Двухкомпонентные цементные композиции с отсроченным схватыванием

Двухкомпонентные цементные композиции с отсроченным схватыванием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

[0001] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к операциям подземного цементирования и в некоторых вариантах реализации к цементным композициям с отсроченным схватыванием и способам применения цементных композиций с отсроченным схватыванием в подземных пластах.

[0002] Цементные композиции могут быть использованы в различных подземных операциях. Например, при строительстве подземной скважины колонна труб (например, обсадная колонна, хвостовик, расширяемые трубные элементы и т.д.) может быть опущена в ствол скважины и зацементирована на месте. Процесс цементирования колонны труб на месте обычно называют «первичным цементированием». В обычном способе первичного цементирования цементная композиция может быть закачана в затрубное пространство между стенками ствола скважины и внешней поверхностью колонны труб, расположенной в нем. Цементная композиция может схватываться в кольцевом зазоре, образуя кольцевую оболочку из затвердевшего, по существу непроницаемого цемента (т.е. цементную оболочку), которая может поддерживать и удерживать на месте колонну труб в стволе скважины, и может прикреплять внешнюю поверхность колонны труб к подземному пласту. Помимо прочего, цементная оболочка, окружающая колонну труб, препятствует перемещению флюидов в затрубное пространство и защищает колонну труб от коррозии. Цементные композиции также могут быть использованы в способах ремонтного цементирования для герметизации трещин или отверстий в колоннах труб или цементных оболочках, для герметизации высокопроницаемых зон или трещин пласта или для установки цементной пробки и т.п.

[0003] В операциях подземного цементирования используют множество различных цементных композиций. В некоторых случаях используют цементные композиции с отсроченным схватыванием. Цементные композиции с отсроченным схватыванием характеризуются тем, что они остаются в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение по меньшей мере одного дня (например, около 7 дней, около 2 недель, около 2 лет или более) при комнатной температуре (например, около 26,6°С (80°F)) при статическом хранении. При необходимости применения, цементные композиции с отсроченным схватыванием должны быть способны к активации с последующим развитием требуемой прочности на сжатие. Например, активатор схватывания цемента может быть добавлен в цементную композицию с отсроченным схватыванием для инициации схватывания композиции в затвердевшую массу. Среди прочего, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут быть пригодны для применения в таких внутрискважинных применениях, в которых необходимо получить цементную композицию заранее. Это может обеспечивать возможность хранения цементной композиции до применения. Кроме того, это может обеспечивать возможность получения цементной композиции в удобном месте с последующей транспортировкой на рабочую площадку. Соответственно, капитальные затраты могут быть снижены благодаря уменьшению потребности в бестарном хранении на площадке и смесительном оборудовании. Это может быть особенно пригодно для шельфовых операций цементирования, где пространство на борту для установки емкостей может быть ограничено.

[0004] Несмотря на то, что до настоящего времени разработаны цементные композиции с отсроченным схватыванием, существуют проблемы их успешного применения в операциях подземного цементирования. Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием, полученные с применением портландцемента, могут вызывать нежелательные проблемы гелеобразования, которые могут ограничивать их применение и эффективность в операциях цементирования. Другие разработанные композиции с отсроченным схватыванием, например, композиции, содержащие гашеную известь и кварц, могут быть эффективными для некоторых операций, но могут иметь ограниченное применение при более низких температурах, поскольку они не могут развивать достаточную прочность на сжатие при использовании в подземных пластах, имеющих более низкие статические забойные температуры. Кроме того, проблема может заключаться в активации некоторых цементных композиций с отсроченным схватыванием при сохранении приемлемого времени загустевания и развития прочности на сжатие.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0001] Указанные чертежи иллюстрируют некоторые аспекты некоторых вариантов реализации способа согласно настоящему изобретению, и их не следует использовать для ограничения или определения границ объема указанного способа.

[0002] На фиг. 1 изображена система для получения и доставки цементной композиции с отсроченным схватыванием в ствол скважины в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

[0003] На фиг. 2А изображено наземное оборудование, которое может быть использовано для укладки цементной композиции с отсроченным схватыванием в ствол скважины в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

[0004] На фиг. 2В изображена укладка цементной композиции с отсроченным схватыванием в затрубное пространство ствола скважины в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Иллюстративные варианты реализации настоящего изобретения относятся к операциям подземного цементирования и, более конкретно, в некоторых вариантах реализации к цементным композициям с отсроченным схватыванием и способам применения цементных композиций с отсроченным схватыванием в подземных пластах.

[0006] Варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут, как правило, содержать воду, пуццолан и гашеную известь. Цементные композиции могут необязательно дополнительно содержать диспергатор и/или замедлитель схватывания цемента. Альтернативно, варианты реализации цементной композиции с отсроченным схватыванием могут содержать двухкомпонентную цементную композицию с отсроченным схватыванием, содержащую отдельные составные суспензии, где одна составная суспензия содержит пуццолан, а другая составная суспензия содержит известь. Варианты реализации двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием подробно рассмотрены ниже. Преимущественно, варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть способны сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение продолжительного периода времени. Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение по меньшей мере около 1 дня или дольше. Преимущественно, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут развивать требуемую прочность на сжатие после активации при относительно низких температурах. Хотя цементные композиции с отсроченным схватыванием могут быть пригодны для многих операций подземного цементирования, они могут быть особенно пригодны для применения в подземных пластах, имеющих относительно низкие статические забойные температуры, например, температуры менее около 93,3°С (200°F) или в диапазоне от около 37,7°С (100°F) до около 93,3°С (200°F). В альтернативных вариантах реализации цементные композиции с отсроченным схватыванием могут быть использованы в подземных пластах, имеющих статические забойные температуры до 232,2°С (450°F) или выше.

[0007] Вода, используемая в различных вариантах реализации, может быть из любого источника, при условии, что она не содержит избытка соединений, которые могут неблагоприятно влиять на другие компоненты цементных композиций с отсроченным схватыванием. Например, цементная композиция может содержать пресную воду или соленую воду. Соленая вода, как правило, может содержать одну или более солей, растворенных в ней, и может быть насыщенной или ненасыщенной, в зависимости от конкретного применения. Для применения в различных вариантах реализации может быть пригодна морская вода или рассолы. Кроме того, вода может присутствовать в количестве, достаточном для получения поддающейся насосной перекачке суспензии. Вода присутствует в цементных композициях с отсроченным схватыванием в количестве в диапазоне от около 33% до около 200% по массе пуццолана. В некоторых вариантах реализации изобретения вода может присутствовать в цементных композициях с отсроченным схватыванием в количестве в диапазоне от около 35% до около 70% по массе пуццолана. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящее количество воды для выбранного применения.

[0008] Варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут содержать пуццолан. Для применения в различных вариантах реализации подходит любой пуццолан. Иллюстративные варианты реализации, содержащие пуццолан, могут содержать золу-унос, кварцевую пыль, метакаолин, природный пуццолан (например, пемзу) или их комбинации.

[0009] Варианты реализации пуццолана могут содержать золу-унос. Могут быть пригодны различные типы золы-уноса, включая золу-унос, классифицированную Американским нефтяным институтом как зола-унос класса С и класса F, API Specification for Materials and Testing for Well Cements, API Specification 10, пятое изд., 1 июля, 1990. Зола-унос класса С содержит диоксид кремния и известь, поэтому при смешивании с водой она может схватываться с образованием затвердевшей массы. Зола-унос класса F, как правило, не содержит достаточного количества извести для инициации реакции цементирования, поэтому для цементной композиции с отсроченным схватыванием, содержащей золу-унос класса F, необходим дополнительный источник ионов кальция. В некоторых вариантах реализации изобретения известь может быть смешана с золой-уносом класса F в количестве в диапазоне от около 0,1% до около 100% по массе золы-уноса. В некоторых случаях известь может представлять собой гашеную известь. Подходящие примеры золы-уноса включают, но не ограничиваются ими, цементную добавку POZMIX^® А производства компании Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, штат Техас.

[0010] Варианты реализации пуццолана могут содержать метакаолин. Как правило, метакаолин представляет собой белый пуццолан, который может быть получен нагреванием каолиновой глины, например, до температур в диапазоне от около 600°С до около 800°С.

[0011] Варианты реализации пуццолана могут содержать природный пуццолан. Природные пуццоланы обычно находятся на поверхности земли и схватываются и затвердевают в присутствии гашеной извести и воды. Варианты реализации, содержащие природный пуццолан, могут содержать пемзу, диатомовую землю, вулканический пепел, опалиновый сланец, туф и их комбинации. Природные пуццоланы могут быть измельченными или неизмельченными. Как правило, природные пуццоланы могут иметь любое распределение частиц по размеру, соответствующее конкретному применению. В некоторых вариантах реализации изобретения природные пуццоланы могут иметь средний размер частиц в диапазоне от около 1 микрон до около 200 микрон. Средний размер частиц соответствует значениям d50, измеренным с помощью анализаторов размера частиц, таких как анализаторы производства компании Malvern Instruments, Вустершир, Великобритания. В конкретных вариантах реализации изобретения природные пуццоланы могут иметь средний размер частиц в диапазоне от около 1 микрона до около 200 микрон, от около 5 микрон до около 100 микрон или от около 10 микрон до около 50 микрон. В одном из конкретных вариантов реализации природные пуццоланы могут иметь средний размер частиц менее около 15 микрон. Пример подходящего промышленного природного пуццолана представляет собой пемза производства компании Hess Pumice Products, Inc., Малад, штат Айдахо, выпускаемая как легкий заполнитель DS-325, который имеет размер частиц менее около 15 микрон. Следует понимать, что слишком малый размер частиц может обусловливать проблемы при смешивании, тогда как слишком большой размер частиц может обусловливать недостаточно эффективное суспендирование в композициях и более слабую реакционную способность, обусловленную меньшей площадью поверхности. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут выбрать размер частиц природных пуццоланов, подходящий для использования в выбранном применении.

[0012] Варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут содержать гашеную известь. В контексте настоящего изобретения термин "гашеная известь" следует понимать как гидроксид кальция. В некоторых вариантах реализации изобретения гашеная известь может быть представлена в виде негашеной извести (оксида кальция), которая гидратируется при смешивании с водой с образованием гашеной извести. Гашеная известь может быть введена в различные варианты реализации, например, для получения гидравлической композиции с пуццоланом. Так, гашеную известь вводят в массовом соотношении пуццолана к гашеной извести, составляющем от около 10:1 до около 1:1 или в соотношении от около 3:1 до около 5:1. Гашеная известь может быть введена в цементные композиции с отсроченным схватыванием в количестве, например, в диапазоне от около 10% до около 100% по массе пуццолана. В некоторых вариантах реализации изобретения гашеная известь может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми и/или включая значения около 10%, около 20%, около 40%, около 60%, около 80% или около 100% по массе пуццолана. В некоторых вариантах реализации изобретения цементирующие компоненты, присутствующие в цементной композиции с отсроченным схватыванием, могут состоять по существу из пуццолана и гашеной извести. Например, цементирующие компоненты могут содержать, главным образом, пуццолан и гашеную известь без каких-либо дополнительных цементирующих компонентов (например, портландцемента), которые гидравлически схватываются в присутствии воды. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящее количество используемой гашеной извести для выбранного применения.

[0013] Варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут содержать замедлитель схватывания цемента. Для применения в цементных композициях с замедленным схватыванием могут быть использованы многочисленные замедлители схватывания цемента. Например, замедлитель схватывания цемента может включать фосфоновые кислоты, такие как этилендиаминтетра (метиленфосфоновая кислота), диэтилентриаминпента (метиленфосфоновая кислота) и т.д.; лигносульфонаты, такие как лигносульфонат натрия, лигносульфонат кальция и т.д.; соли, такие как сульфат олова(II), ацетат свинца, одноосновный фосфат кальция, органические кислоты, такие как лимонная кислота, винная кислота и т.д.; производные целлюлозы, такие как гидроксиэтилцеллюлоза (НЕС) и карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза (СМНЕС); синтетические со- или терполимеры, содержащие сульфонатные и карбоксильные группы, такие как сульфонат-функционализированные сополимеры акриламида и акриловой кислоты; боратные соединения, такие как бораты щелочных металлов, метаборат натрия, тетраборат натрия, пентаборат калия; их производные или их смеси. Примеры подходящих замедлителей схватывания цемента включают, среди прочих, производные фосфоновой кислоты. Один из примеров подходящего замедлителя схватывания цемента представляет собой замедлитель схватывания цемента Micro Matrix^® производства компании Halliburton Energy Services, Inc. Как правило, замедлитель схватывания цемента может присутствовать в цементных композициях с отсроченным схватыванием в количестве, достаточном для отсврочки схватывания на требуемое время. В некоторых вариантах реализации изобретения замедлитель схватывания цемента может присутствовать в цементных композициях с отсроченным схватыванием в количестве в диапазоне от около 0,01% до около 10% по массе пуццолана. В конкретных вариантах реализации изобретения замедлитель схватывания цемента может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми и/или включая значения около 0,01%, около 0,1%, около 1%, около 2%, около 4%, около 6%, около 8% или около 10% по массе пуццолана. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящее количество используемого замедлителя схватывания цемента для выбранного применения.

[0014] Как упомянуто выше, варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут необязательно содержать диспергатор. Примеры подходящих диспергаторов включают, без ограничения, диспергаторы на основе сульфонированного формальдегида (например, сульфонированный конденсат ацетона с формальдегидом), примеры которых могут включать диспергатор Daxad^® 19 производства компании Geo Specialty Chemicals, Амблер, штат Пенсильвания. Другие подходящие диспергаторы могут представлять собой поликарбоксилированные эфирные диспергаторы, такие как диспергаторы Liquiment^® 5581F и Liquiment^® 514L производства компании BASF Corporation, Хьюстон, штат Техас; или диспергатор Ethacryl™ G производства компании Coatex, Генай, Франция. Дополнительный пример подходящего имеющегося в продаже диспергатора представляет собой диспергатор CFR™-3 производства компании Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, штат Техас. Диспергатор Liquiment^® 514L может содержать 36 масс. % поликарбоксилированного эфира в воде. Хотя в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения могут быть использованы различные диспергаторы, поликарбоксилированные эфирные диспергаторы могут быть особенно подходящими для применения в некоторых вариантах реализации. Не ограничиваясь теорией, полагают, что поликарбоксилированные эфирные диспергаторы могут синергетически взаимодействовать с другими компонентами цементной композиции с отсроченным. схватыванием. Например, полагают, что поликарбоксилированные эфирные диспергаторы могут взаимодействовать с некоторыми замедлителями схватывания цемента (например, производными фосфоновой кислоты), что приводит к образованию геля, который суспендирует пуццолан и гашеную известь в композиции в течение продолжительного периода времени.

[0015] В некоторых вариантах реализации изобретения диспергатор может быть введен в цементные композиции с отсроченным схватыванием в количестве в диапазоне от около 0,01% до около 5% по массе пуццолана. В конкретных вариантах реализации диспергатор может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми и/или включая значения около 0,01%, около 0,1%, около 0,5%, около 1%, около 2%, около 3%, около 4% или около 5% по массе пуццолана. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящее количество используемого диспергатора для выбранного применения.

[0016] Некоторые варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут содержать источники диоксида кремния, помимо пуццолана, например, кристаллический диоксид кремния и/или аморфный диоксид кремния. Кристаллический диоксид кремния представляет собой порошок, который может быть введен в различные варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием, например, для предотвращения снижения прочности цемента на сжатие. Аморфный диоксид кремния представляет собой порошок, который может быть введен в различные варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием в качестве легковесного наполнителя и/или для повышения прочности цемента на сжатие. Аморфный диоксид кремния, как правило, представляет собой побочный продукт процесса получения ферросилиция, где аморфный диоксид кремния может быть образован посредством окисления и конденсации газообразного субоксида кремния, SiO, который образуется в указанном процессе как промежуточное соединение. Пример подходящего источника аморфного диоксида кремния представляет собой цементная добавка Silicalite™ производства компании Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, Штат Техас. В вариантах реализации, содержащих дополнительные источники диоксида кремния, 9

дополнительный источник диоксида кремния может быть использован по мере необходимости для улучшения прочности на сжатие или времени схватывания.

[0017] Другие добавки, подходящие для применения в операциях подземного цементирования, также могут быть введены в варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием. Примеры таких добавок включают, но не ограничиваются ими: утяжелители, легковесные добавки, газообразующие добавки, добавки для улучшения механических свойств, материалы для борьбы с потерей циркуляции, добавки для регулирования фильтрации, добавки для регулирования водопоглощения, пеногасители, пенообразующие агенты, тиксотропные добавки и их комбинации. В различных вариантах реализации одна или более указанных добавок могут быть добавлены в цементные композиции с отсроченным схватыванием после хранения, но до внесения цементной композиции с отсроченным схватыванием в подземный пласт. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут легко определить тип и количество добавки, подходящей для конкретного применения и требуемого результата.

[0018] Специалистам в данной области техники понятно, что варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием обычно должны иметь плотность, подходящую для конкретного применения. Например, цементные композиции могут иметь плотность в диапазоне от около 0,4793 т/м³ (4 фунтов на галлон ("фунт/гал.")) до около 2,379 т/м³ (20 фунт/гал). В некоторых вариантах реализации цементные композиции могут иметь плотность в диапазоне от около 0,9586 т/м³ (8 фунт/гал.) до около 2,037 т/м³ (17 фунт/гал). Варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть вспененными или невспененными, или могут содержать другие средства для снижения плотности, такие как полые микросферы, эластичные гранулы низкой плотности или другие добавки для снижения плотности, известные в данной области техники. В различных вариантах реализации изобретения плотность может быть понижена после хранения, но до внесения в подземный пласт. В различных вариантах реализации могут быть использованы утяжеляющие добавки для повышения плотности цементных композиций с отсроченным схватыванием. Примеры подходящих утяжеляющих добавок могут включать барит, гематит, гаусманнит, карбонат кальция, сидерит, ильменит или их комбинации. В конкретных вариантах реализации утяжеляющие добавки могут иметь удельную плотность, равную 3 или более. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящую плотность для конкретного применения.

[0019] Как упомянуто выше, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут иметь отсроченное схватывание в том отношении, что они остаются в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение по меньшей мере одного дня (например, около 1 дня, около 2 недель, около 2 лет или более) при комнатной температуре (например, около 26,6°С (80°F)) при статическом хранении. Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение периода времени от около 1 дня до около 7 дней или более. В некоторых вариантах реализации цементные композиции с отсроченным схватыванием могут сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение по меньшей мере около 1 дня, около 7 дней, около 10 дней, около 20 дней, около 30 дней, около 40 дней, около 50 дней, около 60 дней или более. Считают, что жидкость находится в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, если жидкость имеет консистенцию менее 70 единиц консистенции Вердена ("Вс"), измеренную на консистометре для замеров под давлением в соответствии с процедурой определения времени загустевания цемента, установленной в API RP Practice 10В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, первое издание, июль, 2005.

[0020] При необходимости применения, варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть активированы (например, смешиванием с активатором схватывания цемента) и могут схватываться в затвердевшую массу. Термин "активатор схватывания цемента" или "активатор" в контексте настоящего документа относится к добавке, которая активирует цементную композицию с отсроченным или слишком замедленным схватыванием и может также ускорять схватывание цементной композиции с отсроченным, слишком замедленным или иным схватыванием. Например, варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть активированы с получением затвердевшей массы в течение периода времени в диапазоне от около 1 часа до около 12 часов. Например, варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут схватываться с образованием затвердевшей массы в течение периода времени в диапазоне между любыми и/или включая значения около 1 дня, около 2 дней, около 4 дней, около 6 дней, около 8 дней, около 10 дней или около 12 дней.

[0021] В некоторых вариантах реализации цементные композиции с отсроченным схватыванием после активации могут схватываться и достигать требуемой прочности на сжатие. Прочность на сжатие, как правило, представляет собой способность материала или структуры выдерживать силы сдавливания, приложенные в осевом направлении. Прочность на сжатие может быть измерена в определенное время после активации цементной композиции с отсроченным схватыванием, и полученную композицию выдерживают при определенной температуре и давлении. Прочность на сжатие может быть измерена разрушающими или неразрушающими методами. В разрушающем методе физически испытывают прочность образцов состава для обработки приствольной зоны в различных точках времени, разрушая образцы в машине для испытания на сжатие. Прочность на сжатие рассчитывают по разрушающей нагрузке, деленной на площадь поперечного сечения, выдерживающую указанную нагрузку, и записывают в единицах фунт-силы на квадратный дюйм (фунт/кв. дюйм). В неразрушающих методах может быть использован ультразвуковой анализатор цемента UCA™ производства компании Fann Instrument Company, Хьюстон, штат Техас. Значения прочности на сжатие могут быть определены в соответствии с API RP 10В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, первое издание, июль, 2005.

[0022] Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут развивать 24-часовую прочность на сжатие в диапазоне от около 344,7378 кПа (50 фунт/кв. дюйм) до около 34473,7864 кПа (5000 фунт/кв. дюйм), в альтернативных вариантах от около 689,4757 кПа (100 фунт/кв. дюйм) до около 31026,4078 кПа (4500 фунт/кв. дюйм), или альтернативно от около 344,7378 кПа (50 фунт/кв. дюйм) до около 27579,0291 кПа (4000 фунт/кв. дюйм). В некоторых вариантах реализации изобретения цементные композиции с отсроченным схватыванием могут развивать прочность на сжатие за 24 часа, составляющую по меньшей мере около 344,7378 кПа (50 фунт/кв. дюйм), по меньшей мере около 689,4757 кПа (100 фунт/кв. дюйм), по меньшей мере около 3447,3786 кПа (500 фунт/кв. дюйм) или более. В некоторых вариантах реализации значения прочности на сжатие могут быть определены с помощью разрушающих или неразрушающих методов при температуре в диапазоне от 37,7°С (100°F) до 93,3°С (200°F).

[0023] В некоторых вариантах реализации изобретения цементные композиции с отсроченным схватыванием могут иметь требуемое время загустевания после активации. Время загустевания обычно относится к времени, в течение которого жидкость, такая как цементная композиция с отсроченным схватыванием, остается в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом. Для измерения времени загустевания могут быть использованы многочисленные лабораторные технологии. Консистометр для замеров под давлением, эксплуатируемый в соответствии с процедурой, описанной в вышеуказанном руководстве API RP Practice 10В-2, может быть использован для определения того факта, находится ли жидкость в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом. Время загустевания может представлять собой время, в течение которого жидкость для обработки приствольной зоны достигает значения 70 Вс, и может быть записано как время до достижения 70 Вс. В некоторых вариантах реализации изобретения цементные композиции могут иметь время загустевания более около 1 часа, альтернативно более около 2 часов, альтернативно более около 5 часов при 20684,2718 кПа (3000 фунт/кв. дюйм) и температурах в диапазоне от около 10°С (50°F) до около 204,4°С (400°F), альтернативно в диапазоне от около 26,6°С (80°F) до около 121,1°С (250°F) и альтернативно при температуре около 60°С (140°F).

[0024] Варианты реализации могут включать добавление активатора схватывания цемента в цементные композиции с отсроченным схватыванием. Примеры подходящих активаторов схватывания цемента включают, но не ограничиваются ими: цеолиты, амины, такие как триэтаноламин, диэтаноламин; силикаты, такие как силикат натрия; формиат цинка; ацетат кальция, гидроксиды элементов IA группы и IIA группы, такие как гидроксид натрия, гидроксид магния и гидроксид кальция; одновалентные соли, такие как хлорид натрия; двухвалентные соли, такие как хлорид кальция; нанодиоксид кремния (т.е. диоксид кремния, имеющий размер частиц менее или примерно 100 нанометров); полифосфаты; и их комбинации. В некоторых вариантах реализации изобретения для активации может быть использована комбинация полифосфата и одновалентной соли. Одновалентная соль может представлять собой любую соль, которая диссоциирует с образованием одновалентного катиона, такая как соли натрия и калия. Конкретные примеры подходящих одновалентных солей включают сульфат калия и сульфат натрия. В комбинации с одновалентными солями для активации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть использованы различные полифосфаты, включая 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 подходящего активатора схватывания цемента содержит комбинацию сульфата натрия и гексаметафосфата натрия. В конкретных вариантах реализации может быть представлен активатор схватывания цемента, который добавлен в цементную композицию с отсроченным схватыванием в виде жидкой добавки, например, жидкой добавки, содержащей одновалентную соль, полифосфат и необязательно диспергатор.

[0025] Активатор схватывания цемента должен быть добавлен в различные варианты реализации цементной композиции с отсроченным схватыванием в количестве, достаточном для инициации схватывания композиции с отсроченным схватыванием в затвердевшую массу. В некоторых вариантах реализации изобретения активатор схватывания цемента может быть добавлен в цементную композицию в количестве в диапазоне от около 0,1% до около 20% по массе пуццолана. В конкретных вариантах реализации активатор схватывания цемента может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми и/или включая значения около 0,1%, около 1%, около 5%, около 10%, около 15% или около 20% по массе пуццолана. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество настоящего описания, могут определить подходящее количество используемого активатора схватывания цемента для выбранного применения.

[0026] Варианты реализации цементных композиций с отсроченным схватыванием могут включать применение двух отдельных составных суспензий, которые смешивают с получением двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием. Варианты реализации двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием могут включать обеспечение пуццолановой суспензии и известковой суспензии, которые хранят по отдельности вместо добавления замедлителей схватывания цемента. В двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием могут быть использованы две отдельные суспензии, таким образом, что ни одна из суспензий не может гидратироваться и, следовательно, схватываться по отдельности. Следовательно, каждая отдельная суспензия двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием должна сохраняться в состоянии с отсроченным схватыванием (т.е. сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение по меньшей мере около одного дня [например, по меньшей мере около 1 дня, около 2 недель, около 2 лет или более] при комнатной температуре при статическом хранении). Варианты реализации двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием могут содержать две составные суспензии. Одна составная суспензия содержит пуццолан и воду. Другая составная суспензия содержит известь и воду. В различных вариантах реализации изобретения каждая суспензия может храниться на буровой площадке или в другом месте хранения до применения. При необходимости применения две составные суспензии могут быть смешаны друг с другом до или во время закачивания в скважину. Затем смешанная суспензия может загустевать и схватываться в течение требуемого периода времени.

[0027] Преимущественно, применение двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием может обеспечивать возможность более быстрого схватывания при более низких температурах (например, при температурах ниже 60°С (140°F)). Кроме того, поскольку реакционноспособные компоненты двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием хранят по отдельности, то в двухкомпонентную цементную композицию с отсроченным схватыванием могут быть добавлены дополнительные добавки или более высокие концентрации добавок (например, дополнительные источники диоксида кремния, см. выше) без риска преждевременного схватывания или гелеобразования.

[0028] Варианты реализации двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием могут, как правило, содержать две составные суспензии, пуццолановую суспензию и известковую суспензию. Обе составные суспензии содержат воду. Необязательно, любая составная суспензия может дополнительно содержать диспергатор и/или замедлитель схватывания цемента. Преимущественно, варианты реализации двухкомпонентных цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть способны сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение продолжительного периода времени. Например, двухкомпонентные цементные композиции с отсроченным схватыванием могут сохраняться в жидком состоянии, пригодном для перекачивания насосом, в течение по меньшей мере около 1 дня или дольше. Преимущественно, двухкомпонентные цементные композиции с отсроченным схватыванием могут развивать требуемую прочность на сжатие после активации (например, посредством смешивания двух составных суспензий) при относительно низких температурах. Хотя двухкомпонентные цементные композиции с отсроченным схватыванием могут быть пригодны для многих операций подземного цементирования, они могут быть особенно пригодны для применения в подземных пластах, имеющих относительно низкие статические забойные температуры, например, температуры менее около 93,3°С (200°F) или в диапазоне от около 37,7°С (100°F) до около 93,3°С (200°F). В альтернативных вариантах реализации цементные композиции с отсроченным схватыванием могут быть использованы в подземных пластах, имеющих статические забойные температуры до 232,2°С (450°F) или выше.

[0029] Варианты реализации пуццолановой суспензии могут содержать пуццолан. Для применения в различных вариантах реализации подходит любой пуццолан. Иллюстративные варианты реализации, содержащие пуццолан, могут содержать золу-унос, кварцевую пыль, метакаолин, диатомовую землю, природный пуццолан (например, пемзу) или их комбинации. В одном из вариантов реализации двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным схватыванием пуццолан может представлять собой негидравлический пуццолан, т.е. пуццолан, который не взаимодействует при смешивании с водой с образованием цементирующего материала в отсутствие гашеной извести. Например, некоторые типы золы-уноса класса С могут быть неподходящими для применения в одном из вариантов реализации двухкомпонентной цементной композиции с отсроченным с