RU2351745C2 - Compositions and methods for well cementing - Google Patents
Compositions and methods for well cementing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2351745C2 RU2351745C2 RU2005101355/03A RU2005101355A RU2351745C2 RU 2351745 C2 RU2351745 C2 RU 2351745C2 RU 2005101355/03 A RU2005101355/03 A RU 2005101355/03A RU 2005101355 A RU2005101355 A RU 2005101355A RU 2351745 C2 RU2351745 C2 RU 2351745C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- suspension
- amount
- cement
- additive
- surfactant
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 125
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 146
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 107
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000011396 hydraulic cement Substances 0.000 claims abstract description 25
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 claims abstract description 18
- FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M iron chloride Chemical compound [Cl-].[Fe] FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 78
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 78
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 76
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 41
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 41
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 38
- 238000005187 foaming Methods 0.000 claims description 32
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 31
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims description 30
- -1 cocoyl Chemical group 0.000 claims description 27
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 25
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 24
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 23
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical class [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 22
- 125000002704 decyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 22
- 125000003438 dodecyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 22
- 125000001117 oleyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])/C([H])=C([H])\C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 22
- 125000000913 palmityl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 22
- 239000011343 solid material Substances 0.000 claims description 22
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 20
- KWIUHFFTVRNATP-UHFFFAOYSA-N glycine betaine Chemical compound C[N+](C)(C)CC([O-])=O KWIUHFFTVRNATP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 16
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 15
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 14
- 229960003237 betaine Drugs 0.000 claims description 14
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims description 14
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 claims description 13
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 13
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 claims description 12
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 150000008065 acid anhydrides Chemical class 0.000 claims description 11
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims description 11
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 11
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 11
- 229910021577 Iron(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 10
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical compound Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 10
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 8
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 claims description 6
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- ONLRKTIYOMZEJM-UHFFFAOYSA-N n-methylmethanamine oxide Chemical compound C[NH+](C)[O-] ONLRKTIYOMZEJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 25
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract description 25
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 19
- ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N Dimethylamine Chemical compound CNC ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 description 10
- KWIUHFFTVRNATP-UHFFFAOYSA-O N,N,N-trimethylglycinium Chemical compound C[N+](C)(C)CC(O)=O KWIUHFFTVRNATP-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 10
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 9
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 150000002506 iron compounds Chemical class 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 6
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 5
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 5
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 4
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 4
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 4
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 3
- 159000000014 iron salts Chemical class 0.000 description 3
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZPFAVCIQZKRBGF-UHFFFAOYSA-N 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide Chemical compound O=S1(=O)OCCO1 ZPFAVCIQZKRBGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 229940093915 gynecological organic acid Drugs 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 2
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N sulfur trioxide Chemical compound O=S(=O)=O AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- POAOYUHQDCAZBD-UHFFFAOYSA-N 2-butoxyethanol Chemical compound CCCCOCCO POAOYUHQDCAZBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Inorganic materials [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- ZUHZZVMEUAUWHY-UHFFFAOYSA-N n,n-dimethylpropan-1-amine Chemical compound CCCN(C)C ZUHZZVMEUAUWHY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 150000003460 sulfonic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
Description
Предшествующий уровень техникиState of the art
1. Область техники, к которой относится изобретение1. The technical field to which the invention relates.
Настоящее изобретение относится к усовершенствованным композициям для цементирования скважин, имеющим уменьшенное время затвердевания, и к способам использования композиций для цементирования в подземных зонах.The present invention relates to improved compositions for cementing wells, having a reduced solidification time, and to methods for using compositions for cementing in underground zones.
2. Описание предшествующего уровня техники2. Description of the Related Art
Композиции гидравлического цемента повсеместно используются при строительстве и ремонте нефтяных и газовых скважин. Например,' композиции гидравлического цемента используются при первичных операциях цементирования, при этом колонны труб, таких как обсадные колонны или хвостовики, цементируются в стволах скважин. При осуществлении первичного цементирования композиция гидравлического цемента нагнетается в кольцевое пространство между стенками ствола скважины и наружными поверхностями колонны труб, расположенной в ней. Цементной композиции дают возможность для затвердения в кольцевом пространстве, формируя тем самым в нем кольцевую оболочку из отвержденного по существу непроницаемого цемента. Цементная оболочка физически поддерживает и позиционирует колонну труб в стволе скважины, и связывает наружные поверхности колонны труб со стенками ствола скважины, тем самым предотвращается нежелательная миграция текучих сред между зонами или формациями, через которые проходит ствол скважины. Композиции гидравлического цемента также повсеместно используются для перекрытия потерь циркуляции и других нежелательных зон втекания и вытекания текучих сред в скважинах, для закупорки трещин и отверстий в колоннах труб, цементированных в них, и для осуществления других необходимых операций ремонта скважины.Hydraulic cement compositions are commonly used in the construction and repair of oil and gas wells. For example, 'hydraulic cement compositions are used in primary cementing operations, with tubing strings, such as casing strings or liners, cementing in wellbores. During primary cementing, the hydraulic cement composition is injected into the annular space between the walls of the wellbore and the outer surfaces of the pipe string located therein. The cementitious composition provides an opportunity for hardening in the annular space, thereby forming in it an annular shell of cured substantially impermeable cement. The cement sheath physically supports and positions the pipe string in the wellbore and connects the outer surfaces of the pipe string to the walls of the wellbore, thereby preventing undesired migration of fluids between the zones or formations through which the wellbore passes. Hydraulic cement compositions are also commonly used to block loss of circulation and other undesirable zones of fluid inflow and outflow in wells, for plugging cracks and holes in pipe columns cemented in them, and for other necessary well repair operations.
При осуществлении операций первичного цементирования, а также операций вторичного цементирования в стволах скважин используемые цементные суспензии часто являются легковесными для того, чтобы способствовать предотвращению создания избыточного гидростатического давления на подземные формации, сквозь которые проходит ствол скважины. В результате, для этого разрабатываются и используются разнообразные легковесные цементные суспензии, включая вспененные цементные суспензии. В дополнение к тому, что они являются легковесными, вспененная цементная суспензия содержит сжатый газ, который улучшает способность суспензии к поддержанию давления и предотвращает поток текучих сред из формации в суспензию и сквозь нее в течение того времени, за которое цементная суспензия превращается из текучей среды в твердую схватившуюся массу. Вспененные цементные суспензии также являются преимущественными, поскольку они имеют свойства низких потерь текучих сред.In primary cementing operations as well as secondary cementing operations in wellbores, the cement slurries used are often lightweight in order to prevent the creation of excessive hydrostatic pressure on the subterranean formations through which the wellbore passes. As a result, a variety of lightweight cement slurries are developed and used for this, including foamed cement slurries. In addition to being lightweight, the foamed cement slurry contains compressed gas, which improves the ability of the slurry to maintain pressure and prevents the flow of fluids from the formation into and through the slurry during the time it takes for the cement slurry to change from fluid to solid set mass. Foamed cement slurries are also advantageous because they have low fluid loss properties.
Заканчивания скважин в воде глубиной более 1000 футов часто требуют специальных технологий для установки направляющей обсадной колонны. Заканчивания скважин на глубинах воды, превышающих 2000 футов, часто упоминаются как операции "в глубокой воде". При операциях в глубокой воде, формации, где цементируют направляющую трубу, которая находится менее чем на 2000 футов ниже, чем растворная линия, как правило, являются геологически молодыми и не являются хорошо укрепленными. Формации, как правило, представляют собой продукт эрозии из континентального шельфа. При цементировании это может вызывать одну из двух проблем. Формация может быть настолько непрочной, что она может растрескиваться во время цементирования и вызывать потерю цемента в формацию. Альтернативно, формация может испытывать сильный поток соленой воды или другой текучей среды сквозь формацию, что приводит к притоку текучей среды.Well completions in water deeper than 1,000 feet often require special techniques to install a casing guide. Well completions at water depths exceeding 2,000 feet are often referred to as “deep water” operations. In deep water operations, formations where the guide tube is cemented, which is less than 2,000 feet lower than the mortar line, is typically geologically young and not well-fortified. Formations, as a rule, are a product of erosion from the continental shelf. When cementing, this can cause one of two problems. The formation may be so fragile that it may crack during cementation and cause loss of cement into the formation. Alternatively, the formation may experience a strong flow of salt water or other fluid through the formation, resulting in an influx of fluid.
При типичной установке направляющей трубы поверхностная труба с наружным диаметром, равным 24-30 дюймам, вводится, по меньшей мере, на 200 футов ниже, чем растворная линия. Затем направляющая труба с большим наружным диаметром (20 дюймов, когда используется 30 дюймов) цементируется с помощью обычного способа, изнутри колонны, через бурильную колонну, при этом цемент возвращается назад на дно океана. Поскольку водоотделяющие колонны не используются, цемент из кольцевого зазора должен отбираться на морском дне. Низкие температуры, вызываемые присутствием морской воды, как правило, замедляют процесс гидратирования цемента и увеличивают время затвердевания цементной суспензии, что позволяет начаться притоку текучей среды. Термин "время нулевого гелеобразования" относится к периоду времени между моментом, когда цементная суспензия размещается, и моментом, когда прочность геля возрастает до уровня, равного примерно 100 фунт/100 фут2. В течение времени нулевого гелеобразования миграция текучей среды, такой как нефть, газ или вода, через затвердевающий цемент предотвращается, поскольку колонна цемента в стволе скважины может поддерживать сама себя и оказывать гидростатическое давление на текучую среду, окружающую ствол скважины.In a typical guide tube installation, a surface tube with an outer diameter of 24-30 inches is introduced at least 200 feet lower than the mortar line. Then the guide tube with a large outer diameter (20 inches when 30 inches is used) is cemented using the conventional method, from the inside of the string, through the drill string, with the cement returning back to the bottom of the ocean. Since riser towers are not used, cement from the annular gap should be selected on the seabed. Low temperatures caused by the presence of sea water, as a rule, slow down the process of hydration of cement and increase the curing time of the cement slurry, which allows the flow of fluid to begin. The term "zero gelation time" refers to the time period between the moment when the cement slurry is placed and the moment when the gel strength increases to a level of about 100 lb / 100 ft 2 . During the time of zero gelation, the migration of a fluid, such as oil, gas or water, through hardened cement is prevented, since the cement column in the wellbore can support itself and exert hydrostatic pressure on the fluid surrounding the wellbore.
Термин "время затвердевания" относится к тому периоду времени, который занимает увеличение прочности геля от уровня примерно 100 фунт/100 фут2 до уровня примерно 500 фунт/100 фут2. Миграция текучей среды по существу предотвращается на уровне примерно 500 фунт/100 фут2. В течение времени затвердевания текучая среда, такая как нефть, газ или вода, может мигрировать сквозь затвердевающую цементную суспензию, формируя каналы, которые влияют на целостность цементной оболочки. Миграция текучей среды в течение времени затвердевания является возможной, поскольку колонна цемента в стволе скважины начинает поддерживать сама себя и перестает оказывать гидростатическое, давление на текучую среду, окружающую ствол скважины. Когда прикладываемое гидростатическое давление падает ниже давления текучей среды в формации, миграция может осуществляться, и она будет продолжаться до тех пор, пока цемент не будет иметь прочность на сжатие, достаточную для предотвращения дальнейшей миграции. По этой причине является выгодным иметь композиции цемента с уменьшенными временами затвердевания для максимального уменьшения возможности миграции текучей среды.The term "solidification time" refers to the period of time that it takes to increase the strength of the gel from a level of about 100 lbs / 100 ft 2 to about 500 lbs / 100 ft 2 . Fluid migration is substantially prevented at about 500 lb / 100 ft 2 . During the hardening time, a fluid such as oil, gas or water can migrate through the hardening cement slurry to form channels that affect the integrity of the cement sheath. Migration of the fluid during the solidification time is possible because the cement column in the wellbore begins to support itself and ceases to exert hydrostatic pressure on the fluid surrounding the wellbore. When the applied hydrostatic pressure drops below the pressure of the fluid in the formation, migration can take place and it will continue until the cement has a compressive strength sufficient to prevent further migration. For this reason, it is advantageous to have cement compositions with reduced solidification times to minimize the possibility of fluid migration.
В некоторых случаях пески формации могут быть подвергнуты избыточному давлению водой, так что вода или другие текучие среды из формации втекают в затвердевающую цементную оболочку в течение времени затвердевания. Предотвращение такого втекания является критичным для успешной работы по цементированию и для предотвращения дорогостоящих ремонтных работ по вторичному цементированию. Удерживание текучих сред в формации, находящейся под избыточным давлением, часто осложняется слабыми зонами в формации, которые могут растрескиваться из-за давления текучей среды цементной суспензии. При образовании трещины цементная суспензия может втекать в трещину и теряться из ствола скважины.In some cases, the sands of the formation may be pressurized with water so that water or other fluids from the formation flow into the hardened cement sheath during the hardening time. Preventing such leakage is critical for successful cementing work and for preventing expensive secondary cementing repair work. The retention of fluids in a formation under pressure is often complicated by weak zones in the formation, which may crack due to the pressure of the fluid in the cement slurry. When a crack forms, the cement slurry can flow into the crack and get lost from the wellbore.
Один из способов цементирования направляющих труб в стволах скважин при глубинах воды, больших, чем 1000 футов, описывается в патенте США №5484019, в котором цементная суспензия, содержащая портландцемент, вспенивающее поверхностно-активное вещество, некоторое количество частиц вяжущего материала мелкодисперсных размеров и азот или другой газ, для вспенивания суспензии, с целью получения плотности от примерно 9,0 до примерно 14 фунт/галлон, вводится в направляющую трубу и получает возможность для возвращения наверх через кольцевое пространство ствола скважины на морское дно. Суспензия содержит хлорид кальция (CaCl2) в качестве ускорителя и развивает статическую прочность геля, превышающую примерно 500 фунт/100 фут2, в течение менее чем примерно 30 минут после размещения.One method for cementing guide tubes in wellbores at water depths greater than 1000 feet is described in US Pat. No. 5,484,019, in which a cement slurry containing Portland cement, a foaming surfactant, a number of fine particles of cementitious material, and nitrogen or another gas, for foaming the suspension, in order to obtain a density of from about 9.0 to about 14 lbs / gallon, is introduced into the guide tube and is allowed to return up through the annular space of the borehole on the seabed. The suspension contains calcium chloride (CaCl 2 ) as an accelerator and develops a static gel strength in excess of about 500 lb / 100 ft 2 for less than about 30 minutes after placement.
Известен способ цементирования в подземной зоне, имеющей температуру 45-55°F и находящейся на морском дне при глубине воды до 8000 футов, включающий приготовление вспененной композиции цемента, содержащей глиноземистый цемент, ускоритель схватывания - хлорид лития - в количестве примерно 0,1-1,0% от массы цемента, воду, выбираемую из пресной воды, ненасыщенного или насыщенного соляного раствора, в количестве, достаточном для формирования пригодной для перекачки суспензии, лимонную кислоту и дополнительно газ - азот или воздух и добавку для вспенивания и стабилизации суспензии, состоящую из поверхностно-активного вещества на основе сульфата простого эфира этоксилированного спирта формулыA known method of cementing in an underground zone having a temperature of 45-55 ° F and located on the seabed at a water depth of up to 8000 feet, comprising preparing a foamed cement composition containing alumina cement, setting accelerator - lithium chloride - in an amount of about 0.1-1 , 0% by weight of cement, water selected from fresh water, unsaturated or saturated saline, in an amount sufficient to form a suspension suitable for pumping, citric acid and additionally gas, nitrogen or air and an additive for foaming Bani and stabilizing the slurry comprised of surfactant based on ethoxylated ether sulfate, an alcohol of formula
Н(СН2)а(ОС2Н4)bOSO3NH4 +,H (CH 2 ) a (OS 2 H 4 ) b OSO 3 NH 4 + ,
где "а" представляет собой целое число в пределах от примерно 6 до примерно 10, и "b" представляет собой целое число в пределах от примерно 3 до примерно 10, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве, находящемся в пределах от примерно 60 до примерно 64 частей массовых, поверхностно-активного вещества на основе алкил или алкен амидопропил бетаина, имеющего формулуwhere "a" is an integer in the range of from about 6 to about 10, and "b" is an integer in the range of from about 3 to about 10, and the surfactant is present in the additive in an amount in the range of from about 60 to about 64 parts by weight of an alkyl or alkene-based amidopropyl betaine surfactant of the formula
R-CONHCH2CH2CH2N+(СН3)СН2СО2 -,R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) CH 2 CO 2 - ,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы из децила, кокоила, лаурила, цетила и олеила, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве, находящемся в пределах от примерно 30 до примерно 33 частей массовых, и поверхностно-активного вещества на основе оксида алкил или алкен амидопропил диметиламина, имеющего формулуwhere R is a radical selected from the group of decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount in the range from about 30 to about 33 parts by weight, and a surfactant based alkyl oxide or alkene amidopropyl dimethylamine having the formula
R-COTHCH2CH2CH2N+(CH3)2O-,R-COTHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 O - ,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы из децила, кокоила, лаурила, цетила и олеила, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве, находящемся в пределах от примерно 3 до примерно 10 частей массовых, размещение суспензии в указанной подземной зоне и осуществление затвердевания суспензии в виде твердой непроницаемой массы (см., патент США №6244343 В1, опубл. 09.03.2001).where R is a radical selected from the group of decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount ranging from about 3 to about 10 parts by weight, placing the suspension in said subterranean zone and the implementation of the solidification of the suspension in the form of a solid impenetrable mass (see, US patent No. 6244343 B1, publ. 09.03.2001).
В авторском свидетельстве СССР 927972 от 15.05.1982 раскрыт способ химической обработки тампонажных растворов, предназначенных для крепления нефтяных и газовых скважин, содержащих в качестве вяжущего вещества шлакопортландцемент, путем предварительного введения в жидкость затворения хлорида железа (III). В качестве соли трехвалентного железа выбирают хлорид, обеспечивающий ускорение схватывания шлакопортландцемента при невысокой температуре.USSR author's certificate 927972 dated 05/15/1982 discloses a method for the chemical treatment of grouting mortars intended for fixing oil and gas wells containing slag Portland cement as a binder by preliminarily introducing iron (III) chloride into the mixing fluid. Chloride, which accelerates the setting of slag Portland cement at a low temperature, is chosen as the ferric salt.
Хотя описанные выше композиции являются эффективными при цементировании скважин, продолжает существовать потребность в усовершенствованных легковесных композициях цемента, которые имеют уменьшенные времена затвердевания для предотвращения миграции текучей среды.Although the compositions described above are effective in cementing wells, there remains a need for improved lightweight cement compositions that have reduced solidification times to prevent fluid migration.
Целью настоящего изобретения является создание усовершенствованных цементных композиций, имеющих уменьшенные времена затвердевания.An object of the present invention is to provide improved cement compositions having reduced solidification times.
Согласно изобретению создан способ цементирования в подземной зоне, имеющей температуру около 65°F или ниже, в котором используют облегченную композицию цемента для скважин, включающий следующие стадии:According to the invention, a method for cementing in an underground zone having a temperature of about 65 ° F or lower, which uses a lightweight cement composition for wells, comprising the following stages:
приготовление пригодной для перекачки облегченной цементной композиции в виде суспензии, плотность которой составляет меньше, чем около 14 фунтов/галлон;the preparation of a lightweight cementitious composition suitable for pumping in the form of a suspension, the density of which is less than about 14 lbs / gallon;
уменьшение времени затвердевания суспензии путем включения в цементную композицию соли железа, представляющей собой хлорид железа (II) или его смесь с хлоридом железа (III), в количестве, эффективном для уменьшения времени ее затвердевания;reducing the solidification time of the suspension by including in the cement composition the iron salt, which is iron (II) chloride or a mixture thereof with iron (III) chloride, in an amount effective to reduce its solidification time;
размещение суспензии в подземной зоне, подлежащей цементированию, имеющей температуру около 65°F или ниже; иplacing the suspension in an underground zone to be cemented at a temperature of about 65 ° F or lower; and
осуществления затвердевания суспензии в твердую непроницаемую массу.the implementation of the solidification of the suspension in a solid impenetrable mass.
В данном способе время затвердевания суспензии составляет менее 15 мин.In this method, the curing time of the suspension is less than 15 minutes
Указанная соль железа может присутствовать в количестве, составляющем от около 0,1 до около 10 мас.% цемента.The specified iron salt may be present in an amount of from about 0.1 to about 10 wt.% Cement.
Цементная композиция цемента может содержать добавку облегченного цемента или являться вспененной.Cement composition of cement may contain an additive lightweight cement or be foamed.
Цементная композиция может содержать портландцемент, указанную соль железа в количестве, составляющем от около 0,1 до около 10 мас.% портландцемента, воду, выбранную из группы, состоящей из пресной воды, ненасыщенных солевых растворов и насыщенных солевых растворов, в количестве, достаточном для образования пригодной для перекачки суспензии, вспенивающую добавку в количестве, эффективном для приготовления вспененной суспензии, и газ в количестве, достаточном для вспенивания суспензии.The cement composition may contain Portland cement, the indicated iron salt in an amount of from about 0.1 to about 10 wt.% Portland cement, water selected from the group consisting of fresh water, unsaturated saline solutions and saturated saline solutions, in an amount sufficient to the formation of a suitable for pumping suspension, a foaming additive in an amount effective to prepare a foamed suspension, and a gas in an amount sufficient for foaming the suspension.
Вспенивающая добавка может представлять собой единую добавку для вспенивания и стабилизации суспензии и состоит из поверхностно-активного вещества на основе простого эфира этоксилированного спирта (аммониевого сульфата алкоксиполиэтиленгликоля) формулыThe blowing agent can be a single additive for foaming and stabilizing the suspension and consists of an ethoxylated alcohol (ammonium alkoxypolyethylene glycol ammonium sulfate) surfactant of the formula
H(CH2)a(OC2H4)bOSO3NH4 +,H (CH 2 ) a (OC 2 H 4 ) b OSO 3 NH 4 + ,
где а представляет собой целое число в интервале от около 6 до около 10 и b представляет собой целое число в интервале от около 3 до около 10 и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 60 до около 64 частей (массовых),where a is an integer in the range of from about 6 to about 10 and b is an integer in the range of from about 3 to about 10 and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 60 to about 64 parts (mass),
поверхностно-активного вещества на основе алкил- или алкен амидопропилбетаина формулыan alkyl or alkene amidopropyl betaine surfactant of the formula
R-CONHCH2CH2CH2N+(СН3)2СН2СО2 -,R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 CH 2 CO 2 - ,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы из децила, кокоила, лаурила, цетила и олеила, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 30 до около 33 частей массовых,where R is a radical selected from the group of decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 30 to about 33 parts by weight,
и поверхностно-активного вещества на основе оксида алкил- или алкен амидопропилдиметиламина формулыand an alkyl- or alkene-amidopropyl dimethylamine surfactant of the formula
R-CONHCH2CH2CH2N+(CH3)2O-,R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 O - ,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы из децила, кокоила, лаурила, цетила и олеила, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 3 до около 10 частей массовых.where R is a radical selected from the group of decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 3 to about 10 parts by weight.
Цементная композиция может включать добавку для усиления текучести в виде частиц, содержащую твердый материал в виде частиц, несущий химикат, индуцирующий текучесть, выбранный из группы, состоящей из кислот, продуцирующих полярные молекулы, их солей и ангидридов кислот, при этом твердый материал и указанный химикат присутствует в диапазоне соотношений от около 90:10 до около 10:90.The cementitious composition may include a particulate fluidity improver comprising a particulate solid material bearing a flow inducing chemical selected from the group consisting of acids producing polar molecules, their salts and acid anhydrides, wherein the solid material and said chemical present in a range of ratios from about 90:10 to about 10:90.
Цементная композиция может включать вяжущий материал в виде мелкодисперсных частиц, дисперсность которых по Блейну составляет не менее чем около 6000 см2/грамм и размер которых не превышает 30 микрон, в количестве от около 1 до около 30 мас.% цемента.The cement composition may include a binder in the form of fine particles, the dispersion of which according to Blaine is not less than about 6000 cm 2 / gram and the size of which does not exceed 30 microns, in an amount of from about 1 to about 30 wt.% Cement.
Согласно изобретению создан способ уменьшения времени затвердевания вспененной цементной композиции для скважин, помещенной в подземную зону, имеющую температуру около 65°F или ниже, включающий следующие стадии:According to the invention, a method has been developed to reduce the solidification time of a foamed cement composition for wells placed in an underground zone having a temperature of about 65 ° F or lower, comprising the following steps:
приготовление вспененной цементной композиции для скважин, содержащей гидравлический цемент, воду, в количестве достаточном для образования пригодной для перекачки суспензии, вспенивающую добавку в количестве, эффективном для получения вспененной суспензии, и газ в количестве, достаточном для получения вспененной суспензии;preparation of a foamed cement composition for wells containing hydraulic cement, water, in an amount sufficient to form a suspension suitable for pumping, a foaming additive in an amount effective to obtain a foamed suspension, and a gas in an amount sufficient to produce a foamed suspension;
уменьшение времени затвердевания вспененной суспензии путем включения в композицию эффективного количества соли железа, представляющей собой хлорид железа (II) или его смесь с хлоридом железа (III), для уменьшения времени ее затвердевания;reducing the solidification time of the foamed suspension by including in the composition an effective amount of an iron salt, which is iron (II) chloride or its mixture with iron (III) chloride, to reduce its solidification time;
размещение суспензии в подземной зоне, подлежащей цементированию, имеющей температуру около 65°F или ниже;placing the suspension in an underground zone to be cemented at a temperature of about 65 ° F or lower;
осуществление затвердевания суспензии в твердую непроницаемую массу.the implementation of the solidification of the suspension in a solid impenetrable mass.
Время затвердевания суспензии может составлять менее 15 мин.The curing time of the suspension may be less than 15 minutes.
Указанная соль железа может присутствовать в количестве, составляющем от около 0,1 до около 10 мас.% цемента.The specified iron salt may be present in an amount of from about 0.1 to about 10 wt.% Cement.
Вспененная цементная композиция может содержать портландцемент, указанную соль железа в количестве, составляющем от около 0,1 до около 10 мас.% портландцемента, и воду, выбранную из группы, состоящей из пресной воды, ненасыщенных солевых растворов и насыщенных солевых растворов.The foamed cement composition may contain Portland cement, the indicated iron salt in an amount of about 0.1 to about 10 wt.% Portland cement, and water selected from the group consisting of fresh water, unsaturated saline solutions and saturated saline solutions.
Вспенивающая добавка может представлять собой единую добавку для вспенивания и стабилизации суспензии, содержащую поверхностно-активное вещество на основе простого эфира этоксилированного спирта (аммониевого сульфата алкоксиполиэтиленгликоля) формулыThe blowing agent may be a single additive for foaming and stabilizing a suspension containing a surfactant based on an ethoxylated alcohol ether (ammonium alkoxypolyethylene glycol sulfate) of the formula
H(CH2)a(OC2H4)bOSO3NH4 +,H (CH 2 ) a (OC 2 H 4 ) b OSO 3 NH 4 + ,
где а представляет собой целое число в интервале от около 6 до около 10 и b представляет собой целое число в интервале от около 3 до около 10 и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 60 до около 64 частей (массовых),where a is an integer in the range of from about 6 to about 10 and b is an integer in the range of from about 3 to about 10 and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 60 to about 64 parts (mass),
поверхностно-активное вещество на основе алкил- или алкен амидопропилбетаина формулыalkyl or alkene amidopropyl betaine surfactant of the formula
R-CONHCH2CH2CH2N+(CH3)2CH2CO2 -,R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 CH 2 CO 2 - ,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы из децила, кокоила, лаурила, цетила и олеила, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 30 до около 33 частей массовых,where R is a radical selected from the group of decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 30 to about 33 parts by weight,
и поверхностно-активное вещество на основе оксида алкил- или алкен амидопропилдиметиламина формулыand an alkyl- or alkene-amidopropyl dimethylamine surfactant of the formula
R-CONHCH2CH2CH2N+(CH3)2O-,R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 O - ,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы из децила, кокоила, лаурила, цетила и олеила, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 3 до около 10 частей массовых.where R is a radical selected from the group of decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 3 to about 10 parts by weight.
Вспененная цементная композиция может включать добавку для усиления текучести в виде частиц, содержащую твердый материал в виде частиц, несущий химикат, индуцирующий текучесть, выбранный из группы, состоящей из кислот, продуцирующих полярные молекулы, их солей и ангидридов кислот.The foamed cement composition may include a particulate fluidity improver comprising a particulate solid material bearing a flow inducing chemical selected from the group consisting of acids producing polar molecules, their salts and acid anhydrides.
Вспененная цементная композиция может включать вяжущий материал в виде мелкодисперсных частиц, дисперсность которых по Блейну составляет не менее чем около 6000 см2/грамм и размер которых не превышает 30 микрон, в количестве от около 1 до около 30 мас.% цементаFoamed cement composition may include a binder in the form of fine particles, the dispersion of which according to Blaine is not less than about 6000 cm 2 / gram and whose size does not exceed 30 microns, in an amount of from about 1 to about 30 wt.% Cement
Согласно другому варианту выполнения способ уменьшения времени затвердевания вспененной цементной композиции, помещенной в подземную зону, имеющую температуру около 65°F или ниже, включает следующие стадии:According to another embodiment, a method of decreasing the curing time of a foamed cement composition placed in an underground zone having a temperature of about 65 ° F or lower comprises the following steps:
приготовление вспененной цементной композиции для скважин, содержащей гидравлический цемент, воду в количестве, достаточном для образования пригодной для перекачки суспензии, вспенивающую добавку в количестве, достаточном для получения вспененной суспензии, и газ в количестве, достаточном для получения вспененной суспензии, при этом вспенивающая добавка включает единую добавку для вспенивания и стабилизации суспензии, содержащую поверхностно-активное вещество на основе простого эфира этоксилированного спирта (аммониевого сульфата алкоксиполиэтиленгликоля) формулыpreparing a foamed cement composition for wells containing hydraulic cement, water in an amount sufficient to form a suspension suitable for pumping, a foaming additive in an amount sufficient to obtain a foamed suspension, and a gas in an amount sufficient to produce a foamed suspension, the foaming additive including a single additive for foaming and stabilizing the suspension containing a surfactant based on ethoxylated alcohol ether (ammonium sulfate alkoxypolyethylene glycol) of the formula
Н(СН2)а(ОС2Н4)bOSO3NH4 +,H (CH 2 ) a (OS 2 H 4 ) b OSO 3 NH 4 + ,
где а представляет собой целое число в интервале от около 6 до около 10 и b представляет собой целое число в интервале от около 3 до около 10 и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 60 до около 64 частей (массовых),where a is an integer in the range of from about 6 to about 10 and b is an integer in the range of from about 3 to about 10 and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 60 to about 64 parts (mass),
поверхностно-активное вещество на основе алкил- или алкен амидопропилбетаина формулыalkyl or alkene amidopropyl betaine surfactant of the formula
R-CONHCH2CH2CH2N+(CH3)2СН2СО2 -,R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 CH 2 CO 2 - ,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы из децила, кокоила, лаурила, цетила и олеила, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 30 до около 33 частей массовых,where R is a radical selected from the group of decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 30 to about 33 parts by weight,
и поверхностно-активное вещество на основе оксида алкил- или алкен амидопропилдиметиламина формулыand an alkyl- or alkene-amidopropyl dimethylamine surfactant of the formula
R-CONHCH2CH2CH2N+(CH3)2O-,R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 O - ,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы из децила, кокоила, лаурила, цетила и олеила, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 3 до около 10 частей массовых;where R is a radical selected from the group of decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 3 to about 10 parts by weight;
уменьшение времени затвердевания вспененной суспензии путем включения в композицию соли, железа, представляющей собой хлорид железа (II) или его смесь с хлоридом железа (III);.reduction of the solidification time of the foamed suspension by the inclusion in the composition of salt, iron, which is iron chloride (II) or its mixture with iron chloride (III) ;.
размещение суспензии в подземной зоне, подлежащей цементированию, имеющей температуру около 65°F или ниже; иplacing the suspension in an underground zone to be cemented at a temperature of about 65 ° F or lower; and
осуществление затвердевания суспензии в твердую непроницаемую массу.the implementation of the solidification of the suspension in a solid impenetrable mass.
Указанная соль соединение железа может присутствовать в количестве, составляющем от около 0,1 до около 10 мас.% цемента.The specified salt of the iron compound may be present in an amount of from about 0.1 to about 10 wt.% Cement.
Вспененная цементная композиция для скважин может включать добавку для усиления текучести в виде частиц, содержащую твердый материал в виде частиц, несущий химикат, индуцирующий текучесть, выбранный из группы, состоящей из кислот, продуцирующих полярные молекулы, их солей и ангидридов кислот, при этом твердый материал и указанный химикат присутствует в диапазоне соотношений от около 90:10 до около 10:90.The foamed well cement composition may include a particulate fluidity improver comprising a particulate solid material bearing a flow inducing chemical selected from the group consisting of acids producing polar molecules, their salts and acid anhydrides, while the solid material and said chemical is present in a range of ratios from about 90:10 to about 10:90.
Вспененная цементная композиция для скважин может включать вяжущий материал в виде мелкодисперсных частиц, дисперсность которых по Блейну составляет не менее чем около 6000 см2/грамм и размер которых не превышает 30 микрон, в количестве от около 1 до около 30 мас.% цемента.The foamed cement composition for wells may include a cementitious material in the form of fine particles, the Blaine dispersion of which is not less than about 6000 cm 2 / gram and whose size does not exceed 30 microns, in an amount of from about 1 to about 30 wt.% Cement.
Согласно изобретению создан также способ цементирования направляющей обсадной трубы в стволе скважины, имеющем температуру около 65°F или ниже на морском дне в воде на глубине свыше 1000 футов, включающий следующие стадии:The invention also provides a method for cementing a casing guide in a wellbore having a temperature of about 65 ° F or lower on the seabed in water at a depth of over 1,000 feet, comprising the steps of
приготовление вспененной цементной композиции для скважин, содержащей портландцемент, соль железа, представляющую собой хлорид железа (II) или его смесь с хлоридом железа (III) в количестве, составляющем от около 0,1 до около 10 мас.% портландцемента, и воду, выбранную из группы, состоящей из пресной воды, ненасыщенных солевых растворов и насыщенных солевых растворов, в количестве, достаточном для образования пригодной для перекачки суспензии, вспенивающую добавку в количестве, эффективном для приготовления вспененной суспензии, и газ в количестве, достаточном для вспенивания суспензии;the preparation of a foamed cement composition for wells containing Portland cement, an iron salt representing iron (II) chloride or a mixture thereof with iron (III) chloride in an amount of about 0.1 to about 10 wt.% Portland cement, and water selected from the group consisting of fresh water, unsaturated saline solutions and saturated saline solutions, in an amount sufficient to form a suspension suitable for pumping, a foaming additive in an amount effective to prepare a foamed suspension, and a gas in an amount TBE sufficient to foam the slurry;
введение суспензии в направляющую обсадную трубу, где она течет через трубу и возвращается из нижнего конца через кольцевое пространство между трубой и стволом скважины к поверхности морского дна, причем кольцевое пространство имеет температуру около 65°F или ниже;introducing the slurry into the casing guide, where it flows through the pipe and returns from the lower end through the annular space between the pipe and the wellbore to the surface of the seabed, the annular space having a temperature of about 65 ° F or lower;
удерживание суспензии в кольцевом пространстве в течение времени, достаточного для образования суспензией жесткого цементного покрытия, предотвращающего приток текучих сред в ствол скважины.holding the suspension in the annular space for a time sufficient for the suspension to form a hard cement coating that prevents the flow of fluids into the wellbore.
Время затвердевания суспензии может составлять менее 15 мин при температуре морского дна.The curing time of the suspension may be less than 15 minutes at the seabed temperature.
Вспенивающая добавка может представлять собой единую добавку для вспенивания и стабилизации суспензии, содержащую поверхностно-активное вещество на основе простого эфира этоксилированного спирта (аммониевого сульфата алкоксиполиэтиленгликоля) формулыThe blowing agent may be a single additive for foaming and stabilizing a suspension containing a surfactant based on an ethoxylated alcohol ether (ammonium alkoxypolyethylene glycol sulfate) of the formula
Н(СН2)а(ОС2Н4)bOSO3NH4 +,H (CH 2 ) a (OS 2 H 4 ) b OSO 3 NH 4 + ,
где а представляет собой целое число в интервале от около 6 до около 10 и b представляет собой целое число в интервале от около 3 до около 10, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 60 до около 64 частей (массовых),where a is an integer in the range of from about 6 to about 10 and b is an integer in the range of from about 3 to about 10, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 60 to about 64 parts (mass),
поверхностно-активное вещество на основе алкил- или алкен амидопропилбетаина формулыalkyl or alkene amidopropyl betaine surfactant of the formula
R-CONHCH2CH2CH2N+(CH3)2CH2CO2 -,R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 CH 2 CO 2 - ,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы из децила, кокоила, лаурила, цетила и олеила, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 30 до около 33 частей массовых,where R is a radical selected from the group of decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 30 to about 33 parts by weight,
и поверхностно-активное вещество на основе оксида алкил- или алкен амидопропилдиметиламина формулыand an alkyl- or alkene-amidopropyl dimethylamine surfactant of the formula
R-CONHCH2CH2CH2N+(CH3)2O-,R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 O - ,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы из децила, кокоила, лаурила, цетила и олеила, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 3 до около 10 частей массовых.where R is a radical selected from the group of decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 3 to about 10 parts by weight.
Вспененная цементная композиция для скважин может включать добавку для усиления текучести в виде частиц, содержащую твердый материал в виде частиц, несущий химикат, индуцирующий текучесть, выбранный из группы, состоящей из кислот, продуцирующих полярные молекулы, их солей и ангидридов кислот, при этом твердый материал и указанный химикат присутствует в диапазоне соотношений от около 90:10 до около 10:90.The foamed well cement composition may include a particulate fluidity improver comprising a particulate solid material bearing a flow inducing chemical selected from the group consisting of acids producing polar molecules, their salts and acid anhydrides, while the solid material and said chemical is present in a range of ratios from about 90:10 to about 10:90.
Способ по п.20, в котором вспененная цементная композиция включает вяжущий материал в виде мелкодисперсных частиц, дисперсность которых по Блейну составляет не менее чем около 6000 см2/грамм и размер которых не превышает 30 микрон, в количестве от около 1 до около 30 мас.% портландцемента.The method according to claim 20, in which the foamed cement composition includes a binder in the form of fine particles, the dispersion of which according to Blaine is not less than about 6000 cm 2 / gram and the size of which does not exceed 30 microns, in an amount of from about 1 to about 30 wt. .% Portland cement.
Согласно изобретению создан также способ цементирования подземной зоны, имеющей температуру около 65°F или ниже, включающий следующие стадии:The invention also provides a method for cementing an underground zone having a temperature of about 65 ° F or lower, comprising the following steps:
приготовление цементной композиции, содержащей гидравлический цемент, соль железа, представляющую собой хлорид железа (II) или его смесь с хлоридом железа (III) в количестве, достаточном для уменьшения времени затвердевания цементной композиции, и воду в количестве, достаточном для образования пригодной для перекачки суспензии;the preparation of a cement composition containing hydraulic cement, an iron salt representing iron (II) chloride or a mixture thereof with iron (III) chloride in an amount sufficient to reduce the curing time of the cement composition, and water in an amount sufficient to form a suspension suitable for pumping ;
размещение суспензии в подземной зоне, подлежащей цементированию, имеющей температуру около 65°F или ниже; иplacing the suspension in an underground zone to be cemented at a temperature of about 65 ° F or lower; and
осуществление затвердевания суспензии в твердую непроницаемую массу.the implementation of the solidification of the suspension in a solid impenetrable mass.
Гидравлический цемент может представлять собой портландцемент.Hydraulic cement may be Portland cement.
Указанная соль железа может присутствовать в количестве от около 0,1 до около 10 мас.% гидравлического цемента.The specified iron salt may be present in an amount of from about 0.1 to about 10 wt.% Hydraulic cement.
Вода может быть выбрана из группы, состоящей из пресной воды, ненасыщенных солевых растворов и насыщенных солевых растворов.Water may be selected from the group consisting of fresh water, unsaturated saline solutions and saturated saline solutions.
Цементная композиция может включать добавку для усиления текучести в виде частиц, содержащую твердый материал в виде частиц, несущий химикат, индуцирующий текучесть, выбранный из группы, состоящей из кислот, продуцирующих полярные молекулы, их солей и ангидридов кислот, при этом твердый материал и указанный химикат присутствует в диапазоне соотношений от около 90:10 до около 10:90.The cementitious composition may include a particulate fluidity improver comprising a particulate solid material bearing a flow inducing chemical selected from the group consisting of acids producing polar molecules, their salts and acid anhydrides, wherein the solid material and said chemical present in a range of ratios from about 90:10 to about 10:90.
Цементная композиция дополнительно может включать вяжущий материал в виде мелкодисперсных частиц, дисперсность которых по Блейну составляет не менее чем около 6000 см2/грамм и размер которых не превышает 30 микрон, в количестве от около 1 до около 30 мас.% гидравлического цемента.The cement composition may further include a binder in the form of fine particles, the Blaine dispersion of which is not less than about 6000 cm 2 / gram and whose size does not exceed 30 microns, in an amount of from about 1 to about 30 wt.% Hydraulic cement.
Далее приведено подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения.The following is a detailed description of preferred embodiments of the invention.
Усовершенствованные легковесные композиции цемента по настоящему изобретению являются пригодными для осуществления множества применений в подземных формациях, таких как процедуры заканчивания, ремонта и трещинообразования. Предпочтительная композиция цемента в соответствии с настоящим изобретением в основном содержит гидравлический цемент, соединение железа, присутствующее в количестве, достаточном для уменьшения времени затвердевания композиции цемента при температуре примерно 65°F или ниже, и количество воды, достаточное для формирования суспензии. Предпочтительные легковесные композиции цемента в основном содержат гидравлический цемент, количество соли железа, эффективное для уменьшения времени затвердевания композиции, количество воды, достаточное для формирования пригодной для перекачки суспензии, количество вспенивающей добавки, эффективное для производства вспененной суспензии, и количество газа, достаточное для вспенивания суспензии. Альтернативно, вместо вспенивания или в дополнение к вспениванию, легковесная композиция цемента может содержать любую известную легковесную добавку к цементу, например, полые сферы, доступные под торговым наименованием "SPHERELITE", Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma, которые понижают его плотность, с целью получения легковесной композиции цемента. Предпочтительные легковесные композиции по настоящему изобретению имеют плотность, меньшую, чем примерно 14 фунт/галлон.The improved lightweight cement compositions of the present invention are suitable for a variety of applications in subterranean formations, such as completion, repair, and cracking procedures. A preferred cement composition in accordance with the present invention mainly comprises hydraulic cement, an iron compound present in an amount sufficient to reduce the curing time of the cement composition at a temperature of about 65 ° F or lower, and an amount of water sufficient to form a slurry. Preferred lightweight cement compositions generally comprise hydraulic cement, an amount of iron salt effective to reduce the curing time of the composition, an amount of water sufficient to form a pumpable slurry, an amount of blowing agent effective to produce a foamed suspension, and an amount of gas sufficient to foame the slurry . Alternatively, instead of foaming or in addition to foaming, the lightweight cement composition may contain any known lightweight cement additive, for example, hollow spheres available under the trade name "SPHERELITE", Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma, which reduce its density, with the aim obtaining a lightweight cement composition. Preferred lightweight compositions of the present invention have a density of less than about 14 lbs / gallon.
Разнообразные гидравлические цементы, которые схватываются и отверждаются путем взаимодействия с водой, могут использоваться в соответствии с настоящим изобретением, включая портландцементы, пуццолановые цементы, гипсовые цементы, цементы с высоким содержанием алюминия, кварцевые цементы, сильнощелочные цементы и безклинкерные шлаковые цементы. Цементы могут иметь обычный размер частиц, или они могут иметь мелкодисперсные частицы. Портландцементы являются наиболее предпочтительными для использования в соответствии с настоящим изобретением. Портландцементы типов, определенных и описанных в технических условиях Американского Нефтяного Института для материалов и способов исследования скважинных цементов, Технические условия №10 от 1.07.1990, являются особенно пригодными для использования. Такие предпочтительные портландцементы включают в себя классы А, В, С, G и Н, при этом класс А является наиболее предпочтительным.A variety of hydraulic cements that set and solidify by reacting with water can be used in accordance with the present invention, including Portland cements, pozzolanic cements, gypsum cements, high aluminum cements, quartz cements, highly alkaline cements and clinker-free slag cements. Cements may have a normal particle size, or they may have fine particles. Portland cements are most preferred for use in accordance with the present invention. Portland cement types defined and described in the technical specifications of the American Petroleum Institute for materials and methods for the study of well cement, Technical conditions No. 10 of 1.07.1990, are particularly suitable for use. Such preferred Portland cements include classes A, B, C, G and H, with class A being most preferred.
Цементные композиции по настоящему изобретению могут включать в себя цемент с частицами мелкодисперсных или ультрамелкодисперсных размеров, например, цемент, доступный под торговым наименованием "MICRO MATRIX®", Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma. Более конкретно, к обычному гидравлическому цементу могут добавляться от примерно 1 до примерно 30 процентов (30%) массовых обычного цемента из вяжущего материала, имеющего диаметры частиц, не большие, чем примерно 30 микрон, предпочтительно, не большие, чем примерно 17 микрон, и еще более предпочтительно, не большие, чем примерно 11 микрон. Распределение частиц с различными размерами в вяжущем материале, то есть распределение размеров частиц, соответствует тому, что 90 процентов (90%) из них имеют диаметр, не больший, чем примерно 25 микрон, предпочтительно, примерно 10 микрон, а еще более предпочтительно, примерно 7 микрон. Пятьдесят процентов (50%) имеют диаметр, не больший, чем примерно 10 микрон, предпочтительно, примерно 6 микрон, а еще более предпочтительно, примерно 4 микрона, и 20 процентов (20%) частиц имеют диаметр, не больший, чем примерно 5 микрон, предпочтительно, примерно 3 микрона, и еще более предпочтительно, примерно 2 микрона.The cement compositions of the present invention may include cement with particles of fine or ultrafine sizes, for example, cement available under the trade name "MICRO MATRIX®", Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma. More specifically, from about 1 to about 30 percent (30%) by weight of conventional cementitious cementitious cement having particle diameters not greater than about 30 microns, preferably not greater than about 17 microns, can be added to conventional hydraulic cement, and even more preferably not larger than about 11 microns. The distribution of particles with different sizes in the binder, that is, the distribution of particle sizes, corresponds to the fact that 90 percent (90%) of them have a diameter of not more than about 25 microns, preferably about 10 microns, and even more preferably about 7 microns. Fifty percent (50%) have a diameter not greater than about 10 microns, preferably about 6 microns, and even more preferably about 4 microns, and 20 percent (20%) of the particles have a diameter not greater than about 5 microns preferably about 3 microns, and even more preferably about 2 microns.
Дисперсность по Блэйну вяжущего материала с частицами мелкодисперсных размеров, используемого в способах цементирования по настоящему изобретению, является не меньшей, чем примерно 6000 см2/грамм. Это значение предпочтительно является большим, чем примерно 7000, более предпочтительно, примерно 10000, и еще более предпочтительно, большим, чем примерно 13000 см2/грамм.The dispersion according to Blaine of a binder material with fine particles used in the cementing methods of the present invention is not less than about 6000 cm 2 / gram. This value is preferably greater than about 7000, more preferably about 10000, and even more preferably, greater than about 13000 cm 2 / gram.
Вяжущие материалы с частицами мелкодисперсных размеров, предпочтительные для использования по настоящему изобретению, представляют собой мелкодисперсный портландцемент и его сочетания со шлаком, где количество портландцемента, включенного в любую смесь портландцемента и шлака, используемую в способах по настоящему изобретению, может опускаться до 10 процентов (10%), но предпочтительно является не меньшим, чем примерно 40 процентов (40%), более предпочтительно, примерно 80 процентов (80%), и наиболее предпочтительно, не меньшим, чем примерно 100 процентов (100%) портландцемента от массы смеси. Вяжущий материал с частицами мелкодисперсных размеров описывается более полно в патенте США №5125455, описание которого полностью включается сюда в качестве ссылки.Fine particulate cementitious materials preferred for use in the present invention are finely divided Portland cement and its combination with slag, where the amount of Portland cement included in any mixture of Portland cement and slag used in the methods of the present invention can drop to 10 percent (10 %), but preferably is not less than about 40 percent (40%), more preferably about 80 percent (80%), and most preferably not less than about 100 p percent (100%) of Portland cement by weight of the mixture. Binder material with fine particles is described more fully in US patent No. 5125455, the description of which is fully incorporated here by reference.
Композиции по настоящему изобретению могут содержать добавки для усиления текучести, где свойства текучести одного или нескольких сухих вяжущих материалов в виде частиц улучшаются и где материалы могут легко переноситься из танков-хранилищ и тому подобное. Предпочтительная добавка для усиления текучести состоит из твердого материала в виде частиц, выбранного из группы, состоящей из преципитированной окиси кремния, цеолита, талька, диатомовой земли и фуллеровой земли, несущих на себе полярный химикат, индуцирующий текучесть, который выбирают из группы, состоящей из органических кислот, продуцирующих полярные молекулы, их солей и ангидридов кислот.The compositions of the present invention may contain flow improvers, where the flow properties of one or more dry particulate binders are improved and where materials can be easily transported from storage tanks and the like. A preferred fluidity improver consists of a particulate solid material selected from the group consisting of precipitated silica, zeolite, talc, diatomaceous earth and fuller earth, bearing a polar fluidity inducing chemical that is selected from the group consisting of organic acids producing polar molecules, their salts and acid anhydrides.
Индуцирующий текучесть полярный химикат, используемый в добавке, усиливающей текучесть, может представлять собой любой из химикатов, известных в настоящее время, который продуцирует полярные молекулы, которые взаимодействуют с вяжущими материалами и увеличивают их свойства текучести.The fluidity inducing polar chemical used in the fluidity improver can be any of the currently known chemicals that produces polar molecules that interact with binders and increase their flow properties.
Примеры химикатов, продуцирующих полярные молекулы, которые могут использоваться, включают, но не ограничиваются этим, органические кислоты, такие как алкил и/или алкен карбоновые кислоты и сульфоновые кислоты, соли указанных выше кислот, образованные вместе со слабыми основаниями и ангидридами кислот, такими как двуокись серы, двуокись углерода, трехокись серы, оксиды азота и подобные им соединения. Наиболее предпочтительный полярный химикат, индуцирующий текучесть, для использования в соответствии с настоящим изобретением представляет собой ледяную уксусную кислоту.Examples of chemicals that produce polar molecules that can be used include, but are not limited to, organic acids, such as alkyl and / or alkene carboxylic acids and sulfonic acids, salts of the above acids, formed together with weak bases and acid anhydrides such as sulfur dioxide, carbon dioxide, sulfur trioxide, nitrogen oxides and the like. The most preferred polar fluidity inducing chemical for use in accordance with the present invention is glacial acetic acid.
Массовое отношение твердого материала адсорбента к полярному химикату, индуцирующему текучесть, в добавке для усиления текучести находится в пределах от примерно 90:10 до примерно 10:90, и добавка для усиления текучести смешивается с вяжущими материалами в количестве, находящемся в пределах от примерно 0,01% до примерно 1,0% массового от вяжущих материалов. Особенно предпочтительная добавка для усиления текучести описывается в международной публикации WO 00/41981, которая заявляет приоритет заявок на патент США №09/229,245, поданной 12 января 1999 года, и 09/324,310, поданной 2 июня 1999 года. Описание этих заявок полностью включено в данное описание в качестве ссылок.The mass ratio of the solid material of the adsorbent to the polar chemical inducing fluidity in the fluidity improver is in the range of about 90:10 to about 10:90, and the fluidity enhancing agent is mixed with binder materials in an amount of about 0. 01% to about 1.0% by weight of binders. A particularly preferred flow improver is described in international publication WO 00/41981, which claims US patent application No. 09/229,245, filed January 12, 1999, and 09 / 324,310, filed June 2, 1999. The description of these applications is fully incorporated into this description by reference.
Вода в цементных суспензиях может представлять собой пресную воду или соленую воду. Термин "соленая вода" используется здесь для обозначения ненасыщенных солевых растворов и насыщенных солевых растворов, включая рассолы и морскую воду. Вода, как правило, присутствует в количестве, достаточном для получения пригодной для перекачки суспензии, более предпочтительно, в количестве, находящемся в пределах от примерно 30% до примерно 70% массовых от цемента в композиции, а еще более предпочтительно, как описывается в предпочтительных композициях по настоящему изобретению, в количестве, равном примерно 63% массовым от цемента в них.Water in cement slurries may be fresh water or salt water. The term "salt water" is used herein to mean unsaturated saline solutions and saturated saline solutions, including brines and sea water. Water is generally present in an amount sufficient to obtain a pumpable suspension, more preferably in an amount ranging from about 30% to about 70% by weight of cement in the composition, and even more preferably as described in the preferred compositions according to the present invention, in an amount equal to about 63% by weight of the cement in them.
Соединения железа, используемые в композициях по настоящему изобретению для уменьшения времени их затвердевания, предпочтительно представляют собой соли железа, выбранные из группы, состоящей из хлорида железа (III) (FeCl3), хлорида железа (II) (FeCl2) и их смесей, при этом наиболее предпочтительным является хлорид железа (III). Хотя указанные выше соли железа рассматриваются как наиболее предпочтительные, может использоваться любое соединение железа, которое эффективно уменьшает время затвердевания композиции без отрицательного воздействия на свойства композиции. Соль железа присутствует в композиции в количестве, находящемся в пределах от примерно 0,1 до примерно 10%, более предпочтительно, в количестве, находящемся в пределах от примерно 0,5% до примерно 5%, и наиболее предпочтительно, в количестве, находящемся в пределах от примерно 1% до примерно 3% массовых от цемента в ней.The iron compounds used in the compositions of the present invention to reduce their solidification time are preferably iron salts selected from the group consisting of iron (III) chloride (FeCl 3 ), iron (II) chloride (FeCl 2 ), and mixtures thereof, while iron (III) chloride is most preferred. Although the above iron salts are considered the most preferred, any iron compound that effectively reduces the curing time of the composition without adversely affecting the properties of the composition can be used. The iron salt is present in the composition in an amount in the range of from about 0.1 to about 10%, more preferably in an amount in the range of from about 0.5% to about 5%, and most preferably in an amount in ranges from about 1% to about 3% by weight of cement in it.
Термин "вспенивающая добавка" используется здесь для обозначения любого известного поверхностно-активного вещества или смеси поверхностно-активного вещества и стабилизатора, которые будут функционировать с формированием стабильной вспененной цементной суспензии. Наиболее предпочтительные вспенивающие добавки представляют собой единые универсальные добавки для вспенивания и стабилизации цементных суспензий, содержащих пресную воду или соленую воду, как описано в патенте США 6063738, описание которого полностью включается сюда в качестве ссылки. Эти вспенивающие добавки в основном состоят из поверхностно-активного вещества на основе сульфата простого эфира этоксилированного спирта формулыThe term “blowing agent” is used herein to mean any known surfactant or mixture of surfactant and stabilizer that will function to form a stable foamed cement slurry. Most preferred blowing agents are single universal additives for foaming and stabilizing cement slurries containing fresh water or salt water, as described in US Pat. No. 6,063,738, the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety. These blowing agents mainly consist of an ethoxylated alcohol ether sulfate surfactant of the formula
H(CH2)a(OC2H4)bOSO3NH4 +,H (CH 2 ) a (OC 2 H 4 ) b OSO 3 NH 4 + ,
где а представляет собой целое число в пределах от примерно 6 до примерно 10, и b представляет собой целое число в пределах от примерно 3 до примерно 10, поверхностно-активного вещества на основе алкил или алкен амидопропил бетаина, имеющего формулуwhere a is an integer in the range of from about 6 to about 10, and b is an integer in the range of from about 3 to about 10, of an alkyl or alkene amidopropyl betaine surfactant having the formula
R-CONHCH2CH2CH2N+(CH3)2CH2CO2 -,R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 CH 2 CO 2 - ,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы из децила, кокоила, лаурила, цетила и олеила, и поверхностно-активного вещества на основе оксида алкил или алкен амидопропил диметиламина, имеющего формулуwhere R represents a radical selected from the group of decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and a surfactant based on alkyl oxide or alkene amidopropyl dimethylamine having the formula
R-CONHCH2CH2CH2N+(CH3)2O-,R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 O - ,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы из децила, кокоила, лаурила, цетила и олеила. Поверхностно-активное вещество на основе сульфата простого эфира этоксилированного спирта, как правило, присутствует в добавке по настоящему изобретению в количестве, находящемся в пределах от примерно 60 до примерно 64 частей массовых. Поверхностно-активное вещество на основе алкил или алкен амидопропил бетаина, как правило, присутствует в добавке в количестве, находящемся в пределах от примерно 30 до примерно 33 частей массовых, и поверхностно-активное вещество на основе оксида алкил или алкен амидопропил диметиламина, как правило, присутствует в добавке в количестве, находящемся в пределах от примерно 3 до примерно 10 частей массовых. Добавка может находиться в виде смеси описанных выше поверхностно-активных веществ, но более предпочтительно, добавка содержит пресную воду в количестве, достаточном для растворения поверхностно-активных веществ, при этом она может легче объединяться с цементной суспензией.where R represents a radical selected from the group of decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl. An ethoxylated alcohol ether sulfate surfactant is typically present in the additive of the present invention in an amount ranging from about 60 to about 64 parts by weight. An alkyl or alkene amidopropyl betaine surfactant is typically present in the additive in an amount ranging from about 30 to about 33 parts by weight, and an alkyl or alkene amide propyl dimethyl amine surfactant is typically present in the additive in an amount ranging from about 3 to about 10 parts by weight. The additive may be in the form of a mixture of the surfactants described above, but more preferably, the additive contains fresh water in an amount sufficient to dissolve the surfactants, while it can more easily be combined with the cement slurry.
Особенно предпочтительная версия описанной выше вспенивающей добавки состоит из поверхностно-активного вещества на основе сульфата простого эфира этоксилированного спирта, в котором "а", в его формуле, представленной выше, представляет собой целое число в пределах от 6 до 10, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве примерно 63,3 части массовой, поверхностно-активное вещество на основе алкил или алкен амидопропил бетаина представляет собой кокоил-амидопропил бетаин и присутствует в добавке в количестве, равном примерно 31,7 части массовой, и поверхностно-активное вещество на основе оксида алкил или алкен амидопропил диметиламина в добавке представляет собой кокоил-амидопропил диметиламин оксид и присутствует в количестве, равном примерно 5 частям массовым. Эта предпочтительная вспенивающая добавка, как правило, включается во вспененную цементную суспензию по настоящему изобретению в количестве, находящемся в пределах от примерно 1% до примерно 4% объемных от воды в цементной суспензии перед вспениванием.A particularly preferred version of the blowing agent described above consists of an ethoxylated alcohol sulfate ether surfactant in which "a", in its formula above, is an integer ranging from 6 to 10, and a surfactant is present in the additive in an amount of about 63.3 parts by weight, the surfactant based on alkyl or alkene amidopropyl betaine is cocoyl-amidopropyl betaine and is present in the additive in an amount equal to about 31.7 parts by weight, and the alkyl or alkene amide-propyl dimethylamine surfactant in the additive is cocoyl-amidopropyl dimethylamine oxide and is present in an amount of about 5 parts by weight. This preferred blowing agent is typically included in the foamed cement slurry of the present invention in an amount ranging from about 1% to about 4% by volume of water in the cement slurry before foaming.
В дополнение к воде для растворения поверхностно-активных веществ эта добавка может содержать другие компоненты, такие как одно, или несколько веществ, понижающих температуру замерзания и точку росы, чтобы предотвратить их замерзание во время хранения или манипуляций при холодной погоде и понизить их точку росы. Предпочтительно, такие подавляющие вещества выбирают из группы из простого монобутилового эфира этиленгликоля, диэтиленгликоля, хлорида натрия, изопропилового спирта и их смесей. Используемое подавляющее вещество или подавляющие вещества, как правило, присутствуют в растворе добавки в количестве, находящемся в пределах от примерно 10% до примерно 30% массовых от раствора.In addition to water for dissolving surfactants, this additive may contain other components, such as one or more substances that lower the freezing point and dew point to prevent them from freezing during storage or handling in cold weather and lower their dew point. Preferably, such suppressants are selected from the group of ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol, sodium chloride, isopropyl alcohol, and mixtures thereof. The suppressant used or suppressants are typically present in the additive solution in an amount ranging from about 10% to about 30% by weight of the solution.
Альтернативно, может использоваться любое другое известное поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активного вещества и стабилизатора, которая будет функционировать с формированием стабильной вспененной композиции цемента.Alternatively, any other known surfactant or mixture of a surfactant and a stabilizer that will function to form a stable foam cement composition may be used.
Цементная суспензия может также содержать другие обычные добавки, хорошо известные специалисту в данной области, такие как те, которые изменяют плотность композиции, увеличивают или уменьшают прочность, контролируют потери текучей среды, понижают вязкость, увеличивают стойкость к коррозийным текучим средам, усиливают текучесть и тому подобное.The cement slurry may also contain other conventional additives well known to those skilled in the art, such as those that alter the density of the composition, increase or decrease strength, control fluid loss, lower viscosity, increase resistance to corrosive fluids, increase fluidity, and the like. .
Газ, используемый для формирования вспененных цементных суспензий по настоящему изобретению, может представлять собой любой пригодный для использования газ для получения вспененной суспензии, такой как воздух или азот, при этом азот является наиболее предпочтительным. Газ присутствует в количестве, достаточном для получения вспененной суспензии, имеющей плотность, меньшую, чем примерно 14 фунт/галлон, а более предпочтительно, в количестве, достаточном для получения вспененной суспензии, имеющей плотность в пределах от примерно 4 до менее чем примерно 14 фунт/галлон. Суспензию вспенивают путем добавления азота или другого газа к смеси цемента, текучей среды на водной основе и вспенивающей добавки. Плотность суспензии может контролироваться с помощью количества азота или газа, смешанного с суспензией. Плотность суспензии цемента будет зависеть от нескольких факторов, однако, как правило, является предпочтительным поддержание плотности на таком уровне, чтобы не превосходился градиент растрескивания формации вблизи поверхности, в которой цементируется направляющая труба. Как правило, плотность будет устанавливаться для обеспечения уровня, слегка превышающего давление в формации, но ниже градиента трещинообразования для сохранения контроля над суспензией и предотвращения притока текучей среды за время затвердевания цементной суспензии. Предпочтительно, плотность будет устанавливаться на уровне, превышающем на примерно 1 фунт/галлон плотность, необходимую для согласования с давлением формации в стволе скважины.The gas used to form the foamed cement slurries of the present invention may be any suitable gas for producing the foamed slurry, such as air or nitrogen, with nitrogen being most preferred. The gas is present in an amount sufficient to produce a foamed suspension having a density less than about 14 lbs / gallon, and more preferably, in an amount sufficient to produce a foamed suspension having a density in the range of from about 4 to less than about 14 lb / gallon. The suspension is foamed by adding nitrogen or other gas to a mixture of cement, a water-based fluid, and a foaming agent. The density of the suspension can be controlled by the amount of nitrogen or gas mixed with the suspension. The density of the cement slurry will depend on several factors, however, it is generally preferable to maintain the density at a level such that the cracking gradient of the formation near the surface on which the guide tube is cemented is not exceeded. Typically, the density will be set to provide a level slightly above the pressure in the formation, but below the cracking gradient to maintain control over the slurry and prevent the influx of fluid during the hardening of the cement slurry. Preferably, the density will be set at about 1 lb / gallon higher than the density necessary to match the formation pressure in the wellbore.
Способы по настоящему изобретению для цементирования в подземных зонах, имеющих температуры примерно 65°F или ниже, включают следующие стадии: приготовление цементной композиции, содержащей гидравлический цемент, соединение железа, присутствующее в количестве, достаточном для уменьшения времени затвердевания композиции цемента, и количество воды, достаточное для формирования пригодной для перекачки суспензии; размещение суспензии в подземной зоне, имеющей температуру примерно 65°F или ниже; и осуществление затвердевания суспензии в виде твердой непроницаемой массы. Другой способ по настоящему изобретению для цементирования подземной зоны, через которую проходит ствол скважины, включает следующие стадии: формирование облегченной цементной композиции в виде суспензии, как описано ранее; нагнетание суспензии в подземную зону, которая должна цементироваться, через ствол скважины; осуществление затвердевания суспензии в виде твердой непроницаемой массы.The methods of the present invention for cementing in subterranean zones having temperatures of about 65 ° F or lower include the steps of: preparing a cement composition comprising hydraulic cement, an iron compound present in an amount sufficient to reduce the curing time of the cement composition, and an amount of water, sufficient to form a suspension suitable for pumping; placing the suspension in an underground zone having a temperature of about 65 ° F or lower; and the implementation of the solidification of the suspension in the form of a solid impenetrable mass. Another method of the present invention for cementing a subterranean zone through which a wellbore passes includes the following steps: forming a lightweight cement slurry composition as previously described; injection of the suspension into the underground zone, which must be cemented, through the wellbore; the implementation of the solidification of the suspension in the form of a solid impenetrable mass.
Другой способ по настоящему изобретению включает следующие стадии: приготовление пригодной для перекачки облегченной цементной композиции в виде суспензии, имеющей плотность, меньшую, чем примерно 14 фунт/галлон; уменьшение времени затвердевания суспензии посредством включения эффективного количества соединения железа в композицию, для уменьшения времени ее затвердевания; размещение суспензий в подземной зоне, которая должна цементироваться; осуществление затвердевания суспензии в виде твердой непроницаемой массы. Еще один способ по настоящему изобретению включает следующие стадии: приготовление вспененной композиции для цементирования скважин, содержащей гидравлический цемент, количество воды, достаточное для формирования пригодной для перекачки суспензии, количество вспенивающей добавки, эффективное для создания вспененной суспензии, и количество газа, достаточное для получения вспененной суспензии; уменьшение времени затвердевания вспененной суспензии посредством включения эффективного количества соединения железа в композицию, для уменьшения времени ее затвердевания; размещение суспензии в подземной зоне, которая должна цементироваться; осуществление затвердевания суспензии в виде твердой непроницаемой массы. Еще один способ по настоящему изобретению для уменьшения времени затвердевания облегченной композиции для цементирования скважин, размещенной в подземной формации, включает следующие стадии: приготовление облегченной цементной композиции в виде суспензии; размещение суспензии в подземной формации, которая должна цементироваться; уменьшение времени затвердевания суспензии до меньшего, чем примерно 15 минут; осуществление затвердевания суспензии в подземной формации.Another method of the present invention includes the following steps: preparing a pumpable lightweight cement composition in the form of a slurry having a density of less than about 14 lbs / gallon; reducing the solidification time of the suspension by including an effective amount of an iron compound in the composition to reduce its solidification time; placement of suspensions in the underground zone, which should be cemented; the implementation of the solidification of the suspension in the form of a solid impenetrable mass. Another method of the present invention includes the following steps: preparing a foamed composition for cementing wells containing hydraulic cement, an amount of water sufficient to form a pumpable suspension, an amount of foaming agent effective to create a foamed suspension, and an amount of gas sufficient to produce a foamed suspensions; reducing the curing time of the foamed suspension by incorporating an effective amount of an iron compound in the composition to reduce its curing time; placement of the suspension in the underground zone, which must be cemented; the implementation of the solidification of the suspension in the form of a solid impenetrable mass. Another method of the present invention to reduce the solidification time of a lightweight well cementing composition located in a subterranean formation includes the following steps: preparing the lightweight cement composition in suspension; placement of the suspension in the underground formation, which must be cemented; reducing the curing time of the suspension to less than about 15 minutes; the implementation of the solidification of the suspension in the underground formation.
Особенно предпочтительная вспененная композиция (для цементирования скважин по настоящему изобретению, пригодная для цементирования направляющей трубы в стволе скважины, на морском дне, при глубине воды более 1000 футов, содержит гидравлический цемент, хлорид железа (III), хлорид железа (II) или их смеси, присутствующие в количестве, находящемся в пределах: от примерно 0,1 до примерно 10 процентов массовых от указанной композиции, количество воды, выбранной из группы, состоящей из пресной воды, ненасыщенных солевых растворов и насыщенных солевых растворов, достаточное для формирования пригодной для перекачки суспензии; количество вспенивающей добавки, эффективное для приготовления вспененной суспензии, где вспенивающая добавка представляет собой единую добавку для вспенивания и стабилизации суспензии, состоящую из поверхностно-активного вещества на основе сульфата простого эфира этоксилированного спирта формулыA particularly preferred foamed composition ( for cementing the wells of the present invention, suitable for cementing a guide pipe in a wellbore, on the seabed, at a water depth of more than 1000 feet, contains hydraulic cement, iron (III) chloride, iron (II) chloride, or mixtures thereof present in an amount ranging from about 0.1 to about 10 percent by weight of the composition, the amount of water selected from the group consisting of fresh water, unsaturated saline solutions and saturated salts solution, sufficient to form a pumpable slurry; foaming additive amount effective for making the foam, where the foaming additive is a single additive for foaming and stabilizing the slurry comprised of surfactant based on ethoxylated ether sulfate, an alcohol of formula
Н(СН2)а(ОС2Н4)bOSO3NH4 +,H (CH 2 ) a (OS 2 H 4 ) b OSO 3 NH 4 + ,
где а представляет собой целое число в пределах от примерно 6 до примерно 10, и b представляет собой целое число в пределах от примерно 3 до примерно 10, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве, находящемся в пределах от примерно 60 до примерно 64 частей массовых, поверхностно-активного вещества на основе алкил или алкен амидопропил бетаина, имеющего формулуwhere a is an integer ranging from about 6 to about 10, and b is an integer ranging from about 3 to about 10, and the surfactant is present in the additive in an amount ranging from about 60 to about 64 parts by weight of a surfactant based on alkyl or alkene amidopropyl betaine having the formula
R-CONHCH2CH2CH2N+(СН3)2СН2СО2 -,R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 CH 2 CO 2 - ,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы из децила, кокоила, лаурила, цетила и олеила, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве, находящемся в пределах от примерно 30 до примерно 33 частей массовых, и поверхностно-активного вещества на основе оксида алкил или алкен амидопропил диметиламина, имеющего формулуwhere R is a radical selected from the group of decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount in the range from about 30 to about 33 parts by weight, and a surfactant based alkyl oxide or alkene amidopropyl dimethylamine having the formula
R-CONHCH2CH2CH2N+(СН3)2О-,R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 O - ,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы из децила, кокоила, лаурила, цетила и олеила, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве, находящемся в пределах от примерно 3 до примерно 10 частей массовых, количество газа, достаточное для вспенивания суспензии, где вспененная суспензия имеет плотность, меньшую, чем примерно 14 фунт/галлон, и добавку для усиления текучести в виде частиц, содержащую твердый материал в виде частиц, несущих индуцирующий текучесть химикат, выбранный из группы, состоящей из кислот, продуцирующих полярные молекулы, их солей и ангидридов кислот, где твердый материал в виде частиц и химикат, индуцирующий текучесть, присутствуют в пределах от примерно 90:10 до примерно 10:90.where R is a radical selected from the group of decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount in the range of from about 3 to about 10 parts by weight, an amount of gas sufficient to foam the suspension where the foamed suspension has a density of less than about 14 lbs / gallon and a particulate fluidity improver containing a particulate solid material bearing a fluidity inducing chemical selected from the group consisting of acids, p odutsiruyuschih polar molecule, their salts and acid anhydrides, wherein the solid particulate material and a chemical inducing fluidity are present in the range of from about 90:10 to about 10:90.
Предпочтительный способ по настоящему изобретению, использующий описанную выше вспененную композицию для цементирования скважин, для цементирования направляющей трубы в стволе скважины, на морском дне, при глубине воды более 1000 футов, включает следующие стадии: приготовление вспененной цементной композиции в виде суспензии; введение суспензии в направляющую трубу, при этом она протекает сквозь трубу и возвращается из ее нижнего края через кольцевое пространство между трубой и стволом скважины, к поверхности морского дна; удерживание суспензии в кольцевом пространстве в течение времени, достаточного для обеспечения формирования из суспензии жесткой цементной оболочки, при этом предотвращая приток текучих сред в ствол скважины. Предпочтительно, композиция имеет время затвердевания в кольцевом пространстве при температурах морского дна примерно 65°F или ниже, меньшее, чем примерно 25 минут, более предпочтительно, меньшее, чем примерно 20 минут, и наиболее предпочтительно, меньшее, чем примерно 15 минут, с целью предотвращения, по существу, миграции текучей среды сквозь цементную оболочку в ствол скважины.A preferred method of the present invention, using the foamed composition for cementing wells described above, for cementing a guide pipe in a wellbore, on the seabed, with a water depth of more than 1000 feet, includes the following steps: preparing the foamed cement composition in suspension; introducing the suspension into the guide pipe, while it flows through the pipe and returns from its lower edge through the annular space between the pipe and the wellbore, to the surface of the seabed; holding the suspension in the annular space for a time sufficient to allow the formation of a rigid cement sheath from the suspension, while preventing the influx of fluids into the wellbore. Preferably, the composition has a curing time in the annular space at seabed temperatures of about 65 ° F or lower, less than about 25 minutes, more preferably less than about 20 minutes, and most preferably less than about 15 minutes, with the aim preventing substantially the migration of fluid through the cement sheath into the wellbore.
Облегченные цементные композиции по настоящему изобретению имеют уменьшенные времена затвердевания, по сравнению с обычными облегченными и вспененными цементными композициями. для содействия предотвращению притока текучих сред из формации в ствол скважины. Для дополнительной иллюстрации усовершенствованных цементных композиций и способов по настоящему изобретению ниже в таблицах 1 и 2 приводятся следующие далее примеры. Исследуемые цементные композиции по настоящему изобретению содержат портландцемент класса А, цемент с частицами мелкодисперсных размеров, морскую воду, вспенивающие добавки и различные ускоряющие добавки. Описания исследуемых образцов приведены в таблицах. Затем исследуемые образцы измеряют на время нулевого гелеобразования, время затвердевания и прочность на сжатие.Lightweight cement compositions of the present invention have reduced solidification times compared to conventional lightweight and foamed cement compositions. to help prevent fluid from flowing into the wellbore. To further illustrate the improved cement compositions and methods of the present invention, the following examples are given below in Tables 1 and 2. The tested cement compositions of the present invention contain Class A Portland cement, finely dispersed cement, seawater, foaming agents and various accelerating agents. Descriptions of the test samples are given in the tables. Then, the test samples are measured for time of zero gelation, solidification time and compressive strength.
2 - вспенивающий агент CFA-S™ от Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma.
3 - стабилизатор пены НС-2™ от Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma.1 - Micro Matrix® Cement from Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma.
2 — CFA-S ™ blowing agent from Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma.
3 - HC-2 ™ foam stabilizer from Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma.
2 - вспенивающая добавка ZoneSeal 2000™ от Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma.
3 - добавка для усиления текучести Ez-Flo™ от Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma.1 - Micro Matrix® Cement from Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma.
2 - ZoneSeal 2000 ™ foaming agent from Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma.
3 - Ez-Flo ™ Fluid Strength Supplement from Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma.
Из результатов, приведенных в таблицах 1 и 2, можно увидеть, что композиции цемента по настоящему изобретению, которые содержат соли железа, имеют уменьшенные времена затвердевания и улучшенную прочность на сжатие, что делает их очень желательными для использования при предотвращении притока текучей среды в ствол скважины, проходящей через подземную формацию.From the results shown in tables 1 and 2, it can be seen that the cement compositions of the present invention, which contain iron salts, have reduced solidification times and improved compressive strength, which makes them very desirable for use in preventing the flow of fluid into the wellbore passing through an underground formation.
Указанные выше описания конкретных композиций и способов по настоящему изобретению представлены для целей иллюстрации и описания. Они не претендуют на полноту или ограничение настоящего изобретения конкретными описанными композициями и способами и, разумеется, множество модификаций и вариаций являются возможными в свете указанной выше концепции. Варианты осуществления выбирались и описывались для наилучшего объяснения принципов настоящего изобретения и его практического применения, чтобы тем самым дать возможность другим специалистам в данной области для наилучшего использования настоящего изобретения с различными модификациями, которые соответствуют конкретному предполагаемому использованию. Предполагается, что рамки настоящего изобретения определяются посредством прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.The above descriptions of specific compositions and methods of the present invention are provided for purposes of illustration and description. They do not pretend to be exhaustive or limit the present invention to the particular compositions and methods described, and, of course, many modifications and variations are possible in light of the above concept. Embodiments have been selected and described to best explain the principles of the present invention and its practical application, thereby enabling others skilled in the art to make best use of the present invention with various modifications that are appropriate for the particular intended use. It is intended that the scope of the present invention be determined by the appended claims and their equivalents.
Claims (30)
приготовление пригодной для перекачки облегченной цементной композиции в виде суспензии, плотность которой составляет меньше чем около 14 фунтов/галлон;
уменьшение времени затвердевания суспензии путем включения в цементную композицию соли железа, представляющей собой хлорид железа (II) или его смесь с хлоридом железа (III), в количестве, эффективном для уменьшения времени ее затвердевания;
размещение суспензии в подземной зоне, подлежащей цементированию, имеющей температуру около 65°F или ниже; и
осуществление затвердевания суспензии в твердую непроницаемую массу.1. A method of cementing in an underground zone having a temperature of about 65 ° F or lower, which uses a lightweight cement composition for wells, comprising the following steps:
the preparation of a pumpable lightweight cement composition in the form of a suspension, the density of which is less than about 14 pounds / gallon;
reducing the solidification time of the suspension by including in the cement composition the iron salt, which is iron (II) chloride or a mixture thereof with iron (III) chloride, in an amount effective to reduce its solidification time;
placing the suspension in an underground zone to be cemented at a temperature of about 65 ° F or lower; and
the implementation of the solidification of the suspension in a solid impenetrable mass.
H(CH2)a(OC2H4)bOSO3NH4 +,
где а представляет собой целое число в интервале от около 6 до около 10, и b представляет собой целое число в интервале от около 3 до около 10, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 60 до около 64 мас.ч.,
поверхностно-активного вещества на основе алкил- или алкенамидопропилбетаина формулы
R-CONHCH2CH2CH2N+(CH3)2CH2CO2 -,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы: децил, кокоил, лаурил, цетил и олеил, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 30 до около 33 мас.ч.,
и поверхностно-активного вещества на основе оксида алкил- или алкенамидопропилдиметиламина формулы
R-CONHCH2CH2CH2N+(CH3)2O-,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы: децил, кокоил, лаурил, цетил и олеил, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 3 до около 10 мас.ч.6. The method according to claim 5, in which the foaming additive is a single additive for foaming and stabilizing the suspension and consists of a surfactant based on an ether of ethoxylated alcohol (ammonium sulfate alkoxypolyethylene glycol) of the formula
H (CH 2 ) a (OC 2 H 4 ) b OSO 3 NH 4 + ,
where a is an integer in the range of from about 6 to about 10, and b is an integer in the range of from about 3 to about 10, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 60 to about 64 parts by weight. ,
surfactants based on alkyl or alkenamidopropyl betaine of the formula
R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 CH 2 CO 2 - ,
where R is a radical selected from the group: decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 30 to about 33 parts by weight,
and an alkyl or alkenamidopropyl dimethylamine oxide surfactant of the formula
R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 O - ,
where R is a radical selected from the group: decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 3 to about 10 parts by weight
приготовление вспененной цементной композиции для скважин, содержащей гидравлический цемент, воду в количестве, достаточном для образования пригодной для перекачки суспензии, вспенивающую добавку в количестве, эффективном для получения вспененной суспензии, и газ в количестве, достаточном для получения вспененной суспензии;
уменьшение времени затвердевания вспененной суспензии путем включения в цементную композицию эффективного количества соли железа, представляющей собой хлорид железа (II) или его смесь с хлоридом железа (III), для уменьшения времени ее затвердевания;
размещение суспензии в подземной зоне, подлежащей цементированию, имеющей температуру около 65°F или ниже;
осуществление затвердевания суспензии в твердую непроницаемую массу.9. A method of reducing the solidification time of a foamed cement composition for wells placed in an underground zone having a temperature of about 65 ° F or lower, comprising the following steps:
preparation of a foamed cement composition for wells containing hydraulic cement, water in an amount sufficient to form a suspension suitable for pumping, a foaming additive in an amount effective to obtain a foamed suspension, and a gas in an amount sufficient to produce a foamed suspension;
reducing the curing time of the foamed suspension by including in the cement composition an effective amount of an iron salt, which is iron (II) chloride or a mixture thereof with iron (III) chloride, to reduce its curing time;
placing the suspension in an underground zone to be cemented at a temperature of about 65 ° F or lower;
the implementation of the solidification of the suspension in a solid impenetrable mass.
H(CH2)a(OC2H4)bOSO3NH4 +,
где а представляет собой целое число в интервале от около 6 до около 10, и b представляет собой целое число в интервале от около 3 до около 10, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 60 до около 64 мас.ч.,
поверхностно-активное вещество на основе алкил- или алкенамидопропилбетаина формулы
R-CONHCH2CH2CH2N+(CH3)2CH2CO2 -,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы: децил, кокоил, лаурил, цетил и олеил, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 30 до около 33 мас.ч.,
и поверхностно-активное вещество на основе оксида алкил- или алкенамидопропилдиметиламина формулы
R-CONHCH2CH2CH2N+(CH3)2O-,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы: децил, кокоил, лаурил, цетил и олеил, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 3 до около 10 мас.ч.13. The method according to item 12, in which the foaming additive is a single additive for foaming and stabilizing a suspension containing a surfactant based on an ether of ethoxylated alcohol (ammonium sulfate alkoxypolyethylene glycol) of the formula
H (CH 2 ) a (OC 2 H 4 ) b OSO 3 NH 4 + ,
where a is an integer in the range of from about 6 to about 10, and b is an integer in the range of from about 3 to about 10, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 60 to about 64 parts by weight. ,
an alkyl or alkenamidopropyl betaine surfactant of the formula
R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 CH 2 CO 2 - ,
where R is a radical selected from the group: decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 30 to about 33 parts by weight,
and a surfactant based on an alkyl or alkenamidopropyl dimethylamine oxide of the formula
R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 O - ,
where R is a radical selected from the group: decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 3 to about 10 parts by weight
приготовление вспененной цементной композиции для скважин, содержащей гидравлический цемент, воду в количестве, достаточном для образования пригодной для перекачки суспензии, вспенивающую добавку в количестве, достаточном для получения вспененной суспензии, и газ в количестве, достаточном для получения вспененной суспензии, при этом вспенивающая добавка включает единую добавку для вспенивания и стабилизации суспензии, содержащую поверхностно-активное вещество на основе простого эфира этоксилированного спирта (аммониевого сульфата алкоксиполиэтиленгликоля) формулы
H(CH2)a(OC2H4)bOSO3NH4 +,
где а представляет собой целое число в интервале от около 6 до около 10, и b представляет собой целое число в интервале от около 3 до около 10, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 60 до около 64 мас.ч.,
поверхностно-активное вещество на основе алкил- или алкенамидопропилбетаина формулы
R-CONHCH2CH2CH2N+(CH3)2CH2CO2 -,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы: децил, кокоил, лаурил, цетил и олеил, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 30 до около 33 мас.ч.,
и поверхностно-активное вещество на основе оксида алкил- или алкенамидопропилдиметиламина формулы
R-CONHCH2CH2CH2N+(CH3)2O-,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы из децила, кокоила, лаурила, цетила и олеила, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 3 до около 10 мас.ч.;
уменьшение времени затвердевания вспененной суспензии путем включения в композицию соли железа, представляющей собой хлорид железа (II) или его смесь с хлоридом железа (III);
размещение суспензии в подземной зоне, подлежащей цементированию, имеющей температуру около 65°F или ниже; и
осуществление затвердевания суспензии в твердую непроницаемую массу.16. A method of reducing the solidification time of a foamed cement composition placed in an underground zone having a temperature of about 65 ° F or lower, comprising the following steps:
preparing a foamed cement composition for wells containing hydraulic cement, water in an amount sufficient to form a suspension suitable for pumping, a foaming additive in an amount sufficient to produce a foamed suspension, and a gas in an amount sufficient to produce a foamed suspension, the foaming additive including a single additive for foaming and stabilizing the suspension containing a surfactant based on ethoxylated alcohol ether (ammonium sulfate alkoxypolyethylene glycol) of the formula
H (CH 2 ) a (OC 2 H 4 ) b OSO 3 NH 4 + ,
where a is an integer in the range of from about 6 to about 10, and b is an integer in the range of from about 3 to about 10, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 60 to about 64 parts by weight. ,
an alkyl or alkenamidopropyl betaine surfactant of the formula
R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 CH 2 CO 2 - ,
where R is a radical selected from the group: decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 30 to about 33 parts by weight,
and a surfactant based on an alkyl or alkenamidopropyl dimethylamine oxide of the formula
R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 O - ,
where R is a radical selected from the group of decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 3 to about 10 parts by weight;
reduction of the solidification time of the foamed suspension by the inclusion in the composition of the iron salt, which is iron chloride (II) or its mixture with iron chloride (III);
placing the suspension in an underground zone to be cemented at a temperature of about 65 ° F or lower; and
the implementation of the solidification of the suspension in a solid impenetrable mass.
приготовление вспененной цементной композиции для скважин, содержащей портландцемент, соль железа, представляющую собой хлорид железа (II) или его смесь с хлоридом железа (III) в количестве, составляющем от около 0,1 до около 10 мас.% портландцемента, и воду, выбранную из группы, состоящей из пресной воды, ненасыщенных солевых растворов и насыщенных солевых растворов, в количестве, достаточном для образования пригодной для перекачки суспензии, вспенивающую добавку в количестве, эффективном для приготовления вспененной суспензии, и газ в количестве, достаточном для вспенивания суспензии;
введение суспензии в направляющую обсадную трубу, где она течет через трубу и возвращается из нижнего конца через кольцевое пространство между трубой и стволом скважины к поверхности морского дна, причем кольцевое пространство имеет температуру около 65°F или ниже;
удерживание суспензии в кольцевом пространстве в течение времени, достаточного для образования суспензией жесткого цементного покрытия, предотвращающего приток текучих сред в ствол скважины.20. A method of cementing a casing guide in a wellbore having a temperature of about 65 ° F or lower on the seabed in water at a depth of over 1,000 feet, comprising the steps of:
the preparation of a foamed cement composition for wells containing Portland cement, an iron salt representing iron (II) chloride or a mixture thereof with iron (III) chloride in an amount of about 0.1 to about 10 wt.% Portland cement, and water selected from the group consisting of fresh water, unsaturated saline solutions and saturated saline solutions, in an amount sufficient to form a suspension suitable for pumping, a foaming additive in an amount effective to prepare a foamed suspension, and a gas in an amount TBE sufficient to foam the slurry;
introducing the slurry into the casing guide, where it flows through the pipe and returns from the lower end through the annular space between the pipe and the wellbore to the surface of the seabed, the annular space having a temperature of about 65 ° F or lower;
holding the suspension in the annular space for a time sufficient for the suspension to form a hard cement coating that prevents the flow of fluids into the wellbore.
H(CH2)a(OC2H4)bOSO3NH4 +,
где а представляет собой целое число в интервале от около 6 до около 10, и b представляет собой целое число в интервале от около 3 до около 10, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 60 до около 64 мас.ч.,
поверхностно-активное вещество на основе алкил- или алкенамидопропилбетаина формулы
R-CONHCH2CH2CH2N+(CH3)2CH2CO2 -,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы из децила, кокоила, лаурила, цетила и олеила, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 30 до около 33 мас.ч.,
и поверхностно-активное вещество на основе оксида алкил- или алкенамидопропилдиметиламина формулы
R-CONHCH2CH2CH2N+(CH3)2O-,
где R представляет собой радикал, выбранный из группы: децил, кокоил, лаурил, цетил и олеил, и поверхностно-активное вещество присутствует в добавке в количестве от около 3 до около 10 мас.ч.22. The method according to claim 20, in which the foaming additive is a single additive for foaming and stabilizing the suspension, containing a surfactant based on an ether of ethoxylated alcohol (ammonium sulfate alkoxypolyethylene glycol) of the formula
H (CH 2 ) a (OC 2 H 4 ) b OSO 3 NH 4 + ,
where a is an integer in the range of from about 6 to about 10, and b is an integer in the range of from about 3 to about 10, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 60 to about 64 parts by weight. ,
an alkyl or alkenamidopropyl betaine surfactant of the formula
R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 CH 2 CO 2 - ,
where R is a radical selected from the group of decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 30 to about 33 parts by weight,
and a surfactant based on an alkyl or alkenamidopropyl dimethylamine oxide of the formula
R-CONHCH 2 CH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 2 O - ,
where R is a radical selected from the group: decyl, cocoyl, lauryl, cetyl and oleyl, and the surfactant is present in the additive in an amount of from about 3 to about 10 parts by weight
приготовление цементной композиции, содержащей гидравлический цемент, соль железа, представляющую собой хлорид железа (II) или его смесь с хлоридом железа (III) в количестве, достаточном для уменьшения времени затвердевания цементной композиции и воду в количестве, достаточном для образования пригодной для перекачки суспензии;
размещение суспензии в подземной зоне, подлежащей цементированию, имеющей температуру около 65°F или ниже; и
осуществление затвердевания суспензии в твердую непроницаемую массу.25. A method of cementing an underground zone having a temperature of about 65 ° F or lower, comprising the following steps:
the preparation of a cement composition containing hydraulic cement, an iron salt representing iron (II) chloride or a mixture thereof with iron (III) chloride in an amount sufficient to reduce the curing time of the cement composition and water in an amount sufficient to form a suspension suitable for pumping;
placing the suspension in an underground zone to be cemented at a temperature of about 65 ° F or lower; and
the implementation of the solidification of the suspension in a solid impenetrable mass.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005101355/03A RU2351745C2 (en) | 2002-06-21 | 2002-06-21 | Compositions and methods for well cementing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005101355/03A RU2351745C2 (en) | 2002-06-21 | 2002-06-21 | Compositions and methods for well cementing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005101355A RU2005101355A (en) | 2005-06-20 |
| RU2351745C2 true RU2351745C2 (en) | 2009-04-10 |
Family
ID=35835645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005101355/03A RU2351745C2 (en) | 2002-06-21 | 2002-06-21 | Compositions and methods for well cementing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2351745C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2578698C2 (en) * | 2010-12-21 | 2016-03-27 | Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. | Methods of cementation in underground reservoir with use of cement composition containing seed crystals of hydrated calcium silicate |
| US9683161B2 (en) | 2010-08-17 | 2017-06-20 | Schlumberger Technology Corporation | Self-repairing cements |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7395860B2 (en) * | 2005-09-09 | 2008-07-08 | Halliburton Energy Services, Inc. | Methods of using foamed settable compositions comprising cement kiln dust |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6244343B1 (en) * | 2000-03-09 | 2001-06-12 | Halliburton Energy Services, Inc. | Cementing in deep water offshore wells |
-
2002
- 2002-06-21 RU RU2005101355/03A patent/RU2351745C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6244343B1 (en) * | 2000-03-09 | 2001-06-12 | Halliburton Energy Services, Inc. | Cementing in deep water offshore wells |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ДАНЮШЕВСКИЙ B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987, с.10. БУТТ Ю.М. Технология цемента и других вяжущих материалов. - М.: Стройиздат, 1976, с.4-5. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9683161B2 (en) | 2010-08-17 | 2017-06-20 | Schlumberger Technology Corporation | Self-repairing cements |
| US10457848B2 (en) | 2010-08-17 | 2019-10-29 | Schlumberger Technology Corporation | Self-repairing cements |
| RU2578698C2 (en) * | 2010-12-21 | 2016-03-27 | Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. | Methods of cementation in underground reservoir with use of cement composition containing seed crystals of hydrated calcium silicate |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005101355A (en) | 2005-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6457524B1 (en) | Well cementing compositions and methods | |
| US7445670B2 (en) | Foamed cement compositions and associated methods of use | |
| CA2413311C (en) | Methods, well cement compositions and lightweight additives therefor | |
| US7789149B2 (en) | Methods of servicing wellbore with composition comprising ultra low density thermatek® slurries | |
| US6979366B2 (en) | Methods of cementing pipe in well bores and low density cement compositions therefor | |
| AU2021270602B2 (en) | A wellbore servicing fluid and methods of making and using same | |
| US8360150B2 (en) | Cement composition containing a substituted ethoxylated phenol surfactant for use in an oil-contaminated well | |
| JPH11157908A (en) | Lightweight cement composition for high-temperature well and cementing | |
| EP1238952A1 (en) | Well cement composition for deep water offshore wells | |
| RU2351745C2 (en) | Compositions and methods for well cementing | |
| AU2002345750B2 (en) | Well cementing compositions and methods | |
| US20150090451A1 (en) | Compositions and Methods for Cementing Wells | |
| NZ537815A (en) | Well cementing compositions and methods | |
| WO2006018598A2 (en) | Stable and biodegradable foamed cement slurries, additives and methods | |
| US7861782B2 (en) | Foamed cement compositions, additives, and associated methods | |
| RU2634129C2 (en) | Decreasing impurity of cement compositions with slow shinding containing pemous and sulfur lime |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100622 |