NO342642B1

NO342642B1 - Fremgangsmåte for å sementere i en underjordisk formasjon og for å skreddersy tettheten av en basissementblanding

Info

Publication number: NO342642B1
Application number: NO20090455A
Authority: NO
Inventors: Raghava B Reddy; Ashok K Santra; Rocky Fitzgerald
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2006-08-14
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2018-06-25
Also published as: US20060272819A1; GB2454120A; CA2658692C; WO2008020188A3; GB0901704D0; AU2007285628B2; CA2658692A1; GB2454120B; NO20090455L; AU2007285628A1; WO2008020188A2

Abstract

Basis sementblanding omfattende middel for regulering av partikkelstørrelsesfordeling og fremgangsmåte ved bruk av slik basissementblanding i underjordiske operasjoner og overflateapplikasjoner. Et eksempel på en fremgangsmåte omfatter å tilveiebringe en basissementblanding omfattende vann, sement, et stivningsforsinkende middel og et middel for regulering av partikkelstørrelsesfordeling idet basissementblandingen har en tetthet, å regulere tettheten av basissementblandingen i flukten med et tetthetsregulerende middel for å tilveiebringe en tetthetsregulert sement, å aktivere den tetthetsregulerte sementblanding, å plassere den tetthetsregulerte sementblanding i en underjordisk formasjon og tillate den tetthetsregulerte sementblanding å stivne i den underjordiske formasjon. Et annet eksempel omfatter å tilveiebringe en basissementblanding omfattende vann, hydraulisk sement, et stivningsforsinkende middel og et middel for regulering av partikkelstørrelsesfordeling idet basissementblandingen har en tetthet, å regulere tettheten av basissementblandingen på arbeidsstedet ved i varierende grad å injisere et tetthetsregulerende middel i basissementblandingen.

Description

Fremgangsmåte for å sementere i en underjordisk formasjon og for å skreddersy tettheten av en basissementblanding

Ifølge et første aspekt omhandler foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å sementere i en underjordisk formasjon som angitt i ingressen til patentkrav 1. I henhold til et annet aspekt omhandler oppfinnelsen en fremgangsmåte for å skreddersy tettheten av en basissementblanding som angitt i ingressen til patentkrav 11.

Bakgrunn

Foreliggende oppfinnelse angår blandinger av stivnbare fluider og mer spesifikt til stivnbare fluider som omfatter midler for å regulere partikkelstørrelsesfordeling og tilhørende metoder.

Hydrauliske sementblandinger er vanlige å bruke i underjordiske operasjoner spesielt i underjordiske brønnkomplettering og utbedrende operasjoner. For eksempel blir hydrauliske sementblandinger brukt i primære sementeringsoperasjoner hvor rørstrenger, så som foringsrør og forlengningsrør blir sementert fast i brønner. Ved utføring av primær sementering blir hydrauliske sementblandinger pumpet inn i det ringformede rom mellom veggene av brønnen og den ytre flate av rørstrengen plassert i brønnen.

Sementblandingen blir gitt anledning til å stivne i ringrommet og derved danne en ringformet kappe av hard, hovedsakelig impermeabel sement som vesentlig støtter og posisjonerer rørstrengen i brønnen og binder den ytre flate av rørstrengen til veggene av brønnen. Hydrauliske sementblandinger blir også brukt ved utbedrende sementeringsoperasjoner så som plugging av høypermeable soner eller sprekker i brønner, tetting av sprekker og hull i rørstrenger og lignende.

Stivningsforsinkede sementblandinger blir ofte brukt på et antall arbeidssteder under omstendigheter der en operatør finner det ønskelig å tilberede et volum av en sementblanding som forblir i en pumpbar tilstand for en lengre tidsperiode (for eksempel for omtrent to uker eller mer) og som selektivt kan aktiveres til å stivne til en hard masse ved ønskelig tidspunkt. For eksempel i tilfeller hvor store volumer av sement blir benyttet (så som ved støping av offshore plattformer) kan utstyret som kreves for blanding og pumping av de nødvendige volumer av sementblanding være svært kostbart og kan være vanskelig å sette sammen på ønsket sted. Lagring av de nødvendige mengder av tørr sement forut for bruk kan være et annet problem. Et annet eksempel på bruk av stivningsforsinkede sementblandinger kan være i tilfeller hvor et relativt lite volum av sementblanding blir benyttet, så som for små byggearbeider eller for tetting og trykksementering utført i for eksempel petroleumsindustrien.

Under slike omstendigheter kan kostnaden for transport av sementblandingen til et arbeidssted og til å blande og pumpe den på stedet, være uhensiktsmessige i forhold til utbyttet av å få utført sementeringsjobben. Et arbeidssted kan inkludere ethvert sted over bakkenivå eller under bakkenivå hvor en sementblanding kan være egnet så vel som områder som omgir slike lokasjoner. Stivningsforsinkede sementblandinger kan være nyttige i slike omstendigheter idet de kan tilberedes på et hensiktsmessig sted og deretter bli transportert til og lagret på bruksstedet inntil den skal brukes. Ved ønsket tidspunkt kan den stivningsforsinkede sementblanding bli blandet med et stivningsaktiverende tilsetningsmiddel, den resulterende blanding kan så plasseres på ønsket sted (for eksempel i en underjordisk formasjon) og gitt anledning til å stivne der.

I enkelte konvensjonelle blandinger har en overskuddsmengde av stivningsaktiverende tilsetningsmidler blitt tilsatt til den stivningsforsinkede sementblanding og derved ”overaktivert” sementblandingen, hvoretter et stivningsretarderende tilsetningsmiddel har blitt tilsatt sementblandingen i et forsøk på å finregulere den endelige stivningstid for blandingen. Dette kan være vanskelig å håndtere.

I tillegg kan operasjoner som innebærer bruk av konvensjonelle stivningsforsinkede sementblandinger være utsatt for en rekke andre vanskeligheter. For eksempel kan sementblandingene tykne eller gele med tiden slik at sementblandingens viskositet øker noe som svekker dens pumpbarhet. En annen vanskelighet er at aktiveringsprosessen kan være svært komplisert, som eksemplifisert ved operasjoner hvor sementblandingens herdetid først blir forsinket til kort før bruk, hvoretter sementblandingen blir overaktivert og deretter igjen retardert.

Et annet problem som kan forekomme med enkelte stivningsforsinkede sementblandinger er at tilsetning av stivningsaktiverende midler kan føre til for tidlig lokal stivning av sementen, for eksempel lokale regioner i bulken av sementoppslemming hvor de stivningsaktiverende midler blir konsentrert og derved fører til tidlig stivning av en del av bulksementen. Slik (for) tidlig lokal stivning av sementblandingen kan være tilbøyelig til å finne sted for eksempel når sementblandingen ikke er godt nok blandet. For tidlig lokal stivning av sementblandingen kan føre til pumpeproblemer (for eksempel kan stivnede sementpartikler skade røreblad) og kan også bevirke problemer så som stivning av bulksement mens den er på lagertanker.

En ytterligere vanskelighet forårsaket av enkelte konvensjonelle stivningsforsinkede sementblandinger er at ytelsen av det stivningsaktiverende tilsetningsmiddel som benyttes for selektivt å aktivere sementblandingen, kan være uforutsigbar. Dette kan føre til for tidlig stivning av sementblandingen før plassering (for eksempel hvor aktiveringsmidlet gir en uventet sterk aktiveringseffekt) eller forsinket stivning av sementblandingen etter plassering (for eksempel hvor aktiveringsmidlet gir en uventet svak aktiveringseffekt). Begge deler er vanligvis uønsket.

Videre blir konvensjonelle sementblandinger ofte tilberedt i satser og lagret på et sentralt sted snarere enn å bli tilberedt på arbeidsstedet rett før bruk. Typisk, hvis det er et behov for tetthetsmodifikasjoner av oppslemmingen på et arbeidssted forut for pumping, vil det kreves tilsetning av tørt, tetthetsregulerende tilsetningsmiddel for å oppnå ønsket tetthet, hvilket kan være uhensiktsmessig og vil kreve ytterligere utstyr for tilsetningen og blandetrinnene. Videre, hvis flere arbeidssteder trenger å bli forsynt med sementoppslemminger med forskjellige tettheter fra en enkelt oppslemming lagret på et sentralt sted, krever eksisterende teknologi at tetthetsreguleringen på hvert arbeidssted blir utført ved tilsetning av forskjellige mengder og typer av tørre, tetthetsregulerende tilsetningsmidler, hvilket redusere fordelene ved å benytte en enkelt lagringsbar oppslemming for mange sementarbeider. Således kan konvensjonelle stivningsforsinkede sementblandinger mangle evnen eller fleksibiliteten å justere tettheten ved behov fra en enkelt stivningsforsinket oppslemming benyttet i forskjellige brønner eller i en enkelt brønn ved forskjellige dybder eller en enkelt brønn med forskjellige sprekkgradienter. Derfor er hittil bruk av konvensjonelle stivningsforsinkede sementblandinger begrenset til bare slike underjordiske formasjoner hvor tettheten til den komponerte, stivningsforsinkede sementblanding svarer til behovet for tetthet av oppslemmingen på arbeidsstedet.

US patentsøknad nr. 2005/0155763 A1 beskriver stivnbare fluider som inneholder midler for regulering av partikkelstørrelsesfordeling samt fremgangsmåte for bruk av slike i underjordiske anvendelser så vel som i anvendelser på overflatenivå- Blandingene omfatter sement, et stivningsretarderende middel og et middel for regulering av partikkelstørrelsesfordeling. Eksempler på anvendelser er boring med de stivnbare fluider, fremgangsmåte ved sementering med de stivnbare fluider og fremgangsmåte ved bruk av stivnbare fluider for å fortrenge et annet fluid fra en brønn i en underjordisk formasjon.

Det er et behov for å øke fleksibiliteten av tetthetsmodifikasjoner under innpumping («onthe-fly») for å muliggjøre bruk av en enkelt sementoppslemming i flere brønner eller ved forskjellige dybder i en enkelt brønn.

Sammenfattende om oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse angår i henhold til et første aspekt en fremgangsmåte ved sementering i en underjordisk formasjon som angitt i patentkrav 1.

I henhold til et annet aspekt angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å skreddersy tettheten av en basissementblanding som angitt i patentkrav 11.

Foretrukne utførelsesformer fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Trekkene og fordelene ved foreliggende oppfinnelse vil være åpenbare for personer med fagkunnskap på området som leser den etterfølgende beskrivelse av eksemplifiserende utførelsesformer.

Detaljert beskrivelse

Foreliggende oppfinnelse angår stivnbare fluidblandinger og mer spesifikt stivnbare blandinger som omfatter midler for regulering av partikkelstørrelsesfordeling samt tilhørende fremgangsmåter. De stivnbare fluidblandinger ifølge foreliggende oppfinnelse er tetthetsregulerte sementblandinger i hvilke en basissementblanding (som omfatter et middel for regulering av partikkelstørrelsesfordeling) blir eller har blitt behandlet med et tetthetsregulerende middel. Disse stivnbare fluidblandinger kan bli brukt i mange applikasjoner som krever et stivnbart fluid. Én av de mange fordeler ved foreliggende oppfinnelse er at basissementblandingen omfatter midler for regulering av partikkelstørrelsesfordeling som kan bli tilberedt satsvis med en standard tetthet, og deretter skreddersydd for å oppnå en sementblanding med en tetthet hensiktsmessig for en gitt applikasjon. Videre kan dette bli gjort under innpumping, hvilket er hensiktsmessig mange tilfeller.

En ”basissementblanding” slik betegnelsen brukes her, er en sementblanding ifølge foreliggende oppfinnelse forut for tetthetsregulering.

Basissementblandingen som benyttes i forbindelse med foreliggende oppfinnelse omfatter generelt vann, en sement, et stivningsforsinkende middel og et middel for regulering av partikkelstørrelsesfordeling. Tetthetsregulerende midler med spesifikke tettheter i området fra omtrent 0,1 til omtrent 10 kan bli tilsatt til fluidstrømmen under utførelse av pumpeoperasjonen (for eksempel under innpumping) for å regulere tettheten av basissementblandingen dersom det ønskes. Eventuelt kan andre tilsetningsmidler egnet for bruk i det stivnbare fluidet bli tilsatt. Tetthetsregulerende midler kan bli inkludert i vandige suspensjoner eller andre løsninger for forbedret reologi (for eksempel blandbarhet og pumpbarhet).

Generelt kan de tetthetsregulerte sementblandinger ifølge foreliggende oppfinnelse ha en tetthet i området fra omtrent 0,48 til omtrent 3 kg/ l. Imidlertid kan lavere eller høyere tettheter bli ansett hensiktsmessige i avhengig av den enkelte applikasjon. I visse eksemplifiserende utførelsesformer kan de tetthetsregulerte sementblandinger ifølge foreliggende oppfinnelse ha en tetthet i området fra omtrent 1,2 til omtrent 3 kg/l.

I visse eksemplifiserende utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse kan basissementblandingen som tilveiebringes, bli formulert som en ”fortettet” (tung) basissementblanding (for eksempel formulert med en betydelig høyere tetthet enn hva som er kalkulert å bære nødvendig for det beregnede bruk) forut for tilsetning av det tetthetsregulerende middel og aktivatorblandingen. Slike fortettede basissementblandinger kan bli tilveiebrakt på forskjellige måter, så som gjennom tilsetning av høytetthetspartikler eller ved å formulere basissementblandingen med mindre vann enn hva som er nødvendig ved den tilsiktede bruk. Blant andre fordeler vil benyttelse av en fortettet basissementblanding støtte tilsetning av en aktivatorblanding i form av en tynn løsning. For eksempel, hvis en sementblanding har en nødvendig tetthet på1,97 kg/l, kan en fortettet basissementblanding med en tetthet på for eksempel 2,04 kg/l eller høyere bli tilveiebrakt og aktivert med en aktivatorblanding fortynnet med tilstrekkelig vann for til slutt å oppnå den ønskede oppslemming med 1,97 kg/l tetthet. Blant andre fordeler kan tilsetning av en aktivatorblanding i en tynn løsning til en fortettet basissementblanding, minimere risikoen for å utvikle lokale soner med for høy aktivatorkonsentrasjon som følge av utilstrekkelig blanding. De tetthetsreduserende midler egnet til bruk ved foreliggende oppfinnelse er uorganiske materialer med lav bulktetthet som inneholder innelukket luft, så som ekspandert mika og ekspandert vermikulitt og mikrosfærer. I enkelte utførelsesformer kan de tetthetsreduserende midler ha spesifikke tettheter i området fra omtrent 0,1 til omtrent 3,0.

I utførelsesformer hvor tettheten av den tilveiebrakte basissementblanding skal bli redusert, kan mikrosfærer bli tilsatt direkte til den fortettede basissementblanding.

Egnede mikrosfærer som kan bli benyttet i samsvar med foreliggende oppfinnelse inkluderer hule og porøse mikrosfærer. Mikrosfærene kan være til stede i de stivnbare blandinger ifølge foreliggende oppfinnelse i en mengde i området fra omtrent 1 til omtrent 90 vekt-% av basissementblandingen. Størrelsen av mikrosfærene til stede i basissementblandingen er i området fra omtrent 5 til omtrent 1000 mikrometer og kan være til stede i en rekke størrelser eller med enhetlig størrelse. Mikrosfærene kan benytte en rekke materialer i samsvar med foreliggende oppfinnelse, inkludert, men ikke begrenset til glass, natriumkalk borosilikatglass, silika, gull, sølv, palladium, platina, polymetylmetakrylat, poly(L-melkesyre), polyakrylsyre, lateks, alumina, titan, melamin, dekstran, flygeaske som utvunnet eller ekspandert, keramer, andre polymermaterialer for eksempel termoplastiske materialer så som polyetylen, polypropylen, polystyren og elastomere så som styren-butadien random eller blokkpolymere, etylen-propylen-dien monomer (EPDM) og blandinger av de nevnte. . Mikrosfærene kan skaffes fra en enhver egnet kilde. Eksempler på egnede mikrosfærer er hule kuler av flygeaske kommersielt tilgjengelig fra Halliburton under handelsnavnet SPHERLITE, hule, syntetiske glasskuler kommersielt tilgjengelige fra 3M Corporation under handelsnavnet SCOTCHLITE, elastomere, hule kuler omfattende organiske fluider under handelsnavnet EXPANCL og ekspanderbare polystyrenkorn (EPS kvalitet) tilgjengelige fra Huntsman Corporation.

Hvor basissementblandingen ifølge foreliggende oppfinnelse skal skummes (for eksempel for å redusere tettheten av basissementblandingen eller for å forbedre dens mekaniske egenskaper), kan basissementblandingen bli skummet ved direkte tilsetning av gass inn i basissementblandingen. For eksempel hvor basissementblandingen blir skummet ved direkte injeksjon av gass inn i blandingen, kan gassen som benyttes være luft eller enhver egnet inert gass, så som nitrogen eller til og med en blanding av slike gasser. Ved visse eksemplifiserende utførelsesformer blir nitrogen benyttet. Når skumming oppnås gjennom direkte gassinjeksjon, kan gassen være til stede i blandingen i en mengde tilstrekkelig til å skumme blandingen, generelt i en mengde i området fra omtrent 0,01 til omtrent 60 vol-% av blandingen under nedhulls betingelser. Basissementblandingen kan også bli skummet med en gass generert ved reaksjon mellom sementoppslemmingen og et ekspanderende tilsetningsmiddel tilstede i basissementblandingen i partikulær form. For eksempel kan blandingen bli skummet med hydrogengass in situ som produkt av en reaksjon mellom oppslemmingen og fint aluminiumpulver til stede i basissementblandingen. For å stabilisere skummet kan overflateaktive midler eventuelt bli tilsatt basissementblandingen. Overflateaktive midler egnet for bruk ved foreliggende oppfinnelse er beskrevet i US patent nr.6 063 738 og 6367 550.

I visse eksemplifiserende utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse kan basissementblandingen som er tilveiebrakt være formulert som en ”lett” basissementblanding (det vil si sammensatt med betydelig lavere tetthet enn den som er beregnet å være nødvendig for dens beregnede bruk) forut for tilsetning av tetthetsregulerende middel, for eksempel et tetthetsøkende middel samt aktivatorblanding. En slik lett basissementblanding kan være tilveiebrakt på en rekke forskjellige måter, så som for eksempel ved å formulere basissementblandingen med mer vann en nødvendig for den beregnede bruk. De tetthetsregulerende midler for formålet å øke tettheten av den tilveiebrakte basissementblanding ifølge foreliggende oppfinnelse er jernoksider, manganoksider, sinkoksid, jernkarbonat eller vandige løsninger av natriumklorid, kalsiumklorid, cesiumklorid, cesiumformiat og blandinger av de nevnte. I enkelte utførelsesformer har de tetthetsøkende midler spesifikke tettheter i området fra omtrent 3,5 til 10. Eksempler på egnede tetthetsøkende midler er HI-DENSE 3, som er kommersielt tilgjengelig fra Halliburton, HI-DENSE 4 fra Halliburton og MicroMax™ FF fra Halliburton. Tetthetsøkende midler kan være inkludert i sementblandingene ifølge foreliggende oppfinnelse i en mengde opp til omtrent 100 vekt-% av den tørre sement.

Vannet til stede i basissementblanding ifølge foreliggende oppfinnelse kan være fra en hvilken som helst kilde forutsatt at det ikke inneholder vesentlig av komponenter som kan påvirke andre komponenter i basissementblandingen negativt. For eksempel kan en basissementblanding ifølge foreliggende oppfinnelse omfatte ferskvann, saltvann (for eksempel vann inneholdende ett eller flere oppløste salter), saltlake (for eksempel mettet saltvann) eller sjøvann. Vannet kan være til stede i en mengde tilstrekkelig til å danne en pumpbar oppslemming. Generelt kan vannet være tilstede i basissementblandingen ifølge foreliggende oppfinnelse en mengde i området fra omtrent 25 til omtrent 150 vekt-% av sementen (% bwoc). I visse eksemplifiserende utførelsesformer kan vannet være tilstede i basissementblandingen ifølge foreliggende oppfinnelse i en mengde i området fra omtrent 40 til omtrent 55 % bwoc.

Enhver sement egnet til bruk i underjordiske formasjoner er egnet til bruk i foreliggende oppfinnelse. Videre er enhver sement egnet for bruk i anvendelser ved overflaten, for eksempel bygningssementer, egnet for bruk ved foreliggende oppfinnelse. De forbedrede sementblandinger ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter en hydraulisk sement. En rekke hydraulisk sementer er egnet for bruk inkludert slike som omfatter kalsium, aluminium, silisium, oksygen og/ eller svovel. Og som stivner og blir hard gjennom reaksjon med vann. Slike hydrauliske sementer inkluderer, men er ikke begrenset til, Portlandsementer, Pozzuolosementer, gipssement, sementer med høyt aluminainnhold, silikasementer og høyalkaliske sementer.

Basissementblandingen ifølge foreliggende oppfinnelse kan videre omfatte et stivningsforsinkende middel. Generelt kan ethvert stivningsforsinkende middel bli brukt i basissementblandingen ifølge foreliggende oppfinnelse. I visse eksemplifiserende utførelsesformer kan stivningsforsinkende midler som benyttes ved foreliggende oppfinnelse omfatte fosfonsyrederivater så som de beskrevet i US patent nr.4 676 832. Kommersielt tilgjengelige eksempler på et egnet stivningsforsinkende middel inkluderer de som er tilgjengelige fra Solutia Corporation i St. Louis, Missouri under handelsnavnet ”DEQUEST”. I visse eksemplifiserende utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse benyttes et natriumsalt av en fosfonsyre kommersielt tilgjengelig fra Solutia Corporation i St. Louis, Mississippi under handelsnavnet ”DEQUEST 2006”. Et egnet fosfonsyrebasert stivningsforsinkende middel er kommersielt tilgjengelig fra Halliburton under handelsnavnet ”MMCR”, micromatrix sement stivningsforsinker. Generelt er det stivningsforsinkende middel til stede i basissementblandingen ifølge foreliggende oppfinnelse i en mengde i området fra omtrent 0,1 til omtrent 5 % bwoc.

Midlet for regulering av partikkelstørrelsesfordeling egnet for bruk i basissementblandingen ifølge foreliggende oppfinnelse kan være enhver forbindelse som på ønskelig måte påvirker partikkelstørrelsesfordelingen i basissementblandingen ved å agglomerere partikler i blandingen slik at basissementblandingen reologi forblir ønskelig stabil innenfor en valgt periode av tid. Til tross for at dispergeringsmidler påvirker partikkelstørrelsesfordelingen ved deagglomerering, er det antatt at partikkelstørrelsesregulerende midler som påvirker partikkelstørrelsesfordelingen ved agglomerering av fine partikler, er mer egnet ved foreliggende oppfinnelse. Blant andre fordeler kan nærvær av midler for regulering av partikkelstørrelsesfordeling i basissementblandingen utsette begynnende geldannelse i en viss tid. I henhold til dette er visse utførelsesformer av basissementblandingene ifølge foreliggende oppfinnelse i stand til å forbli stabile i tilstand av en oppslemming i flere uker eller mer før de blir aktivert ved tilsetning av en aktivatorblanding. Blant andre fordeler fører nærværet av midlet for regulering av partikkelstørrelsesfordeling i basissementblandingen at mindre partikler tenderer til å klumpe seg (agglomerere) og derved snevre størrelsesfordelingen av partikler i basissementblandingen.

Ett eksempel på et egnet middel for regulering av partikkelstørrelsesfordeling er en kationisk polymer. Eksempler på kationiske polymerer egnet for bruk med foreliggende oppfinnelse inkluderer, men er ikke begrenset til, kationiske polyakrylamider, kationisk hydroksyetylcellulose, poly(dimetyldiallylammoniumklorid) samt kationiske stivelser. I en eksemplifiserende utførelsesform er den kationiske polymer benyttet i basissementblandingen ifølge foreliggende oppfinnelse en kationsk stivelse. Et kommersielt tilgjengelig eksempel på en kationisk stivelse er tilgjengelig under handelsnavnet ”REDIBOND 5330 A” fra National Starch Co. i Bridgewater, Connecticut. Generelt er midlet for regulering av partikkelstørrelsesfordeling til stede i basissementblandingen i en mengde tilstrekkelig til å regulere partikkelstørrelsesfordelingen i basissementblandingen til ønsket område. Mer spesifikt kan midlet for regulering av partikkelstørrelsesfordeling være til stede i basissementblandingen i en mengde i området fra omtrent 0,01 til omtrent 4 % bwoc. Andre mengder kan være egnet i enkelte applikasjoner.

Eventuelt kan basissementblandingen ifølge foreliggende oppfinnelse ytterligere omfatte et middel for reduksjon av flytespenning. Bruk av slike midler for reduksjon av flytespenning kan være spesielt fordelaktige i visse eksemplifiserende utførelsesformer hvor en tetthetsøkt (tung) basissementblanding blir benyttet. Blant andre fordeler kan bruk av et middel for reduksjon av flytespenning støtte pumpbarheten av den fortettede basissementblanding blant annet for å redusere den kraft som kreves for å bevege den fortettede basissementblanding fra en statisk stilling. Mens foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til noen spesiell teori er det antatt at det midlet for reduksjon av flytespenning blant annet øker de frastøtende krefter mellom sementpartikler og derved hindrer dem fra å bevege seg mot hverandre. Et annet eksempel på et egnet middel for reduksjon av flytespenning er et sulfonert melamin formaldehyd kondensat som er kommersielt tilgjengelig under handelsnavnet ”MELADYNE” fra Handy Chemicals Ltd. i Beachwood, Ohio. Et annet eksempel på et egnet middel for reduksjon av flytespenning er et sulfittaddukt av et aceton formaldehydkondensat, kommersielt tilgjengelig fra Halliburton Energy Services Inc., Duncan, Oklahoma under handelsnavnet ”CFR-3”. Et annet eksempel på et egnet middel for reduksjon av flytespenning er et sulfonert naftalenkondensat, kommersielt tilgjengelig fra Halliburton Energy Services Inc., Duncan, Oklahoma under handelsnavnet ”CFR-6”. En person med fagkunnskap på området med støtte i denne beskrivelse vil være i stand til å gjenkjenne et egnet middel for reduksjon av flytespenning for en gitt applikasjon.

Eventuelt kan basissementblandingen ifølge foreliggende oppfinnelse ytterligere omfatte et ekspanderende tilsetningsmiddel. Når et ekspanderende tilsetningsmiddel i partikkelform blir benyttet, er aluminiumpulver, gipsblandinger og dødbrent magnesiumoksid foretrukket. Foretrukne ekspanderende tilsetningsmidler omfatter aluminiumpulver er kommersielt tilgjengelige under handelsnavnene ”GAS-CHEK®” og ”SUPER CBL” fra Halliburton Energy Services Inc., Duncan, Oklahoma; et foretrukket ekspanderende tilsetningsmiddel omfattende en blanding inneholdende gips er kommersielt tilgjengelig under handelsnavnet MICROBOND fra Halliburton Energy Services Inc., Duncan, Oklahoma; og foretrukket ekspanderende tilsetningsmiddel omfattende dødbrent magnesiumoksid er kommersielt tilgjengelig under handelsnavnene ”MicroBond M” og ”MicroBond HT” fra Halliburton Energy Services Inc., Duncan, Oklahoma. Slike foretrukne ekspanderende tilsetningsmidler er beskrevet i US patentene med samme innehaver nr. 4 304 298, nr.4 340 427, nr.4 367 093, nr 4450 010 og nr. 4 565 578. En person med fagkunnskap på området vil med støtte i denne beskrivelse være i stand til å bestemme den hensiktsmessige mengde av ekspanderende tilsetningsmiddel å inkludere i basissementblandingen ifølge foreliggende oppfinnelse for en gitt applikasjon.

Ytterligere tilsetningsmidler kan bli tilsatt til basissementblandingen ifølge foreliggende oppfinnelse i den utstrekning det anses hensiktsmessig av en person med fagkunnskap på området med støtte i denne beskrivelse. Eksempler på slike tilsetningsmidler inkluderer blant annet fluidtapsreduserende midler, salter, vitrifisert skifer, flygeaske, fumet silika, bentonitt, faste tetthetsøkende tilsetningsmidler og lignende. Et eksempel på et egnet fluidtapsreduserende middel er kommersielt tilgjengelig fra Halliburton Energy Services Inc., Duncan, Oklahoma under handelsnavnet ”HALAD® 9”.

For å tilberede basissementblandingen ifølge foreliggende oppfinnelse for bruk kan en aktivatorblanding ifølge foreliggende oppfinnelse bli tilsatt. Aktivatorblandingen ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter generelt en blanding av minst ett alkali eller jordalkalimetall hydroksid og et trialkanolamin. En bred rekke av alkali- eller jordalkalimetall egnet for bruk ved foreliggende oppfinnelse. I visse eksemplifiserende utførelsesformer er alkali eller jordalkalimetallhydroksidet valgt fra gruppen bestående av natriumhydroksid og kaliumhydroksid. En bred rekke av trialkanolaminer er egnet for bruk ved foreliggende oppfinnelse. I visse eksemplifiserende utførelsesformer er trialkanolaminene valgt fra gruppen bestående av trietanolamin (TEA), tripropanolamin og triisopropanolamin. Slike kombinasjoner er blitt funnet å gi en synergistisk vikning, noe som fører til sementblandinger som oppnår ønskelige høye trykkfastheter ved en raskere rate enn hva som kunne oppnås dersom TEA eller alkalimetallhydroksid hadde blitt tilsatt hver for seg. I visse eksemplifiserende utførelsesformer er alkalimetallhydroksidet natriumhydroksid. Generelt kan aktivatorblandingen bli tilsatt til en basissementblanding ifølge foreliggende oppfinnelse i en mengde tilstrekkelig til å la sementblandingen oppnå en ønsket trykkfasthet og en ønsket tykningstid. Mer spesifikt kan aktivatorblandingen bli tilsatt basissementblandingen i en mengde i området fra omtrent 0,1 til 5 % bwoc.

Generelt kan alkali- eller jordalkalimetallhydroksidet være til stede i aktivatorblandingen i en mengde i området fra omtrent 50 til omtrent 99,9 vekt-%. Generelt kan trialkanolaminet være til stede i aktivatorblandingen i en mengde i området fra omtrent 0,1 til omtrent 50 vekt-%.

Aktivatorblandingen kan bli tilsatt i en rekke forskjellige måter. For eksempel kan aktivatorblandingen bli tilsatt basissementblandingen mens sistnevnte fortsatt er i lagring. I visse andre eksemplifiserende utførelsesformer kan aktivatorblandingen i varierende mengde bli injisert i basissementblandingen ved samme tid som sementblandingen blir injisert i den underjordiske formasjon. Blant andre fordeler ved å injisere aktivatorblandingen mens sementblandingen blir injisert i formasjonen, er at kan bidra til å minimere utvikling av lokale regioner i sementblandingen med høye aktivatorkonsentrasjoner.

Ett eksempel på å injisere tetthetsregulerende midler eller andre tilsetningsmidler i sementoppslemmingen under innpumpinginkluderer å forbinde fluidsuspensjoner til sugesiden av sementpumpeenheten. Et annet eksempel er å injisere suspensjonen eller løsningen av tetthetsregulerende middel i varierende grad under trykk, i strømmen av sementoppslemming ved bruk av en separat pumpe. Ved varierende å regulere injeksjonsraten kan mengden av tetthetsregulerende middel og som en konsekvens av det, tettheten av oppslemmingen bli nøyaktig regulert. Dette er spesielt nyttig i tilfeller hvor formasjonen penetrert av brønnen er heterogen og oppviser forskjellig sprekkgradienter, hvorfor oppslemmingens tetthet må overvåkes omhyggelig slik at det hydrostatiske trykk fra sementoppslemmingen ikke overstiger sprekkgradienten i formasjonen med påfølgende tap av sirkulasjon. Faktisk tillater metoden med regulering av tettheten under innpumping, en rask respons i tilfeller hvor tap av sirkulerende sementoppslemming oppstår under pumping, ved hvilket tidspunkt tettheten kan bli variabelt regulert etter behov, for eksempel ved å senke tettheten av oppslemmingen som pumpes ved å øke mengden av tetthetsreduserende middel eller redusere mengden av tetthetsøkende middel som blir injisert, for å stanse sirkulasjonstapet. Evnen til å regulere tettheten av sementoppslemmingen ved regulering av oppslemmingens tetthet under innpumping er også viktig ved sementering av lange strenger av vertikale foringsrør hvor det kan være behov for betydelig tetthetsvariasjon fra bunnen av foringsrøret (for eksempel skoområdet) til toppen av sementkolonnen. Eksempler på blandesystemer egnet for justering av oppslemmingens tetthet under innpumpinginkluderer RCM® II Mixing System og RCM® IIe Mixing System, kommersielt tilgjengelig fra Halliburton. Bruk av konvensjonell metode for oppslemming med enhetlig tetthet kan potensielt være utilstrekkelig til å hindre tap av fluider i de dypeste deler av den sementerte sone og tilstrekkelig til å overskride sprekkgradienten nær toppen av sementkolonnen.

De følgende eksempler av eksemplifiserende utførelsesformer er gitt for å støtte forståelsen av foreliggende oppfinnelse. Eksemplene skal på ingen måte tolkes til å begrense oppfinnelsen ramme.

Eksempler

Basissementblandingen tilveiebrakt i de følgende eksempler omfattet klasse G sement (100 % bwoc), SSA-1 (35 % bwoc), HALAD-9 (0,27 % bwoc), CFR-6 (0,196 % bwoc), FDP-C754-04 (1 % bwoc), FDP-C662-02 (0,375 % bwoc) og vann (21,3 liter/sekk), med tetthet (1,94 kg/l) og utbytte (41,1 liter/sekk). Tettheten og trykkfastheten av den tetthetsregulerte sementblanding beskrevet i de følgende eksempler ble målt i henhold til API spesifikasjon 10B, 22. utgave, desember 1997.

Eksempel 1

Prøve nr.1 omfattet basissementblandingen beskrevet ovenfor til hvilken 14 % bwoc hule kuler ble tilsatt. Prøve nr. 2 omfattet basissementblandingen til hvilken 60 % bwoc Micromax™ ble tilsatt. Prøve nr.3 omfattet basissementblandingen til hvilken 32 vol-% av nitrogen oppslemmingsskummer ble tilsatt. De resulterende tettheter av de tetthetsregulerte sementblandinger er angitt i tabellen nedenfor.

Tabell 1

Eksempel 1 viser blant annet av vi tilfredsstillende kan variere tetthet og oppnå hensiktsmessige trykkfastheter ut av de stivnede materialer.

Eksempel 2

Prøve nr. 1 og 2 beskrevet i det foregående avsnitt ble satt til stivning i autoklav ved 149 °C og 207 bar i 72 timer. Basissementblandingen omfattende klasse G sement (100 %), SSA-1 (35 % bwoc), HALAD-9 (0,27 % bwoc), CFR-6 (0,196 % bwoc), FDP-C754-04 (1 % bwoc), FDP-C662-02 (0,375 % bwoc) og vann (21,3 liter/ sekk) med tetthet (1,94 kg/l) og utbytte (41,1 liter/sekk). Trykkfasthetene ble målt med standard Tinius Olsen utstyr (modell nr.398) og er angitt i tabellen nedenfor.

Tabell 2

Eksempel 2 viser blant annet at den tetthetsregulerte sementblanding ifølge foreliggende oppfinnelse kan bli vellykket tilberedt fra en basissementblanding.

Derfor er foreliggende oppfinnelse vel tilpasset til å oppnå målene og fordelene som er nevnt ovenfor så vel som andre iboende fordeler. De spesifikke utførelsesformer beskrevet ovenfor er kun illustrerende idet foreliggende oppfinnelse kan bli modifisert og praktisert på ulike måter slik det vil være åpenbart for en person med fagkunnskap på området med støtte i den foreliggende redegjørelse. De spesifikke, illustrative utførelsesformer som er beskrevet ovenfor, kan bli endret og modifisert innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse som er definert av de etterfølgende patentkrav.

Claims

Patentkrav

1. Fremgangsmåte for å sementere i en underjordisk formasjon, omfattende:

å tilveiebringe en basissementblanding omfattende vann, en hydraulisk sement, et stivningsretarderende tilsetningsmiddel og et middel for å regulere partikkelstørrelsesfordeling, idet basissementblandingen har en tetthet,

å regulere tettheten av basissementblandingen med et tetthetsregulerende middel under innpumping, for å tilveiebringe en tetthetsregulert sementblanding,

å aktivere den tetthetsregulerte sementblanding,

å plassere den tetthetsregulerte sementblanding i en underjordisk formasjon og å tillate den tetthetsregulerte sementblanding å stivne i den underjordiske formasjon, karakterisert ved at det tetthetsregulerende middel omfatter:

a) et tetthetsøkende middel valgt fra gruppen bestående av jernoksider, manganoksider, sinkoksid, zirkoniumoksid, jernkarbonat, vandige løsninger av natriumklorid, kalsiumklorid, cesiumklorid eller cesiumformiat, og blandinger av de nevnte, eller

b) et tetthetsreduserende middel valgt blant uorganiske materialer med lav bulktetthet inneholdende innelukket luft, og mikrosfærer.

2. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at midlet for å regulere partikkelstørrelsesfordeling er en kationisk polymer.

3. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 2, karakterisert ved at den kationiske polymer er et kationisk polyakrylamid, et kationisk hydroksyetylcellulose, et poly(dimetyldiallylammoniumklorid) eller en kationisk stivelse.

4. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at trinnet å regulere tetthet av basissementblandingen omfatter å injisere en tetthetsregulator i basissementblandingen.

5. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 4, karakterisert ved at tetthetsregulatoren omfatter et tetthetsøkende middel som har en spesifikk tetthet i området fra omtrent 3,5 til omtrent 10.

6. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 4, karakterisert ved at tetthetsregulatoren omfatter et tetthetsreduserende middel som har en spesifikk tetthet i området fra omtrent 0,1 til omtrent 3.

7. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at trinnet å aktivere sementblandingen omfatter å tilsette en aktivatorblanding til sementblandingen.

8. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 7, karakterisert ved at aktivatorblandingen er en blanding av et trialkanolamin og et alkalimetallhydroksid eller en blanding av trialkanolamin og et jordalkalimetallhydroksid.

9. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at trinnet å aktivere sementblandingen blir utført før, under eller etter å regulere tettheten av basissementblandingen.

10. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at trinnet å regulere tettheten av basissementblandingen under innpumping, omfatter å injisere et tetthetsregulerende middel i basissementblandingen slik at det hydrostatiske trykket av blandingen ikke overskrider en sprekkgradient i den underjordiske formasjon.

11. Fremgangsmåte for å skreddersy tettheten av en basissementblanding for bruk på et arbeidssted, omfattende:

å tilveiebringe en basissementblanding omfattende vann, en hydraulisk sement, et stivningsretarderende tilsetningsmiddel og et middel for regulering av partikkelstørrelsesfordeling, idet basissementblandingen har en tetthet, samt å regulere tettheten til basissementblandingen på arbeidsstedet ved varierende å injisere en tetthetsregulator i basissementblandingen,

karakterisert ved at tetthetsregulatoren omfatter

a) et tetthetsøkende middel valgt fra gruppen bestående av jernoksider, manganoksider, sinkoksid, zirkoniumoksid, jernkarbonat, vandige løsninger av natriumklorid, kalsiumklorid, cesiumklorid eller cesiumformiat, og blandinger av de nevnte, eller b) et tetthetsreduserende middel valgt blant uorganiske materialer med lav bulktetthet inneholdende innelukket luft, og mikrosfærer.

12. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 11, karakterisert ved at midlet for regulering av partikkelstørrelsesfordeling er en kationisk polymer.

13. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 12, karakterisert ved at den kationiske polymer er valgt fra gruppen bestående av kationiske polyakrylamider, kationisk hydroksyetylcellulose, poly(dimetyldiallylammonium klorid) og kationsk stivelse.

14. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 11, karakterisert ved at trinnet å regulere tettheten til basissementblandingen på arbeidsstedet omfatter å injisere en tetthetsregulator i basissementblandingen før eller under plassering av sementblandingen i en underjordisk formasjon.

15. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 11, karakterisert ved at tetthetsregulatoren omfatter et tetthetsøkende middel som har en spesifikk tetthet i området fra omtrent 3,5 til omtrent 10.

16. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 11, karakterisert ved at tetthetsregulatoren omfatter et tetthetsreduserende middel som har en spesifikk tetthet i området fra omtrent 0,1 til omtrent 3.

17. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 11, karakterisert ved at trinnet å regulere tettheten av basissementblandingen på arbeidsstedet omfatter varierende å injisere et tetthetsregulerende middel i basissementblandingen i avhengighet av det hydrostatiske trykket til blandingen i en underjordisk formasjon.

18. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 11, karakterisert ved at trinnet å regulere tettheten av basissementblandingen omfatter varierende å injisere et tetthetsregulerende middel i basissementblandingen for å motvirke tap av sirkulerende sement inn i den underjordiske formasjon.