковый цемент может присутствовать в застывающих композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 75% bwoc.

CKD является другим компонентом, который может быть включен в варианты осуществления застывающих композиций настоящего изобретения. CKD должен быть включен в застывающие композиции в количестве, достаточном, чтобы обеспечить желаемую прочность на сжатие, плотность и/или стоимость. В некоторых вариантах осуществления CKD может присутствовать в застывающих композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне от приблизительно 1% до приблизительно 99% bwoc. В некоторых вариантах осуществления CKD может присутствовать в застывающих композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 99% bwoc. В некоторых вариантах осуществления CKD может присутствовать в застывающих композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 80% bwoc. В некоторых вариантах осуществления CKD может присутствовать в застывающих композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне от приблизительно 10% до приблизительно 50% bwoc.

Природный пуццолан является другим компонентом, который может быть включен в варианты осуществления застывающих композиций настоящего изобретения. Природные пуццоланы обычно присутствуют на поверхности Земли и застывают или затвердевают в присутствии гидратной извести и воды. Примеры природных пуццоланов включают в себя пумицит, диатомовую землю, вулканический пепел, опалиновый сланец, туф и их комбинации. Обычно пумицит представляет собой вулканическую породу, которая демонстрирует цементирующие свойства, так как он может застывать и затвердевать в присутствии гидратной извести и воды. Гидратная известь может использоваться в комбинации с пумицитом, например, чтобы обеспечить достаточные ионы кальция для застывания пумицита. Природный пуццолан может использоваться, среди прочего, для замены дорогостоящих цементирующих компонентов, таких как портланд-цемент, в вариантах осуществления застывающих композиций, приводя к более экономичным застывающим композициям. В некоторых вариантах осуществления природный пуццолан может присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 0,01% до приблизительно 50% bwoc. В некоторых вариантах осуществления природный пуццолан может присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 25% до приблизительно 50% bwoc.

Метакаолин является другим компонентом, который может быть включен в варианты осуществления застывающих композиций настоящего изобретения. Обычно, метакаолин представляет собой белый пуццолан, который может быть приготовлен путем нагрева каолиновой глины, например, до температур в диапазоне от приблизительно 600°С до приблизительно 800°С. В некоторых вариантах осуществления метакаолин может присутствовать в застывающих композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 95% bwoc. В некоторых вариантах осуществления метакаолин может присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 10% до приблизительно 50% bwoc.

Сланец является другим компонентом, который может быть включен в варианты осуществления застывающих композиций настоящего изобретения. Как установлено выше, пережженный сланец может быть измельчен с портланд-цементом согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Среди прочего, сланец, включенный в застывающие композиции, может реагировать с избыточной известью, образуя подходящий цементирующий материал, например, гидрат силиката кальция. Разные сланцы являются подходящими, включая сланцы, содержащие кремний, алюминий, кальций и/или магний. Пример подходящего сланца содержит стеклованный сланец. Подходящие примеры стеклованного сланца включают в себя материал PRESSUR-SEAL FINE LCM и материал PRESSUR-SEAL COARSE LCM, которые коммерчески доступны от TXI Energy Services, Inc., Houston, Texas, но не ограничиваются ими. Обычно сланец может иметь любое распределение размера частиц, желательное для конкретного приложения. В определенных вариантах осуществления сланец может иметь распределение размера частиц в диапазоне от приблизительно 37 микрометров до приблизительно 4750 микрометров.

Когда присутствует, сланец может быть включен в застывающие композиции настоящего изобретения в количестве, достаточном, чтобы обеспечить требуемую прочность на сжатие, плотность и/или стоимость. В некоторых вариантах осуществления сланец может присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 75% bwoc. В некоторых вариантах осуществления сланец может присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 10% до приблизительно 35% bwoc. Специалист в данной области техники с помощью этого описания сможет определить требуемое количество сланца для включения в выбранное приложение.

Цеолит является другим компонентом, который может быть включен в варианты осуществления застывающих композиций настоящего изобретения. Цеолиты, в общем, представляют собой пористые алюмосиликатные материалы, которые могут быть природным или синтетическим материалом. Синтетические цеолиты основаны на таком же типе структурной ячейки, как природные цеолиты, и могут содержать гидраты алюмосиликатов. Применяемый здесь термин "цеолит" относится ко всем природным и синтетическим формам цеолита. Примеры подходящих цеолитов описаны более подробно в патентной публикации США №2007/10056475 А1. Пример подходящего источника цеолита доступен от C2C Zeolite Corporation of Calgary, Canada. В некоторых вариантах осуществления цеолит может присутствовать в застывающих композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 65% bwoc. В определенных вариантах осуществления цеолит может присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 10% до приблизительно 40% bwoc.

Известь является другим компонентом, который может быть включен в варианты осуществления застывающих композиций настоящего изобретения. В определенных вариантах осуществления известь может быть гидратной известью. Когда присутствует, известь может присутствовать в застывающих композициях в количестве в диапазоне от приблизительно 1% до приблизительно 40% bwoc. В некоторых вариантах осуществления известь может присутствовать в застывающих композициях в количестве в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 20% bwoc.

Замедляющая застывание добавка является другим компонентом, который может быть включен в варианты осуществления застывающих композиций настоящего изобретения. Применяемый здесь термин "замедляющая застывание добавка" относится к добавке, которая замедляет застывание застывающих композиций настоящего изобретения. Примеры подходящих замедляющих застывание добавок включают в себя соли аммония, щелочных металлов, щелочноземельных металлов, металлические соли сульфоалкилированных лигнинов, гидроксикарбоновые кислоты, сополимеры, которые содержат акриловую кислоту или малеиновую кислоту и их комбинации, но не ограничиваются ими. Один пример подходящего сульфоалкилированного лигнина содержит сульфометилированный лигнин. Подходящие, замедляющие застывание добавки описаны более подробно в патенте США № Re. 31190, полное содержание которого включено сюда посредством ссылки. Подходящие, замедляющие застывание добавки коммерчески доступны от Halliburton Energy Services, Inc. под торговыми марками замедлители HR^® 4, HR^® 5, HR^® 7, HR^® 12, HR^® 15, HR^® 25, HR^® 601, SCR^® 100 и SCR^® 500. Обычно, когда применяется, замедляющая застывание добавка может быть включена в застывающие композиции настоящего изобретения в количестве, достаточном, чтобы обеспечить желаемое замедление застывания. В некоторых вариантах осуществления замедляющая застывание добавка может присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 0,1% до приблизительно 5% bwoc.

Необязательно, другие дополнительные добавки могут быть добавлены в застывающие композиции настоящего изобретения, как считается нужным специалистом в данной области техники, с преимуществом этого описания. Примеры таких добавок включают в себя снижающие прочность добавки, ускорители застывания, утяжеляющие агенты, легковесные добавки, газообразующие добавки, добавки, усиливающие механические свойства, материалы потери циркуляции, добавки контроля фильтрации, диспергаторы, пеногасящие агенты, пенообразующие агенты, тиксотропные добавки и их комбинации, но не ограничиваются ими. Конкретные примеры этих и других добавок включают кристаллический оксид кремния, аморфный оксид кремния, дымовой оксид кремния, соли, волокна, гидратируемые глины, микросферы, золу рисовой шелухи, эластомеры, смолы, латекс и их комбинации, и подобные. Специалист в данной области техники, с преимуществом этого описания, будет способен легко определить тип и количество добавки, полезной для конкретного приложения и желаемого результата.

Как упоминается выше, застывающие композиции настоящего изобретения могут быть вспененными, например, дополнительно содержащими газ и поверхностно-активное вещество, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Вспененная застывающая композиция может использоваться, например, когда желательно, чтобы застывающая композиция была легковесной. Например, вспененная застывающая композиция настоящего изобретения может содержать гидравлический цемент, цементную пыль, природный пуццолан, газ, поверхностно-активное вещество и воду. В виде дополнительного примера, вспененная застывающая композиция настоящего изобретения может содержать цемент, природный пуццолан, газ, поверхностно-активное вещество и воду, где цемент содержит портланд-цемент, измельченный с пережженным сланцем. Другие подходящие добавки, такие, как обсуждается выше, также могут быть включены во вспененные застывающие композиции настоящего изобретения, как желательно специалисту в данной области техники, с преимуществом этого описания.

Газ, используемый во вспененных застывающих композициях настоящего изобретения, может быть любым газом, подходящим для вспенивания застывающей композиции, включая воздух, азот или их комбинации, но не ограничиваясь ими. Обычно газ должен присутствовать во вспененных застывающих композициях настоящего изобретения в количестве, достаточном для образования желаемой пены. В определенных вариантах осуществления, газ может присутствовать во вспененных застывающих композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне от приблизительно 10% до приблизительно 80% от объема композиции.

В случае вспенивания, застывающие композиции настоящего изобретения дополнительно содержат поверхностно-активное вещество. В некоторых вариантах осуществления данное поверхностно-активное вещество содержит вспенивающее и стабилизирующее поверхностно-активное вещество. Применяемый здесь термин "композиция с вспенивающим и стабилизирующим поверхностно-активным веществом" относится к композиции, которая содержит одно или несколько поверхностно-активных веществ и, среди прочего, может быть использована для облегчения вспенивания застывающей композиции, а также может стабилизировать полученную вспененную застывающую композицию, образованную с ней. Любая подходящая композиция с вспенивающим и стабилизирующим поверхностно-активным веществом может использоваться в застывающих композициях настоящего изобретения. Подходящие композиции с вспенивающим и стабилизирующим поверхностно-активным веществом могут включать в себя: смеси аммониевой соли алкилэфирсульфата, поверхностно-активного вещества кокоамидопропилбетаина, поверхностно-активного вещества оксида кокоамидопропилдиметиламина, хлорида натрия и воды; смеси аммониевой соли алкилэфирсульфатного поверхностно-активного вещества, поверхностно-активного вещества кокоамидопропилгидроксисултаина, поверхностно-активного вещества оксида кокоамидопропилдиметиламина, хлорида натрия и воды; гидроксилированный кератин; смеси поверхностно-активного вещества алкил- или алкенамидопропилбетаина и поверхностно-активного вещества оксида алкил- или алкендиметиламина; водные растворы поверхностно-активного вещества альфа-олефинового сульфоната и поверхностно-активного вещества бетаина; и их комбинации, но не ограничиваются ими. В одном определенном варианте осуществления композиция с вспенивающим и стабилизирующим поверхностно-активным веществом содержит смесь аммониевой соли алкилэфирсульфата, поверхностно-активного вещества кокоамидопропилбетаина, поверхностно-активного вещества оксида кокоамидопропилдиметиламина, хлорида натрия и воды. Подходящим примером такой смеси является вспенивающая добавка ZONESEAL^® 2000, коммерчески доступная от Halliburton Energy Services, Inc. Подходящие композиции с вспенивающим и стабилизирующим поверхностно-активным веществом описаны в патентах США № 6797054, 6547871, 6367550, 6063738 и 5897699, полное содержание которых включено сюда посредством ссылки.

Обычно поверхностно-активное вещество может присутствовать во вспененных застывающих композициях настоящего изобретения в количестве, достаточном для обеспечения подходящей пены. В некоторых вариантах осуществления поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 0,8% до приблизительно 5% от объема воды ("bvow").

Как упоминается выше, застывающие композиции могут расширяться согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, так как настоящее изобретение обеспечивает расширенные застывающие композиции, которые способны оставаться в прокачиваемом текучем состоянии в течение расширенного периода времени. Например, расширенные застыва