Добавка к цементу с двойной функцией
Формула / Реферат
1. Способ регулирования схватывания раствора для цементирования скважин, включающий добавление одного или более силикатов или окиси кремния и замедлителя схватывания в раствор для цементирования скважин, количество силиката или окиси кремния, добавляемое к раствору, является достаточным для усиления замедляющего воздействия замедлителя схватывания в условиях нижней части скважины по сравнению с замедляющим воздействием одного лишь замедлителя схватывания и является также достаточным для ускорения схватывания цемента в условиях вблизи поверхности по сравнению со схватыванием цемента, содержащего замедлитель схватывания, отличающийся тем, что добавление окиси кремния или силикатов делает возможным использование меньшего количества замедлителя схватывания, чем то, которое использовалось бы само по себе, для данного замедляющего воздействия при той температуре в нижней части скважины, при которой он используется, причем силикат включает силикат щелочного металла общей формулы (SiO2)x(М2О), в котором М представляет собой щелочной металл в котором массовое отношение SiO2:M2O больше чем 1.
2. Способ по п.1, в котором температура в нижней части скважины больше чем 90°С.
3. Способ по п.2, в котором температура в нижней части скважины больше чем 100°С.
4. Способ по п.3, в котором температура в нижней части скважины находится в пределах между 120 и 180°С.
5. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором температура в верхней части скважины является меньшей чем 90°С.
6. Способ по п.5, в котором температура в верхней части скважины является меньшей чем 80°С.
7. Способ по п.6, в котором температура в верхней части скважины находится в области 40°С.
8. Способ по любому из предыдущих пунктов, включающий добавление к раствору коллоидной окиси кремния, имеющей размер частиц меньший чем 100 нм.
9. Способ по п.1, в котором молярное отношение SiO2:М2О находится в пределах 1,68-3,37.
10. Способ по п.1, в котором силикаты включают силикаты натрия с массовыми отношениями SiO2:Na2O в пределах 1,5-4 или силикаты калия с массовыми отношениями SiO2:K2O в пределах 1-2,65.
11. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором окись кремния или силикаты находятся в жидкой форме и используются в количествах 1,5-20 л/т цемента.
12. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором замедлитель схватывания включает глюконат натрия, глюкогептонат кальция, оксикарбоновые кислоты, смеси оксикарбоновых кислот и лигносульфонатов, смеси оксикарбоновых кислот и лигнинаминовых производных, неочищенные и очищенные лигносульфонаты.
13. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором замедлитель схватывания и окись кремния или силикат предварительно смешивают перед добавлением в цементный раствор.
14. Способ по любому из пп.1-12, в котором замедлитель схватывания и окись кремния или силикат добавляют к цементному раствору по отдельности.
15. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором цемент в растворе включает цементы для нефтяных скважин, строительные цементы, обыкновенные портланд-цементы или портланд-цементы, смешанные с пуццолановыми материалами, золой, доменным шлаком или кальцинированной глиной.
16. Замедлитель схватывания для использования в растворах для цементирования скважин, содержащий смесь замедлителя схватывания и одного или более силикатов или окиси кремния, относительные количества замедлителя схватывания и силикатов или окиси кремния являются такими, что замедляющее воздействие замедлителя схватывания увеличивается в условиях нижней части скважины по сравнению с замедляющим воздействием одного лишь замедлителя схватывания и схватывание цемента в условиях вблизи поверхности ускоряется по сравнению со схватыванием цемента, содержащего замедлитель схватывания, отличающийся тем, что добавление окиси кремния или силикатов делает возможным использование меньшего количества замедлителя схватывания, чем в случае, когда он используется сам по себе, для данного замедляющего воздействия при температуре нижней части скважины, где он используется, причем силикат включает силикат щелочного металла общей формулы (SiO2)x(M2O), в котором М представляет собой щелочной металл, в котором массовое отношение SiO2:M2O больше чем 1.
17. Замедлитель схватывания по п.16, в котором окись кремния включает коллоидную окись кремния, имеющую размер частиц, меньший чем 100 нм.
18. Замедлитель схватывания по п.16, в котором молярное отношение SiO2:M2O находится в пределах 1,68-3,37.
19. Замедлитель схватывания по п.16, в котором силикат включает силикат натрия с массовым отношением SiO2:Na2O в пределах 1,5-4 (молярное отношение 1,55-4,12) или силикат калия с массовым отношением SiO2:K2O в пределах 1-2,65 (молярное отношение 1,56-4,14).
20. Замедлитель схватывания по любому из пп.16-19, включающий глюконат натрия, глюкогептонат кальция, оксикарбоновые кислоты, смеси оксикарбоновых кислот и лигносульфонатов, смеси оксикарбоновых кислот и лигнинаминовых производных, неочищенные и очищенные лигносульфонаты.
21. Замедлитель схватывания по п.20, в котором замедлитель схватывания включает глюконат натрия и силикат включает силикат натрия с массовым отношением SiO2:Na2O примерно 3,27.
22. Замедлитель схватывания по п.21, содержащий 7,6 мас.% глюконата натрия, 28,7 мас.% силиката натрия и 63,7 мас.% воды.
Текст
013603 Настоящее изобретение относится к использованию добавок в цементных растворах и, в частности,к использованию таких добавок в растворах и операциях цементирования скважин. Цементные растворы для использования при операциях цементирования нефтяных скважин, как правило, основываются на портландцементе в качестве гидравлического связующего. Схватывание такого цемента, известное как гидратирование, представляет собой химическую реакцию между водой, присутствующей в суспензии, и материалом цемента, реакция вызывает сначала гелеобразование в суспензии, а затем по прохождении времени схватывание в виде твердого материала. При использовании нагнетаемая суспензия цемента, воды и других твердых и/или жидких добавок приготавливается на поверхности. Является особенно трудным замедление гидратирования портландцементов при повышенных температурах, и разработаны мощные замедлители схватывания. Однако они могут привести к непредсказуемым результатам, поскольку время загустевания цементного раствора и время, при котором начинает развиваться прочность цемента на сжатие, являются очень чувствительными к концентрации замедлителя схватывания. Кроме того, верхний предел температуры этих замедлителей схватывания иногда является слишком низким для цементирования высокотемпературных скважин. Таким образом, часто требуется добавление усилителя замедлителя схватывания. В качестве эффективных "усилителей замедлителя схватывания" известны соли бората натрия (например, бура) и борная кислота. Однако эти химикалии не всегда являются совместимыми с некоторыми другими высокотемпературными добавками и по этой причине могут ослабить контроль потери текучей среды и реологии цементных растворов. Известно, что силикаты натрия ускоряют гидратирование портландцементов при низкой температуре. Также они являются эффективными химическими активаторами для гидравлических связующих на основе доменных шлаков. При работе на нефтяных полях они используются в основном в буровых растворах, а также как "наполнитель" для цементных растворов. Наполнитель делает возможным увеличение количества воды, которое может добавляться к цементу для уменьшения плотности раствора без создания проблем с выпадением осадка. Цементные растворы с наполнителями из силикатов натрия являются особенно сложными для замедления схватывания, и, как правило, требуется использование мощных замедлителей схватывания. Использование замедлителей схватывания может доставить определенные сложности при работе,как рассматривается выше. Например, могут возникать проблемы совместимости между замедлителями схватывания и другими компонентами цементных растворов, замедлитель схватывания может вызывать избыточное замедление при схватывании на поверхности, поведение замедлителей схватывания может быть непредсказуемым при высоких концентрациях и поведение замедлителей схватывания может быть непредсказуемым при высоких температурах. Патент Франции FR 2667058 описывает использование силикатов в цементных растворах с замедлителями схватывания при применениях при надставке (т.е. когда желательно, чтобы цементная оболочка простиралась по всему пути от нижней части скважины до поверхности). При этом применении глюкогептонатный замедлитель схватывания используется для замедления схватывания цемента при условиях более высоких температур в нижней части скважины, и относительно большие количества(17,75 л/тонна цемента) силиката натрия включаются в раствор для приведения его в состояние, близкое к схватыванию на поверхности, которая находится при гораздо более низкой температуре. Другая проблема, которая регулярно встречается при цементировании скважин, заключается в разбросе реакционной способности цемента. Реакционная способность цемента будет определять, насколько быстро цемент будет схватываться. Чтобы помочь при выборе цемента для конкретных конструкций,установлен ряд классификаций цемента, которые показывают общий уровень реакционной способности цемента и его пригодность для определенных применений при цементировании скважин. Одна из таких классификаций представляет собой классификацию American Petroleum Institute (API - Американский институт нефти), которая предусматривает классификации А-Н для цементов, пригодных для цементирования скважин. Однако цементы, удовлетворяющие таким классификациям, часто являются относительно дорогостоящими. Строительные цементы часто дешевле и более доступны во многих частях света, чем цементы API. Однако разброс их реакционной способности и ненадежное поведение делают их использование в применениях при цементировании скважин рискованным, поскольку часто имеется вероятность того, что раствор будет схватываться слишком быстро или вообще не будет схватываться. Если принять во внимание также эффекты температуры в нижней и верхней части скважины и ненадежную природу воздействий добавок, таких как замедлители схватывания, использование таких цементов, хотя и является экономически желательным, рассматривается как связанное с неприемлемым риском. В настоящее время нет легко осуществляемых путей для регулирования свойств оседания таких цементов,для того чтобы получить возможность сделать их полезными для применений при цементировании скважин. Задачей настоящего изобретения является создание способов и композиций для замедления схватывания цемента, которые решают некоторые из проблем, указанных выше, или всех их.-1 013603 Настоящее изобретение основывается на использовании силиката в качестве усилителя замедлителя схватывания при соответствующих уровнях, для усиления замедляющего воздействия замедлителей схватывания при высоких температурах, встречающихся в нижней части скважины, в то же время ускоряя схватывание цемента при более низких температурах, встречающихся вблизи поверхности. Один из аспектов настоящего изобретения основывается на добавлении одного или нескольких силикатов или окиси кремния в раствор для цементирования скважин, содержащий замедлитель схватывания, отличающийся тем, что количество силиката или окиси кремния, добавляемое к суспензии, является достаточным для усиления замедляющего воздействия замедлителя схватывания при условиях нижней части скважины по сравнению с замедляющим воздействием одного лишь замедлителя схватывания и также является достаточным для ускорения схватывания цемента при условиях вблизи поверхности по сравнению со схватыванием цемента, содержащего замедлитель схватывания. Другой аспект настоящего изобретения предусматривает усовершенствованный замедлитель схватывания для использования в растворах для цементирования скважин, содержащий смесь замедлителя схватывания и одного или нескольких силикатов или окиси кремния, отличающийся тем, что относительные количества замедлителя схватывания и силикатов или окиси кремния являются такими, что замедляющее воздействие замедлителя схватывания при условиях нижней части скважины усиливается по сравнению с замедляющим воздействием одного лишь замедлителя схватывания и схватывание цемента при условиях вблизи поверхности ускоряется по сравнению со схватыванием цемента, содержащего замедлитель схватывания. Окись кремния или силикаты действуют в качестве усилителя замедлителя схватывания при высоких температурах в нижней части скважины, а это означает, что необходимо меньше замедлителя схватывания, таким образом, устраняются сложности, связанные с использованием высоких концентраций замедлителя схватывания, обсуждавшиеся выше. При более низких температурах в верхней части скважины или на поверхности окись кремния или силикаты действуют в качестве ускорителя схватывания,устраняя эффект присутствия замедлителя схватывания и делая возможным схватывание на поверхности за разумное время. Способность к контролю обоих аспектов схватывания означает, что конкретная природа используемого цемента является менее критичной, поскольку возможно ее регулировать с помощью замедлителей схватывания, не встречая проблем, указанных выше. Настоящее изобретение является особенно применимым к скважинам, в которых температура в нижней части скважины превышает 90 С, более конкретно является более чем 100 С и, возможно, превышает 120 С, примерно до 180 С. Температура поверхности (в верхней части цементной колонны или в верхней части скважины) может быть менее чем 90 С, как правило, менее чем 80 С и менее чем 40 С. Когда в качестве усилителя замедлителя схватывания используется окись кремния, предпочтительной является коллоидная окись кремния, имеющая размер частиц менее чем 100 нм. Особенно предпочтительные силикаты для использования в настоящем изобретении представляют собой силикаты щелочных металлов общей формулы (SiO2)x(M2O), где М представляет собой Na, K и т.п. Предпочтительно массовое отношение SiO2:M2O является более чем 1, а более предпочтительно попадает в пределы 1,63-3,27. Например, особенно предпочтительными являются силикаты натрия с массовыми отношениями SiO2:Na2O в пределах 1,5-4 (молярные отношения 1,55-4,12) и силикаты калия с массовыми отношениями SiO2:K2O в пределах 1-2,65 (молярные отношения 1,56-4,14). Когда окись кремния или силикаты находятся в жидкой форме, предпочтительным является, чтобы они использовались в количествах 1,5-20 л/т цемента. Замедлители схватывания, которые могут использоваться вместе с настоящим изобретением, включают замедлители схватывания, такие как глюконат натрия, глюкогептонат кальция и смеси оксикарбоновых кислот и лигносульфонатов, неочищенные и очищенные лигносульфонаты и смеси оксикарбоновых кислот и лигнинаминовых производных. Эти замедлители схватывания могут находиться в твердой или жидкой форме, соответственно. При использовании замедлитель схватывания и силикатный замедлитель-усилитель схватывания могут предварительно смешиваться перед добавлением к цементному раствору. Альтернативно, замедлитель схватывания и силикатный усилитель могут добавляться к цементному раствору по отдельности. Другие добавки могут включаться в цементный раствор обычным образом. Один из особенно предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения предусматривает усовершенствованный замедлитель схватывания, содержащий смесь глюконата натрия и силиката натрия (массовое отношение SiO2:Na2O составляет 3,27). Такой замедлитель схватывания является гораздо менее чувствительным к температуре, чем замедлители схватывания, известные из уровня техники. Один из конкретных вариантов осуществления этого замедлителя схватывания содержит 7,6 мас.% глюконата натрия, 28,7 мас.% силиката натрия и 63,7 мас.% воды. Эти пропорции должны устанавливаться в соответствии с типом замедлителя схватывания и силиката, используемого для желаемого воздействия. Настоящее изобретение может использоваться вместе с обычными цементами для нефтяных полей на основе портландцемента. Оно также имеет применение к цементам, которые традиционно рассматривались как непригодные для целей цементирования скважин (например, Ordinary Portland Cement (ОРС),-2 013603ASTM Type II, или что-либо подобное), из-за их непредсказуемых или ненадежных свойств в условиях скважин. Настоящее изобретение применимо к большинству ОРС (ASTM Туре I=V), а также к портландцементам, смешанным с пуццолановыми материалами, такими как зола, доменный шлак или кальцинированная глина (например, метакаолин). Настоящее изобретение описывается ниже в определенных примерах со ссылками на прилагаемые чертежи, в которых: фиг. 1 демонстрирует кривые калориметрии при 80 и 100 С для растворов, содержащих замедлитель схватывания D с силикатом А и без него; фиг. 2 демонстрирует кривые калориметрии для растворов, содержащих замедлитель схватывания А, и различные количества наночастиц окиси кремния и фиг. 3 демонстрирует сравнительный график чувствительности к температуре для обычного замедлителя схватывания и замедлителя схватывания в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения. Параметры силикатов щелочных металлов, суспензии наночастиц окиси кремния и замедлителей схватывания цемента, используемых в этих примерах, приведены в табл. 1 и 2. Концентрация добавок приводится в мас.% цемента (% BWOC) - для твердых продуктов и в л/т цемента - для жидкостей. Цементные растворы смешиваются в соответствии с процедурой API в течение 35 с в смесителе Waring,вращающемся при 12000 об/мин. Цементные растворы готовят с помощью водопроводной воды плотностью 1,89 кг/л. Их помещают в высокотемпературный консистометр высокого давления и исследуют при указанных температурах и давлениях в соответствии с процедурами, описанными в API RP10BRecommended Practices, для оценки времени загустевания. Таблица 1 Параметры силикатов щелочных металлов и наночастиц окиси кремния Раствор метасиликата натрия (Na2SiO3) при 30 мас.%. Раствор метасиликата натрия при 40 мас.%. Воздействие силиката натрия А на время загустевания различных цементных растворов (основной цементный раствор содержит цемент API Class G, тип Black label, от Dyckerhoff Zementwerke; мелкодисперсный порошок окиси кремния, 35% BWOC; антивспенивающий агент, 2,66 л/т; агент против оседания, 0,2% BWOC. Плотность раствора 1,89 кг/л предназначается для высокотемпературных применений(120 и 150 С) и используется в качестве основы для всех примеров ниже, если не указано иного, показано в табл. 3. Таблица 3 Воздействие силиката A на время загустевания с различными замедлителями схватывания Отмечено, что добавление силиката А значительно увеличивает время загустевания. Замедляющее воздействие является затруднительным, когда схватывание цементных растворов замедляется с помощью замедлителя схватывания А. Данные табл. 4 показывают, что время загустевания увеличивается, когда увеличивается концентрация силиката А, для такой же основной композиции раствора, как выше.-4 013603 Таблица 4 Воздействие концентрации силиката А на время загустевания Температура схватывания, при которой силикат А действует в качестве усилителя замедлителя, определяется по данным, приведенным в табл. 5. Таблица 5 Воздействие силиката А на время загустевания при различных температурах Для этих экспериментов используется замедлитель схватывания А. Ожидаемое ускоряющее воздействие силиката А ясно видно при 40 С; время загустевания уменьшается вместе с увеличением концентрации силиката - силикат А действует в качестве ускорителя при этой температуре. При температуре 100 и 130 С время загустевания заметно увеличивается при увеличении концентрации силиката. Из этих результатов ясно, что силикат натрия А ведет себя как замедлитель-усилитель схватывания при температурах примерно выше 90 С. Силикат натрия А исследуют вместе с различными замедлителями схватывания, которые могут использоваться при операциях цементирования скважин. Гидратирование портландцементов представляет собой экзотермический процесс, и по этой причине кинетика их гидратирования может отслеживаться с использованием изотермического кондуктивного калориметра. Калориметр нагревается до температуры исследований (80 или 100 С) со скоростью нагрева 2 С/мин. Некоторые типичные термограммы, полученные с помощью замедлителя схватывания D, представлены на фиг. 1. Время, при котором достигается максимум пика теплового потока, приведено в табл. 6.-5 013603 Таблица 6 Воздействие различных замедлителей схватывания при температуре 80 и 100 С Время достижения максимума пика теплового потока на калориметрических кривых Когда используется замедлитель схватывания, это время уменьшается при добавлении 4,44 л/т силиката А к цементным растворам, исследуемым при 80 С. В этом случае силикат ведет себя как ускоритель. При 100 С ускоряющее или замедляющее воздействие силиката А зависит от химического состава замедлителя схватывания. Замедляющее воздействие отмечается для замедлителей схватывания A, D, Е,F и G, в то время как ускоряющее воздействие наблюдается для замедлителей схватывания Н, I и J. Эти три замедлителя схватывания содержат органофосфонат. Силикат А действует в качестве усилителя замедлителя схватывания при 100 С, когда он используется в сочетании с замедлителями схватывания,перекрывающими широкий диапазон химических составов. Силикаты натрия с различными отношениями SiO2:Na2O исследуют при 100 С в присутствии 0,14%BWOC замедлителя схватывания А. Исследуют силикат калия, а также суспензию наночастиц коллоидной окиси кремния. Концентрацию этих продуктов выбирают для обеспечения эквивалента 0,18% BWOC окиси кремния (SiO2). Данные калориметрического анализа приведены в табл. 7.-6 013603 Таблица 7 Влияние различных силикатов (или наночастиц окиси кремния) при 100 С Время достижения максимума пика теплового потока на калориметрических кривых (фиг. 2). Замедляющее воздействие силикатов натрия, видимо, зависит от их массового отношенияSiO2:Na2O. Наибольшее воздействие наблюдается, когда отношение равно 1,99 и выше. Значительное замедляющее воздействие по-прежнему получается для силиката, имеющего отношение 1,63. Силикат калия (массовое отношение 2,14 и молярное отношение 3,34) демонстрирует сильное замедляющее воздействие, сравнимое с тем, которое получается для силикатов натрия с высоким отношением. Суспензия наночастиц окиси кремния (5,06 л/т дает 0,18% BWOC окиси кремния) замедляет схватывание цемента. Фиг. 2 демонстрирует, что профиль гидратирования цемента изменяется в этом случае при медленном увеличении теплового потока до достижения максимума пика. Продукты сравниваются также при 120 С посредством измерения времени загустевания цементных растворов, схватывание которых замедляется с помощью 0,14% BWOC замедлителя схватывания А. Концентрация силикатов выбирается для получения эквивалента 0,40% BWOC окиси кремния. Результаты приведены в табл. 8. Таблица 8 Влияние силиката (или наночастиц окиси кремния) на время загустевания при 120 С,давлении 16100 фунт/кв.дюйм Эти данные подтверждают, что силикаты натрия с отношением SiO2:Na2O 1,63 и выше действуют как эффективные замедлители усилителей схватывания. Исследуемый силикат калия также дает длительное время загустевания. Суспензия наночастиц окиси кремния также дает замедление схватывания. Один из особенно предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения содержит усовершенствованный замедлитель схватывания, содержащий смесь глюконата натрия и силиката натрия(массовое отношение SiO2:Na2O составляет 3,27). Высокая чувствительность к температуре у обычного среднетемпературного замедлителя схватывания (такого как замедлитель схватывания I в табл. 2) обозначается на графике фиг. 3 как . Отмечается, что концентрация замедлителя схватывания, необходимая для получения времени загустевания 6 ч, увеличивается экспоненциально с увеличением температуры. Эти данные могут сравниваться с данными, полученными с помощью усовершенствованного замедлителя схватывания по настоящему изобретению, обозначенными на графике фиг. 3 как(далее "замедлитель схватывания K"),на основе смеси глюконата натрия и силиката натрия (массовое отношение SiO2:Na2O составляет 3,27). Отношение глюконата к силикату оптимизируется для понижения чувствительности смеси замедлителей схватывания к температуре. Для этого примера замедлитель схватывания K содержит 7,6 мас.% глюконата натрия, 28,7 мас.% силиката натрия и 63,7 мас.% воды. Можно увидеть, что между 60 и 100 С концентрация замедлителя схватывания K должна увеличиться только на 21%, в то время как для замедлителя схватывания I она должна увеличиться на 570%.-7 013603 Рабочие характеристики замедлителя схватывания K сравниваются с характеристиками двух обычных среднетемпературных замедлителей схватывания (I и G в табл. 2), когда моделируется длинная цементная колонна, где температура верхней части цемента на 40 С ниже температуры циркуляции в нижней части скважины (ВНСТ). Формулируются цементные растворы при ВНСТ 80 С и 100 С, нацеленные на время загустевания 5-7 ч. Время схватывания определяют при ВНСТ минус 40 С с использованием кондуктивной калориметрии. Данные приводятся в табл. 9. Таблица 9 Сравнение рабочих характеристик усовершенствованного замедлителя схватывания K и двух обычных среднетемпературных замедлителей схватывания I и G Можно сделать следующие наблюдения. Замедлитель схватывания K: концентрация должна увеличиться только на 6%, когда ВНСТ увеличивается от 80 до 100 С. Цемент в верхней части колонны начинает схватываться в пределах разумных периодов времени (менее чем 1 день). Замедлитель схватывания I: концентрация должна увеличиться на 80%, когда ВНСТ увеличивается от 80 до 100 С. По сравнению с замедлителем схватывания K, время схватывания увеличивается в особенности для раствора, приготавливаемого при ВНСТ 100 С. Замедлитель схватывания G: этот замедлитель схватывания является наиболее чувствительным к температуре, поскольку его концентрация должна увеличиться на 215%, когда ВНСТ увеличивается от 80 до 100 С. Как следствие, время схватывания при 60 С драматически замедляется, когда раствор готовят для ВНСТ 100 С. Более короткое время схватывания цементных растворов, схватывание которых замедляется с помощью замедлителя схватывания K, может относиться к следующим случаям. Как при 40 С, так и при 60 С присутствие силиката натрия ускоряет гидратирование цемента,уменьшая его время схватывания. Сверхзамедление растворов, содержащих замедлитель схватывания I или G, когда они исследуются при 60 С, благодаря высокой концентрации замедлителя схватывания, необходимой для обеспечения соответствующего времени загустевания при 100 С. Рабочие характеристики замедлителя схватывания K сравнивают с характеристиками высокотемпературного замедлителя схватывания D. В этом случае цементные растворы готовят для ВНСТ 120 С и время схватывания определяют при 40, 60 и 80 С. Результаты представлены в табл. 10.-8 013603 Таблица 10 Сравнение рабочих характеристик усовершенствованного замедлителя схватывания K и обычного высокотемпературного замедлителя схватывания D Величины времени загустевания являются абсолютно сходными, делая возможным удовлетворительное сравнение между двумя замедлителями схватывания. Цементный раствор с замедлителем схватывания D не схватывается через 204 и через 350 ч, когда отверждается при 80 и 60 С соответственно. Эту систему не исследуют при 40 С, поскольку ожидается слишком большее время схватывания. Время схватывания цементного раствора, схватывание которого замедляется с помощью замедлителя схватывания K, гораздо короче при 80C (90 ч) и значительно сокращается при понижении температуры; 55 ч при 60 С и только 28 ч при 40 С. Эти результаты ясно показывают, что ускоряющее воздействие силиката натрия противодействует замедляющему воздействию глюконата натрия при низкой температуре. В табл. 11 и 12 перечислены результаты по времени загустевания (ч:мин), полученные с помощью загрузок строительного цемента (OPC ASTM Туре II), с использованием замедлителя схватывания К при различных условиях. В каждом случае исследуемый раствор представляет собой исходный раствор с плотностью 1870 кг/м 3. Таблица 11 Результаты по времени загустевания для растворов ОРС с замедлителем схватывания K при различных концентрациях,для загрузок цемента А, В и С при 56 и 70 С-9 013603 Таблица 12 Развитие прочности для растворов ОРС с замедлителем схватывания K при 6 л/т при 71 С для загрузки цемента А, 9 л/т при 71 С для загрузки цемента Е и 9 л/т при 93C для загрузки цемента D Даже эти цементы, не предназначенные для нефтяных полей, демонстрируют адекватную чувствительность к концентрации замедлителя схватывания, согласующееся поведение от загрузки к загрузке и быстрое развитие прочности. Использование нового замедлителя схватывания дает возможность для достаточного и предсказуемого замедления схватывания цемента, делая возможным его использование при типичных температурах циркуляции в нижней части скважины, встречающихся при цементировании скважин, без риска преждевременного схватывания до завершения размещения, в то же время попрежнему делая возможным адекватное схватывание при температурах поверхности с тем, чтобы сильно не увеличивать продолжительность операций. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ регулирования схватывания раствора для цементирования скважин, включающий добавление одного или более силикатов или окиси кремния и замедлителя схватывания в раствор для цементирования скважин, количество силиката или окиси кремния, добавляемое к раствору, является достаточным для усиления замедляющего воздействия замедлителя схватывания в условиях нижней части скважины по сравнению с замедляющим воздействием одного лишь замедлителя схватывания и является также достаточным для ускорения схватывания цемента в условиях вблизи поверхности по сравнению со схватыванием цемента, содержащего замедлитель схватывания, отличающийся тем, что добавление окиси кремния или силикатов делает возможным использование меньшего количества замедлителя схватывания, чем то, которое использовалось бы само по себе, для данного замедляющего воздействия при той температуре в нижней части скважины, при которой он используется, причем силикат включает силикат щелочного металла общей формулы (SiO2)x(М 2 О), в котором М представляет собой щелочной металл, в котором массовое отношение SiO2:M2O более чем 1. 2. Способ по п.1, в котором температура в нижней части скважины более чем 90 С. 3. Способ по п.2, в котором температура в нижней части скважины более чем 100 С. 4. Способ по п.3, в котором температура в нижней части скважины находится в пределах между 120 и 180 С. 5. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором температура в верхней части скважины является менее чем 90 С. 6. Способ по п.5, в котором температура в верхней части скважины является менее чем 80 С. 7. Способ по п.6, в котором температура в верхней части скважины находится в области 40 С. 8. Способ по любому из предыдущих пунктов, включающий добавление к раствору коллоидной окиси кремния, имеющей размер частиц менее чем 100 нм. 9. Способ по п.1, в котором молярное отношение SiO2:М 2 О находится в пределах 1,68-3,37. 10. Способ по п.1, в котором силикаты включают силикаты натрия с массовыми отношениямиSiO2:Na2O в пределах 1,5-4 или силикаты калия с массовыми отношениями SiO2:K2O в пределах 1-2,65. 11. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором окись кремния или силикаты находятся в жидкой форме и используются в количествах 1,5-20 л/т цемента.- 10013603 12. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором замедлитель схватывания включает глюконат натрия, глюкогептонат кальция, оксикарбоновые кислоты, смеси оксикарбоновых кислот и лигносульфонатов, смеси оксикарбоновых кислот и лигнинаминовых производных, неочищенные и очищенные лигносульфонаты. 13. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором замедлитель схватывания и окись кремния или силикат предварительно смешивают перед добавлением в цементный раствор. 14. Способ по любому из пп.1-12, в котором замедлитель схватывания и окись кремния или силикат добавляют к цементному раствору по отдельности. 15. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором цемент в растворе включает цементы для нефтяных скважин, строительные цементы, обыкновенные портландцементы или портландцементы,смешанные с пуццолановыми материалами, золой, доменным шлаком или кальцинированной глиной. 16. Замедлитель схватывания для использования в растворах для цементирования скважин, содержащий смесь замедлителя схватывания и одного или более силикатов или окиси кремния, относительные количества замедлителя схватывания и силикатов или окиси кремния являются такими, что замедляющее воздействие замедлителя схватывания увеличивается в условиях нижней части скважины по сравнению с замедляющим воздействием одного лишь замедлителя схватывания и схватывание цемента в условиях вблизи поверхности ускоряется по сравнению со схватыванием цемента, содержащего замедлитель схватывания, отличающийся тем, что добавление окиси кремния или силикатов делает возможным использование меньшего количества замедлителя схватывания, чем в случае, когда он используется сам по себе,для данного замедляющего воздействия при температуре нижней части скважины, где он используется,причем силикат включает силикат щелочного металла общей формулы (SiO2)x(M2O), в котором М представляет собой щелочной металл, в котором массовое отношение SiO2:M2O больше чем 1. 17. Замедлитель схватывания по п.16, в котором окись кремния включает коллоидную окись кремния, имеющую размер частиц, меньший чем 100 нм. 18. Замедлитель схватывания по п.16, в котором молярное отношение SiO2:M2O находится в пределах 1,68-3,37. 19. Замедлитель схватывания по п.16, в котором силикат включает силикат натрия с массовым отношением SiO2:Na2O в пределах 1,5-4 (молярное отношение 1,55-4,12) или силикат калия с массовым отношением SiO2:K2O в пределах 1-2,65 (молярное отношение 1,56-4,14). 20. Замедлитель схватывания по любому из пп.16-19, включающий глюконат натрия, глюкогептонат кальция, оксикарбоновые кислоты, смеси оксикарбоновых кислот и лигносульфонатов, смеси оксикарбоновых кислот и лигнинаминовых производных, неочищенные и очищенные лигносульфонаты. 21. Замедлитель схватывания по п.20, в котором замедлитель схватывания включает глюконат натрия и силикат включает силикат натрия с массовым отношением SiO2:Na2O примерно 3,27. 22. Замедлитель схватывания по п.21, содержащий 7,6 мас.% глюконата натрия, 28,7 мас.% силиката натрия и 63,7 мас.% воды.
МПК / Метки
МПК: E21B 33/13
Метки: функцией, цементу, двойной, добавка
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/13-13603-dobavka-k-cementu-s-dvojjnojj-funkciejj.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Добавка к цементу с двойной функцией</a>