Активаторы схватывания цемента для цементных композиций с отсроченным схватыванием и соответствующие способы

Активаторы схватывания цемента для цементных композиций с отсроченным схватыванием и соответствующие способы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Варианты реализации изобретения относятся к операциям подземного цементирования и, в определенных вариантах реализации изобретения, к цементным композициям с отсроченным схватыванием и способам их применения в подземных формациях.

[0002] 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. 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.

[0003] 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 перекачивания 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 укладки 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 смесительного оборудования. Это может быть особенно полезно при оффшорных операциях цементирования, где пространство на борту судов может быть ограничено.

[0004] 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, приготовленные из портланд-цемента, склонны к нежелательному гелеобразованию, которое может ограничивать их использование и эффективность в операциях цементирования. Другие разработанные ранее композиции с отсроченным схватыванием, например, содержащие гашеную известь и кварцевый песок, в некоторых операциях могут быть эффективными, но они имеют ограниченное применение при пониженных температурах, поскольку могут не приобретать достаточную компрессионную прочность при использовании в подземных формациях с более низкими статическими температурами на забое скважины.

[0001] Данные графические материалы иллюстрируют определенные аспекты вариантов реализации настоящего способа, и не могут быть использованы для ограничения или определения способа.

[0002] ФИГ. 1 иллюстрирует систему для приготовления и доставки цементной композиции с отсроченным схватыванием в ствол скважины в соответствии с определенными вариантами реализации изобретения.

[0003] ФИГ. 2А иллюстрирует оборудование на поверхности, которое может использоваться для помещения цементной композиции с отсроченным схватыванием в ствол скважины в соответствии с определенными вариантами реализации изобретения.

[0004] ФИГ. 2В иллюстрирует помещение цементной композиции с отсроченным схватыванием в кольцевое пространство ствола скважины в соответствии с определенными вариантами реализации изобретения.

[0005] ФИГ. 3 представляет собой график, иллюстрирующий взаимосвязь количества диспергатора и времени схватывания цементных композиций с отсроченным схватыванием, активируемых жидкой добавкой, которая содержит комбинацию одновалентной соли и полифосфатного активатора.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Варианты реализации изобретения относятся к операциям подземного цементирования и, в определенных вариантах реализации изобретения, к цементным композициям с отсроченным схватыванием и способам их применения в подземных формациях. В конкретных вариантах реализации изобретения, могут быть представлены усовершенствованные активаторы схватывания цемента, которые используются для активации цементных композиций с отсроченным схватыванием. Варианты реализации изобретения активаторов схватывания цемента можно использовать для активации цементной композиции с отсроченным схватыванием, при этом обеспечивая также желательные времена загустевания и появление компрессионной прочности.

[0007] Варианты реализации изобретения цементных композиций с отсроченным схватыванием могут, в общем случае, включать воду, пемзу, гашеную известь и замедлитель схватывания. Необязательно, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут дополнительно содержать диспергатор. Варианты реализации изобретения цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть вспененными. Предпочтительно, варианты реализации изобретения цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть способны оставаться в состоянии пригодной для перекачивания жидкости в течение продолжительных периодов времени. Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут оставаться в состоянии пригодной для перекачивания жидкости меньшей мере около 1 дня, около 2 недель, 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 93.4°С (200°F) или находящимися в диапазоне от около 37.8°С (100°F) до около 93.4°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 232,3°С (450°F) или выше.

[0008] Вода, которая используется в вариантах реализации изобретения цементных композиций с отсроченным схватыванием, может быть взята из любого источника, при условии, что она не содержит избытка соединений, которые могут нежелательным образом воздействовать на другие компоненты в цементных композициях с отсроченным схватыванием. Например, цементная композиция с отсроченным схватыванием может содержать пресную воду или соленую воду. 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 пригодной для перекачивания шламовой пульпы. В определенных вариантах реализации изобретения, вода может присутствовать в цементной композиции с отсроченным схватыванием в количестве, которое находится в диапазоне от около 33% до около 200% по массе пемзы. В определенных вариантах реализации изобретения, вода может присутствовать в цементной композиции с отсроченным схватыванием в количестве, которое находится в диапазоне от около 35% до около 70% по массе пемзы. При помощи данного описания, рядовой специалист может определить нужное количество воды для выбранного применения.

[0009] Варианты реализации изобретения цементных композиций с отсроченным 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 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 размер частиц 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 выбранного применения.

[0010] Варианты реализации изобретения цементных композиций с отсроченным 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 содержаться в вариантах реализации изобретения цементных композиций с отсроченным схватыванием, 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 цементные композиции с отсроченным схватыванием в количестве, например, из диапазона от около 10% до около 100% по массе пемзы. В некоторых вариантах реализации изобретения, гашеная известь может присутствовать в количестве, которое находится между любыми из отношений к массе пемзы от около 10%, около 20%, около 40%, около 60%, около 80% или около 100% и/или включает любое из них. В некоторых вариантах реализации изобретения, вяжущие компоненты, которые присутствуют в цементной композиции с отсроченным схватыванием, могут состоять, по существу, из пемзы и гашеной извести. Например, вяжущие компоненты могут содержать, главным образом, пемзу и гашеную известь без каких либо дополнительных компонентов (например, портланд-цемент, зольная пыль, шлаковый цемент), которые схватываются в присутствии воды. При помощи данного описания, рядовой специалист может определить подходящее количество гашеной извести для включение в выбранное применение.

[0011] Варианты реализации изобретения цементных композиций с отсроченным схватыванием могут содержать замедлитель схватывания. Для использования в цементных композициях с отсроченным схватыванием подходит широкий спектр замедлителей схватывания. Например, замедлитель схватывания может содержать фосфоновые кислоты, такие как этилендиамин тетра(метиленфосфоновая кислота), диэтилентриамин пента (метиленфосфоновая кислота) и т.д.; лигносульфонаты, такие как лигносульфонат натрия, лигносульфонат кальция и т.д.; соли, такие как сульфат олова, ацетат свинца, монокальцийфосфат, органические кислоты, такие как лимонная кислота, винная кислота, и т.д.; производные целлюлозы, такие как гидроксилэтилцеллюлоза (НЕС) и карбоксилметил гидроксилэтилцеллюлоза (СМНЕС); синтетические ко- или терполимеры, содержащие сульфонатные группы или группы карбоновой кислоты, такие как кополимеры сульфонатзамещенной акриламид-акриловой кислоты; боратные соединения, такие как щелочноборатные соединения, метаборат натрия, тетраборат натрия, пентаборат калия; их производные или смеси. Примеры подходящих замедлителей схватывания включают, помимо прочего, производные фосфоновой кислоты. Один из примеров подходящего замедлителя схватывания представляет собой замедлитель схватывания Micro Matrix^®, поставляемый компанией Halliburton Energy Services, Inc. В общем случае, замедлитель схватывания может присутствовать в цементных композициях с отсроченным схватыванием в количестве, достаточном для отсрочки затвердевания на нужное время. В некоторых вариантах реализации изобретения, замедлитель схватывания может присутствовать в цементных композициях с отсроченным схватыванием в количестве из диапазона от около 0,01% до около 10% по массе пемзы. В специфических вариантах реализации изобретения, замедлитель схватывания может присутствовать в количестве, которое находится между любыми из отношений к массе пемзы от около 0,01%, около 0,1%, около 1%, около 2%, около 4%, около 6%, около 8% или около 10% и/или включает любое из них. Рядовой специалист может, при помощи данного описания, определить подходящее количество замедлителя схватывания для введения в выбранное применение.

[0012] Как указано ранее, варианты реализации изобретения цементных композиций с отсроченным схватыванием могут необязательно содержать диспергатор. Примеры подходящих диспергаторов включают, но не ограничиваются этим, диспергаторы на основе сульфированного формальдегида (например, конденсат сульфированного ацетонформальдегида), примеры которых могут включать диспергатор Daxad^® 19, поставляемый Geo Specialty Chemicals, Ambler, Pennsylvania. Другими подходящими диспергаторами могут быть диспергаторы на основе поликарбоксилированного эфира, такие как Liquiment^® 558IF и Liquiment^® 514L, поставляемые BASF Corporation Houston, Texas; или диспергатор Ethacryl^™ G, поставляемый Coatex, Genay, France. Дополнительным примером подходящих диспергаторов, имеющихся в продаже, является CFR^™-3, поставляемый Halliburton Energy Services, Inc, Houston, Texas. Диспергатор Liquiment^® 514L может содержать 36% по массе поликарбоксилированного эфира в воде. Хотя, в соответствии с вариантами реализации изобретения, могут использоваться различные диспергаторы, в некоторых вариантах реализации диспергаторы на основе поликарбоксилированного эфира могут оказаться особенно подходящими. Без привязки к теории, можно утверждать, что диспергаторы на основе поликарбоксилированного эфира могут синергетически взаимодействовать с другими компонентами цементной композиции с отсроченным схватыванием. Например, можно утверждать, что диспергаторы на основе поликарбоксилированного эфира могут вступать в реакцию с определенными замедлителями схватывания (например, с производными фосфоновой кислоты), что приводит к образованию геля, который суспендирует в композиции пемзу и гашеную известь на продолжительный период времени.

[0013] В некоторых вариантах реализации изобретения, диспергатор может содержаться в цементных композициях с отсроченным схватыванием в количестве из диапазона от около 0,01% до около 5% по массе пемзы. В специфических вариантах реализации изобретения, диспергатор может присутствовать в количестве, которое находится между любыми из отношений к массе пемзы от около 0,01%, около 0,1%, около 0,5%, около 1%, около 2%, около 3%, около 4% или около 5% по массе пемзы и/или включает любое из них. Рядовой специалист может, при помощи данного описания, определить подходящее количество диспергатора для введения в выбранное применение.

[0014] Другие добавки, подходящие для использования в операциях подземного цементирования, тоже могут содержаться в вариантах реализации изобретения цементных композиций с отсроченным схватыванием. Примеры таких добавок включают, но не ограничиваются этим: добавки-утяжелители, облегченные добавки, газогенерирующие добавки, добавки для улучшения механических характеристик, материалы для борьбы с поглощениями, добавки для регулирования фильтрации, понизители водоотдачи, пеноудаляющие реагенты, вспениватели, тиксотропные добавки и их комбинации. В вариантах реализации изобретения, одна или более из этих добавок может вводиться в цементные композиции с отсроченным схватыванием после хранения, но перед помещением цементной композиции с отсроченным схватыванием в подземную формацию. При помощи данного описания, рядовой специалист может легко определить тип и количество добавки, которые будут полезны для конкретного применения и достижения желаемого результата.

[0015] Рядовым специалистам должно быть понятно, что варианты реализации изобретения цементных композиций с отсроченным схватыванием, в общем случае, должны иметь плотность, подходящую для конкретных применений. Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут иметь плотность из диапазона от около 0,47934 тонн на метр кубический (т/м³) (4 фунтов на галлон ("фунт/галл.")) до около 2,397 т/м³ (20 фунт/галл). В определенных вариантах реализации изобретения, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут иметь плотность из диапазона от около 095,86 т/м³ (8 фунт/галл) до около 2,037 т/м³ (17 фунт/галл). Варианты реализации изобретения цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть вспененными или невспененными или могут содержать другие средства для уменьшения их плотностей, такие как полые микросферы, эластичные шарики с низкой плотностью или другие, известные в данной области, уменьшающие плотность добавки. В вариантах реализации изобретения, одна или более из этих добавок может вводиться в цементные композиции с отсроченным схватыванием после хранения, но перед помещением цементной композиции с отсроченным схватыванием в подземную формацию. При помощи данного описания, рядовые специалисты могут определить подходящую плотность для конкретного применения.

[0016] Как было указано ранее, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут находиться в состоянии отсроченного затвердевания, в котором они остаются в виде пригодной для перекачивания жидкости в течение по меньшей мере одного дня (например, по меньшей мере около 1 дня, около 2 недель, около 2 лет или более) при комнатной температуре (например, около 26,7°С (80°F)) при хранении в состоянии покоя. Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут оставаться в состоянии пригодной для перекачивания жидкости на периоды времени от около 1 дня до около 7 дней или более. В некоторых вариантах реализации изобретения, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут оставаться в состоянии пригодной для перекачивания жидкости 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 дольше. Считается, что жидкость находится в состоянии, пригодном для перекачивания, если ее консистенция составляет менее 70 единиц консистенции Вердена ("Вс") при измерении консистометром для замеров под давлением по методике для определения времен загустевания цемента, описанной в API RP Practice 10В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, First Edition, July 2005.

[0017] При необходимости использования вариантов реализации изобретения цементных композиций с отсроченным схватыванием, композиции можно активировать (например, комбинируя их с активатором) к превращению в затвердевшую массу. В данном документе принято, что термин "активатор схватывания цемента" или "активатор" относится к добавке, которая активирует цементные композиции с отсроченным или сильно замедленным сроком схватывания и может также ускорять затвердевание этих или других цементных композиций. Например, варианты реализации изобретения цементных композиций с отсроченным схватыванием могут быть активированы к превращению в затвердевшую массу за периоды времени из диапазона от около 1 часа до около 12 часов. Например, варианты реализации изобретения цементных композиций с отсроченным схватыванием могут схватываться с образованием затвердевшей массы за периоды времени, которые находятся между любыми из сроков от около 1 дня, около 2 дней, около 4 дней, около 6 дней, около 8 дней, около 10 дней или около 12 дней и/или включает любой из этих сроков.

[0018] В некоторых вариантах реализации изобретения, цементные композиции с отсроченным схватыванием после активации могут схватываться и приобретать желательную компрессионную прочность. В общем случае, компрессионная прочность представляет собой способность материала или структуры выдерживать осевые толкающие усилия. Компрессионная прочность может быть измерена в заданный момент времени после активации цементной композиции с отсроченным схватыванием, когда полученная композиция находится при заданных температуре и давлении. Компрессионная прочность может быть измерена разрушающими или неразрушающими методами. При использовании разрушающего метода, производится физическое тестирование прочности образцов состава для обработки приствольной зоны в различные моменты времени в испытательном прессе. Компрессионную прочность рассчитывают делением разрушающей нагрузки на площадь поперечного сечения, к которому она приложена, и измеряют в Барах (единицах фунт силы на квадратный дюйм (psi)). Неразрушающие методы могут включать использование ультразвукового анализатора цемента UCA^™, который поставляет Farm Instrument Company, Houston, TX. Значения компрессионной прочности можно определять в соответствии с руководством API RP 10В-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, First Edition, July 2005.

[0019] Например, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут за 24-часа приобретать компрессионную прочность из диапазона от около 3,45 Бар (50 psi) до около 344,74 Бар (5000 psi), альтернативно, от около 6,9 Бар (100 psi) до около 310,27 Бар (4500 psi), или альтернативно от около 34,48 Бар (500 psi) до около 275,8 Бар (4000 psi). В некоторых вариантах реализации изобретения, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут за 24 часа приобретать компрессионную прочность по меньшей мере около 3,45 Бар (50 psi), по меньшей мере около 6,9 Бар (100 psi), по меньшей мере около 34,48 Бар (500 psi) или более. В некоторых вариантах реализации изобретения, значения компрессионной прочности можно определять с использованием разрушающих или неразрушающих методов в температурном диапазоне от 37.8°С (100°F) до 93.4°С (200°F).

[0020] В некоторых вариантах реализации изобретения, цементные композиции с отсроченным схватыванием могут иметь заданные времена загустевания после активации. Время загустевания обычно относится к периоду времени, в течение которого состав, такой как цементная композиция с отсроченным схватыванием, остается в жидком состоянии, пригодном к перекачиванию. Для измерения времени загустевания можно использовать множество различных лабораторных методик. Для измерений пригодности к перекачиванию состава для обработки приствольных зон, можно использовать консистометр для замеров под давлением, действуя по методике, изложенной в указанном выше руководстве API RP Practice 10В-2. Время загустевания может представлять собой период, который требуется составу для обработки приствольных зон для достижения 70 Вс, и его могут упоминать как время достижения 70 Вс. В некоторых вариантах реализации изобретения, цементные композиции могут иметь время загустевания более чем около 1 часа, альтернативно, более чем около 2 часов, альтернативно более чем около 5 часов при 206,85 Бар (3000 psi) и температурах в диапазоне от около 10°С (50°F) до около 204,5°С (400°F), альтернативно, в диапазоне от около 26,7°С (80°F) до около 121,2°С (250°F) и альтернативно при температуре около 60°С (140°F).

[0021] Варианты реализации изобретения могут включать добавку активатора схватывания цемента к цементным композициям с отсроченным схватыванием. Примеры подходящих активаторов схватывания цемента включают, но не ограничиваются этим: цеолиты, амины, такие как триэтаноламин, диэтаноламин; силикаты, такие как силикат натрия; муравьинокислый цинк; ацетат кальция; гидроксиды металлов Групп IA и IIA, такие как гидроксид натрия, гидроксид магния и гидроксид кальция; одновалентные соли, такие как хлорид натрия; двухвалентные соли, такие как хлорид кальция; нанокремнезем (т.е., кремнезем с размером частиц менее или равным около 100 нанометров); полифосфаты; и их комбинации. В некоторых вариантах реализации изобретения, для активации может использоваться комбинация полифосфата и одновалентной соли. Одновалентная соль может представлять собой любую соль, которая диссоциирует с образованием одновалентного катиона, такую как соли натрия и калия. Конкретные примеры подходящих одновалентных солей включают сульфат калия и сульфат натрия. Для активации цементных композиций с отсроченным схватыванием, в комбинации с одновалентной солью можно использовать широкий спектр различных полифосфатов, включая полимерные метафосфатные соли, фосфатные соли и их комбинации. Конкретные примеры подходящих для использования метафосфатных солей 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 изобретения, активатор может быть заготовлен и добавлен к цементной композиции с отсроченным схватыванием в виде жидкой добавки, например, жидкой добавки, содержащей одновалентную соль, полифосфат и, необязательно, диспергатор.

[0022] Некоторые варианты реализации изобретения могут включать активатор схватывания цемента, содержащий нанокремнезем. В данном документе принято, что термин "нанокремнезем" относится к кремнезему с размером частиц менее или равным около 100 нанометров ("нм"). Размер частиц нанокремнезема можно измерить с использованием любой подходящей методики. Следует понимать, что измеренный размер частиц нанокремнезема может варьироваться в зависимости от методики измерений, подготовки образца и таких условий, как температура, концентрация и т.д. Одна из методик измерения размера частиц нанокремнезема представляет собой просвечивающую электронную микроскопию (ТЕМ). Примером имеющегося в продаже прибора, в котором используется лазерная дифракция, является анализатор размера частиц ZETASIZER Nano ZS, поставляемый компанией Malvern Instruments, Worcestershire, UK. В некоторых вариантах реализации изобретения, нанокремнезем может содержать коллоидный нанокремнезем. Нанокремнезем можно стабилизировать с использованием любой подходящей методики. В некоторых вариантах реализации изобретения, нанокремнезем можно стабилизировать оксидом металла, таким как оксид лития, оксид натрия, оксид калия, и/или их комбинацией. Кроме того, нанокремнезем можно стабилизировать амином и/или оксидом металла, как было указано выше. Варианты реализации изобретения с нанокремнеземами имеют дополнительное преимущество, связанное с тем, что эти материалы, как известно, заполняют поровое пространство в цементах, что может приводить к улучшению механических характеристик цемента после затвердевания.

[0023] Некоторые варианты реализации изобретения могут включать активатор схватывания цемента, содержащий комбинацию одновалентной соли и полифосфата. Одновалентную соль и полифосфат можно комбинировать перед добавлением к цементной композиции с отсроченным схватыванием или их можно добавлять к цементной композиции с отсроченным схватыванием по отдельности. Одновалентная соль может представлять собой любую соль, которая диссоциирует с образованием одновалентного катиона, такую как соли натрия и калия. Конкретные примеры подходящих одновалентных солей включают сульфат калия и сульфат натрия. Для активации цементных композиций с отсроченным схватыванием можно использовать широкий спектр различных полифосфатов в комбинации с одновалентной солью, включая, например, полимерные метафосфатные соли, фосфатные соли и их комбинации. Конкретные примеры подходящих для использования метафосфатных солей 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. Любопытно, что гексаметафосфат натрия известен в отрасли как мощный замедлитель портланд-цементов. В связи с их уникальной химией, полифосфаты можно использовать как активатор схватывания цемента для раскрытых в данном документе вариантов реализации изобретения цементных композиций с отсроченным схватыванием. Отношение одновалентной соли к полифосфату может находиться в диапазоне, например, от около 5:1 до около 1:25 или от около 1:1 до около 1:10, Варианты реализации изобретения активатора схватывания цемента могут содержать одновалентную соль и полифосфатную соль в отношении (одновалентной соли к полифосфату), которое находится между любыми из и/или включает любое из отношений около 5:1, 2:1, около 1:1, около 1:2, около 1:5, около 1:10, около 1:20 или около 1:25.

[0024] В некоторых вариантах реализации изобретения, комбинация одновалентной соли и полифосфата может быть смешана с диспергатором и водой для формирования жидкой добавки для активации цементной композиции с отсроченным схватыванием. Примеры подходящих диспергаторов включают, но не ограничиваются этим, ранее описанные диспергаторы, такие как диспергаторы на основе сульфонированного формальдегида и диспергаторы на основе поликарбоксилированного эфира. Один из примеров подходящего диспергатора на основе сульфонированного формальдегида представляет собой сульфонированный ацетон-формальдегидный конденсат, поставляемый Halliburton Energy Services, Inc., as CFR-3^™. Один из примеров подходящего диспергатора на основе поликарбоксилированного эфира представляет собой диспергаторы Liquiment^® 514L или 5581F, поставляемые BASF Corporation, Houston, Texas.

[0025] Жидкая добавка может действовать как активатор схватывания цемента. Как описано выше, активатор схватывания цемента может также ускорять затвердевание цемента с отсроченным схватыванием или сильно замедленного цемента. Использование жидкой добавки для ускорения цемента с отсроченным схватыванием или сильно замедленного цемента зависит от компонентного состава жидкой добавки, также как от компонентного состава цемента с отсроченным схватыванием или сильно замедленного цемента. При помощи данного описания, рядовой специалист имеет возможность разработать рецептуру жидкой добавки для активации и/или ускорения цемента с отсроченным схватыванием или сильно замедленной цементной композиции.

[0026] Состав жидкой добавки представляет собой тонкое равновесие, которое коррелирует с конкретным компонентным составом цементной композиции с отсроченным схватыванием. Количество одновалентной соли и полифосфата должно быть тщательно сбалансировано в привязке к диспергатору. Жидкая добавка с неправильной смесью компонентов может привести к созданию цементной композиции с отсроченным схватыванием с далекими от оптимальных реологическими свойствами. В некоторых вариантах реализации изобретения, жидкую добавку можно добавлять к цементной композиции с отсроченным схватыванием в количестве от около 1% до около 20% по массе цементной композиции, и, альтернативно, от около 1% до около 10% по массе цементной композиции.

[0027] Одновалентная соль может присутствовать в жидкой добавке в количестве от около 0,1% до около 30% по массе жидкой добавки. В специфических вариантах реализации изобретения, полифосфат может присутствовать в количестве, которое находится между любыми из и/или включает любое из отношений к массе жидкой добавки от около 0,1%, около 1,0%, около 10%, или около 30%. При помощи данного описания, рядовой специалист имеет возможность рассчитать состав жидкой добавки с достаточным количеством полифосфата для конкретного применения.

[0028] Полифосфат может присутствовать в жидкой добавке в количестве от около 0,1% до около 30% по массе жидкой добавки. В специфических вариантах реализации изобретения, полифосфат может присутствовать в количестве, которое находится между любыми из и/или включает любое из отношений к массе жидкой добавки от около 0,1%, около 1,0% или около 30%. При помощи данного описания, рядовой специалист имеет возможность рассчитать состав жидкой добавки с достаточным количеством полифосфата для конкретного применения.

[0029] Диспергатор может присутствовать в жидкой добавке в количестве от около 0,1% до около 90% по массе жидкой добавки. В специфических вариантах реализации изобретения, диспергатор может присутствовать в количестве, которое находится между любыми из отношений к массе жидкой добавки от около 0,1%, около 1%, около 50% или около 90%. При помощи данного описания, рядовой специалист имеет возможность рассчитать состав жидкой добавки с достаточным количеством диспергатора для конкретного применения.

[0030] Вода может присутствовать в жидкой добавке в количестве от около 50% до около 90% по массе жидкой добавки. В специфических вариантах реализации изобретения, вода может присутствовать в количестве, которое находится между любыми из и/или включает любое из отношений к массе жидкой добавки от около 50%, около 60%, около 75% или около 90%. При помощи данного описания, рядовой специалист имеет возможность рассчитать состав жидкой добавки с достаточным количеством воды для конкретного применения.

[0031] В соответствии с вариантами реализации изобретения, соотношение компонентов жидкой добавки может быть связано с компонентным составом цементной композиции с отсроченным схватыванием. По этой причине, количества одновалентной соли, полифосфата, и диспергатора являются функциями количеств извести, пемзы и суммарного количества воды (т.е., воды в цементной композиции с отсроченным схватыванием и любой воды в жидкой добавке), которые используются в активированной цементной композиции.

[0032] Не привязываясь к теории, можно утверждать, что главными ограничениями в рецептуре жидкой добавки являются пределы растворимости одновалентной соли и полифосфата, а также количество диспергатора, необходимое для получения цемента с приемлемыми реологическими свойствами. Пределы растворимости неотъемлемо присущи выбранной одновалентной соли и полифосфату, и, следовательно, их нельзя изменить; с другой стороны, количество диспергатора связано с количествами одновалентной соли и полифосфата. Количества одновалентной соли/полифосфата и диспергатора находятся в псевдопрямой зависимости, поэтому в сбалансированном составе увеличение количества одного из этих компонентов требует, для сохранения баланса композиции, увеличения количества других. Например, если количества одновалентной соли и полифосфата увеличили, то количество диспе