Способ обработки и строительства скважин
Формула / Реферат
1. Цементная композиция, включающая порошкообразный аплит и углеродные волокна, где волокна добавлены в количестве от 0,1 до 10 кг на 1 м3 цементной смеси.
2. Цементная композиция по п.1, включающая порошкообразный аплит в количестве по меньшей мере 30 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента в пересчете на сухую основу.
3. Цементная композиция по п.1 или 2, содержащая по меньшей мере 100 мас.ч. порошкообразного аплита в расчете на 100 мас.ч. цемента в пересчете на сухую основу.
4. Цементная композиция по любому из пп.1-3, содержащая вплоть до 400 мас.ч. порошкообразного аплита в расчете на 100 мас.ч. цемента в пересчете на сухую основу.
5. Цементная композиция по любому из пп.1-4, содержащая аплит с размером частиц менее 200 мкм.
6. Цементная композиция по любому из пп.1-5, содержащая аплит с размером частиц менее 100 мкм.
7. Цементная композиция по любому из пп.1-6, включающая цементную основу, включающую портландцемент.
8. Цементная композиция по любому из пп.1-7, где указанные углеродные волокна имеют длину от 0,1 до 10 см.
9. Цементная композиция по любому из пп.1-8, дополнительно включающая доменный шлак.
10. Цементная композиция по любому из пп.1-9, где содержание кремния, выраженное через содержание его оксида, в указанном аплите составляет по меньшей мере 68 мас.%.
11. Цементная композиция по любому из пп.1-10, дополнительно содержащая неаплитовый силикат, где массовое отношение неаплитового силиката и аплита находится в интервале от 2:98 до 70:30.
12. Цементная композиция по любому из пп.1-11, где указанная затвердевшая цементная композиция имеет усадку при затвердевании менее 3 об.%.
13. Цементная композиция по любому из пп.1-12, где указанная композиция в затвердевшем состоянии имеет проницаемость, определенную в соответствии с техническими условиями АНИ 10, раздел 11.4, более низкую, чем составляет при тех же самых условиях проницаемость эквивалентного затвердевшего цемента, образовавшегося из эквивалентной цементной композиции, не содержащей аплита.
14. Цементная композиция по любому из пп.1-12, где указанная композиция в затвердевшем состоянии имеет проницаемость, определенную в соответствии с техническими условиями АНИ 10, раздел 11.4, более низкую, чем составляет при тех же самых условиях проницаемость эквивалентного затвердевшего цемента, образовавшегося из эквивалентной цементной композиции, содержащей кварцевую муку вместо аплита.
15. Способ строительства или обработки скважины, включающий введение отверждаемой цементной композиции в ствол скважины, отличающийся тем, что в ствол скважины вводят композицию по пп.1-14.
16. Способ по п.15, где указанная отверждаемая цементная композиция представляет собой несамоотвердевающую цементную композицию и где активатор вводят в указанный ствол скважины отдельно от указанной отверждаемой цементной композиции.
17. Применение цементной композиции по пп.1-14 в строительстве или обработке подземных скважин для извлечения или нагнетания текучих сред.
18. Скважина для извлечения или нагнетания текучих сред, возможно, изолированная, включающая ствол скважины, имеющий по меньшей мере на одном уровне глубины скважины кольцеобразную обсадку, включающую затвердевший цемент, полученный при использовании цементной композиции, по пп.1-14.
Текст
Предложены цементная композиция, включающая порошкообразный аплит и углеводородные волокна, и способ строительства или обработки скважины, включающий введение отверждаемой цементной композиции в ствол скважины, где указанная композиция содержит порошкообразный аплит и углеродные волокна. Настоящее изобретение относится к усовершенствованию способов строительства скважин, а также капитальному тампонажу и прекращению эксплуатации скважин, в частности к способам строительства и капитального тампонажа и прекращения эксплуатации геотермальных скважин и скважин для извлечения углеводородов, а также к цементам, цементным композициям и добавкам к цементу, используемым в таких способах. Когда строят скважину, после бурения в ствол скважины помещают цилиндрическую металлическую трубу (обсадную трубу или обсадку), а пространство между внешней стенкой трубы и внутренней стенкой ствола скважины заполняют цементом. Этим способом изолируют друг от друга различные пласты и предотвращают утечку текучей среды, например воды, газа или нефти, из буровой скважины. Цемент также используют для капитального тампонажа и прекращения эксплуатации скважин. Цементирование ствола скважины описано, например, в книге "Цементирование скважин", под ред. Е.Б. Нельсона("Well cementing" edited by E.В. Nelson, Schlumberger Education Services, Sugar Land, Texas, USA, 1990). Очень желательно, чтобы цемент, используемый для строительства скважины или для ее тампонажа и прекращения эксплуатации, поддерживал ее механическую целостность, ее связь с обсадной трубой или обсадкой и внутренней стенкой ствола скважины. Цементы, которые традиционно используют для стволов скважин, часто содержат кварцевую муку,в частности, примерно 35 мас.% от массы цемента смеси кварцевая мука/портландцемент, для того, чтобы получить необходимые механические свойства в стволе скважины, например сопротивление сжатию в случае последующего воздействия повышенных температур. Однако использование цементов, содержащих кварцевую муку, как известно, вызывает проблемы в определенных условиях, например при пониженной температуре в стволе скважины, при отверждении газлифтных заглушек (kick-off plug) и т.д. При таких условиях для скважины может понадобиться много различных видов сухих цементов, а это может потребовать дополнительных усилий по снабжению. На обсадную трубу/обсадку воздействуют температура и давление, которые меняются с течением срока службы скважины и могут влиять на связывание цемента, как влияет и усадка цемента, которая происходит естественным образом. Постоянно происходят циклические изменения температуры и давления на протяжении всего срока эксплуатации скважины, например при испытании давлением, добыче,нагнетании/стимулировании, ремонтных работах и т.д. Известно также, что воздействие диоксида углерода на застывшие портландцементы вызывает коррозию цемента. Чем большей пористостью обладает затвердевший цемент, тем больше будет скорость коррозии и потеря разобщения пластов. Можно использовать сложные цементные системы, в частности, в стволе скважины, где температура и давление высоки, или же ожидается, что цикличность их изменения очень высока, и/или будет иметь место воздействие диоксида углерода. Эти сложные и дорогостоящие цементные системы могут включать использование множества разнообразных добавок, специального оборудования, множества различных цементных смесей, дополнительного рабочего персонала и т.д. Таким образом, существует необходимость в цементной композиции, которая обладает достаточно долговременными свойствами, когда ее применяют в стволе скважины, и в то же время которую можно использовать для максимально возможного числа связанных с цементированием скважины приложений,например, при высоких давлениях/температурах, низких давлениях/температурах, в среде диоксида углерода, как пластозакупоривающий материал, как материал для капитального тампонажа и прекращения эксплуатации скважин, как материал для газлифтных заглушек и т.д. Заявители обнаружили, что такие улучшенные свойства можно получить при включении порошкообразного аплита и углеродных волокон в качестве компонентов применяемого в стволах скважин цемента. Таким образом, с точки зрения одного из аспектов в данном изобретении предложен способ строительства или обработки скважины, который включает введение отверждаемой цементной композиции в ствол скважины, отличающийся тем, что указанная композиция содержит порошкообразный аплит и углеродные волокна. Углеродные волокна добавляют, чтобы модифицировать некоторые важные свойства цемента для скважин. Наиболее существенные из этих свойств - это свойства, характеризующие затвердевший цемент, но также и свойства, характеризующие цемент в текучем состоянии; углеродные волокна в цементе могут усилить его способность уменьшать потери на поглощение бурового раствора горной породой. Поглощение бурового раствора часто представляет собой проблему, возникающую в ходе операций по цементированию скважины, так как цемент зачастую имеет более высокую плотность, чем буровой раствор, который он замещает. Углеродные волокна в некоторых случаях могут закрывать маленькие трещины, которые обусловливают потери, и, таким образом, уменьшать потери, происходящие в ходе операций нагнетания. Более важную роль играют свойства затвердевшего цемента, так как углеродные волокна влияют на такие свойства, как сопротивление сжатию, сопротивление растяжению и связь с обсадной трубой/породой. Сопротивление сжатию играет важную роль, но еще более важным является то повышенное сопротивление растяжению, которое углеродные волокна придают затвердевшему цементу. Периодические изменения температуры и давления в скважине имеют решающее значение для затвердевшего цемента, потому что они вызывают расширение/сжатие обсадных труб/трубы. Это движение обсадной трубы, как известно, вызывает разрушение затвердевшего цемента, а это обусловливает недостаточное разобщение пластов вдоль ствола скважины. При использовании углеродных волокон вместе с аплитом в составе скважинного цемента можно регулировать наиболее важные механические свойства с целью достижения оптимального разобщения пластов. Подходящие для использования в изобретении углеродные волокна - это в том числе волокна, производимые компанией "Devold AMT AS" (N-6030, Langevag, Норвегия). Предпочтительно, чтобы длина углеродных волокон составляла от 0,1 до 10,0 см, более предпочтительно от 0,3 до 2,5 см и особенно предпочтительно от 0,5 до 1,0 см. Предпочтительные волокна имеют диаметр от 1 до 15 мкм, предпочтительно от 3 до 10 мкм, а более конкретно от 6 до 8 мкм, в частности 7 мкм. Количество волокна, добавляемого на 1 м 3 цементной смеси (т.е. цемент плюс аплит, или же цемент плюс аплит, плюс доменный шлак), предпочтительно составляет от 0,1 до 10 кг, более предпочтительно от 0,3 до 7 кг, особенно предпочтительно от 0,5 до 5 кг/м 3. Термин "скважина", как его используют здесь, означает скважину для извлечения текучих сред изпод поверхности земли или для нагнетания текучих сред в подземные слои. Типично такие скважины служат для извлечения воды или углеводородов (например, газа или нефти) или же для закачивания воды, диоксида углерода или углеводородного газа, в особенности для введения диоксида углерода. Термин "отверждаемый" в том виде, как его используют здесь, означает, что композиция способна отвердевать в стволе скважины вслед за ее внесением либо с вмешательством, либо без него. "Вмешательство" в данном случае может типично включать добавление катализатора или регулятора кислотности вслед за введением цементной композиции. Когда необходимое вмешательство включает добавление дополнительного материала, например регулятора кислотности, то композиции здесь характеризуют как"несамоотвердевающие". Аплит - это гранитовидный минерал, который есть, например, в Монтпилиере (Montpelier), Вирджиния, США, в Долине Оуэнов (Owens Valley), Калифорния, США и в Финвольдаллене (Finnvolldallen),Норвегия, а также в Японии, России и в Тоскане (Tuscany), Италия. В настоящее время аплит используют почти исключительно в качестве флюса при производстве керамической плитки однократного обжига. Аплит можно приобрести, например, у "Maffei Natural Resources", Италия, и "US Silica Company", Западная Вирджиния, США. Обычно аплит содержит кремний, магний, железо, натрий, алюминий, калий, титан и кальций (выраженные через содержание оксидов), причем основными компонентами являются кремний и алюминий, которые обычно присутствуют в количестве 60-85 и 10-25 мас.% соответственно. Аплит, который используют в соответствии с предлагаемым в настоящем изобретении, это предпочтительно аплит с высоким содержанием кремния, например с содержанием кремния (выраженном через содержание оксида) по меньшей мере 68 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 70 мас.%,особенно по меньшей мере 75 мас.%. Аплит из Финвольдаллена (Finnvolldallen), Норвегия, в котором содержание кремния составляет около 80%, особенно предпочтителен. Содержание кремния выражено через содержание его оксида, так как такой способ выражения содержания элементов является стандартной практикой в геологии. Так, например, "US Silica Company" дает следующие результаты химического анализа предлагаемого аплита (из Монтпилиере (Montpelier: 62,0% SiO2, 0,18% Fe2O3, 21,7% Al2O3, 0,30% TiO2, 5,6% CaO, 0,034% MgO, 5,5% Na2O, 2,9% K2O, 0,22%P2O5 и 0,1% ПП (потери при прокаливании). Порошкообразный аплит, используемый в соответствии с изобретением, предпочтительно имеет размер частиц менее 200 мкм, более предпочтительно менее 100 мкм, например от 1 до 100 мкм, более типично от 10 до 100 мкм, например от 50 до 100 мкм, особенно менее 75 мкм. Размер частиц в этом случае можно измерить просеиванием или при помощи оборудования, определяющего размер частиц. Когда утверждается, что размер частиц меньше определенной величины, то обычно по меньшей мере 50% частиц по объему будет этого размера или меньше, предпочтительно по меньшей мере 80 об.%. В качестве альтернативы за размер частиц можно принять моду размера частиц в том виде, как ее определяет анализатор размера частиц, например анализатор размера частиц "Coulter". Крупнозернистый аплит можно превратить в более тонкозернистый при помощи традиционных методик тонкого измельчения породы, за которыми, возможно, следует просеивание, предназначенное для удаления слишком крупных и/или слишком мелких зерен. Предпочтительно, чтобы добавляемый порошкообразный аплит составлял по меньшей мере 10 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента в пересчете на сухую основу, более предпочтительно по меньшей мере 30 мас.ч., особенно по меньшей мере 35 мас.ч., более точно по меньшей мере 50 мас.ч., например вплоть до 400 мас.ч. и даже до более высоких концентраций относительно массы цемента, более типично до 200 мас.ч., например по меньшей мере 100 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента. Типично аплит составляет не более 85 мас.%, например не более 65 мас.%, предпочтительно не более 60 мас.%, более предпочтительно не более 55 мас.% от отверждаемой цементной композиции в пересчете на сухую основу. Такие цементные композиции с высоким содержанием аплита сами по себе являются новыми и образуют дополнительный аспект данного изобретения. Таким образом, с точки зрения дополнительного аспекта в изобретении предложена цементная композиция, содержащая по меньшей мере 30 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента (например, от 30 до 400 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента) порошкообразного аплита в пересчете на сухую основу, предпочтительно по меньшей мере 35 мас.ч., более конкретно по меньшей мере 50 мас.ч., например от 40 до 200 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента, например, в форме сухой порошкообразной смеси или водной суспензии. Композиции, содержащие аплита по меньшей мере 100 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента, например от 125 до 200 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента, представляют особый интерес, так как они пригодны для использования как при низкой, так и при высокой температуре. В настоящее время для различных глубин и температур нужно использовать различные виды цемента. Использование тонкоизмельченного порошкообразного аплита в цементах также является новым и образует дополнительный аспект изобретения. С точки зрения этого аспекта в изобретении предложена цементная композиция, содержащая аплит с размером частиц менее 200 мкм, предпочтительно менее 100 мкм, например от 50 до 100 мкм, особенно менее 75 мкм, например по меньшей мере 10 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента в пересчете на сухую основу, предпочтительно по меньшей мере 30 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента, особенно от 30 до 400 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента. Основная цементная композиция, т.е. цементная основа в композициях, предлагаемых в данном изобретении, может представлять собой любой цемент, пригодный для использования во внутрискважинных условиях, например портландцемент или другие традиционные цементы. Такие цементные композиции широко распространены и были много раз описаны. Хотя термин "аплит" - это хорошо известный геологический термин, здесь следует подчеркнуть,что в соответствии с предлагаемым в изобретении можно использовать другие гранитовидные породы,имеющие такие же или подобные свойства уменьшать усадку цементного раствора относительно кремнезема, вместо материалов, которые формально называют аплитами, и что такое использование рассматривается как использование в соответствии с предлагаемым в изобретении, хотя и менее предпочтительным, чем использование материалов, называемых аплитами. Кроме аплита, в предлагаемых цементных композициях можно также использовать другие порошкообразные силикаты, например кварц, в частности кварцевую муку. Типично массовое отношение неаплитового силиката к аплиту находится в интервале от 0:100 до 90:10, более предпочтительно от 2:98 до 70:30, особенно от 10:90 до 70:30. Использование неаплитового силиката в дополнение к аплиту особенно предпочтительно там, где содержание аплита относительно низкое. Как упомянуто выше, главной задачей при включении аплита является уменьшение усадки цементного раствора при затвердевании. В отсутствие аплита усадка может достигать до 4 об.%. Было показано,что при содержании аплита 40 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента она уменьшается до 1,2 об.%, а при содержании аплита 50 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента - до 0,7 об.% (протестировано после 68 ч твердения при 150 С). Такие цементы с малой усадкой - это предпочтительный вариант осуществления данного изобретения, и в этом варианте осуществления предлагаемые содержащие аплит цементы могут иметь усадку при затвердевании менее 3 об.%. Эта усадка предпочтительно составляет менее 2,5%, а более предпочтительно менее 2,0%, а наиболее предпочтительно менее 2%. Другим значительным преимуществом предлагаемых цементов является их очень низкая пористость и/или очень низкая проницаемость получаемых затвердевших цементных композиций. Пониженная проницаемость уменьшает проникновение любой текучей среды или газа (например, CO2) и, таким образом, уменьшает коррозию цемента и перенос газа или текучей среды через цементную заглушку или стенку. Проницаемость портландцемента по отношению к воде при плотности жидкой суспензии 1,90(удельная плотность) (подобно не содержащей аплита цементной композиции, описанной в примере 3) составляет приблизительно 0,0010 мД (миллиДарси) и увеличивается при уменьшении плотности. При снижении плотности до 1,44 (удельная плотность) проницаемость по отношению к воде увеличивается до приблизительно 0,138 мД. В технических условиях АНИ (Американский нефтяной институт) 10, раздел 11,4 описано, как проводятся эти тесты на проницаемость - они известны специалистам в данной области. Предлагаемые по изобретению содержащие аплит цементы уменьшают проницаемость по сравнению с эквивалентными, но не содержащими аплит, цементами. Например, присутствие аплита в портландцементе уменьшает проницаемость по сравнению с портландцементной композицией эквивалентной плотности. Эта пониженная проницаемость тем самым уменьшает внедрение любой текучей среды или газа, которые могут вызвать коррозию цемента и/или потерю разобщения пластов. В предпочтительном варианте осуществления изобретения предлагаемые цементы, содержащие аплит, имеют, таким образом, более низкую проницаемость после затвердевания, в соответствии с техническими условиями АНИ 10, раздел 11,4, чем эквивалентный затвердевший цемент, полученный без добавления аплита, и/или эквивалентный затвердевший цемент, содержащий эквивалентное количество кварцевой муки, введенной вместо аплита. В этом варианте осуществления пористость цемента при плотности 1,9 (удельная плотность) типично составляет не более 0,0005 мД, предпочтительно не более 0,0003 мД, а более предпочтительно не более 0,0002 мД. Такой абсолютный или сравнительный тест можно легко осуществить в соответствии с известными стандартами. Содержание аплита (и порошкообразного кварца) в предлагаемых цементных композициях определяют, как принято в промышленности, как процентное содержание (в пересчете на сухой материал) относительно основной цементной композиции, например портландцементной композиции, т.е. исключая другие добавки, такие как красители, противомикробные препараты, волокна (например, неорганические волокна, такие как стекловолокно или асбестовое волокно) и т.д. Такие добавки, за исключением добавок, делающих значительный вклад в конструкционные (т.е. несущие) свойства затвердевшего цемента,таких как кварц, в общем случае составляют не более 10 мас.% (в пересчете на сухой материал) от общей массы цементной композиции, типично менее 5 мас.%. Помимо таких добавок, цементная композиция включает цементную основу, т.е. материал, затвердевающий с образованием цемента, более конкретно неорганическую цементную основу. Цементные основы, такие как портландцемент, хорошо известны в области техники и нет необходимости в их дополнительном описании здесь. Цементы рассмотрены, например, в книгах Ли "Химия цемента и бетона", 3-е изд. (Lea "The Chemistry of Cement and Concrete", 3rdEdition, Edvard Arnold, Old Woking, UK, 1970) и Тейлор "Химия цемента" (Taylor "Cement Chemistry",Academic press, London, UK, 1990). В частном варианте осуществления данного изобретения можно использовать доменный шлак(ДШ) в качестве цементной основы или в качестве части (например, от приблизительно 0 (например, 2%) до почти 100 мас.% (например, 90 мас.%. цементной основы. Использование ДШ при внутрискважинном цементировании обсуждается, например, Саазеном с соавторами (Saasen et al., SPE28821) в статье,представленной на Европейской конференции по нефти (European Petroleum Conference, London, UK, 2527 October 1994). ДШ годится, в частности, в качестве основы для несамоотвердевающих цементных композиций, т.е. композиций, которые можно внести на место до того, как производят следующее действие с целью инициировать отвердевание, например добавление рН-модификатора, а более конкретно агента щелочной природы. Для внутрискважинных приложений применяют несамоотвердевающую цементную композицию отдельно от инициатора отвердевания. Например, цементную композицию можно закачивать насосом в нужное место перед добавлением или высвобождением инициатора отвердевания(например, активатор можно поместить в нужное место еще до введения цемента, например, таким способом, как высвобождение с поверхности металлической трубы), например, для доведения величины рН до уровня выше примерно 9,0. Если цементная композиция только частично состоит из ДШ, например,если остаток составляет портландцемент, активатор может не понадобиться, так как материал, составляющий остаток, может служить активатором. Когда цементная основа - это целиком или в основном ДШ (например, более 80%, особенно более 90%, в частности, по существу 100%), то концентрация аплита может быть любой ненулевой концентрацией, но типично относительное содержание аплита будет таким, как описано выше. В частности, количество аплита, использованного в этом варианте осуществления изобретения, может составлять более 30 мас.% от массы цементной основы (ДШ). Цементные композиции, основанные на ДШ, в настоящее время представляют особый интерес для целей использования внутри ствола скважины, где могут быть высокие температуры; однако традиционные цементные композиции на основе ДШ все еще имеют нежелательные проблемы с усадкой, которые можно решить при использовании аплита, как это предложено в настоящем изобретении. Отверждаемые цементные композиции (на водной основе или в сухом виде), а в частности и несамоотверждевающие композиции, включающие доменный шлак и порошкообразный аплит, например по меньшей мере 2 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента, более конкретно по меньшей мере 20 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента, особенно по меньшей мере 35 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента, а в особенности по меньшей мере 40 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента и т.д., например вплоть до 200 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента или вплоть до 400 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента, представляют собой дополнительный аспект данного изобретения. С точки зрения этого аспекта изобретение предлагает отверждаемую цементную композицию (на водной основе или в сухом виде), а в частности несамоотвердевающую композицию, включающую доменный шлак и порошкообразный аплит, и углеродные волокна. С точки зрения еще одного аспекта изобретение предлагает применение аплита в строительстве и обработке скважин для извлечения или нагнетания текучих сред. С точки зрения еще одного дополнительного аспекта изобретение предлагает скважину для извлечения или нагнетания текучих сред, возможно, изолированную, включающую ствол скважины, имеющий по меньшей мере на одном уровне глубины скважины кольцеобразную обсадку, включающую затвердевший цемент, полученный при использовании цементной композиции, содержащей порошкообразный аплит и, возможно, углеродное волокно, в частности композиции в описанном здесь виде. Предлагаемые по изобретению цементные композиции также можно применять для других приложений подземного цементирования, где необходима пониженная усадка цемента, например, для закупорки трещин в породе или для крепления других подземных пространств, таких как пространства для хранения, трубы или туннели. Подразумевается, что такие приложения также образуют часть настоящего изобретения. Предлагаемые цементные композиции можно применять в стволе скважин при помощи процедур и оборудования, традиционных в области техники, занимающейся внутрискважинным применением отверждаемых цементных композиций, например несамоотвердевающих цементных композиций. Предлагаемые продукты и способы проиллюстрированы ниже со ссылкой на следующие примеры,не ограничивающие данное изобретение. Пример 1. Цементная композиция, содержащая аплит. Для получения сухой цементной композиции смешивали 100 мас.ч. портландцемента класса G(производитель - фирма "Norcem") с 50 мас.ч. порошкообразного аплита (просеянного до размера частиц 75 мкм или менее) из Финвольдаллена (Finnvolldallen), Норвегия (аплит содержал 79,20% SiO2, 0,11%MgO, 0,20% Fe2O3, 3,0% Na2O, 11,10% Al2O3, 3,9% K2O, 0,02% TiO2, 1,29% CaO, 0,1% P2O5). К этой смеси добавляли пресную воду в количестве 62,01 л/100 кг. Смесь отверждали при 34 МПа (5000 фунтах/кв.дюйм) и 150 С в консистометре, рассчитанном на работу при высоких давлениях и температурах. Наблюдаемая объемная усадка составила 0,7%. В табл. 1 представлено сопротивление сжатию, измеренное в ультразвуковом анализаторе цемента при 21 МПа (3000 фунтах/кв.дюйм) и 150 С (в соответствии с рекомендациями АНИ по тестированию скважинных цементов, 22-е изд., 1997). Таблица 1 Пример 2. Цементная композиция, не содержащая аплит (для сравнения). Для получения сухой цементной композиции добавляли пресную воду в количестве 45,55 л/100 кг портландцемента класса G (производитель - фирма "Norcem"). Смесь отверждали и тестировали так же,как в примере 1, при этом получали объемную усадку 3,4% и сопротивление сжатию, представленное в табл. 2. Таблица 2 Пример 3. Цементная композиция, содержащая аплит. Была приготовлена сухая цементная композиция тем же способом, что и в примере 1, но использовали 40 мас.ч. аплита. Его смешивали с 58,72 л/100 кг пресной воды, отверждали и тестировали таким же образом, что и в примере 1. Объемная усадка этой композиции составила 1,2%, а сопротивление сжатию представлено в табл. 3. Таблица 3 Цементные композиции, полученные в соответствии с примерами 1 и 3, можно получать и применять в стволе скважин при помощи традиционного оборудования для цементирования скважин. Пример 4. Пробы на разрушение и на усадку. Были получены и протестированы (при помощи ультразвукового анализатора цемента, как в примере 1) цементные композиции. Результаты отражены в табл. 4.% для кварца выражены через массовые части в расчете на 100 мас.ч. цемента, т.е. относительно "Norcem G". Использованный в этих тестах аплит представлял собой негомогенную буровую пыль. Величина частиц использованного в остальных тестах аплита составляла менее 75 мкм. Результаты показывают, что относительно высокие количества аплита, особенно аплита с размером частиц менее 75 мкм, можно с успехом использовать даже при низких температурах, таких, которые вызывают проблемы при использовании традиционных цементов на большой глубине. Пример 5. Цемент, армированный углеродными волокнами. Можно получить цементную композицию, используя цемент Norcem G, смешанный со 150 мас.ч. аплита в расчете на 100 мас.ч. цемента (с размером частиц менее 75 мкм), 0,1-0,3 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента (например, 0,2 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента) углеродных волокон и пресной водой в количестве 94 л/100 кг. Углеродные волокна типично имеют длину волокон от 5 до 50 мм, например от 10 до 40 мм. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Цементная композиция, включающая порошкообразный аплит и углеродные волокна, где волокна добавлены в количестве от 0,1 до 10 кг на 1 м 3 цементной смеси. 2. Цементная композиция по п.1, включающая порошкообразный аплит в количестве по меньшей мере 30 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. цемента в пересчете на сухую основу. 3. Цементная композиция по п.1 или 2, содержащая по меньшей мере 100 мас.ч. порошкообразного аплита в расчете на 100 мас.ч. цемента в пересчете на сухую основу. 4. Цементная композиция по любому из пп.1-3, содержащая вплоть до 400 мас.ч. порошкообразного аплита в расчете на 100 мас.ч. цемента в пересчете на сухую основу. 5. Цементная композиция по любому из пп.1-4, содержащая аплит с размером частиц менее 200 мкм. 6. Цементная композиция по любому из пп.1-5, содержащая аплит с размером частиц менее 100 мкм. 7. Цементная композиция по любому из пп.1-6, включающая цементную основу, включающую портландцемент. 8. Цементная композиция по любому из пп.1-7, где указанные углеродные волокна имеют длину от 0,1 до 10 см. 9. Цементная композиция по любому из пп.1-8, дополнительно включающая доменный шлак. 10. Цементная композиция по любому из пп.1-9, где содержание кремния, выраженное через содержание его оксида, в указанном аплите составляет по меньшей мере 68 мас.%. 11. Цементная композиция по любому из пп.1-10, дополнительно содержащая неаплитовый силикат, где массовое отношение неаплитового силиката и аплита находится в интервале от 2:98 до 70:30. 12. Цементная композиция по любому из пп.1-11, где указанная затвердевшая цементная композиция имеет усадку при затвердевании менее 3 об.%. 13. Цементная композиция по любому из пп.1-12, где указанная композиция в затвердевшем состоянии имеет проницаемость, определенную в соответствии с техническими условиями АНИ 10, раздел 11.4, более низкую, чем составляет при тех же самых условиях проницаемость эквивалентного затвердевшего цемента, образовавшегося из эквивалентной цементной композиции, не содержащей аплита. 14. Цементная композиция по любому из пп.1-12, где указанная композиция в затвердевшем состоянии имеет проницаемость, определенную в соответствии с техническими условиями АНИ 10, раздел 11.4, более низкую, чем составляет при тех же самых условиях проницаемость эквивалентного затвердевшего цемента, образовавшегося из эквивалентной цементной композиции, содержащей кварцевую муку вместо аплита. 15. Способ строительства или обработки скважины, включающий введение отверждаемой цементной композиции в ствол скважины, отличающийся тем, что в ствол скважины вводят композицию по пп.1-14. 16. Способ по п.15, где указанная отверждаемая цементная композиция представляет собой несамоотвердевающую цементную композицию и где активатор вводят в указанный ствол скважины отдельно от указанной отверждаемой цементной композиции. 17. Применение цементной композиции по пп.1-14 в строительстве или обработке подземных скважин для извлечения или нагнетания текучих сред. 18. Скважина для извлечения или нагнетания текучих сред, возможно, изолированная, включающая ствол скважины, имеющий по меньшей мере на одном уровне глубины скважины кольцеобразную обсадку, включающую затвердевший цемент, полученный при использовании цементной композиции, по пп.1-14. Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
МПК / Метки
МПК: E21B 33/138, C04B 28/02, C09K 8/467, C04B 7/13
Метки: скважин, способ, строительства, обработки
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/8-19336-sposob-obrabotki-i-stroitelstva-skvazhin.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ обработки и строительства скважин</a>
Предыдущий патент: Связывающиеся с альбумином молекулы и их применение
Следующий патент: Способ повышения физической работоспособности спортсменов (варианты)
Случайный патент: Остекление из многослойного стекла с повышенной избирательностью