Активаторы схватывания цемента для цементных композиций с замедленным схватыванием и связанные с ними способы

Активаторы схватывания цемента для цементных композиций с замедленным схватыванием и связанные с ними способы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники

[0001] Настоящее изобретение относится к операциям подземного цементирования и, более конкретно, в определенных вариантах реализации, к композициям цемента с замедленным схватыванием и способам использования композиций цемента с замедленным схватыванием в подземных формациях.

[0002] Цементные композиции могут быть использованы в различных подземных операциях. Например, при строительстве подземных скважин, колонна труб (например, обсадных, хвостовых, расширяемых корпусноскважинных и т.д.) может быть введена в скважину и зацементирована на месте. Процесс цементирования колонны труб на месте обычно называется "первичным цементированием". В типичном способе первичного цементирования, цементная композиция может закачиваться насосом в кольцевое пространство между стенками скважины и наружной поверхностью находящейся в ней колонны труб. Цементная композиция может схватываться в кольцевом пространстве, образуя при этом кольцеобразную оболочку из затвердевшего, практически непроницаемого цемента (т.е., цементный камень за колонной), которая может поддерживать и определять положение колонны труб в скважине и может связывать наружную поверхность колонны труб с подземной формацией. Помимо прочего, цементная оболочка, окружающая колонну труб, выполняет функцию предотвращения миграции флюидов в затрубном пространстве, а также защиты колонны труб от коррозии. Цементные композиции могут быть также использованы в способах ремонтного цементирования, например, для закупоривания трещин или отверстий в колоннах труб или цементных оболочках, для запечатывания высокопроницаемых зон или разломов пласта, для установки цементной пробки и т.п.

[0003] Широкий спектр цементных композиций использовался в операциях подземного цементирования. В некоторых случаях использовались цементные композиции с замедленным схватыванием. Цементные композиции с замедленным схватыванием характеризуются тем, что они остаются в состоянии перекачиваемого флюида в течение длительного периода времени (например, от, по меньшей мере, примерно 1 дня до примерно 2 недель или больше). В тех случаях, когда это желательно при использовании, цементные композиции с замедленным схватыванием должна быть способной к активации, вследствие чего возникает приемлемая прочность на сжатие. Например, активатор схватывания цемента может быть добавлен в цементную композицию с замедленным схватыванием, в результате чего композиция схватывается с образованием затвердевшей массы. Помимо прочего, цементная композиция с замедленным схватыванием может быть пригодной для использования в скважинах, например, когда цементную композицию желательно готовить заранее. Это может позволить, например, хранить цементную композицию перед ее использованием. Кроме того, это может позволить, например, готовить цементную композицию в удобном месте и затем транспортировать на рабочую площадку. Соответственно, капитальные затраты могут быть уменьшены вследствие снижения потребности в громоздком складском и смесительном оборудовании на месте выполнения работ. Это может быть особенно полезно для операций цементирования на морских месторождениях, когда пространство на борту судов может быть ограничено.

[0004] Хотя к настоящему времени были разработаны цементные композиции с замедленным схватыванием, существуют проблемы с их успешным использованием в операциях подземного цементирования. Например, цементные композиции с замедленным схватыванием, приготовленные с использованием портландцемента, могут иметь нежелательные проблемы со структурообразованием, которые могут ограничивать их использование и эффективность в операциях цементирования. Другие разработанные композиции с замедленным схватыванием, например, содержащие гашеную известь и кварц, могут быть эффективными в некоторых операциях, но могут иметь ограниченную применимость при пониженных температурах, поскольку они могут не развивать достаточной прочности на сжатие при использовании в подземных формациях, имеющих пониженную статическую температуру в забое скважины. Кроме того, могут существовать проблемы с активацией некоторых цементных композиций с замедленным схватыванием при поддержании приемлемых значений времени загустевания и нарастания прочности на сжатие.

Сущность изобретения

[0005] Вариант реализации раскрывает способ цементирования в подземной формации, включающий обеспечение цементной композиции с замедленным схватыванием, содержащей воду, пемзу, гашеную известь и замедлитель схватывания; активацию цементной композиции с замедленным схватыванием активатором схватывания цемента, причем активатор схватывания цемента содержит по меньшей мере один активатор, выбранный из группы, состоящей из нанокремнезема, полифосфата и их комбинаций; подачи цементной композиции с замедленным схватыванием в подземную формацию; и создание условий для схватывания цементной композиции с замедленным схватыванием в подземной формации.

[0006] Другой вариант реализации раскрывает способ активации цементной композиции с замедленным схватыванием, включающий обеспечение цементной композиции с замедленным схватыванием, содержащей пемзу, гашеную известь в количестве от примерно 10% до примерно 30% от веса пемзы, замедлитель схватывания в количестве от примерно 1% до примерно 5% от веса пемзы и воду в количестве от примерно 35% до примерно 70% от веса пемзы; хранение цементной композиции с замедленным схватыванием на протяжении периода, равного, по меньшей мере, примерно 1 дню; активацию цементной композиции с замедленным схватыванием активатором схватывания цемента, причем активатор схватывания цемента содержит полифосфат и добавку, выбранную из группы, состоящей из нанокремнезема и одновалентной соли; подачу цементной композиции с замедленным схватыванием в кольцевой зазор между трубопроводом, расположенным в скважине, и стенкой скважины или другим трубопроводом; и создание условий для схватывания цементной композиции с замедленным схватыванием в кольцевом зазоре.

[0007] Еще один вариант реализации раскрывает активированную цементную композицию с замедленным схватыванием содержащую: воду; пемзу; гашеную известь; замедлитель схватывания; и активатор схватывания цемента, причем активатор схватывания цемента содержит, по меньшей мере, один активатор, выбранный из группы, состоящей из нанокремнезема, полифосфата и их комбинаций.

[0008] Еще один вариант реализации раскрывает систему цементирования, содержащую смесительное оборудование для смешения активированной цементной композиции с замедленным схватыванием, где активированная цементная композиция с замедленным схватыванием содержит воду, пемзу, гашеную известь, замедлитель схватывания и активатор схватывания цемента, причем активатор схватывания цемента содержит, по меньшей мере, один активатор, выбранный из группы, состоящей из нанокремнезема, полифосфата и их комбинаций. Система цементирования может дополнительно включать насосное оборудование для подачи цементной композиции с замедленным схватыванием в скважину.

[0009] Признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны квалифицированным специалистам в данной области техники. Хотя многочисленные изменения могут быть выполнены квалифицированными специалистами в данной области техники, такие изменения не выходят за пределы объема изобретения.

Описание предпочтительных вариантов реализации изобретения

[0010] Настоящее изобретение относится к операциям подземного цементирования и, более конкретно, в определенных вариантах реализации, к композициям цемента с замедленным схватыванием и способам использования композиций цемента с замедленным схватыванием в подземных формациях. В конкретных вариантах реализации, настоящее изобретение предусматривает усовершенствованные активаторы схватывания цемента для активации цементных композиций с замедленным схватыванием. Варианты реализации активаторов схватывания цемента могут быть использованы для активации цементной композиции с замедленным схватыванием при достижении в то же время желательных значений времени загустевания и наращивания прочности на сжатие.

[0011] Варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием по настоящему изобретению могут обычно включать воду, пемзу, гашеную известь и замедлитель схватывания. Необязательно, цементные композиции с замедленным схватыванием могут дополнительно содержать диспергент. Предпочтительно, варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием могут быть способны оставаться в состоянии перекачиваемой текучей среды в течение длительного периода времени. Например, цементные композиции с замедленным схватыванием могут оставаться в состоянии перекачиваемой текучей среды на протяжении, по меньшей мере, примерно 1 дня или дольше. Предпочтительно, цементные композиции с замедленным схватыванием могут приобретать достаточную прочность на сжатие после активации при относительно низкой температуре.

[0012] Вода, используемая в вариантах реализации цементных композиций с замедленным схватыванием по настоящему изобретению, может быть взята из любого источника, при условии, что она не содержит избытка соединений, которые могут нежелательно повлиять на другие компоненты цементных композиций с замедленным схватыванием. Например, цементная композиция с замедленным схватыванием может содержать пресную воду или соленую воду. Соленая вода обычно может содержать одну или несколько растворенных солей и может быть насыщенной или ненасыщенной, в зависимости от конкретного применения. Морская вода или рассолы могут быть пригодны для использования в вариантах реализации настоящего изобретения. Дополнительно, вода может присутствовать в количестве, достаточном для образования перекачиваемой дисперсии. В определенных вариантах реализации, вода может присутствовать в цементной композиции с замедленным схватыванием в количестве в интервале значений от примерно 33% до примерно 200% от веса пемзы. В определенных вариантах реализации, вода может присутствовать в цементных композициях с замедленным схватыванием в количестве в интервале значений от примерно 35% до примерно 70% от веса пемзы. Рядовой специалист в данной области техники, пользуясь данным описанием, сможет определить требуемое количество воды для выбранной области применения.

[0013] Варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием может содержать пемзу. В общем, пемза представляет собой вулканическую породу, которая может демонстрировать вяжущие свойства, проявляющиеся в том, что она может схватываться и твердеть в присутствии гашеной извести и воды. Пемза также может быть, например, размолотой. В общем, пемза может иметь любое распределение частиц по размерам, желательное для конкретной области применения. В определенных вариантах реализации, пемза может иметь средний размер частиц в интервале от примерно 1 микрона до примерно 200 микрон. Средний размер частиц соответствует значениям d50, измеренным с помощью анализаторов размера частиц, таких как производимых фирмой Malvern Instruments (Вустершир, Великобритания). В конкретных вариантах реализации, пемза может иметь средний размер частиц в интервале от примерно 1 микрона до примерно 200 микрон, от примерно 5 микрон до примерно 100 микрон, или от примерно 10 микрон до примерно 50 микрон. В одном конкретном варианте реализации, пемза может иметь средний размер частиц менее примерно 15 микрон. Примером пригодной пемзы является продукт, поставляемый фирмой Hess Pumice Products, Products, Inc. (Малад, Айдахо), в виде агрегатов малого удельного веса DS-325, с размером частиц менее примерно 15 микрон. Следует понимать, что слишком маленький размер частиц может создавать проблемы при смешивании, в то время как частицы слишком большого размера могут фактически не суспендироваться в композициях. Рядовой специалист в данной области техники, пользуясь данным описанием, будет способен выбрать размер частиц пемзы, пригодный для использования в выбранной области применения.

[0014] Варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием могут содержать гашеную известь. В используемом в данном документе значении, термин "гашеная известь" следует понимать как означающий гидроксид кальция. Гашеная известь может быть включена в варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием, например, для получения гидравлической композиции с пемзой. Например, гашеная известь может быть включена при весовом соотношении пемзы к гашеной извести от примерно 10:1 до примерно 1:1 или соотношении от примерно 3:1 до примерно 5:1. В случае своего присутствия, гашеная известь может быть включена в цементные композиции с замедленным схватыванием в количестве, например, в интервале значений от примерно 10% до примерно 100% от веса пемзы. В некоторых вариантах реализации, гашеная известь может присутствовать в количестве, находящемся в интервале значений между любыми из и/или включая любые значения из примерно 10%, примерно 20%, примерно 40%, примерно 60%, примерно 80%, или примерно 100% от веса пемзы. В некоторых вариантах реализации, вяжущие компоненты, присутствующие в цементной композиции с замедленным схватыванием, могут состоять по существу из пемзы и гашеной извести. Например, вяжущие компоненты могут содержать главным образом пемзу и гашеную известь без каких-либо дополнительных компонентов (например, портландцемента, золы уноса, шлакового цемента), которые гидравлически схватываются в присутствии воды. Рядовой специалист в данной области техники, пользуясь данным описанием, сможет определить требуемое количество гашеной извести для включения для выбранной области применения.

[0015] Варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием может содержать замедлитель схватывания. Широкий спектр замедлителей схватывания может быть годным для использования в цементных композициях с замедленным схватыванием, являющихся пригодными по настоящему изобретению. Например, замедлитель схватывания может содержать фосфаты, фосфоновую кислоту, производные фосфоновой кислоты, фосфонаты, лигносульфонаты, соли, органические кислоты, карбоксиметилированные гидроксиэтилированные целлюлозы, синтетические со- или терполимеры, содержащие сульфонатные и карбоксильные группы, боратные соединения, их производные, или их смеси. В определенных вариантах реализации, замедлители схватывания, используемые в цементных композициях с замедленным схватыванием, пригодных для использования по настоящему изобретению, являются производными фосфоновой кислоты, такими как метиленовые производные фосфоновой кислоты, описанные в патенте США №4676832, описание которого включено в данный документ в качестве ссылки. Примеры пригодных замедлителей схватывания включают, в числе прочего, метиленфосфонаты, такие как замедлитель схватывания цемента Micro Matrix^® (MMCR), поставляемый фирмой Halliburton Energy Services, Inc. (Дункан, Оклахома), как добавка Dequest^® 2006 и добавка Dequest^® 2066. Добавка Dequest^® 2006 и добавка Dequest^® 2066 обе поставляются фирмой Thermphos, North America / Italmatch Chemicals. Добавка Dequest^® 2066 представляет собой нейтрализованный по значению рН диэтилентриаминпентаметиленфосфонат. Добавка Dequest^® 2006 представляет собой нитрилотрисметилентрифосфонат. Добавка Dequest^® 2066 в некоторых системах может быть более сильнодействующей из двух добавок Dequest^®. В некоторых вариантах реализации, метиленфосфонаты и/или производные метиленфосфоновой кислоты могут быть использованы для замедления пемзосодержащих композиций, раскрытых в данном документе, на протяжении длительных периодов времени. Одно из многих преимуществ вариантов реализации настоящего изобретения заключается в том, что такие более сильнодействующие замедлители схватывания цемента могут быть успешно использованы с активаторами схватывания цемента, описанными далее. В общем, замедлитель схватывания может присутствовать в цементной композиции с замедленным схватыванием, используемой по настоящему изобретению, в количестве, достаточном для задержки схватывания на желательное время. В некоторых вариантах реализации, замедлитель схватывания может присутствовать в цементных композициях с замедленным схватыванием в количестве в интервале значений от примерно 0,01% до примерно 10% от веса пемзы. В конкретных вариантах реализации, замедлитель схватывания может присутствовать в количестве, находящемся в интервале значений между любыми из и/или включая любые значения из примерно 0,01%, примерно 0,1%, примерно 1%, примерно 2%, примерно 4%, примерно 6%, примерно 8%, или примерно 10% от веса пемзы. Рядовой специалист в данной области техники, пользуясь данным описанием, сможет определить количество замедлителя схватывания для включения для выбранной области применения.

[0016] Как было указано ранее, варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием может необязательно содержать диспергент. Примеры пригодных диспергентов включают, без ограничений, диспергенты на основе сульфонированного формальдегида и диспергенты типа карбоксилированного простого эфира. Одним из примеров пригодного диспергента на основе сульфонированного формальдегида, который может быть годен для использования, является сульфонированный продукт конденсации ацетона и формальдегида, поставляемый фирмой Halliburton Energy Services, Inc., как диспергент CFR^™-3. Примеры пригодных диспергентов типа карбоксилированного простого эфира включают диспергенты Liquiment^® 514L и 5581F (поставляемые фирмой BASF Corporation, Хьюстон, Техас) и диспергенты Coatex (поставляемые фирмой Coatex Inc.). Хотя различные диспергенты могут быть использованы в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, диспергенты типа карбоксилированного простого эфира могут быть особенно пригодными для использования в некоторых вариантах реализации. Без ограничения теорией, считается, что диспергенты типа карбоксилированного простого эфира могут синергично взаимодействовать с другими компонентами цементной композиции с замедленным схватыванием. Например, считается, что диспергенты типа карбоксилированного простого эфира могут вступать в реакцию с определенными замедлителями схватывания (например, производными фосфоновой кислоты), приводя к образованию геля, в котором суспендируются пемза и гашеная известь в композиции в течение длительного периода времени.

[0017] В некоторых вариантах реализации, диспергент может быть включен в цементные композиции с замедленным схватыванием в количестве в интервале значений от примерно 0,01% до примерно 5% от веса пемзы. В конкретных вариантах реализации, диспергент может присутствовать в количестве, находящемся в интервале значений между любыми из и/или включая любые значения из примерно 0,01%, примерно 0,1%, примерно 0,5%, примерно 1%, примерно 2%, примерно 3%, примерно 4%, или примерно 5% от веса пемзы. Рядовой специалист в данной области техники, пользуясь данным описанием, сможет определить требуемое количество диспергента для включения для выбранной области применения.

[0018] Другие добавки, пригодные для использования в операциях подземного цементирования, также могут быть включены в вариантах реализации цементных композиций с замедленным схватыванием. Примеры таких добавок включают, без ограничений, утяжелители, легкие заполнители, газообразующие добавки, добавки, улучшающие механические свойства, материалы для борьбы с потерями циркуляции, добавки для борьбы с фильтрацией, добавки для борьбы с потерями текучей среды, пеногасители, пенообразователи, тиксотропные добавки и их комбинации. В вариантах реализации, одна или несколько таких добавок могут быть введены в цементную композицию с замедленным схватыванием после хранения, но перед подачей цементной композиции с замедленным схватыванием в подземную формацию. Рядовой специалист в данной области техники, пользуясь данным описанием, сможет легко определить тип и количество добавки, пригодной для конкретной области применения и достижения желательного результата.

[0019] Рядовым специалистам в данной области техники будет понятно, что варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием по настоящему изобретению должны обычно иметь плотность, пригодную для конкретной области применения. В качестве примера, цементные композиции с замедленным схватыванием могут иметь плотность в интервале значений от примерно 4 фунтов на галлон ("lb/gal") до примерно 20 фунтов/галлон. В определенных вариантах реализации, цементные композиции с замедленным схватыванием могут иметь плотность в интервале значений от примерно 8 фунтов/галлон до примерно 17 фунтов/галлон. Варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием может быть вспененными или невспененными или могут содержать другие средства для снижения их плотности, такие как полые микросферы, эластичные бусины низкой плотности, или другие добавки для снижения плотности, известные специалистам в данной области техники. В вариантах реализации, плотность может быть уменьшена после хранения композиции, но перед введением в подземную формацию. Рядовые специалисты в данной области техники, пользуясь данным описанием, смогут определить пригодную плотность для конкретной области применения.

[0020] Как было указано ранее, цементные композиции с замедленным схватыванием могут иметь отсроченное схватывание в том смысле, что они остаются в состоянии перекачиваемой текучей среды в течение длительного периода времени. Например, цементные композиции с замедленным схватыванием могут оставаться в состоянии перекачиваемой текучей среды на протяжении периода времени от примерно 1 дня до примерно 7 дней или больше. В некоторых вариантах реализации, цементные композиции с замедленным схватыванием могут оставаться в состоянии перекачиваемой текучей среды на протяжении, по меньшей мере, примерно 1 дня, примерно 7 дней, примерно 10 дней, примерно 20 дней, примерно 30 дней, примерно 40 дней, примерно 50 дней, примерно 60 дней, или дольше. Считается, что текучая среда находится в состоянии перекачиваемой текучей среды, когда текучая среда имеет консистенцию менее 70 единиц консистенции Вердена ("Вс"), при измерении с помощью консистометра, работающего при повышенном давлении, для испытания цементов, предназначенных для повышенных температур, при комнатной температуре (например, примерно 27°С (80°F) в соответствии с процедурой определения времени загустевания цемента, описанной в API RP Practice 10В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, First Edition, July 2005. Как описано в Примере 4 ниже, была приготовлена композиция по примеру, содержащая пемзу, 20% гашеной извести, 1,4% диспергента (Liquiment^® 514L), 1,26% замедлителя схватывания (замедлитель схватывания цемента Micro Matrix^®) и 62% воды (все в % от веса пемзы). После 45 дней хранения в условиях окружающей среды, композицию по примеру смешивали с 6% хлорида кальция от веса пемзы. При 60°С (140°F), композиция по примеру имеет время загустевания (время до достижения 70 Вс), равное 2 часам и 36 минутам, и достигает прочности на сжатие 50 фунтов/кв.дюйм (psi) (344,7 кПа) за 9 часов и 6 минут при измерении с помощью ультразвукового анализатора цемента Ultrasonic Cement Analyzer ("UCA"), выпускаемого фирмой Fann Instrument Company (Хьюстон, Техас), при выдерживании при 3000 фунтов/кв.дюйм (20,68 МПа). Через 48 часов образец раздавливали, и он имел прочность на сжатие, равную 2240 фунтов/кв.дюйм (15,44 МПа).

[0021] В тех случаях, когда это желательно при использовании, варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием могут быть активированы (например, путем объединения с активатором схватывания цемента), что приводит к схватыванию с образованием затвердевшей массы. Термин "активатор схватывания цемента" или "активатор", в используемом в данном документе значении, относится к добавке, которая активирует цементную композицию с замедленным или сильно замедленным схватыванием, и может также ускорять схватывание цемента с замедленным или сильно замедленным схватыванием. В качестве примера, варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием могут быть активированы для схватывания с образованием затвердевшей массы за период времени в интервале от примерно 2 часов до примерно 12 часов. Например, варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием могут схватываться с образованием затвердевшей массы за период времени, находящийся в интервале значений между любыми из и/или включая любые значения из примерно 2 дней, примерно 4 дней, примерно 6 дней, примерно 8 дней, примерно 10 дней, или примерно 12 дней.

[0022] В некоторых вариантах реализации, цементные композиции с замедленным схватыванием могут схватываться с достижением желательной прочности на сжатие после активации. Прочность на сжатие, в общем, представляет собой способность материала или структуры противостоять ориентированным по оси толкающим усилиям. Прочность на сжатие может быть измерена в заданный момент времени после активации цементной композиции с замедленным схватыванием, и выдерживания полученной композиции при заданных условиях температуры и давления. Прочность на сжатие может быть измерена с использованием разрушающего способа или неразрушающего способа. Разрушающий способ заключается в физических испытаниях прочности образцов обрабатываемого раствора в различные моменты времени путем раздавливания образцов в машине для испытаний на сжатие. Прочность на сжатие рассчитывают путем деления разрушающей нагрузки на площадь поперечного сечения, к которой приложена нагрузка, и выражают в единицах фунтов силы на квадратный дюйм (psi). Неразрушающие способы типично могут использовать ультразвуковой анализатор цемента Ultrasonic Cement Analyzer ("UCA"), производимый фирмой Fann Instrument Company (Хьюстон, Техас). Величины прочности на сжатие могут быть определены в соответствии с API RP 10В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, First Edition, July 2005.

[0023] В качестве примера, цементная композиция с замедленным схватыванием, может приобретать 24-часовую прочность на сжатие в интервале значений от примерно 50 фунтов/кв.дюйм (344,7 кПа) до примерно 5000 фунтов/кв.дюйм (34,47 МПа), альтернативно, от примерно 100 фунтов/кв.дюйм (689,5 кПа) до примерно 4500 фунтов/кв.дюйм (31,03 МПа), или альтернативно от примерно 500 фунтов/кв.дюйм (3,45 МПа) до примерно 4000 фунтов/кв.дюйм (27,58 МПа). В некоторых вариантах реализации, цементная композиция с замедленным схватыванием может приобретать прочность на сжатие за 24 часа, равную, по меньшей мере, примерно 50 фунтов/кв.дюйм (344,7 кПа), по меньшей мере, примерно 100 фунтов/кв.дюйм (689,5 кПа), по меньшей мере, примерно 500 фунтов/кв.дюйм (3,45 МПа), или больше. В некоторых вариантах реализации, значения прочности на сжатие могут быть определены с использованием UCA при температуре в интервале значений от 38°С до 93°С (100-200°F) при выдерживании при 3000 фунтов/кв.дюйм (20,68 МПа).

[0024] В некоторых вариантах реализации, цементная композиция с замедленным схватыванием может иметь желательное время загустевания после активации. Время загустевания типично относится к времени, в течение которого текучая среда, такая как цементная композиция, остается в текучем состоянии, пригодном для перекачивания насосом. Ряд разных лабораторных методов может быть использован для измерения времени загустевания, чтобы получить представление о величине времени, в течение которого текучая среда для обработки пласта будет оставаться в перекачиваемом состоянии в скважине. Типичная методика определения того, находится ли текучая среда для обработки пласта в состоянии перекачиваемой текучей среды, может использовать консистометр, работающий при повышенном давлении, для испытания цементов, предназначенных для повышенных температур, при заданных условиях давления и температуры, в соответствии с процедурой определения времени загустевания цемента, изложенной в вышеупомянутом документе API RP Practice 10B-2. Время загустевания может представлять собой время до достижения текучей средой 70 единиц консистенции Вердена ("Вс") и может быть названо временем до достижения 70 Вс. В некоторых вариантах реализации, цементные композиции с замедленным схватыванием могут иметь время загустевания более примерно 1 часа, альтернативно, более примерно 2 часов, альтернативно, более примерно 5 часов при 3000 фунтов/кв.дюйм (20,68 МПа) и температуре в интервале от примерно 10°С до примерно 205°С (50°F - 400°F), альтернативно, в интервале от примерно 10°С до примерно 121°С (80-250°F), и альтернативно, при температуре примерно 60°С (140°F).

[0025] Варианты реализации настоящего изобретения могут включать прибавление активатора схватывания цемента к цементным композициям с замедленным схватыванием. Примеры пригодных активаторов схватывания цемента включают, без ограничений, хлорид кальция, триэтаноламин, силикат натрия, формиат цинка, ацетат кальция, гидроксид натрия, сульфат натрия и их комбинации. Дополнительный пример пригодного активатора схватывания цемента включает нанокремнезем. Еще один пример пригодного активатора цемента включает полифосфат. Было обнаружено, что комбинация нанокремнезема и полифосфатаа может быть использована для активации вариантов реализации цементных композиций с замедленным схватыванием. Дополнительно, комбинация полифосфата и одновалентной соли оказалась особенно эффективным активатором схватывания цемента в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения. Предпочтительно, цементные композиции с замедленным схватыванием, активированные нанокремнеземом, полифосфатом, комбинацией нанокремнезема и полифосфата, или комбинацией полифосфата и одновалентной соли, могут иметь приемлемые значения времени загустевания и/или нарастание прочности на сжатие. Более того, активаторы или комбинации активаторов, перечисленные в предыдущем предложении, могут демонстрировать лучшие результаты по сравнению с другими активаторами, такими как хлорид кальция, в композициях, представляющих собой цементные композиции с сильно замедленным сроком схватывания, такие как композиции с использованием метиленфосфонатов и/или производных метиленфосфоновой кислоты, как описано выше.

[0026] Варианты реализации настоящего изобретения могут включать активатор схватывания цемента, содержащий нанокремнезем. В используемом в данном документе значении, термин "нанокремнезем" относится к диоксиду кремния, имеющему размер частиц, меньший или равный примерно 100 нанометров ("нм"). Размер нанокремнезема может быть измерен с использованием любого пригодного способа. Следует понимать, что измеренный размер нанокремнезема может меняться в зависимости от методики измерений, подготовки образца и условий образца, таких как температура, концентрация и т.д. Одной из методик измерения размеров частиц нанокремнезема является наблюдение с помощью трансмиссионного электронного микроскопа (ТЭМ). Пример пригодной коммерчески доступной методики, основанной на методе лазерной дифракции, может использовать прибор Zetasizer Nano ZS, поставляемый фирмой Malvern Instruments (Вустершир, Великобритания). В некоторых вариантах реализации, нанокремнезем может содержать коллоидный нанокремнезем. Нанокремнезем также может быть стабилизирован с использованием любого пригодного способа. В некоторых вариантах реализации, нанокремнезем может быть стабилизирован оксидом металла, таким как оксид лития, оксид натрия, оксид калия и/или их комбинация. Дополнительно, нанокремнезем может быть стабилизирован амином и/или оксидом металла, как указано выше. Варианты реализации с нанокремнеземами имеют дополнительное преимущество, заключающееся в том, что они, как известно, заполняют пространство пор в цементах, что может приводить к повышенным механическим характеристикам цемента после схватывания цемента.

[0027] Варианты реализации настоящего изобретения могут включать активатор схватывания цемента, содержащий комбинацию одновалентной соли и полифосфата. Одновалентная соль и полифосфат могут быть объединены перед прибавлением к цементной композиции с замедленным схватыванием или могут быть по отдельности добавлены к цементной композиции с замедленным схватыванием. Используемая одновалентная соль может представлять собой любую соль, которая диссоциирует с образованием одновалентного катиона, такую как соли натрия и калия. Конкретные примеры пригодных одновалентных солей включают сульфат калия, хлорид кальция и сульфат натрия. Разнообразные полифосфаты могут быть использованы в комбинации с одновалентной солью для активации цементных композиций с замедленным схватыванием, включая, например, полимерные метафосфатные соли, фосфатные соли и их комбинации. Конкретные примеры полимерных метафосфатных солей, которые могут быть использованы, включают гексаметафосфат натрия, триметафосфат натрия, тетраметафосфат натрия, пентаметафосфат натрия, гептаметафосфат натрия, октаметафосфат натрия и их комбинации. Конкретный пример пригодного активатора схватывания цемента содержит комбинацию сульфата натрия и гексаметафосфата натрия. Интересно, что гексаметафосфат натрия также известен специалистам в данной области техники как сильный замедлитель схватывания портландцементов. Благодаря уникальным химическим свойствам полифосфатов, полифосфаты могут быть использованы как активатор схватывания цемента для вариантов реализации цементных композиций с замедленным схватыванием, раскрытых в данном документе. Величина отношения одновалентной соли к полифосфату может изменяться, например, от примерно 2:1 до примерно 1:25 или от примерно 1:1 до примерно 1:10. Варианты реализации активатора схватывания цемента могут содержать одновалентную соль и полифосфатную соль в соотношении (одновалентная соль к полифосфату), находящемся в интервале значений между любыми из и/или включая любые значения из примерно 5:1, 2:1, примерно 1:1, примерно 1:2, примерно 1:5, примерно 1:10, примерно 1:20, или примерно 1:25.

[0028] В некоторых вариантах реализации, комбинация одновалентной соли и полифосфата может быть предусмотрена в виде жидкой добавки, которая может быть использована для активации цементной композиции с замедленным схватыванием. Жидкая добавка может содержать воду, одновалентную соль, полифосфат и диспергент. Примеры пригодных диспергентов включают, без ограничений, диспергенты на основе сульфонированного формальдегида и диспергенты типа карбоксилированного простого эфира. Одним из примеров пригодного диспергента на основе сульфонированного формальдегида является сульфонированный продукт конденсации ацетона и формальдегида, поставляемый фирмой Halliburton Energy Services, Inc. как диспергент CFR^™-3. Одним из примеров пригодного диспергента типа карбоксилированного простого эфир являются диспергенты Liquiment^® 514L или 5581F, поставляемые фирмой BASF Corporation (Хьюстон, Техас). Диспергент может быть включен в жидкую добавку в количестве от примерно 0,2% до примерно 8% от веса жидкой добавки. Вода может быть включена в жидкую добавку в количестве от примерно 90% до примерно 99,9% от веса жидкой добавки. Комбинация одновалентной соли и полифосфата может составлять от примерно 0,1% до примерно 2,5% от веса жидкой добавки.

[0029] Без ограничения теорией, приведем описание механизма активации извести и пуццолановой цементной композиции с замедленным схватыванием с использованием активатора цемента с замедленным схватыванием, содержащего комбинацию сульфата натрия и гексаметафосфата натрия. Считается, что сульфат натрия в результате реакции с известью образует гидроксид натрия. Эта реакция вызывает рост рН суспензии и, вследствие этого, увеличение скорости растворения двуокиси кремния. Скорость гидратации цемента прямо связана с относительным содержанием свободных силикатов и/или алюмосиликатов. Гексаметафосфат натрия образует хелатные соединения и увеличивает скорость растворения гидроксида кальция. Комбинация сульфата натрия и гексаметафосфата натрия создает синергичный эффект в различных составах цементных композиций с замедленным схватыванием, который обеспечивает лучшие результаты, чем использование любого одного из активаторов схватывания цемента.

[0030] Активатор схватывания цемента до