Отверждаемые композиции, включающие совместно перемолотые перлит и гидравлический цемент

Отверждаемые композиции, включающие совместно перемолотые перлит и гидравлический цемент

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к операциям цементирования и, более конкретно, в некоторых вариантах осуществления, к способам и композициям, которые содержат совместно перемолотые перлит и гидравлический цемент.

В общем, обработка скважин включает широкое разнообразие способов, которые могут осуществляться в нефтяных, газовых, геотермальных и/или водяных скважинах, например бурение, заканчивание и капитальный ремонт. Способы бурения, заканчивания и капитального ремонта могут включать, не ограничиваясь этим, способы бурения, гидравлического разрыва пласта, кислотной обработки, геофизических исследований в скважинах, цементирования, заполнения скважинного фильтра гравием, перфорирования и охвата. Многие из этих обработок скважин созданы, чтобы усилить и/или облегчить извлечение желаемых флюидов из подземной скважины.

В способах цементирования, таких как строительство скважины и ремонтное цементирование, обычно используют отверждаемые композиции. При использовании здесь термин ″отверждаемая композиция″ относится к композиции(ям), которая гидравлически схватывается или иным способом проявляет прочность на сжатие. Отверждаемые композиции могут использоваться в операциях первичного цементирования, посредством чего колонны труб, таких как обсадные трубы и короткие колонны труб, цементируют в стволах скважин. При проведении первичного цементирования отверждаемая композиция может закачиваться в кольцевой зазор между подземным пластом и колонной труб, расположенной в подземном пласте. Отверждаемая композиция должна схватываться в кольцевом зазоре, тем самым образуя кольцеобразное покрытие из затвердевшего цемента (например, цементное покрытие), которое должно поддерживать и определять местоположение колонны труб в стволе скважины и связывать внешнюю поверхность колонны труб со стенками ствола скважины. Отверждаемые композиции могут также использоваться в способах ремонтного цементирования, таких как установка цементных пробок, и в ремонтном цементировании для заделывания пустот в колонне труб, в цементном покрытии, в гравийном фильтре, образовании и аналогичном.

Гидратация цемента в данных способах цементирования представляет собой сложный процесс, поскольку несколько фаз могут принимать участие в реакции одновременно. Для того чтобы регулировать реакционные процессы, делающие композиции подходящими для цементирования скважин, можно добавлять различные добавки, такие как замедлители, усилители прочности и ускорители. Однако условия эксплуатации для скважин становятся более сложными и трудоемкими, и продолжается поиск новых материалов, удовлетворяющих этим проблемам. Например, цементные растворы, используемые при цементировании скважин, часто сталкиваются с проблемами достижения достаточной прочности за приемлемое количество времени для продолжения эксплуатации скважин. Затраты, связанные с ожиданием затвердевания цемента (″WOC″), играют важную роль в цементировании скважин.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к цементировочным работам и, более конкретно, в некоторых вариантах осуществления, к способам и композициям, которые включают совместно перемолотые перлит и гидравлический цемент.

Один вариант осуществления предлагает способ цементирования, включающий: обеспечение отверждаемой композиции, включающей перлит, гидравлический цемент и воду, в которой перлит и гидравлический цемент совместно перемалывают перед соединением с водой с образованием отверждаемой композиции; и предоставление отверждаемой композиции возможности схватиться.

Другой вариант осуществления предлагает способ цементирования, включающий: обеспечение отверждаемой композиции, включающей невспученный перлит, гидравлический цемент и воду, в которой невспученный перлит и гидравлический цемент совместно перемалывают перед соединением с водой с образованием отверждаемой композиции; введение отверждаемой композиции в ствол скважины; и предоставление отверждаемой композиции возможности схватиться.

Еще один вариант осуществления предлагает композицию, включающую совместно перемолотые перлит и гидравлический цемент.

Особенности и преимущества настоящего изобретения будут полностью понятны специалистам в данной области техники. Несмотря на то что многочисленные изменения могут быть сделаны специалистами в данной области техники, такие изменения находятся в границах сущности настоящего изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Варианты осуществления отверждаемых композиций по настоящему изобретению могут включать перлит. Перлит, подходящий для использования в вариантах осуществления настоящего изобретения, включает вспученный перлит и невспученный перлит. В некоторых вариантах осуществления отверждаемая композиция может включать перлит, совместно перемолотый с гидравлическим цементом. В некоторых вариантах осуществления отверждаемая композиция может включать невспученный перлит с цементной пылью (″CKD″), пумицит или их комбинацию. Существуют несколько потенциальных преимуществ в отношении способов и композиций по настоящему изобретению, только некоторые из них могут быть упомянуты здесь. Одним из многих возможных преимуществ вариантов осуществления настоящего изобретения является то, что включение невспученного перлита в варианты осуществления отверждаемой композиции может увеличить прочность на сжатие отверждаемой композиции после схватывания. Другим возможным преимуществом вариантов осуществления настоящего изобретения является то, что CKD, невспученный перлит, пумицит или их комбинация могут использоваться для уменьшения количества дорогостоящего компонента, такого как портландцемент, приводя к более экономичной отверждаемой композиции. Еще одним возможным преимуществом вариантов осуществления настоящего изобретения является то, что уменьшение количества портландцемента может уменьшить углеродный след операции цементирования.

Перлит представляет собой руду и обычно относится к природной вулканической аморфной, кремнистой горной породе, включающей в основном диоксид кремния и оксид алюминия. Характерной особенностью перлита является то, что он может расширяться с образованием губчатой, высокопористой частицы или полой сферы, содержащей многоячеистые сердцевины, под воздействием высоких температур, вследствие быстрого испарения воды внутри перлита. Вспученный перлит может использоваться в качестве добавки, уменьшающей плотность, для приготовления легковесных отверждаемых композиций. Перлит, подходящий для использования в вариантах осуществления настоящего изобретения, включает вспученный перлит и невспученный перлит. В некоторых вариантах осуществления перлит может включать невспученный перлит.

Недавно было обнаружено, что добавление невспученного перлита к отверждаемым композициям, включающим CKD и/или пумицит, может обеспечить неожиданное увеличение прочностей на сжатие. В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, невспученный перлит может использоваться для увеличения прочности на сжатие отверждаемых композиций, включающих CKD и/или пумицит. Кроме того, невспученный перлит может увеличить прочность на сжатие отверждаемых композиций, включающих портландцемент. Полагают, что невспученный перлит может быть особенно пригоден для использования при повышенных температурах ствола скважины в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, таких как температуры больше примерно 80°F (26,7°C), альтернативно, больше примерно 120°F (48,9°C) и, альтернативно, больше примерно 140°F (60°C).

В одном варианте осуществления, невспученный перлит может использоваться, среди прочего, для замещения более дорогостоящих цементирующих компонентов, таких как портландцемент, приводя к более экономичным отверждаемым композициям. Кроме того, замещение портландцемента невспученным перлитом приведет к отверждаемой композиции со сниженным углеродным следом.

В настоящих вариантах осуществления перлит может быть перемолот до любого размера, подходящего для использования в цементировочных работах. В одном варианте осуществления перлит перемалывают до среднего размера частиц примерно от 1 микрона до 400 микрон, альтернативно, примерно от 1 микрона до 100 микрон и, альтернативно, примерно от 1 микрона до 25 микрон. Средний размер частиц относится к d50 величинам, измеряемым имеющимися в продаже анализаторами размера частиц, такими как производимые Malvern Instruments, Worcestershire, Соединенное Королевство. В другом варианте осуществления перлит имеет распределение частиц по размерам примерно от 1 микрона до 1000 микрон, со средним размером частиц примерно от 1 микрона до 100 микрон. Распределение частиц по размерам относится к максимальному и минимальному размерам, допустимым в данном распределении. Примером подходящего перемолотого перлита, который является невспученным, является доступный от Hess Pumice Products, Inc., Malad City, Idaho, под торговым названием IM-325 с размером, соответствующим ячейке сита с размером 325.

Перлит может быть включен в отверждаемые композиции в количестве, достаточном для обеспечения желаемой прочности на сжатие, плотности, уменьшения затрат и/или сниженного углеродного следа. В некоторых вариантах осуществления перлит может присутствовать в отверждаемых композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне примерно от 1% до 75% по массе цементирующих компонентов. Цементирующие компоненты включают такие компоненты или комбинации компонентов отверждаемых композиций, которые гидравлически схватываются или иначе твердеют, проявляя прочность на сжатие, включая, например, перлит, CKD, зольную пыль, пумицит, шлак, известь, сланец и аналогичное. Например, перлит может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне между любым из значений и/или включая любое из значений, равное примерно 5%, примерно 10%, примерно 15%, примерно 20%, примерно 25%, примерно 30%, примерно 35%, примерно 40%, примерно 45%, примерно 50%, примерно 55%, примерно 60%, примерно 65% или примерно 70%. В специфических вариантах осуществления перлит может присутствовать в отверждаемых композициях в количестве в диапазоне примерно от 5% до 50% по массе цементирующих компонентов. В другом варианте осуществления перлит может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 10% до 40% по массе цементирующих компонентов. В еще одном варианте осуществления перлит может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 20% до 30% по массе цементирующих компонентов. Любой специалист в данной области техники, имея преимущество данного описания, будет знать соответствующее количество включаемого перлита для выбранного применения.

В одном особом варианте осуществления перлит может быть совместно перемолот с гидравлическим цементом. В одном варианте осуществления гидравлический цемент может быть портландцементом, таким как цементы, классифицируемые как цемент ASTM тип V. В другом варианте осуществления перлит может быть совместно перемолот с гидравлическим цементом и пумицитом. В другом варианте осуществления перлит может быть совместно перемолот с гидравлическим цементом и CKD. Термин ″совместно перемолотый″ или ″совместный помол″ при использовании здесь означает использование мельницы (например, шаровой мельницы, стержневой мельницы и т.д.) для уменьшения размера частиц заданных компонентов. Полагают, что совместный помол перлита и гидравлического цемента может улучшить свойства последующей отверждаемой композиции. Например, полагают, что совместный помол перлита и гидравлического цемента может обеспечить ускоренный рост прочности в последующих отверждаемых композициях по сравнению с совместным помолом пумицита и гидравлического цемента. В качестве дальнейшего примера, полагают, что совместный помол перлита и гидравлического цемента может обеспечить увеличенные прочностные свойства последующих отверждаемых композиций по сравнению со смешиванием отдельно перемолотого материала.

В некоторых вариантах осуществления, совместно перемолотые перлит и гидравлический цемент могут включать перлит в количестве примерно от 0,1% до 99% по массе совместно перемолотого перлита и гидравлического цемента, и гидравлический цемент в количестве примерно от 0,1% до 99% по массе совместно перемолотого перлита и гидравлического цемента. Например, перлит может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне между любым из значений и/или включая любое из значений, составляющих примерно 5%, примерно 10%, примерно 15%, примерно 20%, примерно 25%, примерно 30%, примерно 35%, примерно 40%, примерно 45%, примерно 50%, примерно 55%, примерно 60%, примерно 65%, примерно 70%, примерно 75%, примерно 80%, примерно 85%, примерно 90% или примерно 95% по массе совместно перемолотого перлита и гидравлического цемента. В качестве дальнейшего примера гидравлический цемент может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне между любым из значений и/или включая любое из значений, составляющих примерно 5%, примерно 10%, примерно 15%, примерно 20%, примерно 25%, примерно 30%, примерно 35%, примерно 40%, примерно 45%, примерно 50%, примерно 55%, примерно 60%, примерно 65%, примерно 70%, примерно 75%, примерно 80%, примерно 85%, примерно 90% или примерно 95% по массе совместно перемолотого перлита и гидравлического цемента.

В соответствии с вариантами осуществления, гидравлический цемент и перлит могут объединяться и перемалываться до любого размера, подходящего для использования в цементировочных работах. В другом варианте осуществления гидравлический цемент и/или перлит могут перемалываться перед объединением. В еще одном варианте осуществления перлит может перемалываться до первого размера частиц и затем совместно перемалываться с гидравлическим цементом до второго размера частиц. В одном варианте осуществления, совместно перемолотые перлит и гидравлический цемент имеют средний размер частиц примерно от 0,1 микрона до 400 микрон, включая количество, изменяющееся между любым значений из и/или включая любое из значений, равное примерно 0,5 микрон, примерно 1 микрон, примерно 2 микрона, примерно 5 микрон, примерно 10 микрон, примерно 25 микрон, примерно 50 микрон, примерно 75 микрон, примерно 100 микрон, примерно 150 микрон, примерно 200 микрон, примерно 250 микрон, примерно 300 микрон или примерно 350 микрон. Например, совместно перемолотые перлит и гидравлический цемент могут иметь средний размер частиц примерно от 0,5 микрона до 50 микрон. В качестве дальнейшего примера совместно перемолотые перлит и гидравлический цемент могут иметь средний размер частиц примерно от 0,5 микрона до 10 микрон. Средний размер частиц относится к d50 величинам, измеряемым имеющимися в продаже анализаторами размера частиц, такими как производимые Malvern Instruments, Worcestershire, Соединенное Королевство. В некоторых вариантах осуществления, совместно перемолотые перлит и гидравлический цемент могут иметь бимодальное распределение размера частиц. Например, совместно перемолотые перлит и гидравлический цемент могут иметь бимодальное распределение размера частиц с первым пиком примерно от 1 микрона до 7 микрон и со вторым пиком примерно от 7 микрон до 15 микрон, альтернативно, с первым пиком примерно от 3 микрон до 5 микрон и со вторым пиком примерно от 9 микрон до 11 микрон и, альтернативно, с первым пиком примерно 4 микрона и вторым пиком примерно 10 микрон.

В некоторых вариантах осуществления, совместно перемолотые перлит и гидравлический цемент могут присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 0,1% до 100% по массе цементирующих компонентов в отверждаемой композиции. Например, совместно перемолотые перлит и гидравлический цемент могут присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне между любым из значений и/или включая любое из значений, составляющих примерно 5%, примерно 10%, примерно 15%, примерно 20%, примерно 25%, примерно 30%, примерно 35%, примерно 40%, примерно 45%, примерно 50%, примерно 55%, примерно 60%, примерно 65%, примерно 70%, примерно 75%, примерно 80%, примерно 85%, примерно 90% или примерно 95% по массе цементирующих компонентов. Любой специалист в данной области техники, имея преимущество данного описания, будет знать соответствующее количество совместно перемолотых перлита и гидравлического цемента для включения в выбранное применение.

Варианты осуществления отверждаемых композиций далее могут включать гидравлический цемент. Как отмечено ранее, гидравлический цемент может быть совместно перемолот с перлитом в соответствии с определенными вариантами осуществления. Любой из множества гидравлических цементов, подходящий для использования в подземных цементировочных работах, может использоваться в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Подходящие примеры включают гидравлические цементы, которые включают кальций, алюминий, кремний, кислород и/или серу, которые схватываются и твердеют посредством реакции с водой. Такие гидравлические цементы включают, но не ограничиваются этим, портландцементы, пуццолановые цементы, гипсовые цементы, высокоалюминистые цементы, шлаковые цементы, известково-кремнеземистые цементы и их комбинации. В определенных вариантах осуществления гидравлический цемент может включать портландцемент. Портландцементы, которые могут подходить для использования в вариантах осуществления настоящего изобретения, классифицируются как цементы класса А, С, Н и G в соответствии с American Petroleum Institute, Recommended Practice for Testing Well Cements, API Specification 10B-2 (ISO 10426-2), First edition, July 2005. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления цементы, подходящие для использования в настоящем изобретении, могут включать цементы, классифицируемые как ASTM тип I, II, III IV и V.

Гидравлический цемент может включаться в отверждаемые композиции в количестве, достаточном для особого применения. В некоторых вариантах осуществления гидравлический цемент может присутствовать в отверждаемых композициях в количестве в диапазоне примерно от 0,1% до 99% по массе цементирующих компонентов. Например, гидравлический цемент может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне между любым из значений и/или включая любое из значений, составляющих примерно 5%, примерно 10%, примерно 15%, примерно 20%, примерно 25%, примерно 30%, примерно 35%, примерно 40%, примерно 45%, примерно 50%, примерно 55%, примерно 60%, примерно 65%, примерно 70%, примерно 75%, примерно 80%, примерно 85%, примерно 90% или примерно 95% по массе цементирующих компонентов. Любой специалист в данной области техники, имея преимущество данного описания, будет знать соответствующее количество гидравлического цемента для включения в выбранное применение.

Варианты осуществления отверждаемых композиций обычно могут далее включать CKD. Следует понимать, что варианты осуществления настоящего изобретения также могут заключать в себе совместный помол CKD с перлитом и гидравлическим цементом. Обычно при производстве цемента накапливаются огромные количества CKD, которые обычно ликвидируют в качестве отходов. Ликвидация отходов CKD может добавить нежелательные затраты в производство цемента, также как и экологические факторы, связанные с их ликвидацией. Химический анализ CKD из различных цементных производств варьируется в зависимости от ряда факторов, включая индивидуальную загрузку материала в печь, эффективности операции производства цемента и связанные системы улавливания пыли. CKD обычно может включать множество оксидов, таких как SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, SO₃, Na₂O и K₂O.

CKD обычно может демонстрировать цементирующие свойства, в том смысле, что он может схватываться и твердеть в присутствии воды. В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения CKD может использоваться, среди прочего, для замещения более дорогостоящих цементирующих компонентов, таких как портландцемент, приводя к более экономичным отверждаемым композициям. Кроме того, замещение портландцемента CKD может привести к отверждаемой композиции со сниженным углеродным следом.

CKD может включаться в отверждаемые композиции в количестве, достаточном для обеспечения желаемой прочности на сжатие, плотности, уменьшения затрат и/или сниженного углеродного следа. В некоторых вариантах осуществления CKD может присутствовать в отверждаемых композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 1% до 95% по массе цементирующих компонентов. Например, CKD может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне между любым из значений и/или включая любое из значений, составляющих примерно 5%, примерно 10%, примерно 15%, примерно 20%, примерно 25%, примерно 30%, примерно 35%, примерно 40%, примерно 45%, примерно 50%, примерно 55%, примерно 60%, примерно 65%, примерно 70%, примерно 75%, примерно 80% или примерно 90%. В специфических вариантах осуществления CKD может присутствовать в отверждаемых композициях в количестве в диапазоне примерно от 5% до 95% по массе цементирующих компонентов. В другом варианте осуществления CKD может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 50% до 90% по массе цементирующих компонентов. В еще одном варианте осуществления CKD может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 60% до 80% по массе цементирующих компонентов. Любой специалист в данной области техники, имея преимущество данного описания, будет знать соответствующее количество CKD для включения в выбранное применение.

Варианты осуществления отверждаемых композиций далее могут включать пумицит. Следует понимать, что варианты осуществления настоящего изобретения также могут заключать в себе совместный помол пумицита с перлитом и гидравлическим цементом. Обычно пумицит представляет собой вулканический камень, который демонстрирует цементирующие свойства, в том смысле, что он может схватываться и твердеть в присутствии гашеной извести и воды. Гашеная известь может использоваться в комбинации с пумицитом, например, чтобы обеспечить достаточно ионов кальция для схватывания пумицита. В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения пумицит может использоваться, среди прочего, для замещения более дорогостоящих цементирующих компонентов, таких как портландцемент, приводя к более экономичным отверждаемым композициям. Как отмечалось ранее, замещение портландцемента также приведет к отверждаемой композиции со сниженным углеродным следом.

В случаях, когда он присутствует, пумицит может включаться в количестве, достаточном для обеспечения желаемой прочности на сжатие, плотности, уменьшения затрат и/или сниженного углеродного следа для особого применения. В некоторых вариантах осуществления пумицит может присутствовать в отверждаемых композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне примерно от 1% до 95% по массе цементирующих компонентов. Например, пумицит может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне между любым из значений и/или включая любое из значений, составляющих примерно 5%, примерно 10%, примерно 15%, примерно 20%, примерно 25%, примерно 30%, примерно 35%, примерно 40%, примерно 45%, примерно 50%, примерно 55%, примерно 60%, примерно 65%, примерно 70%, примерно 75%, примерно 80% или примерно 90% по массе цементирующих компонентов. В специфических вариантах осуществления пумицит может присутствовать в отверждаемых композициях в количестве в диапазоне примерно от 5% до 95% по массе цементирующих компонентов. В другом варианте осуществления пумицит может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 5% до 80% по массе цементирующих компонентов. В еще одном варианте осуществления пумицит может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 10% до 50% по массе цементирующих компонентов. В еще одном варианте осуществления пумицит может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 25% до 50% по массе цементирующих компонентов. Любой специалист в данной области техники, имея преимущество данного описания, будет знать соответствующее количество пумицита для включения в выбранное применение.

Варианты осуществления отверждаемых композиций далее могут включать известь. В определенных вариантах осуществления известь может быть гашеной известью. Известь может включаться в варианты осуществления отверждаемых композиций, например, для получения гидравлической композиции с другими компонентами отверждаемых композиций, такими как пумицит, зольная пыль, шлак и/или сланец. В случаях, когда она присутствует, известь может включаться в отверждаемые композиции в количестве, достаточном для особого применения. В некоторых вариантах осуществления известь может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 1% до 40% по массе цементирующих компонентов. Например, известь может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне между любым из значений и/или включая любое из значений, составляющих примерно 5%, примерно 10%, примерно 15%, примерно 20%, примерно 25%, примерно 30% и примерно 35%. В специфических вариантах осуществления известь может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 5% до 20% по массе цементирующих компонентов. Любой специалист в данной области техники, имея преимущество данного описания, будет знать соответствующее количество извести для включения в выбранное применение.

В соответствии с конкретными вариантами осуществления, смесь пумицита и гидравлического цемента, такого как портландцемент, может быть включена в отверждаемую композицию. В одном варианте осуществления смесь цемент/пумицит содержит гидравлический цемент в количестве примерно от 25% до 75% по массе данной смеси и пумицит в количестве примерно от 25% до 75% по массе данной смеси. В одном варианте осуществления смесь цемент/пумицит содержит примерно 40% гидравлического цемента по массе и примерно 60% пумицита по массе. В одном варианте осуществления смесь цемент/пумицит может содержать гидравлический цемент, совместно перемолотый с пумицитом. В одном варианте осуществления гидравлический цемент может включать портландцемент, классифицируемый как цемент ASTM тип V. В соответствии с вариантами осуществления, портландцемент и пумицит могут соединяться и перемалываться до любого размера, подходящего для использования в цементировочных работах. В другом варианте осуществления портландцемент и пумицит могут быть перемолоты перед соединением. В одном варианте осуществления смесь цемент/пумицит из портландцемента и пумицита имеет средний размер частиц примерно от 0,1 микрона до 400 микрон, альтернативно, примерно от 0,5 микрона до 50 микрон и, альтернативно, примерно от 0,5 микрона до 10 микрон. Средний размер частиц относится к d50 величинам, измеряемым имеющимися в продаже анализаторами размера частиц, такими как производимые Malvern Instruments, Worcestershire, Соединенное Королевство. Примером подходящей смеси цемент/пумицит является доступная от Hallibarton Energy Services, Inc., под торговым названием FineCem™ 925 цемент.

Полагают, что гидравлический цемент, совместно перемолотый с пумицитом, при использовании в отверждаемой композиции в комбинации с невспученным перлитом может обеспечить синергетические эффекты. Например, полагают, что комбинация невспученного перлита и смеси цемент/пумицит может придать значительно более высокую прочность на сжатие, особенно при повышенных температурах ствола скважины. Таким образом, комбинация невспученного перлита и смеси цемент/пумицит может быть особенно подходящей для использования в отверждаемых композициях при повышенных температурах ствола скважины, таких как температуры выше примерно 80°F (26,7°C), альтернативно, выше примерно 120°F (48,9°C) и, альтернативно, выше примерно 140°F (60°C).

Варианты осуществления отверждаемых композиций далее могут включать зольную пыль. Множество видов зольной пыли могут быть подходящими, включая зольную пыль, классифицируемую как зольная пыль класса С и класса F в соответствии с American Petroleum Institute, API Specification for Materials and Testing for Well Cements, API Specification 10, First edition, July 1, 1990. Зольная пыль класса С включает как оксид кремния, так и известь, так что при смешении с водой она будет схватываться с образованием затвердевшей массы. Зольная пыль класса F обычно не содержит достаточного количества извести, поэтому для зольной пыли класса F типично требуется дополнительный источник ионов кальция, чтобы образовать гидравлическую композицию. В некоторых вариантах осуществления известь может смешиваться с зольной пылью класса F в количестве в диапазоне примерно от 0,1% до 25% по массе зольной пыли. В некоторых случаях известь может быть гашеной известью. Подходящие примеры зольной пыли включают, не ограничиваясь ими, цементную добавку POZMIX^® A, коммерчески доступную от Hallibarton Energy Services, Inc.

В случаях, когда она присутствует, зольная пыль может быть включена в отверждаемые композиции в количестве, достаточном для обеспечения желаемой прочности на сжатие, плотности и/или стоимости. В некоторых вариантах осуществления зольная пыль может присутствовать в отверждаемых композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 1% до 75% по массе цементирующих компонентов. Например, зольная пыль может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне между любым из значений и/или включая любое из значений, составляющих примерно 5%, примерно 10%, примерно 20%, примерно 30%, примерно 40%, примерно 50%, примерно 60% или примерно 70% по массе цементирующих компонентов. В специфических вариантах осуществления зольная пыль может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 10% до 60% по массе цементирующих компонентов. Любой специалист в данной области техники, имея преимущество данного описания, будет знать соответствующее количество зольной пыли для включения в выбранное применение.

Варианты осуществления отверждаемых композиций далее могут включать шлаковый цемент. В некоторых вариантах осуществления шлаковый цемент, который может быть подходящим для использования, может включать шлак. Шлак обычно не содержит достаточного количества щелочного материала, поэтому шлаковый цемент далее может включать основание для получения гидравлической композиции, которая может реагировать с водой, чтобы схватываться с образованием затвердевшей массы. Примеры подходящих источников оснований включают, не ограничиваясь этим, гидроксид натрия, бикарбонат натрия, карбонат натрия, известь и их комбинации.

В случаях, когда он присутствует, шлаковый цемент обычно может быть включен в отверждаемые композиции в количестве, достаточном для обеспечения желаемой прочности на сжатие, плотности и/или стоимости. В некоторых вариантах осуществления шлаковый цемент может присутствовать в отверждаемых композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 1% до 75% по массе цементирующих компонентов. Например, шлаковый цемент может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне между любым из значений и/или включая любое из значений, составляющих примерно 5%, примерно 10%, примерно 20%, примерно 30%, примерно 40%, примерно 50%, примерно 60% или примерно 70% по массе цементирующих компонентов. В специфических вариантах осуществления шлаковый цемент может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 5% до 50% по массе цементирующих компонентов. Любой специалист в данной области техники, имея преимущество данного описания, будет знать соответствующее количество шлакового цемента для включения в выбранное применение.

Варианты осуществления отверждаемых композиций далее могут включать метакаолин. Обычно метакаолин представляет собой белый пуццолан, который может быть получен нагреванием каолиновой глины, например, до температур в диапазоне примерно от 600°С до 800°С. В некоторых вариантах осуществления метакаолин может присутствовать в отверждаемых композициях настоящего изобретения в количестве в диапазоне примерно от 1% до 75% по массе цементирующих компонентов. Например, метакаолин может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне между любым из значений и/или включая любое из значений, составляющих примерно 5%, примерно 10%, примерно 20%, примерно 30%, примерно 40%, примерно 50%, примерно 60% или примерно 70% по массе цементирующих компонентов. В специфических вариантах осуществления метакаолин может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 10% до 50% по массе цементирующих компонентов. Любой специалист в данной области техники, имея преимущество данного описания, будет знать соответствующее количество метакаолина для включения в выбранное применение.

Варианты осуществления отверждаемых композиций далее могут включать сланец. Среди прочего сланец, включенный в отверждаемые композиции, может реагировать с избытком извести с образованием подходящего цементирующего материала, например гидрата силиката кальция. Множество сланцев могут быть подходящими, включая сланцы, содержащие кремний, алюминий, кальций и/или магний. Пример подходящего сланца включает стекловидный сланец. Подходящие примеры стекловидного сланца включают, но не ограничиваются ими, PRESSURE-SEAL FINE LCM материал и PRESSURE-SEAL COARSE LCM материал, которые являются коммерчески доступными от TXI Energy Services, Inc. Обычно, сланец может иметь любое распределение частиц по размерам, какое желательно для конкретного применения. В определенных вариантах осуществления сланец может иметь распределение частиц по размерам в диапазоне примерно от 37 микрометров до 4750 микрометров.

В случаях, когда он присутствует, сланец может быть включен в отверждаемые композиции по настоящему изобретению в количестве, достаточном для обеспечения желаемой прочности на сжатие, плотности и/или затрат. В некоторых вариантах осуществления сланец может присутствовать в отверждаемых композициях по настоящему изобретению в количестве в диапазоне примерно от 1% до 75% по массе цементирующих компонентов. Например, сланец может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне между любым из значений и/или включая любое из значений, составляющих примерно 5%, примерно 10%, примерно 20%, примерно 30%, примерно 40%, примерно 50%, примерно 60% или примерно 70% по массе цементирующих компонентов. В специфических вариантах осуществления сланец может присутствовать в количестве в диапазоне примерно от 10% до 35% по массе цементирующих компонентов. Любой специалист в данной области техники, имея преимущество данного описания, будет знать соответствующее количество сланца для включения в выбранное применение.

Варианты осуществления отверждаемых композиций далее могут включать цеолит. Цеолиты обычно являются пористыми алюмосиликатными материалами, которые могут быть или природным или синтетическим материалом. Синтетические цеолиты базируются на том же самом типе структурной ячейки, что и природные цеолиты, и могут включать гидраты алюмосиликатов. При использовании здесь, термин ″цеолит″ относится ко всем природным и синтетическим формам цеолитов. Примеры подходящих цеолитов более подробно описаны в патенте США № 7445669. Примером подходящего источника цеолита является доступный от C2C Zeolite Corporation of Calgary, Canada. В некоторых вариантах осуществления цеолит может присутствовать в отверждаемых композициях настоящего изобретения в количестве, находящемся в диапазоне примерно от 1% до 65% по массе цементирующих компонентов. Например, цеолит может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне между любым из значений и/или включая любое из значений, составляющих примерно 5%, примерно 10%, примерно 20%, примерно 30%, примерно 40%, примерно 50% или примерно 60% по массе цементирующих компонентов. В специфических вариантах осуществления цеолит может присутствовать в количестве, находящемся в диапазоне примерно от 10% до 40% по массе цементирующих компонентов. Любой специалист в данной области техники, имея преимущество данного описания, будет знать соответствующее количество цеолита для включения в выбранное применение.

Варианты осуществления отверждаемых композиций далее могут включать добавку-замедлитель схватывания. При использовании здесь, термин ″добавка-замедлитель схватывания″ относится к добавке, которая замедляет схватывание отверждаемых композиций по настоящему изобретению. Примеры подходящих добавок-замедлителей схватывания включают, не ограничиваясь этим, аммоний, щелочные мет