Текучесть гашеной извести в композициях с отсроченным схватыванием и других композициях, способных затвердевать

Текучесть гашеной извести в композициях с отсроченным схватыванием и других композициях, способных затвердевать

Иллюстрации

Показать все

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Цементные композиции могут использоваться во многих подземных операциях. Например, при подземном строительстве скважины колонну труб (например, обсадных труб, хвостовиков, расширяемых труб и т.п.) можно опускать в шахтный ствол и цементировать на месте. Процесс цементирования колонны труб на месте обычно называют “первичным цементированием”. В обычном способе первичного цементирования цементную композицию закачивают в кольцевое пространство между стенками ствола скважины и наружной поверхностью расположенной внутри него колонны труб и/или между колонной труб и обсадной трубой большего размера, расположенной в стволе скважины. Цементная композиция может затвердевать в кольцевом пространстве, тем самым формируя кольцевую оболочку из затвердевшего, по существу герметичного цемента (т.е., цементную оболочку), которая может поддерживать и позиционировать колонну труб в стволе скважины и может связывать наружную поверхность колонны труб с подземной формацией. Помимо прочего, цементная оболочка, окружающая колонну труб, предотвращает миграцию флюидов в затрубном пространстве и защищает колонну труб от коррозии. Цементные композиции могут также использоваться в способах ремонтно-изоляционного цементирования, например, для герметизации трещин или отверстий в колоннах труб или цементных оболочках, для герметизации высокопроницаемых зон формации или трещин, для установки цементной пробки и тому подобных работ.

[0002] В операциях подземного цементирования используется широкий спектр цементных композиций. В некоторых случаях использовались цементные композиции с отсроченным схватыванием. Цементные композиции с отсроченным схватыванием обладают способностью оставаться в пригодном для прокачивания жидком состоянии по меньшей мере около одного дня (например, по меньшей мере около 7 дней, около 2 недель, около 2 лет или более) при комнатной температуре (например, около 26,7°С (80°F)) при неподвижном хранении. При необходимости их использования цементные композиции с отсроченным схватыванием должны быть способны к активации, в результате которой появляется должная компрессионная прочность. Например, в цементную композицию с отсроченным схватыванием может быть добавлен ускоритель схватывания цемента, при помощи которого композиция схватывается в затвердевшую массу. Помимо прочего, цементная композиция с отсроченным схватыванием может быть пригодна к использованию для применений в стволе скважины, например, когда желательно приготавливать цементную композицию заранее. Это дает возможность, например, хранить цементную композицию перед использованием. Кроме того, это дает возможность, например, приготавливать цементную композицию в подходящем месте, а затем транспортировать ее к месту работ. Соответственно, открывается возможность сокращения капитальных расходов за счет уменьшения потребности в хранении на рабочей площадке сырья и насосного оборудования большой мощности. Это может быть особенно полезно при оффшорных операциях цементирования, где пространство на борту судов может быть ограничено.

[0003] Хотя цементные композиции с отсроченным схватыванием были разработаны ранее, их успешное использование при подземном цементировании сопряжено с определенными проблемами. Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием, содержащие известь, могут не развивать достаточно высокого предельного напряжения сдвига, чтобы успешно удерживать твердые частицы во взвешенном состоянии в суспензии. Предельное напряжение сдвига представляет собой пороговое значение напряжения сдвига, которое надо приложить, чтобы создать поток жидкости. Предельное напряжение сдвига или предел текучести цементных композиций непосредственно влияет на их характеристики, особенно на свойства, связанные со стабильностью, трением и вытеснением бурового раствора цементным раствором. Например, если цементный раствор не достигает определенного предела текучести, твердые частицы могут выделяться, и раствор становится непригодным. В случае цементных композиций с отсроченным схватыванием это составляет более серьезную проблему, поскольку цементные композиции с отсроченным схватыванием должны сохранять твердые частицы во взвешенном состоянии в течение продолжительных периодов времени. Реологию цементного раствора можно улучшить путем введения водных загустителей суспензии, препятствующих осаждению. Тем не менее, эти добавки могут быть дорогостоящими и несовместимыми с некоторыми составами цементных композиций с отсроченным схватыванием.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0004] Данные графические материалы иллюстрируют определенные аспекты некоторых вариантов реализации настоящего способа и не могут быть использованы для ограничения или определения способа.

[0005] ФИГ. 1 иллюстрирует систему для приготовления и доставки композиции, способной затвердевать, в ствол скважины в соответствии с определенными вариантами реализации изобретения.

[0006] ФИГ. 2A иллюстрирует оборудование на поверхности, которое может использоваться для помещения композиции, способной затвердевать, в ствол скважины в соответствии с определенными вариантами реализации изобретения.

[0007] ФИГ. 2B иллюстрирует помещение композиции, способной затвердевать, в кольцевое пространство ствола скважины в соответствии с определенными вариантами реализации изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] Представленные варианты реализации изобретения относятся к операциям подземного цементирования и, более конкретно, в определенных вариантах реализации изобретения к управлению реологией композиций, способных затвердевать, в подземных формациях.

[0009] Варианты реализации изобретения композиций, способных затвердевать, могут включать цементные композиции с отсроченным схватыванием. Цементные композиции с отсроченным схватыванием могут, в общем случае, содержать воду, пемзу, гашеную известь и замедлитель схватывания. Необязательно, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут дополнительно содержать диспергатор. Предпочтительно, варианты реализации изобретения цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть способны оставаться в состоянии пригодной для прокачивания жидкости в течение продолжительных периодов времени. Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут оставаться в состоянии пригодной для прокачивания жидкости меньшей мере около 1 дня или дольше (например, около 2 лет или дольше). Предпочтительно, после активации при относительно низких температурах цементные композиции с отсроченным схватыванием могут приобретать подходящую компрессионную прочность. При том, что цементные композиции с отсроченным схватыванием могут быть пригодны для многих операций подземного цементирования, они могут быть особенно подходящими для использования в подземных формациях с относительно низкими статическими температурами на забое скважины, например, температурами ниже, чем около 93,3°С (200°F) или находящимися в диапазоне от около 26,7°С (80°F) до около 93,3°С (200°F). В альтернативных вариантах реализации изобретения цементные композиции с отсроченным схватыванием могут использоваться в подземных формациях со статическими температурами на забое скважины вплоть до 232,2°С (450°F) или выше.

[0010] Вода, которая используется в вариантах реализации изобретения композиций, способных затвердевать, может быть взята из любого источника, при условии, что она не содержит избытка соединений, которые могут нежелательным образом воздействовать на другие компоненты в композициях, способных затвердевать. Например, композиция, способная затвердевать, может содержать пресную воду, соленую воду или воду, получаемую при добыче нефти и/или газа. В общем случае, соленая вода может содержать одну или более растворенных солей и может быть насыщенной или ненасыщенной, в зависимости от того, что потребуется в конкретном применении. В вариантах реализации изобретения может использоваться морская вода или соляной раствор из скважины. Кроме того, вода может присутствовать в количестве, достаточном для формирования пригодного для прокачивания цементного раствора. В определенных вариантах реализации изобретения вода может присутствовать в композиции, способной затвердевать, в количестве, которое находится в диапазоне от около 33% до около 200% по массе пемзы или другого материала, способного затвердевать. В определенных вариантах реализации изобретения вода может присутствовать в композиции, способной затвердевать, в количестве, которое находится в диапазоне от около 35% до около 70% по массе пемзы или другого материала, способного затвердевать. Для цементных композиций с отсроченным схватыванием может использоваться меньшее количество воды, чем для других типов композиций, способных затвердевать. Чем меньше воды присутствует в композиции, способной затвердевать, тем больше вязкость этой композиции. Это уменьшение количества воды может создавать необходимость в дополнительных технологических стадиях, связанных с приданием суспензии твердых частиц подходящих реологических характеристик, например, раскрытые в данном документе композиции, способные затвердевать, могут подвергаться большей скорости сдвига, чем обычные составы; этот способ обсуждается ниже. При помощи данного описания рядовой специалист может определить подходящее количество воды для выбранного применения.

[0011] Варианты реализации изобретения композиций, способных затвердевать, могут содержать пемзу. В общем случае, пемза представляет собой вулканическую породу, которая может проявлять цементирующие свойства в том смысле, что она способна схватываться и затвердевать в присутствии гашеной извести и воды. Пемза может также быть размолотой. В общем случае, пемза может иметь любое распределение частиц по размерам, которое потребуется для конкретных применений. В определенных вариантах реализации изобретения пемза может иметь средний размер частиц в диапазоне от около 1 микрометра до около 200 микрометров. Средний размер частиц соответствует значениям d50, измеренным анализаторами размера частиц, такими как произведенные компанией Malvern Instruments, Worcestershire, United Kingdom. В специфических вариантах реализации изобретения пемза может иметь средний размер частиц в диапазоне от около 1 микрометра до около 200 микрометров, от около 5 микрометров до около 100 микрометров или от около 10 микрометров до около 50 микрометров. В одном конкретном варианте реализации изобретения пемза может иметь средний размер частиц менее чем около 15 микрометров. Примером подходящей пемзы может служить продукт, поставляемый Hess Pumice Products, Inc., Malad, Idaho, под названием легкий заполнитель DS-325, имеющий средний размер частиц d50 менее чем около 15 микрометров. Следует учитывать, что использование частиц слишком маленьких размеров может создавать проблемы со смешиваемостью, тогда как частицы слишком больших размеров трудно эффективно суспендировать в композициях. При помощи данного описания рядовые специалисты способны выбрать такой размер частиц, чтобы пемза была пригодна для использования в выбранном применении.

[0012] Варианты реализации изобретения композиций, способных затвердевать, могут содержать гашеную известь. В данном документе термин “гашеная известь” обозначает гидроксид кальция. Гашеная известь может содержаться в вариантах реализации изобретения композиций, способных затвердевать, например, для формирования гидросмесей с пемзой. Например, гашеная известь может быть включена в массовом отношении пемзы к гашеной извести от около 10:1 до около 1:1 или от 3:1 до около 5:1. Если гашеная известь присутствует, она может быть включена в композиции, способные затвердевать, в количестве, например, из диапазона от около 1% до около 100% по массе пемзы или другого материала, способного затвердевать. В некоторых вариантах реализации изобретения гашеная известь может присутствовать в количестве, которое находится между любыми из и/или включать любые из следующих отношений к массе пемзы или другого материала, способного затвердевать: около 10%, около 20%, около 40%, около 60%, около 80% или около 100%. В некоторых вариантах реализации изобретения вяжущие компоненты, которые присутствуют в композиции, способной затвердевать, 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, портландцемент, зольная пыль, шлаковый цемент), которые гидравлически схватываются или иным образом затвердевают в присутствии воды. При помощи данного описания рядовой специалист может определить подходящее количество гашеной извести для включения в выбранное применение.

[0013] Как сказано выше, у приготовленных не должным образом композиций, способных затвердевать, после завершения периода хранения могут возникать реологические проблемы. Эти проблемы могут быть связаны с меньшим количеством воды, использованной в композициях, или с концентрацией гашеной извести. Одной из таких проблем может быть выпадение в осадок твердых частиц в вариантах реализации изобретения, содержащих цементные композиции с отсроченным схватыванием. Если твердые частицы в композиции не суспендированы должным образом, они могут выпадать, и композиция становится непригодной. В случае цементных композиций с отсроченным схватыванием это составляет более серьезную проблему, поскольку цементные композиции с отсроченным схватыванием должны сохранять твердые частицы во взвешенном состоянии в течение продолжительных периодов времени. Способы устранения этой проблемы могут включать постоянное перемешивание для сохранения твердых частиц во взвешенном состоянии или использование водных добавок, увеличивающих вязкость суспензии, таких как полимерные присадки. Примеры могут включать любой загуститель, введенный в оптимальном количестве, и/или вещества из подгруппы полисахаридных биополимеров, которая включает: склероглюкан, каррагинаны, ксантан, велан, диутановые смолы, целлюлозы, гидроксилэтилцеллюлозу, а также альтернативы, такие как: синтетические полимерные загустители, например, акриламидные полимеры с высокой молекулярной массой, кополимеры акриламид-акриловая кислота и акриламидные кополимеры. Однако эти растворы стоят дорого, а их приготовление требует много времени. Примером подходящей водной добавки, повышающей вязкость суспензии, является суспендирующий агент SA-1015^™, поставляемый Halliburton Energy Services, Inc. Предпочтительно, и как описано ниже, возможно устранить необходимость в этих способах, если содержащую гашеную известь композицию сдвинуть должным образом.

[0014] Некоторые варианты реализации изобретения содержащих известь композиций, способных затвердевать, можно классифицировать как дилатантную жидкость при низких уровнях сдвига. Не ограничиваясь теорией, можно утверждать, что тенденция композиций, способных затвердевать, к загустеванию при сдвиге может быть связана с эффектами заклинивания частиц между частицами пемзы и/или гашеной извести, при том что эффективная вязкость внутрипорового флюида недостаточна для амортизации или буферирования столкновений между этими частицами. Тем не менее, как описано в данном документе, если композиции, способные затвердевать, имеют достаточное предельное напряжение сдвига и/или вязкость внутрипорового флюида, то варианты реализации изобретения, содержащие гашеную известь, могут становиться тиксотропными или псевдопластичными, а также способными сохранять твердые частицы во взвешенном состоянии в течение долгого времени. В вариантах реализации изобретения композициям, способным затвердевать, передается достаточное количество напряжения сдвига, и композиции могут быть способны поддерживать во взвешенном состоянии пемзу и/или другие крупные частицы в течение продолжительного времени без использования водных добавок, повышающих вязкость суспензии, повторного перемешивания композиций или любых известных средств для поддержания частиц во взвешенном состоянии. Таким образом, в отличие от ньютоновских жидкостей или жидкостей, которые стабильно ведут себя как псевдопластичные или тиксотропные, дилатантная природа некоторых композиций, способных затвердевать, наблюдаемая при низких скоростях сдвига, может потребовать приложения более высоких скоростей сдвига, чем обычно используется в других операциях. При достаточном напряжении сдвига композиции, способные затвердевать, могут достигать достаточного предельного напряжения сдвига, при котором они способны сохранять твердые частицы во взвешенном состоянии в течение долгого времени. Достаточное напряжение сдвига порождает вязкую диссипацию энергии и может существенно предотвратить выпадение твердых частиц, так что про меньшей мере 99% частиц по объему не будет осаждаться при неподвижном хранении композиций, способных затвердевать, в течение 24 часов. В вариантах реализации изобретения гашеную известь композиций, способных затвердевать, сдвигают с достаточной скоростью, как описано ниже.

[0015] Мощность, приложенную для сдвига содержащих известь композиций, способных затвердевать, можно выразить функцией вязкой диссипации (VDF). VDF представляет собой произведение средней по объему скорости сдвига и среднего по объему напряжения сдвига. В вариантах реализации изобретения композиции, способные затвердевать, могут быть неньютоновскими жидкостями. Для моделирования этих композиций можно использовать модель Гершеля-Балкли (HB). VDF можно аппроксимировать к среде Гершеля-Балкли с использованием следующего уравнения:

VDF=[k₁ * RPM * (τ_0hb)+μ_∞hb * (k₁ * RPM)^(1+n,hb)],

где k₁ обозначает константу скорости сдвига, τ_0hb - предельное напряжение сдвига жидкости HB, μ_∞hb - коэффициент консистентности жидкости HB, а n,hb представляет собой показатель тиксотропности жидкости Гершеля-Балкли и аппроксимирует среднее всех наклонов напряжения сдвига в дважды логарифмических координатах в зависимости от данных по скорости сдвига при каждом числе оборотов в минуту (RPM). k₁ введен для преобразования RPM в скорость сдвига для каждого индивидуального вискозиметра или смесителя (миксер для смешивания крупными партиями, циркуляционный насос и т.п.) и является уникальным для каждой конструкции вискозиметра или смесителя. Обычно k₁ можно определить с использованием множества стандартных ньютоновских (ns) жидкостей и множества стандартных жидкостей со степенной зависимостью (pls) (псевдопластичных) с известной консистенцией потока (K) и показателями реологических свойств (n). Затем используется многомерный регрессионный анализ, чтобы максимизировать регрессионное соответствие к каждой из приведенных ниже функций:

VAAV, ns1=(k2*Крутящий момент)/(k1*RPM) (Данные получены для ньютоновской стандартной жидкости #1 с известной вязкостью VIS#1)

VAAV, ns2=(k2*Крутящий момент)/(k1*RPM) (Данные получены для ньютоновской стандартной жидкости #2 с известной вязкостью VIS#2)

VAAV, pls1a=(k2*Крутящий момент)/(k1*RPM) (Данные получены для стандартной жидкости #1, со степенным законом)

VAAV, pls1b=K1 (k1*RPM)^(n1-1) (Данные получены для стандартной жидкости #1 со степенным законом, для которой известны K1 и n1)

VAAV, pls2a=(k2*Крутящий момент)/(k1*RPM) (Данные получены для стандартной жидкости #2 со степенным законом)

VAAV, pls2b=K2 (k1*RPM)^(n2-1) (Данные получены для стандартной жидкости #2 со степенным законом, с известными K2 и n2)

При помощи пошагового или эквивалентного регрессионного анализа можно определить k1 и k2 по наилучшему соответствию каждой из приведенных ниже функций: VAAV, ns1=VIS#1; VAAV, ns2=VIS#2; VAAV, pls1a=VAAV, pls1b; и VAAV, pls2a=VAAV, pls2b.

Чтобы обеспечить композициям, способным затвердевать, достаточный сдвиг для продолжительного сохранения твердых частиц во взвешенном состоянии, необходимо внести соответствующее количество энергии. Количество энергии, необходимой для сдвига извести, является функцией концентрации извести, количества присутствующей воды и размера и концентрации частиц, которые должны находиться во взвешенном состоянии. Не ограничиваясь теорией, можно утверждать, что если внесенного количества энергии достаточно для сдвига извести, то текучая известь будет увеличивать эффективную вязкость внутрипорового флюида или пасты между суспендированными частицами и, таким образом, повышать предельное напряжение сдвига флюида. Один из способов определения того, было ли внесенное количество энергии достаточным, заключается в расчете наклона в двойных логарифмических координатах (LLS), который известен также как локальный показатель поведения потока при данном сдвиге или rpm, как показано ниже.

LLS при RPM,i=[Log(Крутящий момент,i+1/Крутящий момент,i) ]/[Log (RPM,i+1/RPM,i)]

LLS представляет собой наклон зависимости напряжения сдвига от скорости сдвига в двойных логарифмических координатах. LLS можно также аппроксимировать подгонкой данных к модели кажущейся вязкости Гершеля-Балкли, описанной следующим уравнением:

η=[τ_0hb /γ]+μ_∞hb (γ)^n,hb-1

Где η обозначает кажущуюся вязкость, τ_0hb - предельное напряжение сдвига, γ - вискозиметрическую скорость сдвига, μ_∞hb - коэффициент консистентности, а n,hb представляет собой показатель тиксотропности жидкости Гершеля-Балкли и аппроксимирует среднее всех LLS при каждом RPM. Если значение LLS меньше 1, то в данном диапазоне скоростей сдвига жидкость представляет собой тиксотропную или псевдопластичную среду. Если значение LLS больше 1, то жидкость представляет собой дилатантную или загустевающую при сдвиге среду. В настоящих вариантах реализации изобретения использовались композиции, способные затвердевать, которые сдвигали с достаточно высокой скоростью, пока их соответствующие значения LLS не приближались к единице или не становились меньше нее. Если скорости сдвига, приложенного к извести, слишком низкие, в цементном растворе могут развиваться дилатантные тенденции, и он может загустевать при низких скоростях сдвига. Загустевание композиций, способных затвердевать, может создавать трудности в полевых условиях. Кроме того, твердые частицы в композициях, способных затвердевать, могут могут суспендироваться недостаточно эффективно. В настоящих вариантах реализации изобретения цементная композиция, содержащая известь, имеет достаточно низкие значения n, что устраняет необходимость в других мерах для сохранения суспензии.

[0016] Настоящие варианты реализации изобретения содержат композиции со значениями LLS в диапазоне около 1,05 или ниже. В специфических вариантах реализации изобретения значения LLS могут находиться между любыми из и/или включать любые из следующих значений: около 1,05 около 1,00, около 0,90, около 0,80, около 0,70, около 0,60 или ниже. При помощи данного описания рядовые специалисты могут определить подходящее значение LLS для композиции, предназначенной для использования в конкретном применении.

[0017] В вариантах реализации изобретения альтернативный способ определения значений LLS заключается в расчете наклона зависимости напряжения сдвига (VASS) от скорости сдвига (VASR) в двойных логарифмических координатах. Это представляет собой прямое измерение загустевания при сдвиге (дилатансии) или разжижения при сдвиге (псевдопластичности) жидкости при данной скорости сдвига. LLS можно измерить для конкретной скорости сдвига с использованием следующего уравнения:

LLS,i+1={log[(VASS,i+1)/(VASS,i)]}/log[(VASR,i+1)/(VASR,i)]

где LLS представляет собой наклон в двойных логарифмических координатах, VASS - среднее по объему напряжение сдвига, а VASR - среднюю по объему скорость сдвига. Уменьшения LLS на 25% или более может быть достаточно для сдвига гашеной извести.

[0018] Настоящие варианты реализации изобретения содержат композиции, переводимые известью в состояние текучести при уменьшении LLS на 25% или более. В специфических вариантах реализации изобретения, LLS можно уменьшать на около 25%, около 35%, около 45%, около 55%, около 65% или более. При помощи данного описания, рядовые специалисты могут определить подходящее уменьшение значения LLS, чтобы выяснить, можно ли использовать композицию в конкретном применении.

[0019] В вариантах реализации изобретения альтернативный способ определения, достигла ли композиция, способная затвердевать, нужного предельного напряжения сдвига, заключается в расчете остаточного напряжения композиции, способной затвердевать. Остаточное напряжение композиции, способной затвердевать, можно измерить, помимо других способов, при помощи вискозиметра. Например, остаточное напряжение композиции можно определить с использованием шестискоростного вискозиметра Fann Model 35 Six Speed с адаптером Fann Yield Stress Adapter, оба прибора поставляет Fann Instrument Company of Houston, Texas. Остаточное напряжение можно определить по следующей формуле:

RS=[(k₂)(3D+6D)]/2,

где RS обозначает остаточное напряжение, k₂ - напряжение сдвига или коэффициент крутящего момента, 3D и 6D - измеренные в Fann Model 35 крутящие моменты, полученные через 15 секунд после выключения ротора, который вращался со скоростью 3 и 6 rpm, соответственно. k₂ обозначает константу, индивидуальную для каждого смесительного устройства, которая зависит от его геометрии, размера и т. д. k₂ можно рассчитать для смесительного устройства или вискозиметра по описанному выше способу.

[0020] Настоящие варианты реализации изобретения содержат композиции, переводимые известью в состояние текучести, в которых остаточное напряжение может быть повышено в диапазоне от около 2-кратного увеличения до около 20-кратного увеличения. Этот диапазон охватывает каждое число между ними. В специфических вариантах реализации изобретения остаточное напряжение может быть повышено с кратностью около 2, около 4, около 6, около 16, около 18 или около 20. При помощи данного описания рядовые специалисты могут определить подходящее значение остаточного напряжения, необходимого для использования композиции, способной затвердевать, в конкретном применении.

[0021] В вариантах реализации изобретения альтернативный способ определения, достигла ли известь в композиции, способной затвердевать, нужного предельного напряжения сдвига, заключается в расчете остаточного напряжения композиции (VAAV), способной затвердевать. Если известь переходит в текучее состояние, суспендирующая способность композиции может увеличиться; точно так же увеличится и VAAV. VAAV можно рассчитать с использованием следующего уравнения:

VAAV=[(1000)(k₂)(Крутящий момент при 100 rpm)]/(k₁)(100 rpm)

где k₁ и k₂ описаны выше. Скорость сдвига можно выбрать равной 100 rpm, поскольку при использовании шестискоростного вискозиметра Fann Model 35 Six Speed с адаптером Fann Yield Stress Adapter скорость сдвига 100 rpm имеет тот же порядок величины, который наблюдается при цементировании нефтяных и газовых скважин. Увеличение VAAV на 35% или более может быть достаточным для композиции.

[0022] Настоящие варианты реализации изобретения содержат композиции, переводимые известью в состояние текучести при увеличении VAAV на 35% или более. В специфических вариантах реализации изобретения VAAV может увеличиваться на около 35%, около 45%, около 65%, около 150%, около 250% или более. При помощи данного описания рядовые специалисты могут определить подходящее увеличение значения VAAV, чтобы выяснить, можно ли использовать композицию, способную затвердевать, в конкретном применении.

[0023] Осуществлять сдвиг гашеной извести сложнее, чем перемешивать известь в мешалке с лопастями. В общем случае, требуются более высокие уровни сдвига, чем может создавать такое оборудование. В вариантах реализации изобретения для адекватного сдвига извести в процессе рециркулирования цементного раствора может потребоваться циркуляционный насос или другой тип механизма. Примеры типов насосов могут включать центробежные насосы, процессные насосы по стандарту API, герметические экранированные электронасосы, насосы с измельчителем, насосы с магнитным приводом, пульповые насосы, поршневые насосы прямого вытеснения, насосы для подачи бетона, диафрагменные насосы, поршневые насосы, шнековые насосы и крыльчатые насосы. Необязательно, сдвиг можно осуществлять с использованием смесительного устройства, такого как ленточно-винтовая мешалка, совмещенный статический смеситель, жидкостная штифтовая мельница и гомогенизатор, помимо прочих.

[0024] В вариантах реализации изобретения композиции, содержащие известь, можно рециркулировать в резервуаре с использованием центробежного насоса или эквивалентного альтернативного типа насосного устройства, которое вносит достаточную энергию вязкой диссипации. В полевых условиях, чтобы обеспечить композициям, способным затвердевать, достаточный сдвиг, может потребоваться высокая скорость рециркуляции. Например, композиции, способные затвердевать, можно рециркулировать со скоростью из диапазона между от около 68,14 м3/час (300 галлонов в минуту (gpm)) до около 181,7 м3/час (800 gpm). В специфических вариантах реализации изобретения композиции можно рециркулировать со скоростью около 68,14 м3/час (300 gpm), около 136,28 м3/час (600 gpm), около 147,6 м3/час (650 gpm), около 159 м3/час (700 gpm), около 170,3 м3/час (750 gpm) или около 181,7 м3/час (800 gpm). При лабораторном затвердевании, чтобы вызвать сдвиг извести, можно использовать мешалку. Перемешивание может происходить со скоростями около 2500 rpm или более. Время, которое требуется для сдвига композиций, способных затвердевать, может изменяться в зависимости от концентрации извести, использованной в композиции, способной затвердевать, и уровня сдвига или вязкой диссипации, переданных процессами перемешивания или рециркуляции. Кроме того, скорость сдвига, в общем случае, должна быть достаточно высокой, чтобы вызвать переход композиций, способных затвердевать, в псевдопластичное состояние. Использование низких скоростей сдвига приводит к возникновению дилатантных композиций, способных затвердевать, которые могут оказаться непригодными для некоторых применений. Если скорость сдвига слишком мала, увеличение времени сдвига может не решить проблему и может не вызвать переход в состояние псевдопластичной жидкости. При помощи данного описания рядовые специалисты способны выбрать скорость сдвига, подходящую для успешного сдвига извести для данного применения. Существует множество способов определения переданного количества истории сдвига, включая, но не ограничиваясь этим: интегральную историю скорости сдвига; количество энергии, переданной единице объема жидкой суспензии; или скорость, с которой энергия передается единице объема материала. Эти многочисленные способы можно использовать для пересчета процесса перемешивания от лабораторного масштаба на больший масштаб или на полномасштабные процессы.

[0025] Предпочтительно, варианты реализации изобретения технологии сдвига гашеной извести не ограничены композициями, способными затвердевать, содержащими пемзу, такими как описанные выше цементные композиции с отсроченным схватыванием. Эти способы можно использовать для любой композиции, способной затвердевать, которая содержит достаточное количество извести. В вариантах реализации изобретения сдвиг гашеной извести можно использовать для композиций из портландцементов, пуццолановых цементов, гипсовых цементов, грунтоцементов, кальциево-фосфатных цементов, цементов с высоким содержанием глинозема, кремнеземистых цементов, высокощелочных цементов, шлаковых цементов, цементной пыли или их смесей. В данном документе термин “цементная пыль” (CKD) относится к частично кальцинированому материалу, загружаемому в печь, который обычно удаляют из газового потока и собирают в пылеулавливатель в процессе производства цемента. Данные химического анализа цементной пыли от различных производителей цемента варьируются в зависимости от многих факторов, включая конкретное сырье для печи, эффективность процесса производства цемента и связанные с ним системы улавливания пыли. Цементная пыль, в общем случае, может содержать разнообразные оксиды, такие как SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, SO₃, Na₂O и K₂O.

[0026] Варианты реализации изобретения композиций, способных затвердевать, могут, как описано выше, не содержать пемзы. Например, варианты реализации изобретения могут включать затвердевающую композицию, содержащую зольную пыль, 20% гашеной извести по массе зольной пыли (bwoFA), 60% воды bwoFA и 0,06% замедлителя схватывания bwoFA. Альтернативные варианты реализации изобретения композиций, способных затвердевать, могут включать пемзу дополнительно к другим затвердевающим компонентам, таким, как описано выше. Например, варианты реализации изобретения могут включать затвердевающую композицию, содержащую пемзу, 20% гашеной извести по массе пемзы (bwoP), 10% портландцемента класса H bwoP, 65% воды bwoP, 0,06% замедлителя схватывания bwoP, 0,6% диспергатора bwoP и 2% утяжеляющей добавки bwoP. Другой вариант реализации изобретения содержит 20% пемзы по массе пемзы и CKD (bwoP+CKD), 80% CKD bwoP+CKD, 20% гашеной извести bwoP+CKD, 65% воды bwoP+CKD, 0,06% замедлителя схватывания bwoP+CKD, 0,6% диспергатора bwoP+CKD и 2% утяжеляющей добавки bwoP+CKD. Еще один вариант реализации изобретения содержит 80% пемзы bwoP+CKD, 20% CKD bwoP+CKD, 20% гашеной извести bwoP+CKD, 65% воды bwoP+CKD, 0,06% замедлителя схватывания bwoP+CKD, 0,6% диспергатора bwoP+CKD и 2% утяжеляющей добавки bwoP+CKD. Аналогично вариантам реализации изобретения цементных композиций с отсроченным схватыванием, упомянутые выше варианты реализации изобретения могут устранять потребность в средствах суспендирования или добавках, таких как водные добавки для повышения вязкости суспензии, например: полимерные присадки; постоянное перемешивание композиции.

[0027] Варианты реализации изобретения композиций, способных затвердевать, могут содержать замедлитель схватывания. Например, замедлители схватывания можно использовать в вариантах реализации изобретения с отсроченным схватыванием. Для использования в настоящих вариантах реализации изобретения композиций, способных затвердевать, подходит широкий спектр замедлителей схватывания. Например, замедлитель схватывания может содержать фосфоновую кислоту, производные фосфоновой кислоты, лигносульфонаты, соли, органические кислоты, карбоксиметилированные гидроксиэтилированные целлюлозы, синтетические ко- или терполимеры, содержащие сульфонатные группы или группы карбоновой кислоты, боратные соединения, их производные или смеси. Примеры подходящих замедлителей схватывания включают, помимо прочего, производные фосфоновой кислоты. Один из примеров подходящего замедлителя схватывания представляет собой замедлитель схватывания цемента Micro Matrix^®, поставляемый компанией Halliburton Energy Services, Inc., of Duncan, Oklahoma. В общем случае, замедлитель схватывания может присутствовать в композиции, способной затвердевать, применяемой в настоящих вариантах реализации изобретения, в количестве, достаточном для отсрочки затвердевания на нужное время. В некоторых вариантах реализации изобретения замедлитель схватывания может присутствовать в композициях, способных затвердевать, в количестве, которое находится в диапазоне от около 0,01% до около 10% по массе пемзы или другого материала, способного затвердевать. В специфических вариантах реализации изобретения замедлитель схватывания может присутствовать в количестве, которое находится между любыми из и/или включает любое из следующих отношений к массе пемзы или другого материала, способного затвердевать: около 0,01%, около 0,1%, около 1%, около 2%, около 4%, около 6%, около 8%, или около 10%. Рядовой специалист может, при помощи данного описания, определить подходящее количество замедлителя схватывания для введения в выбранное применение.

[0028] Как указано ранее, варианты реализации изобретения композиций, способных затвердевать, могут необязательно содержать диспергатор. Например, диспергаторы можно использовать в вариантах реализации изобретения с отсроченным схватыванием. Примеры подходящих диспергаторов включают, но не ограничиваются этим, диспергаторы на основе сульфонированного формальдегида и диспергаторы на основе поликарбоксилированного эфира. Один из примеров подходящего диспергатора на основе сульфонированного формальдег