Вспенивание цементных композиций замедленного схватывания, содержащих пемзу и гашеную известь

Вспенивание цементных композиций замедленного схватывания, содержащих пемзу и гашеную известь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Цементные композиции можно использовать в различных выполняемых под землей операциях. Например, при строительстве подземных шахт в ствол скважины можно вставить ветвь трубопровода (например, обсадную колонну, хвостовики, расширяемые трубные изделия и т.п.) и зацементировать на месте. Такой процесс цементирования ветви трубопровода на месте часто называют «первичным цементированием». В обычном способе первичного цементирования цементную композицию можно закачать в межтрубное пространство между стенками ствола скважины и наружной поверхностью ветви трубопровода, расположенной в указанном стволе. Цементная композиция может схватываться в межтрубном пространстве, образуя, тем самым, кольцевую оболочку затвердевшего, по существу непроницаемого цемента (т.е. цементную оболочку), которая может служить опорой и располагать в требуемом положении ветвь трубопровода в стволе скважины и может соединять наружную поверхность ветви трубопровода с подземным пластом. Среди прочего, цементная оболочка, окружающая ветвь трубопровода, функционирует для предотвращения перемещения текучих сред в межтрубном пространстве, защищая при этом ветвь трубопровода от коррозии. Цементные композиции также можно использовать в способах ремонтного цементирования, например, для герметизации трещин или отверстий в ветвях трубопровода или цементных оболочках, для герметизации высоко проницаемых зон пласта или изломов, для размещения цементных пробок и т.п.

В операциях подземного цементирования применяли самые разнообразные цементные композиции. В некоторых случаях использовали цементные композиции замедленного схватывания. Цементные композиции замедленного схватывания характеризуются тем, что при комнатной температуре (например, примерно 80 °F (примерно 27 °С)) и хранении в состоянии покоя остаются в пригодном для перекачивания текучем состоянии в течение по меньшей мере примерно одного дня (например, по меньшей мере примерно 7 дней, примерно 2 недель, примерно 2 лет или более). При необходимости для применения цементные композиции замедленного схватывания должны обладать способностью к активированию, вследствие чего проявляются приемлемые значения предела прочности при сжатии. Например, к цементной композиции замедленного схватывания можно добавить ускоритель схватывания цемента, в результате чего происходит схватывание композиции с получением затвердевшей массы. Среди прочего цементная композиция замедленного схватывания может подходить для применения в стволе скважины, например, при необходимости заблаговременного получения цементной композиции. Это позволяет, например, хранить цементную композицию до ее применения. Кроме того, это позволяет, например, приготовить цементную композицию в удобном месте, а затем переместить ее к месту проведения работ. Соответственно, можно уменьшить капиталовложения за счет снижения потребности в бестарном хранении на месте проведения работ и в смесительном оборудовании. Это может быть особенно полезным при выполнении работ по цементированию в море, где пространство на борту судна может быть ограничено.

Хотя к настоящему времени были разработаны цементные композиции замедленного схватывания, существуют трудности с их успешным применением в операциях подземного цементирования. Например, цементные композиции замедленного схватывания, полученные с применением портландцемента, могут иметь нежелательные проблемы, связанные с гелеобразованием, которые могут ограничить их применение и эффективность в операциях цементирования. Другие композиции замедленного схватывания, которые были разработаны, например, композиции, содержащие гашеную известь и кварц, могут быть эффективными в некоторых операциях, но могут иметь ограниченное применение при более низких температурах, так как они не могут обеспечить достаточный предел прочности при сжатии при применении в подземных пластах, имеющих пониженную статическую температуру на забое скважины.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[001] Приведенные чертежи иллюстрируют определенные аспекты некоторых из вариантов реализации настоящего способа и не должны использоваться для ограничения или определения указанного способа.

[002] На фиг. 1 показана система для приготовления и доставки цементной композиции замедленного схватывания в ствол скважины согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

[003] На фиг. 2A показано наземное оборудование, которое можно использовать при размещении цементной композиции замедленного схватывания в стволе скважины согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

[004] На фиг. 2B показано размещение цементной композиции замедленного схватывания в межтрубное пространство ствола скважины согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Типичные варианты реализации изобретения относятся к операциям подземного цементирования и, более конкретно, согласно некоторым вариантам реализации изобретения, к цементным композициям замедленного схватывания и способам применения указанных цементных композиций замедленного схватывания в подземных пластах.

Варианты реализации цементных композиций замедленного схватывания могут в общем содержать воду, пемзу, гашеную известь и замедлитель схватывания. Необязательно, цементные композиции замедленного схватывания могут дополнительно содержать диспергирующий агент. Варианты реализации цементных композиций замедленного схватывания могут быть вспененными. Варианты реализации цементных композиций замедленного схватывания могут предпочтительно оставаться в пригодном для перекачивания текучем состоянии в течение длительного периода времени. Например, цементные композиции замедленного схватывания могут оставаться в пригодном для перекачивания текучем состоянии в течение по меньшей мере примерно 1 дня, примерно 2 недель, примерно 2 лет или дольше. Предпочтительно, цементные композиции замедленного схватывания после активации могут проявлять приемлемые значения предела прочности при сжатии при сравнительно низких температурах. Хотя цементные композиции замедленного схватывания могут подходить для целого ряда операций подземного цементирования, они могут быть особенно подходящими для применения в подземных пластах со сравнительно низкой статической температурой на забое скважины, например, с температурами, составляющими менее примерно 200 °F (примерно 93 °С) или от примерно 100°F (примерно 38 °С) до примерно 200°F (примерно 93 °С). Согласно альтернативным вариантам реализации изобретения цементные композиции замедленного схватывания можно использовать в подземных пластах со статическими температурами на забое скважины до 450 °F (примерно 232 °С) или выше.

Воду, используемую в вариантах реализации цементных композиций замедленного схватывания, можно получить из любого источника, при условии, что указанный источник не содержит избыточного количества соединений, которые могут нежелательным образом влиять на другие компоненты, содержащиеся в цементных композициях замедленного схватывания. Например, цементная композиция замедленного схватывания может содержать пресную воду или соленую воду. Соленая вода в общем может содержать одну или более растворенных в ней солей и может быть насыщенной или ненасыщенной, как необходимо для конкретного применения. Для использования в вариантах реализации изобретения могут подходить морская вода или соляные растворы. Кроме того, вода может присутствовать в количестве, достаточном для образования пригодной для перекачивания суспензии. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения вода может присутствовать в цементной композиции замедленного схватывания в количестве, составляющем от примерно 33% до примерно 200% относительно массы пемзы. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения вода может присутствовать в цементных композициях замедленного схватывания в количестве, составляющем от примерно 35% до примерно 70% относительно массы пемзы. Специалист в данной области техники на основании настоящего описания сможет определить подходящее количество воды для выбранного применения.

Варианты реализации цементных композиций замедленного схватывания могут содержать пемзу. В общем, пемза представляет собой вулканическую породу, которая может проявлять цементирующие свойства, поскольку она может схватываться и затвердевать в присутствии гашеной извести и воды. Пемза также может быть в измельченном виде. В целом, пемза может иметь любое распределение частиц по размерам, необходимое для конкретного применения. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения пемза может иметь средний размер частиц в диапазоне от примерно 1 микрона до примерно 200 микрон. Средний размер частиц соответствует значениям d50, измеренным с применением анализаторов размеров частиц, таких как анализаторы, изготавливаемые компанией Malvern Instruments, Вустершир, Соединенное Королевство. Согласно конкретным вариантам реализации изобретения средний размер частиц пемзы может составлять от примерно 1 микрона до примерно 200 микрон, от примерно 5 микрон до примерно 100 микрон или от примерно 10 микрон до примерно 50 микрон. Согласно одному из конкретных вариантов реализации изобретения средний размер частиц пемзы может составлять менее примерно 15 микрон. Пример подходящей пемзы имеется в компании Hess Pumice Products, Inc., Малад, Айдахо, в виде легкого заполнителя DS-325 с размером частиц менее примерно 15 микрон. Следует понимать, что при слишком маленьких размерах частиц могут возникать сложности со смешиваемостью, тогда как для частиц слишком больших размеров может быть невозможным обеспечить их эффективное суспендирование в указанных композициях. Специалист в данной области техники на основании настоящего описания сможет выбрать размер частиц пемзы, подходящий для выбранного применения.

Варианты реализации цементных композиций замедленного схватывания могут содержать гашеную известь. В настоящем документе под термином «гашеная известь» будут понимать гидроксид кальция. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения гашеную известь можно обеспечить в виде негашеной извести (оксида кальция), которая гидратируется при смешивании с водой с образованием гашеной извести. Гашеную известь можно включить в варианты реализации цементных композиций замедленного схватывания, например, для получения гидравлической композиции с пемзой. Например, гашеную известь можно включить при весовом отношении пемзы к гашеной извести, составляющем от примерно 10:1 до примерно 1:1 или от 3:1 до примерно 5:1. В случае присутствия гашеной извести ее можно включить в цементные композиции замедленного схватывания в количестве, составляющем, например, от примерно 10% до примерно 100% относительно массы пемзы. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения гашеная известь может присутствовать в количестве, варьирующем в диапазоне между любыми из значений, составляющими примерно 10%, примерно 20%, примерно 40%, примерно 60%, примерно 80% или примерно 100% относительно массы пемзы, и/или в количестве, включающем любое из перечисленных значений. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения цементирующие компоненты, присутствующие в цементной композиции замедленного схватывания, могут по существу состоять из пемзы и гашеной извести. Например, цементирующие компоненты могут в основном содержать пемзу и гашеную известь без каких-либо дополнительных компонентов (например, портландцемента, летучей золы, шлакового цемента), которые гидравлически схватываются в присутствии воды. Специалист в данной области техники на основании настоящего описания сможет определить подходящее необходимое для включения количество гашеной извести для выбранного применения.

Варианты реализации цементных композиций замедленного схватывания могут содержать замедлитель схватывания. Для применения в цементных композициях замедленного схватывания могут подходить самые разнообразные замедлители схватывания. Например, замедлитель схватывания может включать фосфоновые кислоты, такие как этилендиаминтетра (метиленфосфоновая кислота), диэтилентриаминпента (метилен-фосфоновая кислота) и т.п.; лигносульфонаты, такие как лигносульфонат натрия, лигносульфонат кальция и т.п.; соли, такие как сульфат олова, ацетат свинца, одноосновный фосфат кальция, органические кислоты, такие как лимонная кислота, винная кислота и т.п.; производные целлюлозы, такие как гидроксилэтилцеллюлоза (HEC) и карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза (CMHEC); синтетические coполимеры или тройные полимеры, содержащие сульфонатные группы и группы карбоновой кислоты, такие как сополимеры функционализированного сульфонатом 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 включают, среди прочего, производные фосфоновой кислоты. Один из примеров подходящего замедлителя схватывания представляет собой замедлитель схватывания цемента Micro Matrix^® (Микро Матрикс), который можно приобрести в компании Halliburton Energy Services, Inc. В общем, замедлитель схватывания может присутствовать в цементных композициях замедленного схватывания в количестве, достаточном для замедления схватывания в течение требуемого времени. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения замедлитель схватывания может присутствовать в цементных композициях замедленного схватывания в количестве, составляющем от примерно 0,01% до примерно 10% относительно массы пемзы. Согласно конкретным вариантам реализации изобретения замедлитель схватывания может присутствовать в количестве, варьирующем в диапазоне между любыми из значений, составляющими примерно 0,01%, примерно 0,1%, примерно 1%, примерно 2%, примерно 4%, примерно 6%, примерно 8% или примерно 10% относительно массы пемзы, и/или в количестве, включающем любое из перечисленных значений. Специалист в данной области техники на основании настоящего описания сможет определить подходящее необходимое для включения количество замедлителя схватывания для выбранного применения.

Как упоминалось ранее, варианты реализации цементных композиций замедленного схватывания могут необязательно содержать диспергирующий агент. Примеры подходящих диспергирующих агентов включают, без ограничения, сульфированные диспергирующие агенты на основе формальдегида (например, сульфированный ацетон-формальдегидный конденсационный продукт), примеры которых могут включать Daxad^® (Даксад) 19, который можно приобрести в компании Geo Specialty Chemicals, Амблер, Пенсильвания. Другие подходящие диспергирующие агенты могут представлять собой эфиры поликарбоновых кислот, такие как Liquiment^® (Ликумент) 5581F и Liquiment^® (Ликумент) 514L, которые можно приобрести в компании BASF Corporation Houston, Техас; или Ethacryl G, который можно приобрести в компании Coatex, Жене, Франция. Дополнительным примером подходящего коммерчески доступного диспергирующего агента является диспергирующий агент CFR^™-3, который можно приобрести в компании Halliburton Energy Services, Inc, Хьюстон, Техас. Особую важность в отношении следующих примеров имеет то, что диспергирующий агент Liquiment^® (Ликумент) 514L содержит 36 масс.% эфира поликарбоновой кислоты в воде. Хотя согласно вариантам реализации изобретения можно использовать различные диспергирующие агенты, применяемые в качестве диспергирующих агентов эфиры поликарбоновых кислот могут быть особенно подходящими для применения в некоторых вариантах реализации изобретения. Не будучи ограниченными теорией, полагают, что применяемые в качестве диспергирующих агентов эфиры поликарбоновых кислот могут синергетически взаимодействовать с другими компонентами цементной композиции замедленного схватывания. Например, полагают, что применяемые в качестве диспергирующих агентов эфиры поликарбоновых кислот могут реагировать с определенными замедлителями схватывания (например, производными фосфоновой кислоты), в результате чего в пласте образуется гель, который суспендирует пемзу и гашеную известь в композиции в течение длительного периода времени.

Согласно некоторым вариантам реализации изобретения диспергирующий агент можно включать в цементные композиции замедленного схватывания в количестве, составляющем от примерно 0,01% до примерно 5% относительно массы пемзы. Согласно конкретным вариантам реализации изобретения диспергирующий агент может присутствовать в количестве, варьирующем в диапазоне между любыми из значений, составляющими примерно 0,01%, примерно 0,1%, 0,5%, примерно 1%, примерно 2%, примерно 3%, примерно 4% или примерно 5% относительно массы пемзы, и/или в количестве, включающем любое из перечисленных значений. Специалист в данной области техники на основании настоящего описания сможет определить подходящее необходимое для включения количество диспергирующего агента для выбранного применения.

Варианты реализации цементных композиций замедленного схватывания могут содержать добавку для улучшения механических свойств. Добавки для улучшения механических свойств можно включать в варианты реализации композиций замедленного схватывания, например, для обеспечения соответствующего предела прочности при сжатии и длительной структурной целостности. На указанные свойства могут влиять напряжения, нагрузки, температура, давление и ударные эффекты подземной окружающей среды. Примеры добавок для улучшения механических свойств включают волокна, такие как, среди прочего, волокна из графитового углерода, стекловолокна, стальные волокна, минеральные волокна, кварцевые волокна, полиэфирные волокна, полиамидные волокна и полиолефиновые волокна. Конкретные примеры волокон из графитового углерода включают волокна, полученные из полиакрилонитрила, вискозного волокна и нефтяного пека. При применении указанные добавки для улучшения механических свойств могут присутствовать в количестве, составляющем от примерно 0,01% до примерно 5% относительно массы пемзы. Согласно конкретным вариантам реализации изобретения указанные добавки для улучшения механических свойств могут присутствовать в количестве, варьирующем в диапазоне между любыми из значений, составляющими примерно 0,01%, примерно 0,1%, 0,5%, примерно 1%, примерно 2%, примерно 3%, примерно 4% или примерно 5% относительно массы пемзы, и/или в количестве, включающем любое из перечисленных значений. Специалист в данной области техники на основании настоящего описания сможет определить подходящее необходимое для включения количество добавок для улучшения механических свойств для выбранного применения.

В варианты реализации цементных композиций замедленного схватывания также могут быть включены и другие добавки, подходящие для применения в операциях подземного цементирования. Примеры таких добавок включают, но не ограничиваются ими, утяжелители, облегченные добавки, газогенерирующие добавки, материалы для борьбы с поглощением, добавки для регулирования фильтрации, добавки для понижения водоотдачи, пеногасители, вспенивающие агенты, тиксотропные добавки и их комбинации. Согласно вариантам реализации изобретения, к цементной композиции замедленного схватывания можно добавить одну или более из перечисленных добавок после хранения, но перед размещением указанной цементной композиции замедленного схватывания в подземный пласт. Специалист в данной области техники на основании настоящего описания сможет легко определить тип и количество добавки, подходящей для конкретного применения и получения требуемого результата.

Специалисты в данной области техники поймут, что варианты реализации цементных композиций замедленного схватывания в общем должны иметь плотность, подходящую для конкретного применения. Например, цементные композиции замедленного схватывания могут иметь плотность в диапазоне от примерно 4 фунтов на галлон («фунт/гал») ((примерно 0,5 кг/л)) до примерно 20 фунт/гал (примерно 2,4 кг/л). Согласно некоторым вариантам реализации изобретения цементные композиции замедленного схватывания могут иметь плотность в диапазоне от примерно 8 фунт/гал (примерно 0,96 кг/л) до примерно 17 фунт/гал (примерно 2,0 кг/л). Варианты реализации цементных композиций замедленного схватывания могут быть вспененными или не вспененными или могут содержать другие средства для понижения их плотностей, такие как полые микросферы, эластичные шарики низкой плотности или другие понижающие плотность добавки, известные в данной области техники. Согласно вариантам реализации изобретения, плотность можно уменьшить после хранения композиции, но перед ее размещением в подземном пласте. Специалисты в данной области техники на основании настоящего описания смогут определить плотность, подходящую для конкретного применения.

Как описано выше, варианты реализации цементных композиций замедленного схватывания могут быть вспененными. Варианты реализации цементных композиций замедленного схватывания можно вспенивать с обеспечением облегченной композиции, которая не оказывает чрезмерного воздействия на пласты, через которые проходит ствол скважины. Кроме небольшой массы вспененная композиция может также характеризоваться свойством улучшать способность композиции поддерживать давление и предотвращать протекание потока пластовых текучих сред в композицию и через композицию во время ее перемещения. Вспененные композиции также могут быть предпочтительными, поскольку они имеют плохие свойства водоотдачи, что, таким образом, ограничивает потери при циркуляции текучей среды. Кроме того, вспененные композиции при схватывании могут также иметь более низкий модуль упругости, чем модуль не вспененных композиций, что часто необходимо, поскольку это обеспечивает возможность полученной схваченной цементной композиции сопротивляться нагрузкам, действующим на композицию в месте применения.

Согласно конкретным вариантам реализации изобретения цементную композицию замедленного схватывания можно вспенивать на месте расположения скважины. Например, цементные композиции замедленного схватывания можно вспенивать непосредственно перед применением. Варианты реализации можно вспенивать с помощью пенообразующей добавки и путем захвата газа в цементные композиции замедленного схватывания. Согласно конкретным вариантам реализации изобретения пенообразующую добавку и газ можно ввести после объединения композиции с активатором. Цементные композиции замедленного схватывания можно вспенивать, например, для получения цементной композиции замедленного схватывания с пониженной плотностью.

Газ, применяемый для вспенивания композиции, может представлять собой любой подходящий газ для вспенивания, в том числе, но не ограничиваясь ими: воздух, азот и их комбинации. Как правило, газ должен быть в количестве, достаточном для получения требуемой пены. Пенообразующие добавки можно включать в варианты реализации изобретения, например, для облегчения вспенивания и/или стабилизации образующейся пены, полученной с применением указанных добавок.

Согласно конкретным вариантам реализации изобретения пенообразующая добавка может включать поверхностно-активное вещество или комбинацию поверхностно-активных веществ, уменьшающих поверхностное натяжение воды. Например, вспенивающий агент может содержать анионное, неионное, амфотерное (в том числе цвиттерионные поверхностно-активные вещества), катионное поверхностно-активное вещество или их смеси. Примеры подходящих пенообразующих добавок включают, но не ограничиваются ими: бетаины; анионные поверхностно-активные вещества, такие как гидролизованный кератин; аминоксиды, такие как алкил- или алкен- диметиламиноксиды; кокоамидопропилдиметиламиноксид; сульфонаты сложного метилового эфира; алкил- или алкен- амидобетаины, такие как кокоамидопропилбетаин; альфа-олефинсульфонаты; четвертичные поверхностно-активные вещества, такие как талловый триметиламмоний хлорид и триметилкокоаммоний хлорид; C8 - C22 алкилэтоксилат сульфаты; и их комбинации. Конкретные примеры подходящих вспенивающих агентов включают смеси аммониевой соли алкилэфирсульфата, поверхностно-активного вещества кокоамидопропилбетаина, поверхностно-активного вещества кокоамидопропилдиметиламиноксида, хлорида натрия и воды; смеси поверхностно-активного вещества аммониевая соль алкилэфирсульфата, поверхностно-активного вещества кокоамидопропилгидроксисултаин, поверхностно-активного вещества кокоамидопропилдиметиламиноксид, хлорида натрия и воды; смеси поверхностно-активного вещества сульфат простого эфира этоксилированного спирта, алкил- или алкен- амидопропилбетаин и поверхностно-активного вещества алкил- или алкен- диметиламиноксид; водные растворы поверхностно-активного вещества альфа-олефинсульфонат и поверхностно-активного вещества бетаин; и их комбинации. Примеры подходящих пенообразующих добавок представляют собой агент ZONESEALANT^™ 2000 и пенообразователь 1026^™, которые оба можно приобрести в компании Halliburton Energy Services Inc., Хьюстон, Техас. Варианты реализации можно вспенивать с обеспечением качества пены в диапазоне от примерно 5% до примерно 80% и, более конкретно, от примерно 18% до примерно 38%. В настоящем документе термин «качество пены» относится к объему захваченного газа и определяется согласно следующей формуле: Качество пены = (Общий объем пены – Объем жидкости) / Общий объем пены.

Как упоминалось ранее, цементные композиции могут характеризоваться замедленным схватыванием, поскольку они остаются в пригодном для перекачивания текучем состоянии в течение по меньшей мере одного дня (например, по меньшей мере примерно 1 дня, примерно 2 недель, примерно 2 лет или дольше) при комнатной температуре при хранении в состоянии покоя. Например, цементные композиции замедленного схватывания могут оставаться в пригодном для перекачивания текучем состоянии в течение периода времени от примерно 1 дня, примерно 2 недель, примерно 2 лет или дольше. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения цементные композиции замедленного схватывания могут оставаться в пригодном для перекачивания текучем состоянии 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, примерно 2 лет или дольше. Считается, что текучая среда находится в пригодном для перекачивания текучем состоянии, когда указанная текучая среда имеет консистенцию, составляющую менее 70 единиц консистенции Бердена («Bc»), измеренную на консистометре высокого давления и высокой температуры при комнатной температуре (например, примерно 80 °F (примерно 27 °С)) согласно процедуре определения времени загустевания цемента, изложенной в API RP Practice 10B-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, первое издание, июль 2005.

При необходимости для применения, варианты реализации цементных композиций замедленного схватывания можно активировать (например, путем объединения с активатором) с обеспечением схватывания с получением в результате затвердевшей массы. Например, варианты реализации цементных композиций замедленного схватывания можно активировать с обеспечением схватывания с получением затвердевшей массы в течение периода времени в диапазоне от примерно 1 часа до примерно 12 часов. Например, варианты реализации цементных композиций замедленного схватывания могут схватываться с получением затвердевшей массы в течение периода времени, варьирующего между любыми из значений, составляющими примерно 1 день, примерно 2 дня, примерно 4 дня, примерно 6 дней, примерно 8 дней, примерно 10 дней или примерно 12 дней, и/или включающего любое из перечисленных значений.

Согласно некоторым вариантам реализации изобретения цементные композиции замедленного схватывания могут схватываться таким образом, что будут иметь требуемый предел прочности при сжатии после активации. Предел прочности при сжатии в общем представляет собой способность материала или конструкции выдерживать направленные вдоль оси толкающие силы. Предел прочности при сжатии можно измерить в заданный момент времени после активирования цементной композиции замедленного схватывания, при этом образовавшуюся композицию поддерживают в условиях контроля конкретных температуры и давления. Предел прочности при сжатии можно измерить либо с помощью метода испытания с разрушением образца, либо с применением неразрушающего метода. При применении метода с разрушением образца физически определяют прочность образцов составов текучих сред для обработки в различные моменты времени путем раздавливания указанных образцов в машине для испытания на сжатие. Предел прочности при сжатии рассчитывают из разрушающей нагрузки, деленной на площадь поперечного сечения, которая сопротивляется нагрузке, и приводят в единицах фунт-силы на квадратный дюйм (psi). При применении неразрушающих методов обычно используют ультразвуковой анализатор цемента («UCA»), который можно приобрести в компании Fann Instrument Company, Хьюстон, Техас. Пределы прочности при сжатии можно определить согласно API RP 10B-2, Recommended Practice for Testing Well Cements, первое издание, июль 2005.

Например, цементная композиция замедленного схватывания может развить 24-часовой предел прочности при сжатии в диапазоне от примерно 50 psi (примерно 345 кПа) до примерно 5000 psi (примерно 34,5 МПа), альтернативно от примерно 100 psi (примерно 689 кПа) до примерно 4500 psi (примерно 31,0 МПа) или альтернативно от примерно 500 psi (примерно 3447 кПа) до примерно 4000 psi (примерно 27,6 МПА). Согласно некоторым вариантам реализации изобретения цементная композиция замедленного схватывания может развить за 24 часа предел прочности при сжатии, составляющий по меньшей мере примерно 50 psi (примерно 345 кПа), по меньшей мере примерно 100 psi (примерно 689 кПа), по меньшей мере примерно 500 psi (примерно 3447 кПа) или более. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения величины предела прочности при сжатии можно определить с применением разрушающих или неразрушающих методов в диапазоне температур от 100 °F (примерно 38 °С) до 200 °F (примерно 93 °С).

Варианты реализации изобретения могут включать добавление к цементным композициям замедленного схватывания активатора схватывания цемента. 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 и IIA групп, такие как гидроксид натрия, гидроксид магния и гидроксид кальция; соли одновалентного катиона, такие как хлорид натрия; соли двухвалентного катиона, такие как хлорид кальция; нанокремнезем (т.е. кремнезем с размером частиц менее или равным примерно 100 нанометров); полифосфаты; и их комбинации. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения для активации можно использовать комбинацию полифосфата и соли одновалентного катиона. Соль одновалентного катиона может представлять собой любую соль, которая диссоциирует с образованием одновалентного катиона, такую как соли натрия и калия. Конкретные примеры подходящих солей одновалентных катионов включают сульфат калия и сульфат натрия. Для активации цементных композиций замедленного схватывания можно использовать разнообразные другие полифосфаты в комбинации с солью одновалентного катиона, в том числе полимерные метафосфатные соли, фосфатные соли и их комбинации. Конкретные примеры полимерных метафосфатных солей, которые можно использовать, 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. Согласно конкретным вариантам реализации изобретения активатор может быть обеспечен и добавлен к цементной композиции замедленного схватывания в виде жидкой добавки, например, жидкой добавки, содержащей соль одновалентного катиона, полифосфат и, необязательно, диспергирующий агент.

Активатор схватывания цемента следует добавлять в варианты реализации цементной композиции замедленного схватывания в количестве, достаточном для активирования цементной композиции замедленного схватывания с обеспечением схватывания с получением затвердевшей массы. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения активатор схватывания цемента можно добавить к цементной композиции замедленного схватывания в количестве, составляющем от примерно 1% до примерно 20% относительно массы пемзы. Согласно конкретным вариантам реализации изобретения активатор схватывания цемента может присутствовать в количестве, варьирующем в диапазоне между любыми из значений, составляющими примерно 1%, примерно 5%, примерно 10%, примерно 15% или примерно 20% относительно массы пемзы, и/или в количестве, включающем любое из перечисленных значений. Специалист в данной области техники на основании настоящего описания сможет определить подходящее необходимое для включения количество активатора схватывания цемента для выбранного применения.

Как будет понятно специалистам в данной области техники, варианты реализации цементных композиций замедленного схватывания можно использовать в различных выполняемых под землей операциях, включая первичное и ремонтное цементирование. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно обеспечить цементную композицию замедленного схватывания, содержащую воду, пемзу, гашеную известь, замедлитель схватывания и необязательно диспергирующий агент. Цементную композицию замедленного схватывания можно ввести в подземный пласт и оставить в указанном пласте для схватывания. В настоящем документе введение цементной композиции замедленного схватывания в подземный пласт включает введение в любую часть подземного пласта, в том числе, без ограничения, в ствол скважины, пробуренный в подземном пласте, в призабойную зону скважины, окружающую ствол скважины, или и в то и другое место. Варианты реализации изобретения могут дополнительно включать активацию цементной композиции замедленного схватывания. Активация цементной композиции замедленного схватывания может включать, например, добавление к цементной композиции замедленного схватывания активатора схватывания цемента.

Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно обеспечить цементную композицию замедленного схватывания, содержащую воду, пемзу, гашеную известь, замедлитель схватывания и, необязательно, диспергирующий агент. Цементную композицию замедленного схватывания можно хранить, например, в резервуаре или другом подходящем контейнере. Цементную композицию замедленного схватывания можно оставить на хранении в течение требуемого периода времени. Например, цементная композиция замедленного схватывания может оставаться на хранении в течение периода времени, составляющего примерно 1 день, примерно 2 недели, примерно 2 года или дольше. Например, цементная композиция замедленного схватывания может оставаться на хранении в течение периода времени, составляющего примерно 1 день, примерно 2 дня, примерно 5 дней, примерно 7 дней, примерно 10 дней, примерно 20 дней, примерно 30 дней, примерно 40 дней, примерно 50 дней, примерно 60 дней, примерно 2 года или дольше. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения цементная композиция замедленного схватывания может оставаться на хранении в течение периода времени, составляющего от примерно 1 дня до примерно 2 лет или дольше. После этого цементную композицию замедленного схватывания можно активировать, например, путем добавления активатора схватывания цемента, который вводят в подземный пласт, и оставить схватываться в указанном пласте. Необязательно, перед введением в подземный пласт цементную композицию замедленного схватывания можно вспенивать.

В вариантах реализации первичного цементирования, например, варианты реализации цементной композиции замедленного схватывания