Уменьшение влияния примесей в цементных композициях с замедленным схватыванием, содержащих пемзу и гашеную известь

Уменьшение влияния примесей в цементных композициях с замедленным схватыванием, содержащих пемзу и гашеную известь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники

[0001] Цементные композиции могут использоваться в различных подземных операциях. Например, при строительстве подземной скважины колонна труб (например, обсадная колонна, хвостовик, расширяемые трубные элементы и т.д.) могут быть опущены в ствол скважины и зацементированы на месте. Процесс цементирования колонны труб на месте обычно называют «первичным цементированием». В обычном способе первичного цементирования цементная композиция может быть закачана в кольцевой зазор 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 связывать внешнюю поверхность колонны труб с подземным пластом. Помимо прочего, цементная оболочка, окружающая колонну труб, препятствует миграции текучих сред в кольцевой зазор и защищает колонну труб от коррозии. Цементные композиции также могут быть использованы в способах ремонтного цементирования, например, для герметизации трещин или отверстий в колоннах труб или цементных оболочках, для герметизации высокопроницаемых зон или трещин пласта, для установки цементных пробок и т.п.

[0002] В операциях подземного цементирования используют множество различных цементных композиций. В некоторых случаях используют цементные композиции с замедленным схватыванием. Цементные композиции с замедленным схватыванием характеризуются тем, что они остаются в текучем состоянии, пригодном для перекачивания, в течение по меньшей мере одного дня (например, примерно 7 дней, примерно 2 недель, примерно 2 лет или более) при комнатной температуре (т.е. примерно 80°F) при статическом хранении. При необходимости применения цементные композиции с замедленным схватыванием могут быть способны к активации с последующим развитием требуемой прочности на сжатие. Например, в цементную композицию с замедленным схватыванием может быть добавлен активатор схватывания цемента, в результате чего композиция схватывается с получением затвердевшей массы. Помимо прочего, цементная композиция с замедленным схватыванием может быть пригодна для применения в таких видах внутрискважинного применения, для которых, например, 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 и эксплуатационные затраты могут быть снижены благодаря уменьшению потребности в бестарном хранении на площадке и смесительном оборудовании. Это может быть особенно подходящим для шельфовых операций цементирования, где пространство на борту для установки емкостей может быть ограничено.

[0003] Несмотря на то что цементные композиции с замедленным схватыванием были разработаны ранее, существуют проблемы, препятствующие их успешному применению в операциях подземного цементирования. Например, цементные композиции с замедленным схватыванием, полученные с применением портландцемента, могут вызывать нежелательные проблемы гелеобразования, которые могут ограничивать применение и эффективность таких композиций в операциях цементирования. Другие разработанные композиции с замедленным схватыванием, например, композиции, содержащие гашеную известь и кварц, 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.

[0004] Крупномасштабное производство цементных композиций с замедленным схватыванием может иметь дополнительные трудности. Крупные смесители периодического действия или транспортные грузовики, используемые в процессе производства цементных композиций с замедленным схватыванием, могут вызывать загрязнение цементных композиций с замедленным схватыванием цементирующим веществом, оставшимся от предыдущих производственных операций. Цементирующие примеси могут снижать эффективность замедлителей или активаторов, используемых в цементных композициях с замедленным схватыванием. Цементирующие примеси могут даже приводить в негодность цементные композиции с замедленным схватыванием. Тщательная очистка смесителей перед заполнением новой цементной композицией может быть дорогостоящей и может снижать эффективность производства. Кроме того, применение очищающих агентов (например, кварцевого песка) может быть неэффективным.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0005] 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.

[0006] На ФИГ. 1 изображена система для получения и доставки цементной композиции с замедленным схватыванием в ствол скважины в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

[0007] На ФИГ. 2А изображено наземное оборудование, которое может быть использовано для укладки цементной композиции с замедленным схватыванием в ствол скважины в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

[0008] На ФИГ. 2B изображена укладка цементной композиции с замедленным схватыванием в кольцевой зазор ствола скважины в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

Описание предпочтительных вариантов реализации изобретения

[0009] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к операциям подземного цементирования и, более конкретно, в некоторых вариантах реализации к цементным композициям с замедленным схватыванием и способам применения цементных композиций с замедленным схватыванием в подземных пластах.

[0010] Варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием могут в общем случае содержать воду, пуццолан, гашеную известь и первичный замедлитель схватывания. Необязательно, цементные композиции с замедленным схватыванием могут дополнительно содержать диспергатор. Преимущественно, варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием могут оставаться в текучем состоянии, пригодном для перекачивания, в течение продолжительного периода времени. Например, цементные композиции с замедленным схватыванием могут оставаться в текучем состоянии, пригодном для перекачивания, в течение по меньшей мере примерно 1 дня или более (например, примерно 2 лет или более). Преимущественно, после активации при относительно низких температурах цементные композиции с замедленным схватыванием могут развивать требуемую прочность на сжатие. Хотя цементные композиции с замедленным 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 примерно 200°F или в диапазоне от примерно 100°F до примерно 200°F. В альтернативных вариантах реализации цементные композиции с замедленным схватыванием могут быть использованы в подземных пластах, имеющих статические забойные температуры до 450°F или выше.

[0011] Вода, используемая в различных вариантах реализации цементных композиций с замедленным схватыванием, может быть из любого источника, при условии, что она не содержит избытка соединений, которые могут неблагоприятно влиять на другие компоненты цементных композиций с замедленным схватыванием. Например, цементная композиция с замедленным схватыванием может содержать пресную воду или соленую воду. Соленая вода в общем случае 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 перекачке суспензии. В некоторых вариантах реализации изобретения вода может присутствовать в цементных композициях с замедленным схватыванием в количестве в диапазоне от примерно 33% до примерно 200% по массе от массы пемзы. В некоторых вариантах реализации изобретения вода может присутствовать в цементных композициях с замедленным схватыванием в количестве в диапазоне от примерно 35% до примерно 70% по массе от массы пемзы. Специалисты в данной области техники при прочтении данного описания могут определить подходящее количество воды для выбранного применения.

[0012] Варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием 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 быть размолотой или не размолотой. В общем случае, пемза может иметь любое распределение частиц по размерам, в соответствии с конкретным применением. В некоторых вариантах реализации изобретения пемза может иметь средний размер частиц в диапазоне от примерно 1 мкм до примерно 200 мкм. Средний размер частиц соответствует значениям d50, измеренным анализаторами размера частиц, такими как произведенные компанией Malvern Instruments, Вустершир, Великобритания. В конкретных вариантах реализации изобретения пемза может иметь средний размер частиц в диапазоне от примерно 1 мкм до примерно 200 мкм, от примерно 5 мкм до примерно 100 мкм или от примерно 10 мкм до примерно 50 мкм. В одном конкретном варианте реализации изобретения пемза может иметь средний размер частиц менее примерно 15 мкм. Примером подходящей пемзы может служить легкий заполнитель DS-325, поставляемый компанией Hess Pumice Products, Inc., Малад, штат Айдахо. Заполнитель DS-325 имеет размер частиц менее примерно 15 мкм. 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 пемзу с размером частиц, подходящим для выбранного применения.

[0013] Варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием могут содержать гашеную известь. В данном документе термин "гашеная известь" обозначает гидроксид кальция. В некоторых вариантах реализации изобретения гашеная известь может поставляться как негашеная известь (оксид кальция), которая гидратируется при смешивании с водой, образуя гашеную известь. Гашеная известь может быть введена в различные варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием, например, для получения гидросмеси с пемзой. Например, гашеная известь может быть включена в массовом отношении пемзы к гашеной извести от примерно 10:1 до примерно 1:1 или от 3:1 до примерно 5:1. Если гашеная известь присутствует, она может быть включена в цементные композиции с замедленным схватыванием в количестве, например, в диапазоне от примерно 10% до примерно 100% по массе от массы пемзы. В некоторых вариантах реализации изобретения гашеная известь может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми и/или включая значения примерно 10%, примерно 20%, примерно 40%, примерно 60%, примерно 80% или примерно 100% по массе от массы пемзы. В некоторых вариантах реализации изобретения цементирующие компоненты, присутствующие в цементной композиции с замедленным схватыванием, могут состоять по существу из пемзы и гашеной извести. Например, цементирующие 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. При помощи данного описания специалисты в данной области техники могут определить подходящее количество используемой гашеной извести для выбранного применения.

[0014] Варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием могут содержать первичный замедлитель схватывания цемента. Для применения в цементных композициях с замедленным схватыванием могут быть использованы многочисленные первичные замедлители схватывания цемента. Например, первичные замедлители схватывания цемента могут включать фосфоновые кислоты, такие как этилендиаминтетра(метиленфосфоновая кислота), диэтилентриаминпента(метиленфосфоновая кислота) и т.д.; производные фосфоновой кислоты; 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. Один из примеров подходящего первичного замедлителя схватывания цемента представляет собой замедлитель схватывания цемента Micro Matrix^® производства компании Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, штат Техас. В общем случае первичный замедлитель схватывания цемента может присутствовать в цементных композициях с замедленным схватыванием в количестве, достаточном для отсрочки схватывания на требуемое время. В некоторых вариантах реализации изобретения первичный замедлитель схватывания цемента может присутствовать в цементных композициях с замедленным схватыванием в количестве в диапазоне от примерно 0,01% до примерно 10% по массе от массы пемзы. В конкретных вариантах реализации изобретения первичный замедлитель схватывания цемента может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми и/или включая значения примерно 0,01%, примерно 0,1%, примерно 1%, примерно 2%, примерно 4%, примерно 6%, примерно 8% или примерно 10% по массе от массы пемзы. При помощи данного описания специалисты в данной области техники могут определить подходящее количество используемого первичного замедлителя схватывания цемента для выбранного применения.

[0015] Как описано выше, проблема производства цементных композиций с замедленным схватыванием заключается в потенциальном наличии цементирующих примесей на заводе сухих цементных смесей или во время транспортировки. Цементирующие примеси в контексте настоящего документа относятся к загрязнению цементной композиции с замедленным схватыванием любым материалом, который не является предусмотренным компонентом цементной композиции с замедленным схватыванием; указанный материал добавлен в цементную композицию с замедленным схватыванием непреднамеренно, прямо или косвенно; при этом указанный материал сам по себе является цементирующим, становится цементирующим при случайном приведении в контакт с цементной композицией с замедленным схватыванием и/или ускоряет или инициирует раннее схватывание, гелеобразование или любой другой тип реакции цементирования в цементной композиции с замедленным схватыванием. В общем случае содержание цементных примесей может быть снижено посредством очистки оборудования завода сухих цементных смесей или транспортных грузовиков. Однако указанный процесс может быть затратным и/или неэффективным. Добавление в цементные композиции с замедленным схватыванием дополнительных замедлителей схватывания цемента может представлять собой недорогую и более эффективную альтернативу стандартным способами удаления цементирующих примесей. Преимущественно, применение нескольких замедлителей может обеспечивать превосходные механические свойства по сравнению с применением более высокой концентрации одного замедлителя. Например, использование высокой концентрации одного замедлителя может вызывать загустевание суспензии цементной композиции с замедленным схватыванием. Эффект загустевания может создавать трудности в полевых условиях и проблемы при перекачивании.

[0016] Варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием могут дополнительно содержать один или более вторичных замедлителей схватывания, помимо первичного замедлителя схватывания. Вторичные замедлители схватывания могут быть использованы для уменьшения влияния цементирующих примесей (например, остаточных производственных примесей) на цементные композиции с замедленным схватыванием. Цементирующие примеси в контексте настоящего документа относятся к любому материалу, который не является предусмотренным компонентом цементной композиции с замедленным схватыванием; указанный материал добавлен в цементную композицию с замедленным схватыванием непреднамеренно, прямо или косвенно; при этом указанный материал сам по себе является цементирующим, становится цементирующим при случайном приведении в контакт с цементной композицией с замедленным схватыванием и/или ускоряет или инициирует раннее схватывание, гелеобразование или любой другой тип реакции цементирования в цементной композиции с замедленным схватыванием. Без ограничения, примеры цементирующих примесей включают случайное добавление гидравлических цементов, таких как портландцемент, кальциево-алюминатный цемент и т.д.; пуццолановый материал, такой как зола-унос и т.д.; шлак; цементная пыль; гипс, такой как штукатурный гипс, известковый гипс, цементный гипс и т.д.; материалы, ускоряющие или инициирующие реакции цементирования; и любые их комбинации. Цементирующие примеси могут неблагоприятно влиять на свойства цементных композиций с замедленным схватыванием. Варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием, содержащие вторичные замедлители схватывания, могут содержать также цементирующие примеси, которые были случайно добавлены в цементные композиции с замедленным схватыванием.

[0017] Для применения в цементных композициях с замедленным схватыванием могут быть использованы многочисленные вторичные замедлители схватывания цемента. Вторичный замедлитель схватывания может химически отличаться от первичного замедлителя схватывания; в альтернативных вариантах вторичный замедлитель схватывания может быть химически близок к первичному замедлителю схватыванию. Например, вторичные замедлители схватывания цемента могут включать фосфоновые кислоты, такие как этилендиаминтетра (метиленфосфоновая кислота), диэтилентриаминпента (метиленфосфоновая кислота) и т.д.; производные фосфоновой кислоты; 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. Один из примеров подходящего вторичного замедлителя схватывания цемента представляет собой замедлитель схватывания цемента Micro Matrix^® производства компании Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, штат Техас. В общем случае вторичный замедлитель схватывания цемента может присутствовать в цементных композициях с замедленным схватыванием в количестве, достаточном для отсрочки схватывания на требуемое время. В некоторых вариантах реализации изобретения вторичный замедлитель схватывания может присутствовать в цементных композициях с замедленным схватыванием в количестве в диапазоне от примерно 0,01% до примерно 10% по массе от массы пемзы. В конкретных вариантах реализации вторичный замедлитель схватывания может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми и/или включая значения примерно 0,01%, примерно 0,1%, примерно 1%, примерно 2%, примерно 4%, примерно 6%, примерно 8% или примерно 10% по массе от массы пемзы. При помощи данного описания специалисты в данной области техники могут определить подходящее количество используемого вторичного замедлителя схватывания для выбранного применения.

[0018] Как указано ранее, варианты реализации цементных композиций с замедленным 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 Daxad^® 19 производства компании Geo Specialty Chemicals, Амблер, штат Пенсильвания. Другие подходящие диспергаторы могут представлять собой поликарбоксилированные эфирные диспергаторы, такие как Liquiment^® 5581F и Liquiment^® 514L производства компании BASF Corporation, Хьюстон, штат Техас; или 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. Особое значение в отношении представленных ниже примеров имеет то, что диспергатор Liquiment^® 514L содержит 36% по массе 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 замедленным 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 пемзу и гашеную известь в композиции в течение продолжительного периода времени.

[0019] В некоторых вариантах реализации изобретения диспергатор может быть введен в цементные композиции с замедленным схватыванием в количестве в диапазоне от примерно 0,01% до примерно 5% по массе от массы пемзы. В конкретных вариантах реализации диспергатор может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми и/или включая значения примерно 0,01%, примерно 0,1%, примерно 0,5%, примерно 1%, примерно 2%, примерно 3%, примерно 4% или примерно 5% по массе от массы пемзы. При помощи данного описания специалисты в данной области техники могут определить подходящее количество используемого диспергатора для выбранного применения.

[0020] Другие добавки, подходящие для использования в операциях подземного цементирования, тоже могут быть введены в варианты реализации изобретения цементных композиций с замедленным 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 замедленным схватыванием после хранения, но до внесения цементной композиции с замедленным схватыванием в подземный пласт. При помощи данного описания специалисты в данной области техники могут легко определить тип и количество добавки, подходящей для конкретного применения и требуемого результата.

[0021] Специалистам в данной области техники понятно, что варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием обычно должны иметь плотность, подходящую для конкретного применения. Например, цементные композиции с отстроченным схватыванием могут иметь плотность в диапазоне от примерно 4 фунтов на галлон ("фунт/гал.") до примерно 20 фунт/гал. В некоторых вариантах реализации цементные композиции с замедленным схватыванием могут иметь плотность в диапазоне от примерно 8 фунт/гал. до примерно 17 фунт/гал. Варианты реализации цементных композиций с замедленным 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 композиции, но до ее внесения в подземный пласт. При помощи данного описания специалисты в данной области техники могут определить подходящую плотность для конкретного применения.

[0022] Как упомянуто выше, цементные композиции с замедленным схватыванием могут иметь замедленное схватывание в том отношении, что они остаются в текучем состоянии, пригодном для перекачивания, в течение по меньшей мере одного дня (например, примерно 1 дня, примерно 2 недель, примерно 2 лет или более) при комнатной температуре при статическом хранении. Например, цементные композиции с замедленным схватыванием могут сохраняться в текучем состоянии, пригодном для перекачивания, в течение периода времени от примерно 1 дня до примерно 7 дней или более. В некоторых вариантах реализации цементные композиции с замедленным схватыванием могут сохраняться в текучем состоянии, пригодном для перекачивания, в течение 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 более. Считают, что жидкость находится в текучем состоянии, пригодном для перекачивания, если жидкость имеет консистенцию менее 70 единиц консистенции Бердена ("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.

[0023] При необходимости применения, варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием могут быть активированы (например, смешиванием с активатором) и могут схватываться в затвердевшую массу. Например, варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием могут быть активированы с получением затвердевшей массы в течение периода времени в диапазоне от примерно 1 часа до примерно 12 часов. Например, варианты реализации цементных композиций с замедленным схватыванием могут схватываться с образованием затвердевшей массы в течение периода времени в диапазоне между любыми и/или включая значения примерно 1 дня, примерно 2 дней, примерно 4 дней, примерно 6 дней, примерно 8 дней, примерно 10 дней или примерно 12 дней.

[0024] В некоторых вариантах реализации цементные композиции с замедленным схватыванием после активации могут схватываться и достигать требуемой прочности на сжатие. Прочность на сжатие в общем случае 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 замедленным 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 (psi). 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.

[0025] Например, цементные композиции с замедленным схватыванием могут развивать 24-часовую прочность на сжатие в диапазоне от примерно 50 psi до примерно 5000 psi, в альтернативных вариантах от примерно 100 psi до примерно 4500 psi, или альтернативно от примерно 50 psi до примерно 4000 psi. В некоторых вариантах реализации изобретения цементные композиции с замедленным схватыванием могут развивать прочность на сжатие за 24 часа, составляющую по меньшей мере примерно 50 psi, по меньшей мере примерно 100 psi, по меньшей мере примерно 500 psi или более. В некоторых вариантах реализации значения прочности на сжатие могут быть определены с помощью разрушающих или неразрушающих методов при температуре в диапазоне от 100°F до 200°F.

[0026] Варианты реализации изобретения могут включать добавление активатора схватывания цемента в цементные композиции с замедленным схватыванием. Примеры подходящих активаторов схватывания цемента включают, но не ограничиваются ими: амины, такие как триэтаноламин, диэтаноламин; силикаты, такие как силикат натрия; формиат цинка; ацетат кальция, гидроксиды элементов IA группы и IIА 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 замедленным 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 замедленным схватыванием в виде жидкой добавки, например, жидкой добавки, содержащей одновалентную соль, полифосфат и необязательно диспергатор.

[0027] Активатор схватывания цемента должен быть добавлен в различные варианты реализации цементной композиции с замедленным схватыванием в количестве, достаточном для инициации схватывания композиции с замедленным схватыванием в затвердевшую массу. В некоторых вариантах реализации изобретения активатор схватывания цемента может быть добавлен в цементную композицию в количестве в диапазоне от примерно 0,1% до примерно 20% по массе от массы пемзы. В конкретных вариантах реализации активатор схватывания цемента может присутствовать в количестве в диапазоне между любыми и/или включая значения примерно 1%, примерно 5%, примерно 10%, примерно 15% или примерно 20% по массе от массы пемзы. При помощи данного описания рядовой специалист может определить подходящее количество используемого активатора схватывания цемента для выбранного применения.

[0028] Рядовым специалистам должно быть понятно, что варианты реализации изобретения цементных композиций с замедленным схватыванием могут быть использованы во множестве подземных операций, включая первичное и ремонтное цементирование. В некоторых вариантах реализации может быть обеспечена цементная композиция с замедленным схватыванием, которая содержит воду, пемзу, гашеную известь, замедлитель схватывания и необязательно диспергатор. Цементная композиция с замедленным схватыванием может быть введена в подземный пласт и оставлена для схватывания. В контексте настоящего документа введение цементной композиции с замедленным схватыванием в подземный пласт включает введение в любую часть подземного пласта, включая, без ограничения, в ствол скважины, пробуренный в подземном пласте, в призабойную зону, окружающую ствол скважины, и в оба варианта. Варианты реализации изобретения могут дополнительно включать активацию цементной композиции с замедленным схватыванием. Активация цементной композиции с замедленным схватыванием может включать, например добавление активатора схватывания цемента в цементную композицию с замедленным схватыванием.

[0029] В некоторых вариантах реализации может быть обеспечена цементная композиция с замедленным схватыванием, которая содержит воду, пемзу, гашеную известь, замедлитель схватывания и необязательно диспергатор. Цементная композиция с замедленным схватыванием может храниться, например, в цистерне или другом подходящем резервуаре. Цементная композиция с замедленным схватыванием может быть оставлена на хранении в течение требуемого периода времени. Например, цементная композиция с замедленным схватыванием может быть оставлена на хранении в течение периода времени примерно 1 дня или более. Например, цементная композиция с замедленным схватыванием может быть оставлена на хранении в течение периода времени примерно 1 дня, примерно 2 дней, примерно 5 дней, примерно 7 дней, примерно 10 дней, примерно 20 дней, примерно 30 дней, примерно 40 дней, примерно 50 дней, примерно 60 дней или более. В некоторых вариантах реализации изобретения цементная композиция с замедленным схватыванием может быть оставлена на хранении в течение периода времени в диапазоне от примерно 1 дня до примерно 7 дней или более. Затем цементная композиция с замедленным схватыванием может быть активирована, например, добавлением активатора схватывания цемента, введена в подземный пласт и оставлена для схватывания.

[0030] В вариантах реализации первичного цементирования, например, варианты реализации цементной композиции с замедленным схватыванием могут быть введены в кольцевой зазор между трубой, расположенной в стволе скважины, и стенками ствола скважины (и/или трубы большего диаметра в стволе скважины), где ствол скважины проходит через подземный пласт. Цементная композиция с замедленным схватыванием может быть оставлена для схватывания в кольцевом зазоре с образованием кольцевой оболочки из затвердевшего цемента. Цементная композиция с замедленным схватыванием может образовывать барьер, который препятствует миграции флюидов в стволе скважины. Цементная композиция с замедленным схватыванием может также, например, поддерживать трубу в стволе скважины.

[0031] В вариантах реализации ремонтного цементирования цементная композиция с замедленным схватыванием может быть использована, например, в операциях исправительного цементирования или при установке цементных пробок. Например, композиция с замедленным схватыванием может быть введена в ствол скважины для закупоривания отверстия (например, пустоты или трещины) в пласте, в гравийной набивке, в трубе, в цементной оболочке и/или между цементной оболочкой и трубой (например, в кольцевом микрозазоре).

[0032] Иллюстративный вариант реализации изобретения включает способ цементирования, включающий: обеспечение цементной композиции с замедленным схватыванием, содержащей воду, пемзу, гашеную известь, первичный замедлитель схватывания и вторичный замедлитель схватывания; активацию цементной композиции с замедленным схватыванием с получением активированной цементной ко