MX2014010133A - Composiciones que fraguan que comprenden polvo de horno de cemento y cascarilla de arroz y metodos de uso. - Google Patents

Abstract

Las modalidades describen métodos y composiciones que comprenden polvo de horno de cemento y cascarilla de arroz. Una modalidad comprende un método de cementación que comprende: la colocación de una composición que fragua en una formación subterránea; la composición que fragua comprende polvo de horno de cemento, ceniza de cascarilla de arroz y agua; y permitir que la composición que fragua se cimente.

Description

COMPOSICIONES QUE FRAGUAN QUE COMPRENDEN POLVO DE HORNO DE CEMENTO Y CASCARILLA DE ARROZ Y MÉTODOS DE USO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente : invención describe las operaciones de cementación y, más particularmente, en ciertas modalidades, métodos y composiciones que comprenden polvo de horno de cemento ("CKD" por sus siglas en inglés) y cascarilla de arroz .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En los métodos de cementación, como la construcción de pozos y cementación de remediación comúnmente se utilizan las composiciones que fraguan. Como se usa en este documento, el término "composición que fragua" se refiere a una (s) composición (es) que se emplea de forma hidráulica o que desarrolla resistencia a la compresión. Las composiciones que fraguan pueden utilizarse en operaciones de cementación primaria mediante la cual las tuberías, como tuberías de revestimiento y tuberías cortas, se cementan en la boca de un pozo. Al llevar a cabo la cementación primaria, se puede bombear una composición que fragua a un espacio anular entre una formación subterránea' y la sarta del tubo dispuesta en la formación subterránea. La composición que fragua debe colocarse en el espacio anular, formando asi un espacio anular de cemento endurecido (por ejemplo, un revestimiento de cemento) que debe apoyar y posicionar a la sarta del tubo en el pozo y unir la superficie exterior de la sarta del tubo con las paredes de la boca del pozo. Las composiciones que fraguan también se pueden usar en métodos de cementación correctiva, como la colocación de tapones de cemento, y en la compresión de cementación para el sellado de huecos en la sarta del tubo, la capa de cemento, el bulto de grava, la formación y similares.

Las composiciones que fraguan utilizadas hasta ahora, por lo general comprenden cemento Portland. En general, el cemento Portland es un componente importante del costo de las composiciones que fraguan. Para reducir el costo de dichas composiciones que fraguan, pueden incluirse otros componentes en la composición que fragua, además o en lugar del cemento Portland. Tales componentes pueden incluir cenizas volantes, cemento de escoria, esquisto, metacaolín, cemento microfino y similares. "Las cenizas volantes," como tal término se utiliza en la presente, se refieren al residuo de la combustión de carbón en polvo o molido, en donde la ceniza volante creada por los gases de combustión se puede recuperar, por ejemplo, con precipitación electrostática. "Escoria", en la forma que se usa este término en la presente, se refiere a un subproducto granulado, de alto horno formado por la producción de hierro fundido y generalmente comprende las impurezas oxidadas que se encuentran en el mineral de hierro. Normalmente, el cemento de escoria comprende escoria y una base, por ejemplo hidróxido de sodio, bicarbonato de sodio, carbonato de sodio, o cal, para producir una composición que fragua que, cuando se combina con agua, se puede ajusfar para formar una masa dura.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a operaciones de cementación y, más particularmente, · en ciertas modalidades, a métodos y composiciones que comprenden CKD y ceniza de cascarilla de arroz.

Una modalidad proporciona un método de cementación que comprende: la colocación de una composición que fragua en una formación subterránea, la composición que fragua comprende polvo de horno de cemento, ceniza de cascarilla de arroz y agua; y permitir que la composición que fragua se cimente.

Otra modalidad proporciona un método de cementación que comprende: la colocación de una composición que fragua en una formación subterránea, la composición que fragua que comprende polvo de horno de cemento, ceniza de cascarilla de arroz, cemento .Portland y agua; y permitir que la composición que fragua se cimente.

Otra modalidad proporciona un método de cementación que comprende: la colocación de una composición que fragua en una formación subterránea, la composición que fragua comprende: polvo de horno de cemento, ceniza de cascarilla de arroz y agua, en donde el polvo de horno de cemento está presente en una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 50% a aproximadamente 80% en peso del polvo de horno de cemento y la ceniza de cascarilla de arroz, en donde la ceniza de cascarilla de arroz está presente en una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 20% a aproximadamente 50% en peso del polvo de horno de cemento y de la ceniza de cascarilla de arroz, en donde el agua está presente en una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 40% a aproximadamente 200% en peso del polvo de horno de cemento y la ceniza de cascarilla de arroz, en donde la composición que fragua está esencialmente libre de cemento Portland; y permitir que la composición que fragua se cimente.

Otra modalidad proporciona una composición que fragua que comprende: el polvo del horno de cemento; ceniza de cascarilla de arroz; y el agua.

Las características y ventajas de la presente invención serán evidentes para los expertos en el campo. Aunque los expertos pueden hacer numerosos cambios en el área, tales cambios están dentro del espíritu de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a operaciones de cementación y, más particularmente, en ciertas modalidades, a métodos y composiciones que comprenden CKD y cascarilla de arroz. Puede haber varias ventajas potenciales para los métodos y composiciones ' de la presente invención, sólo algunos de los cuales se hace mención en la presente. Una de las muchas ventajas potenciales de las modalidades de la presente invención es que la inclusión de ceniza de cascarilla de arroz ¦ en composiciones que fraguan que comprenden CKD puede mejorar las propiedades mecánicas de las composiciones que fraguan que contienen CKD. A modo de ejemplo, la inclusión de ceniza de cascarilla de arroz puede proporcionar una mayor resistencia a la compresión de las composiciones que fraguan que comprenden CKD. Otra ventaja potencial de las modalidades de la presente invención es que el CKD y/o ceniza de cascarilla de arroz se pueden usar para reducir el costo de las composiciones que fraguan. Por ejemplo, el uso de residuos de CKD y/o ceniza de cascarilla de arroz para reemplazar un componente de costo más alto, tal como cemento Portland, debe resultar en una composición que fragua más económica.

Las modalidades de las composiciones que fraguan de la presente invención pueden comprender CKD, ceniza de cascarilla de arroz y agua. También se pueden incluir otros aditivos opcionales en' las modalidades de las composiciones que fraguan según se desee, incluyendo, pero sin limitarse a, perlita no expandida, pumicita, cenizas volantes, cemento de escoria, metacaolin, esquisto, zeolita, combinaciones de los mismos, y similares. Según se desee, quienes conocen el área también pueden espumar y/o ampliar las modalidades de las composiciones que fraguan. Las composiciones que fraguan de la presente invención deben tener una densidad adecuada para una aplicación particular como lo deseen quienes conocen el área, con el beneficio de esta descripción. En algunas modalidades, las composiciones que fraguan pueden tener una densidad dentro del intervalo de aproximadamente 0.95 kilogramos por litro ("kpl") (8 libras por galón ("ppg")) hasta aproximadamente 1.91 kpl (16 ppg) · En otras modalidades, las composiciones que fraguan se pueden espumar a una densidad dentro del intervalo de aproximadamente 0.95 kpl a aproximadamente 1.55 kpl (8 ppg a aproximadamente 13 ppg) · Las modalidades de las composiciones configurables generalmente pueden comprender CKD. Como se usa aqui, el término "CKD" se refiere a una alimentación del horno parcialmente calcinada que se elimina de la corriente de gas y se recoge, por ejemplo, en un colector de polvo durante la fabricación de cemento. Por lo general, se recogen grandes cantidades de CKD en la producción de cemento que comúnmente se eliminarán como residuos. La eliminación de los residuos de CKD se puede tener' costos indeseables en la fabricación del cemento, asi como problemas ambientales asociados con su eliminación. El análisis químico del CKD de diversas fabricaciones de cemento varía dependiendo de un número de factores, incluyendo la alimentación del horno en particular, las eficiencias en la operación de producción de cemento y los sistemas de recolección de polvo asociados. El CKD generalmente puede comprender una variedad de óxidos, tales como Si02, A1203, Fe203, CaO, MgO, S03, Na20, K20 y.

El CKD generalmente puede exhibir propiedades de cemento, en que se pueden establecer y endurecer con agua. De acuerdo con las modalidades de la presente invención, el CKD puede ser utilizado, entre otras cosas, para reemplazar componentes de mayor costo del cemento, como el cemento Portland, que hace que las composiciones que fraguan sean más económicas. Además, la sustitución de la CKD para el cemento Portland da lugar a una composición . que puede programarse con una huella de carbono reducida.

El CKD puede ser incluido en las composiciones que fraguan en una cantidad suficiente para proporcionar la resistencia deseada a la compresión, densidad, reducción de costos, y/o reducción de la huella de carbono. En algunas modalidades, el CKD puede estar presente en las composiciones que fraguan de la presente invención en una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 99% en peso de los componentes de cementoso. Los componentes de cemento incluyen los componentes o combinaciones de componentes de las composiciones que fraguan que se fraguan de forma hidráulica o se endurecen, para desarrollar resistencia a la compresión, incluyendo, por ejemplo, CKD, cascarilla de arroz, perlita expandida, cenizas volantes, pumicita, escoria, cal, pizarra y similares. El CKD puede estar presente, en ciertas modalidades, en una cantidad que varia entre cualquiera de y/o que incluye cualquiera de aproximadamente 0.1%, aproximadamente el 1% aproximadamente 5%, aproximadamente el 10%, aproximadamente el 15%, aproximadamente el 20%, aproximadamente el 25 aproximadamente el 30%, aproximadamente el 35¾ f aproximadamente el 40%, aproximadamente el 45%, aproximadamente ' el 50%, . aproximadamente el 55¾ r aproximadamente el 60%, aproximadamente el 65%, aproximadamente el 70%, aproximadamente el 75%, aproximadamente el 80%, aproximadamente el 901, aproximadamente 95%, o aproximadamente 99%. En una modalidad, el CKD puede estar presente en las composiciones que fraguan en una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 5% a aproximadamente 95% en peso de los componentes de cementoso. En otra modalidad, el CKD puede estar presente en una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 50% a aproximadamente 95% en peso de los componentes de cemento. En aún otra modalidad, el CKD puede estar presente en una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 50% a aproximadamente 80% en peso de los componentes de cemento. Quien conoce el área, con el beneficio de esta descripción, reconocerá la cantidad apropiada de CKD para incluir en una aplicación elegida.

Las modalidades de las composiciones que fraguan generalmente pueden comprender la ceniza de cascarilla de arroz. Como se usa aquí, el término "cascarilla de arroz" se refiere a las cubiertas de protección duras de granos de arroz que se separan del arroz durante la producción. La ceniza de cascarilla de arroz también se les llama comúnmente como vainas de arroz o conchas de arroz. Normalmente se generan grandes cantidades de cascarilla de arroz durante la producción de arroz, que por lo general se eliminan como residuos peligrosos. Sin embargo, la eliminación de las cáscaras de arroz en los vertederos puede ser problemática, ya que el espacio en los vertederos puede ser limitado. Normalmente las cáscaras de arroz contienen una cantidad sustancial de sílice y cuando se queman para hacer cenizas, que aquí se refiere como "cenizas de cascarilla de arroz", es rica en sílice amorfa. En algunas modalidades, la ceniza obtenida a partir de la combustión de las cáscaras de arroz puede procesarse adiciona.lmente moliendo en seco la ceniza para formar polvo.

La adición de la ceniza de cascarilla de arroz a composiciones que fraguan que comprenden CKD se ha demostrado que proporcionan aumentos de resistencia a la compresión. De acuerdo con las presentes modalidades, la ceniza de cascarilla de arroz se puede incluir en las composiciones que fraguan que contienen CKD para aumentar la resistencia a la compresión de las mismas. A modo de ejemplo, la inclusión de la ceniza de cascarilla de arroz en las composiciones que fraguan que comprenden CKD puede aumentar la resistencia a la compresión en una ' cantidad mayor que o igual a aproximadamente 10% en una modalidad, mayor que o igual a aproximadamente 25% en otra modalidad, mayor que o igual a aproximadamente 50% en _ otra modalidad, y mayor que o igual a aproximadamente 75% en otra modalidad más, en comparación con la misma composición que fragua que no contiene el potenciador de la fuerza de látex. Como se usa aquí, la "resistencia a la compresión" se mide en un tiempo específico después de que se haya mezclado la composición y ésta se mantiene bajo condiciones especificas de temperatura y presión. Por ejemplo, la resistencia a la compresión se puede medir en un tiempo dentro del intervalo de aproximadamente 24 a aproximadamente 48 horas después de que se haya mezclado la composición y de que se mantenga a. una temperatura de 71°C a presión atmosférica. Se puede .medir la resistencia a la compresión ya sea con un método destructivo o no destructivo. El método destructivo prueba de forma física las muestras de la fuerza de las composiciones que fraguan en varios puntos en el tiempo triturando las muestras en una máquina a prueba de compresión. La resistencia a la compresión se calcula a partir de la carga de fallo dividida por el área de la sección transversal resistente a la carga y se reporta en unidades de libras-fuerza por pulgada cuadrada (psi) . Los métodos no destructivos normalmente emplean un Analizador Ultrasónico de Cemento ("UCA" por sus siglas en. inglés) , disponible en Fann Instrument Company, Houston, TX.

En algunas modalidades, la ceniza de cascarilla de arroz puede estar presente en las composiciones que fraguan de la presente invención en una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 99% en peso de los componentes de cemento. La ceniza de cascarilla de arroz puede estar presente, en ciertas modalidades, en una cantidad que varia de cualquiera de y/o que incluye cualquiera de aproximadamente 0.1%, aproximadamente el 1%, aproximadamente 5%, aproximadamente el 10%, aproximadamente el 15%, aproximadamente el 20%, aproximadamente 25%, aproximadamente el 30%, aproximadamente el 35%, aproximadamente el 40%, aproximadamente el 45%, aproximadamente el 50%, aproximadamente el 55"6 aproximadamente el 60%, aproximadamente el 65%, aproximadamente el 70%, aproximadamente el 75%, aproximadamente el 80%, aproximadamente el 90% aproximadamente el 95%, o aproximadamente 99% . En una modalidad, la cení za de cascarilla de arroz puede estar presente en las composiciones que fraguan en una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 5% a aproximadamente 95% en peso de los componentes de cemento. En otra modalidad, la ceniza de cascarilla de arroz puede estar presente en una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 5% a aproximadamente 50% en peso de los componentes de cemento. En aún otra modalidad, la ceniza de cascarilla de arroz puede estar presente en una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 20% a aproximadamente 50% en peso de componentes de cemento. Alguien que conozca el área, con el beneficio de esta descripción, reconocerá la cantidad apropiada de ceniza de cascarilla de arroz para incluir para una aplicación elegida.

El agua que se puede utilizar en las modalidades de las composiciones que fraguan incluyendo, por ejemplo, agua dulce, agua salada (por ejemplo, agua que contiene una o más sales disueltas en la misma), salmuera (por ejemplo, agua salada saturada producida a partir de formaciones subterráneas), agua de mar o combinaciones de las mismas. Generalmente, el agua puede ser de cualquier fuente, siempre y cuando el agua no contenga un exceso de compuestos que puedan afectar de forma indeseable a otros componentes en la composición que fragua. En algunas modalidades, el agua puede ser añadida en una cantidad suficiente para formar una suspensión bombeable. En algunas modalidades, el agua puede ser añadida en las composiciones que fraguan de la presente invención en una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 40% a aproximadamente 200% en peso de los componentes de cemento. En algunas modalidades, el agua puede incluirse en una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 40% a aproximadamente 150% en peso de los componentes de cemento. Alguien de habilidad ordinaria en el campo, con el beneficio de esta descripción, reconocerá la cantidad apropiada de agua para incluir para una aplicación elegida .

En algunas modalidades, las composiciones que fraguan pueden comprender además un cemento hidráulico. Se puede utilizar una variedad de cementos hidráulicos de acuerdo con la presente invención, incluyendo, pero sin limitarse a, los que comprenden calcio, aluminio, silicio, oxigeno, hierro y/o azufre, que se fraguan y se endurecen al reaccionar con el agua. Los cementos hidráulicos adecuados incluyen, pero no se limitan a, cementos Portland, cementos puzoláriicos, cementos de yeso, cementos de alto contenido de alúmina, cementos de sílice y cualquier combinación de los mismos. En ciertas modalidades, el cemento hidráulico puede comprender un cemento Portland. En algunas modalidades, los cementos Portland que son adecuados- para su uso en la presente invención se clasifican como las Clases A, C, H y G cementos según el Instituto Americano del Petróleo, Especificación API de Materiales y Pruebas de Cementos para Pozos, Especificación API 10, Quinta Ed., Io de julio de 1990. Además, en algunas modalidades, los cementos adecuados para su uso en la presente invención pueden incluir cementos clasificados como ASTM Tipo I, II, o III.

Debe entenderse que el uso de cemento hidráulico en las modalidades de las composiciones que fraguan además del CKD y/o la ceniza de cascarilla- de arroz puede ser reducido o incluso eliminado para proporcionar, por ejemplo, el ahorro de costos deseados y/o reducir la huella de carbono. En consecuencia, las modalidades de las composiciones que fraguan de la presente invención pueden comprender cemento hidráulico en una cantidad de 0% a aproximadamente 75%. Por ejemplo, el cemento hidráulico puede estar presente, en ciertas modalidades, en una cantidad que varia entre cualquiera de y/o que incluye cualquiera de aproximadamente 1%, aproximadamente aproximadamente el 10%, aproximadamente el 15%, aproximadamente el 20%, aproximadamente el 24%, aproximadamente el 25% r aproximadamente . el 30%, aproximadamente el 35 aproximadamente el 40%, aproximadamente el 50%, aproximadamente el 55 aproximadamente el 60%, apro imadamente el 65%, aproximadamente el 70% o aproximadamente el ' 75%. En una modalidad, el cemento hidráulico puede estar presente¦ en una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 0% a aproximadamente 20%. En otra modalidad, el cemento hidráulico puede estar presente en una cantidad dentro, del intervalo de aproximadamente 0% a aproximadamente 10%. Aún en otra modalidad, las composiciones que fraguan pueden estar esencialmente libres de cemento hidráulico. Tal como se usa en el presente documento, el término "esencialmente libres" significa que el cemento hidráulico no está presente o, en la medida, pueden estar presentes pequeñas cantidades de cemento hidráulico en una cantidad de menos de aproximadamente 1% en peso de los componentes de cemento. En ciertas modalidades, la composición que fragua puede contener cemento hidráulico en una cantidad de menos de aproximadamente 0.1% en peso de los componentes de cemento y, alternativamente, menos de aproximadamente 0.01% en peso de los componentes de cemento. A modo de ejemplo, la composición que fragua, en ciertas modalidades, puede estar' libre de cemento hidráulico, en donde la composición que fragua no contiene cemento hidráulico.

Las modalidades de las composiciones que fraguan pueden comprender además un aditivo retardador de fraguado. Como se usa aquí, el término "aditivo retardador de fraguado" se refiere a un aditivo que retarda el ajuste de las composiciones que fraguan de la presente invención. Los ejemplos de aditivos retardantes de fraguado adecuado incluyen, pero no se limitan a, amonio, metales alcalinos, metales de tierras alcalinas, sales metálicas de ligninas sulfoalquiladas , ácidos orgánicos (por ejemplo, ácidos hidrocarboxi) , copolimeros que comprenden ácido acrilico o ácido maleico y combinaciones de los mismos. Un ejemplo de una lignina sulfóalquilada adecuada comprende una lignina sulfometilada . Se describe a más detalle un aditivo adecuado retardador de fraguado en la Patente de Estados Unidos N° Re. 31,190, cuya descripción completa se incorpora aquí por referencia. Los aditivos, retardadores de fraguado adecuados están disponibles comercialmente de Halliburton Energy Services, Inc., bajo HR® 4, 5 HR®, HR® 7, HR® 12, HR® 15, HR® 25, HR® 601, SCR™ 100 y marcas registradas de retardadores SCR™ 500. En general, cuando se utiliza, el aditivo retardador de fraguado se puede incluir en las composiciones que fraguan de la presente invención en una cantidad suficiente para proporcionar el retraso de ajuste deseado. En algunas modalidades, el aditivo retardador de fraguado puede estar presente en las composiciones que fraguan de la presente invención una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 5% en peso de componentes de cemento. Quien conoce . el área, con el beneficio de esta descripción, reconocerá la cantidad apropiada del aditivo retardador de fraguado para incluir en una aplicación elegida.

Opcionalmente , otros aditivos adicionales se pueden añadir a las composiciones que fraguan de la presente invención según lo considere apropiado un experto en el área, con el beneficio de esta descripción. Ejemplos de tales aditivos incluyen, pero no se limitan a, aditivos de resistencia al retroceso, aceleradores de fraguado, agentes de ponderación, aditivos ligeros, aditivos generadores de gas, aditivos que mejoran la propiedad mecánica, materiales de pérdida de circulación, aditivos de control de filtración, dispersantes, aditivos de control de pérdida de fluido, agentes antiespumantes , agentes espumantes, partículas de aceite hinchable, partículas hinchables en agua, aditivos tixotrópicos y combinaciones de los mismos. Los ejemplos específicos de estos, y otros, aditivos incluyen perlita expandida, pumicita, cenizas volantes, escoria de cemento, metacaolín, pizarra, zeolita, sílice cristalina, sílice amorfa, sílice ahumada, sales, fibras, arcillas hidratables , microesferas , elastómeros, partículas de elastómero, resinas, látex, combinaciones de los mismos y similares. Una persona con experiencia en el área, con el beneficio de esta descripción, será capaz dé determinar fácilmente el tipo y la cantidad de aditivo útil para una aplicación particular y resultado deseado.

En algunas modalidades, el CKD y la ceniza de cascarilla de arroz se pueden combinar para formar un componente de cemento. Además del CKD y la ceniza de cascarilla de arroz, también pueden ser incluidos componentes adicionales en el componente de cemento como material de relleno o para otros propósitos como será evidente para quien conoce el área con el beneficio de esta descripción. Por ejemplo, otros componentes que pueden fraguar y endurecer en presencia de agua también pueden ser incluidos en el componente de cemento. En algunas modalidades, el componente de cemento puede comprender además perlita no expandida, pumicita, cenizas volantes, cemento de escoria, metacaolin, esquisto, zeolita o combinaciones de los mismos. En algunas modalidades, el componente de cemento puede ser colocado en una bolsa u otro recipiente adecuado para su almacenamiento y/o entrega para un pozo. En una modalidad, el componente de cemento puede después combinarse con agua para crear una composición que fragua.

En algunas modalidades, los componentes de las composiciones que fraguan se pueden combinar en cualquier orden como lo apreciarán quienes conocen el área. En una modalidad, la ceniza de cascarilla de arroz y CKD pueden combinarse con agua para crear una composición que fragua. Como se apreciará, uno o más componentes adicionales como los descritos anteriormente, por ejemplo, pueden también ser incluidos en la composición que fragua. Los componentes de la composición que fragua se pueden combinar usando cualquier dispositivo de mezcla compatible con la composición como lo saben quienes conocen el área, por ejemplo un mezclador a granel.

Como será apreciado por quienes conocen el área, las modalidades de las composiciones que fraguan se pueden usar en una variedad de aplicaciones subterráneas, incluyendo la cementación primaria y correctiva. Las modalidades de las composiciones que fraguan se pueden introducir en una formación subterránea y dejarse fijas en la misma. Por ejemplo, la composición que fragua puede ser colocada en un espacio entre una formación subterránea y un conducto situado en la formación subterránea. Tal como se utiliza en la presente, la introducción de la composición que fragua en una formación subterránea incluye la introducción en cualquier porción de la formación subterránea, incluyendo, sin limitación, en un pozo perforado en la formación subterránea, en una región del pozo cerca que rodea el agujero del pozo, o en ambos.

En las modalidades de cementación primaria, por ejemplo, una composición que fragua se puede introducir en un espacio fuera de un conducto (por ejemplo,, tuberías cortas y tuberías de revestimiento) situado en la formación subterránea. El conducto puede estar situado en un pozo perforado en la formación subterránea.. La composición que fragua se puede dejar fraguar para formar un espacio anular de cemento endurecido en el espacio fuera del conducto. Entre otras cosas, la composición que fragua puede formar una barrera, previniendo la migración de fluidos en el agujero del pozo. La composición que fragua también puede, por ejemplo, soportar el conducto en el agujero del pozo.

En modalidades de cementación correctiva, se puede utilizar una composición que fragua, por ejemplo, en las operaciones de compresión de cementación o en la colocación de tapones de cemento. A modo de ejemplo, la composición que fragua puede ser colocada en un pozo perforado para tapar un vacio o una grieta en la formación, en un bulto de grava, en el conducto, en el revestimiento de cemento, y/o en un micro espacio anular entre el revestimiento de cemento y el conducto.

Para facilitar una mejor comprensión de la presente invención, se da el siguiente ejemplo de ciertos aspectos de algunas modalidades. De ninguna manera se debe leer el siguiente ejemplo para limitar o definir el alcance de la invención.

EJEMPLO Se prepararon una serie de muestras de composiciones que fraguan y de probaron para analizar las propiedades de resistencia a la fuerza de las composiciones que fraguan que componen CKD y ceniza de cascarilla de arroz. Las composiciones de muestra se dejaron curar en un baño de agua a 17 °C durante 24 horas a presión ambiente. Inmediatamente después de retirar del baño de agua, se determinaron las fuerzas de presión (fuerzas de compresión destructivas) utilizando un probador de Tinius Olsen. Los resultados de las pruebas de resistencia al aplastamiento se muestran en la tabla de abajo.

Se realizaron diez pruebas diferentes, designadas Pruebas Nos. 1-10, .usando las cantidades indicadas de agua, CKD, ceniza de cascarilla de arroz, cal hidratada y dispersante de cemento. Las cantidades de estos componentes se indican en la tabla siguiente con el porcentaje en peso ("% en peso") que indica el porcentaje del componente en peso del cemento y ceniza de cascarilla de arroz. La cantidad de ceniza de cascarilla de arroz varió en una cantidad que desde 0% a 50% en peso. Pruebas 1 y 5 eran ensayos comparativos que no incluían ninguna cascarilla de arroz. El dispersante utilizado fue CFR-3™ cemento reductor de fricción, de Halliburton Energy Services, Inc., Duncan, Oklahoma. El CKD utilizado fue suministrado por Holcem (EE.UU.) Inc., de Ada, Oklahoma. La ceniza de cascarilla de arroz utilizada fue suministrado por Riceland Foods, Inc., Stuttgart, Arkansas, y tenía partículas que varían de aproximadamente 1 micrómetro a aproximadamente 10 micrometros.

TABLA 1 Pruebas de fuerza de choque De este modo, en este ejemplo se indica que la inclusión de la ceniza de cascarilla de arroz proporciona una mejora de la resistencia a las composiciones que contienen CKD. De hecho, se logró un aumento de resistencia a la compresión de 50% o más en las Pruebas N° 6-10 que tiene una densidad de 12.5 PPG y que contiene ceniza de cascarilla de arroz en una cantidad comprendida entre 20% a 50% en peso, en comparación con la Prueba N°5 que no contenia ceniza de cascarilla de arroz.

Debe entenderse que las composiciones y métodos se describen en términos de "que comprende", "que contiene" o "que incluye" diversos componentes o pasos, las composiciones y los métodos también pueden "consistir esencialmente en" o "consistir en" los diversos componentes y pasos.

Para ser breves, sólo se dan a conocer ciertos rangos de forma explícita en el presente documento. Sin embargo, los rangos de cualquier límite inferior se puede combinar con cualquier límite superior para referirse a un rango que no esté descrito de manera explícita, así como, los rangos de límite inferior que se pueden combinar con cualquier otro límite inferior para referirse a un rango que no está descrito de manera explícita. Además, cada vez que se da a conocer un rango numérico con un límite inferior y límite superior, cualquier número y cualquier intervalo incluido está dentro del intervalo se describe específicamente. En particular, cada rango de valores (de aproximadamente A hasta aproximadamente B) , como se describe en este documento debe entenderse que establece cada número y rango abarcado dentro del intervalo más amplio de valores, incluso si no describe de forma explícita. Por lo tanto, cada punto o valor individual pueden servir como su propio límite inferior o superior en combinación con cualquier otro punto o valor individual o cualquier otro límite inferior o superior, para referirse a un rango que no se describe de manera explícita.

Por lo tanto, la presente invención se adapta bien a la consecución de los fines y ventajas mencionadas, así como aquellos que son inherentes a la misma. Las modalidades particulares descritas anteriormente son sólo ilustrativas, ya que la presente invención se puede modificar y practicar en diferentes pero equivalentes formas evidentes para quienes conocen el área que tengan el beneficio de las enseñanzas de este documento. Aunque se discuten modalidades particulares, la invención cubre todas las combinaciones de todas esas modalidades. Además, no hay limitaciones que estén destinadas a los detalles de construcción, o diseño mostrados en el presente documento, excepto como se describe en las reivindicaciones siguientes. Además, los términos de las reivindicaciones tienen su significado común y corriente a menos que lo defina de otra forma explícita y claramente el titular de la patente. Es por lo tanto evidente que las modalidades particulares ilustrativas descritas anteriormente pueden ser alteradas o modificadas y todas las variaciones se consideran dentro del alcance y espíritu de la presente invención.

Claims (32)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad, y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones: REIVINDICACIONES

1. Un método de cementación caracterizado porque comprende: la colocación de una composición que fragua en una formación subterránea, la composición que fragua comprende polvo de horno de cemento, ceniza, de cascarilla de arroz y agua; y dejar que la composición que fragua se cimente.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición que fragua tiene una densidad en un intervalo de aproximadamente 0.95 kilogramos por litro a aproximadamente 1.91 kilogramos por litro (8 libras por galón a aproximadamente 16 libras por galón).

3. El método de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque el polvo de horno de cemento está presente en una cantidad en un intervalo de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 99% en peso de los componentes de cemento, y en donde la ceniza de cascarilla de arroz está presente en una cantidad en un intervalo de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 99% en peso de componentes de cemento.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el polvo de horno de cemento está presente en una cantidad en un intervalo de aproximadamente 50% a aproximadamente 95% en peso de componentes de cemento.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la ceniza de cascarilla de arroz está presente en una cantidad en un intervalo de aproximadamente 5% a aproximadamente 50% en peso de componentes de cemento.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la ceniza de cascarilla de arroz se incluye en la composición que fragua en una cantidad suficiente para aumentar la fuerza de compresión destructiva de 24 horas posición de la composición que fragua a 71°C a presión atmosférica en una cantidad igual o mayor que aproximadamente el 10%.

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la ceniza de cascarilla de arroz se incluye en la composición que fragua en una cantidad suficiente para aumentar la fuerza de compresión destructiva de 24 horas de la composición que fragua a 71°C- a presión atmosférica en una cantidad igual o mayor que aproximadamente el 75%.

8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el agua está presente en una cantidad en un intervalo de aproximadamente 40% a aproximadamente 200% en peso de componentes de cemento.

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición que fragua está esencialmente libre de cemento hidráulico, además del polvo de horno de cemento.

10. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la . composición que fragua comprende además un aditivo retardador de fraguado.

11. El método de' conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición que fragua comprende además al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste en perlita expandida, pumicita, cal, cenizas volantes, cemento de escoria, metacaolin, esquisto, zeolita, sílice cristalina, sílice amorfa, humo de sílice, sal, fibra, arcilla hidratable, microesfera, elastómero, partículas de elastómero, resina, látex y cualquier combinación de los mismos.

12. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición que fragua comprende además al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste de un aditivo de resistencia al retroceso, un acelerador del fraguado, un agente de carga, un aditivo de peso ligero, un aditivo generador de gas, un aditivo que mejora la propiedad mecánica, un material de pérdida de circulación, un aditivo de control de filtración, un dispersante, un aditivo de control de pérdida de fluido, un agente antiespumante , un agente espumante, una partícula de aceite hinchable, una partícula hihchable en agua, un aditivo tixotrópico y cualquier combinación de los mismos.

13. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición que fragua se deja fraguar en un espacio anular exterior de un conducto colocado en la formación subterránea.

14. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición que fragua se utiliza en la cementación primaria.

15. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición que fragua se utiliza en la cementación correctiva.

16. Un método de cementación, caracterizado porque comprende: la colocación de una composición que fragua en una formación subterránea, la composición que fragua comprende polvo de horno de cemento, ceniza de cascarilla de arroz, cemento Portland y agua; y permitir que la composición ajustable se cimente.

17. El componente cementoso de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el polvo de horno de cemento está presente en una cantidad en un intervalo de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 99% en peso de los componentes de cemento, y en donde la ceniza de cascarilla de arroz está presente en una cantidad en un intervalo de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 99% en peso de los componentes cementosos.

18. El componente cementoso de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el polvo de horno de cemento está presente ' en una cantidad en un intervalo de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 50% en peso de los componentes de cemento, en donde la ceniza de cascarilla de arroz está presente en una cantidad en un intervalo de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 50% en peso de los componentes de cemento, y en donde el cemento Portland está presente en una cantidad en un intervalo de aproximadamente 50% a aproximadamente 99% en peso de componentes de cemento.

19. El método de conformidad con la reivindicación 16 caracterizado porque la ¦ composición que fragua comprende además al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste en perlita expandida, pumicita, cal, cenizas volantes, cemento de escoria, metacaolin, esquisto, zeolita, sílice . cristalina,, sílice amorfa, humo de sílice, sal, fibra, arcilla hidratable, microesfera , elastómero, partículas de elastómero, resina, látex y cualquier combinación de los mismos.

20. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque la composición que fragua comprende además al menos un .aditivo seleccionado del grupo que consiste en un aditivo de resistencia al retroceso, un acelerador del fraguado, un agente de carga, un aditivo de peso ligero, un aditivo generador de gas, un aditivo que mejora la propiedad mecánica, un material de pérdida de circulación, un aditivo de control de filtración, un dispersante, un aditivo de control de pérdida de fluido, un agente antiespumante , un agente espumante, una partícula de aceite hinchable, una partícula hinchable en agua, un aditivo tixotrópico y cualquier combinación de los mismos.

21. Un método de cementación, caracterizado porque comprende: la colocación de una composición que fragua en una formación subterránea; la composición que fragua comprende: polvo de horno de cemento, ceniza de cascarilla de arroz, y agua, en donde el polvo de horno de cemento está presente en una cantidad en un intervalo de aproximadamente 50% a aproximadamente 80% .en peso del polvo de horno de cemento y la ceniza de cascarilla de arroz, en donde la ceniza de cascarilla de arroz está presente en una cantidad en un rango de desde aproximadamente 20% a aproximadamente 50% en peso del polvo de horno de cemento y la ceniza de cascarilla de arroz, en donde el agua está presente en una cantidad en un intervalo de aproximadamente 40% a aproximadamente 200% en peso del polvo de horno de cemento y cascarilla de arroz, en donde la composición que fragua está esencialmente libre de cemento Por.tland; y dejar que la composición que fragua se cimente.

22. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la composición que fragua tiene una densidad en un intervalo de aproximadamente 0.95 kilogramos por litro a aproximadamente 1.91 kilogramos por litro (8 libras por galón a aproximadamente 16 libras por galón) .

23. El método de 'Conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque, la inclusión de la ceniza de cascarilla de arroz en la composición que fragua aumenta la fuerza de compresión destructiva de 24 horas de la composición que fragua a 71°C (160°F) a presión atmosférica en una cantidad igual o mayor de aproximadamente 10%.

24. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la inclusión de la ceniza de cascarilla de arroz en la composición que fragua aumenta la fuerza de comprensión destructiva de 24 horas de la composición que fragua a 71°C (160°F) a presión atmosférica en una cantidad igual o mayor de aproximadamente 75%.

25. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la composición que fragua comprende además un aditivo retardador de fraguado.

26. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la composición que fragua comprende además al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste en perlita expandida, pumicita, cal, cenizas volantes, cemento de escoria, metacaolin, esquisto, zeolita, sílice cristalina, sílice amorfa, humo de sílice, sal, fibra, arcilla hidratable, microesfera, elastómero, partículas de elastómero, resina, látex y cualquier combinación de los mismos.

. 27. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la composición que fragua comprende además al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste de un aditivo de resistencia al retroceso, un acelerador del fraguado, un agente de carga, un aditivo de peso ligero, un aditivo generador de gas, un aditivo que mejora la propiedad mecánica, un material de pérdida de circulación, un aditivo de- control de filtración, un dispersante, un aditivo de control de pérdida de fluido, un agente antiespumante , un agente espumante, una partícula de aceite hinchable, una partícula hinchable en agua, un aditivo tixotrópico y cualquier combinación de los mismos.

28. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la composición que fragua se deja fraguar en un espacio anular exterior de un conducto colocado en la formación subterránea.

29. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la composición que fragua se utiliza en la cementación primaria.

30. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la composición que fragua se utiliza en la cementación correctiva.

31. Una composición que fragua, caracterizada porque comprende : polvo de horno de cemento; ceniza de cascarilla de arroz; y agua.

32. La composición que fragua de conformidad con la reivindicación 31 caracterizada porque, el polvo de horno de cemento está presente en una cantidad en un intervalo de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 99% en peso de los componentes de cemento, y en donde la ceniza de cascarilla de arroz está presente en una cantidad en un intervalo de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 99% en peso de componentes de cemento.