EA 026066B1 20170228 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2017\PDF/026066 Полный текст описания [**] EA201270516 20101008 Регистрационный номер и дата заявки US12/576,893 20091009 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок GB2010/001887 Номер международной заявки (PCT) WO2011/042705 20110414 Номер публикации международной заявки (PCT) EAB1 Код вида документа [PDF] eab21702 Номер бюллетеня [GIF] EAB1\00000026\066BS000#(882:947) Основной чертеж [**] СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦЕМЕНТНОЙ КОМПОЗИЦИИ Название документа [8] G01N 33/38, [8] G01N 29/024, [8] G01N 29/07, [8] G01N 29/22 Индексы МПК [US] Иверсон Бенджамин Джон, [US] Дарб Роберт Филлип, [US] Брэдшоу Рик Сведения об авторах [US] ХЭЛЛИБЕРТОН ЭНЕРДЖИ СЕРВИСИЗ ИНК. Сведения о патентообладателях [US] ХЭЛЛИБЕРТОН ЭНЕРДЖИ СЕРВИСИЗ ИНК. Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea000026066b*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Способ получения цемента, содержащий следующие стадии: приготовление исходного цементного раствора, содержащего цемент, воду и одну или более добавок; помещение образца исходного цементного раствора в контейнер для образцов, имеющий вертикальную высоту; и измерение времени прохождения ультразвукового излучения через образец в более чем одном местоположении вдоль вертикальной высоты контейнера для определения седиментационной способности исходного цементного раствора, при этом седиментацию в растворе определяют исходя из разницы между измеренными временами прохождения.

2. Способ по п.1, в котором при измерении времени прохождения ультразвукового излучения измеряют первое время прохождения в первый момент времени, измеряют второе время прохождения в более поздний второй момент времени и сравнивают их, причем седиментацию в растворе определяют исходя из разницы между ними.

3. Способ по п.1, в котором время прохождения измеряют одновременно во множестве местоположений, расположенных по вертикали на расстоянии друг от друга вдоль вертикальной высоты контейнера для образцов.

4. Способ по п.2 или 3, в котором время прохождения измеряют во множество моментов времени и во множестве местоположений, расположенных по вертикали на расстоянии друг от друга вдоль вертикальной высоты контейнера для образцов.

5. Способ по любому из пп.1-4, дополнительно содержащий сравнение седиментационной способности исходной цементной композиции с эталонным значением седиментации.

6. Способ по п.5, в котором указанное эталонное значение определяют посредством сопоставления измерений времени прохождения для цементного раствора с дополнительными измерениями седиментации, выполненными в соответствующих местоположениях измерений после затвердевания раствора.

7. Способ по п.5 или 6, дополнительно включающий для исходной цементной композиции, не соответствующей эталонному значению седиментации, корректировку исходной цементной композиции исходя из ее седиментационной способности для получения скорректированной исходной цементной композиции.

8. Способ по п.7, в котором корректировка исходной цементной композиции включает изменение плотности композиции, площади поверхности одной или более добавок в композиции, выбора одной или более добавок в композиции, количества одной или более добавок в композиции, реологии композиции или их комбинаций.

9. Способ по п.7 или 8, дополнительно включающий многократное измерение времени прохождения ультразвукового излучения через образец в более чем одном местоположении вдоль вертикальной высоты для определения седиментационной способности скорректированного цементного раствора, сравнение седиментационной способности скорректированной цементной композиции с эталонным значением седиментации и корректировку цементной композиции исходя из седиментационной способности до ее соответствия эталонному значению седиментации, обеспечивая получение первоначально оптимизированной цементной композиции.

10. Способ по п.9, дополнительно включающий определение по меньшей мере одного механического свойства первоначально оптимизированной цементной композиции, сравнение механического свойства первоначально оптимизированной цементной композиции с эталонным механическим значением и, если первоначально оптимизированная цементная композиция не соответствует эталонному механическому значению, корректировку первоначально оптимизированной цементной композиции исходя из механического свойства.

11. Способ по п.10, дополнительно включающий многократное определение по меньшей мере одного механического свойства первоначально оптимизированной цементной композиции, сравнение механического свойства первоначально оптимизированной цементной композиции с эталонным механическим значением и корректировку первоначально оптимизированной цементной композиции исходя из механического свойства до ее соответствия эталонному значению седиментации, обеспечивая получение повторно оптимизированной цементной композиции.

12. Способ по пп.9, 10 или 11, дополнительно включающий размещение первоначально оптимизированной цементной композиции в стволе скважины.

13. Способ по п.11 или 12, дополнительно включающий размещение повторно оптимизированной цементной композиции в стволе скважины.

14. Способ определения седиментации цементной композиции с использованием устройства для седиментационного анализа, содержащего колонку, имеющую вертикальную высоту и по меньшей мере одну пару преобразователей, расположенных напротив друг друга с колонкой, размещенной между ними, содержащий следующие этапы: помещение образца цементного раствора в колонку; измерение времени прохождения ультразвукового излучения через образец с помощью пары преобразователей в более чем одном местоположении вдоль вертикальной высоты колонки для определения седиментационной способности цементного раствора; сравнение седиментационной способности образца с эталонным значением седиментации, причем эталонное значение определяют посредством сопоставления измерений времени прохождения для цементного раствора с дополнительными измерениям седиментации, выполненными в соответствующих местоположениях измерений после затвердевания раствора.

15. Способ по п.14, дополнительно включающий перемещение по меньшей мере одной пары преобразователей вдоль вертикальной высоты колонки и измерение времени прохождения во множестве местоположений вдоль вертикальной высоты.

16. Способ по п.14 или 15, в котором указанное устройство содержит множество пар преобразователей, расположенных напротив друг друга и на расстоянии друг от друга вдоль вертикальной высоты колонки.

17. Способ по пп.14, 15 или 16, дополнительно включающий измерение температуры, давления образца или и того, и другого в колонке.

18. Способ по пп.14-16 или 17, дополнительно включающий смешивание образца в колонке перед измерением времени прохождения.

19. Способ по любому из пп.14-18, в котором преобразователи представляют собой ультразвуковые преобразователи.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

1. Способ получения цемента, содержащий следующие стадии: приготовление исходного цементного раствора, содержащего цемент, воду и одну или более добавок; помещение образца исходного цементного раствора в контейнер для образцов, имеющий вертикальную высоту; и измерение времени прохождения ультразвукового излучения через образец в более чем одном местоположении вдоль вертикальной высоты контейнера для определения седиментационной способности исходного цементного раствора, при этом седиментацию в растворе определяют исходя из разницы между измеренными временами прохождения.

2. Способ по п.1, в котором при измерении времени прохождения ультразвукового излучения измеряют первое время прохождения в первый момент времени, измеряют второе время прохождения в более поздний второй момент времени и сравнивают их, причем седиментацию в растворе определяют исходя из разницы между ними.

3. Способ по п.1, в котором время прохождения измеряют одновременно во множестве местоположений, расположенных по вертикали на расстоянии друг от друга вдоль вертикальной высоты контейнера для образцов.

4. Способ по п.2 или 3, в котором время прохождения измеряют во множество моментов времени и во множестве местоположений, расположенных по вертикали на расстоянии друг от друга вдоль вертикальной высоты контейнера для образцов.

5. Способ по любому из пп.1-4, дополнительно содержащий сравнение седиментационной способности исходной цементной композиции с эталонным значением седиментации.

6. Способ по п.5, в котором указанное эталонное значение определяют посредством сопоставления измерений времени прохождения для цементного раствора с дополнительными измерениями седиментации, выполненными в соответствующих местоположениях измерений после затвердевания раствора.

7. Способ по п.5 или 6, дополнительно включающий для исходной цементной композиции, не соответствующей эталонному значению седиментации, корректировку исходной цементной композиции исходя из ее седиментационной способности для получения скорректированной исходной цементной композиции.

8. Способ по п.7, в котором корректировка исходной цементной композиции включает изменение плотности композиции, площади поверхности одной или более добавок в композиции, выбора одной или более добавок в композиции, количества одной или более добавок в композиции, реологии композиции или их комбинаций.

9. Способ по п.7 или 8, дополнительно включающий многократное измерение времени прохождения ультразвукового излучения через образец в более чем одном местоположении вдоль вертикальной высоты для определения седиментационной способности скорректированного цементного раствора, сравнение седиментационной способности скорректированной цементной композиции с эталонным значением седиментации и корректировку цементной композиции исходя из седиментационной способности до ее соответствия эталонному значению седиментации, обеспечивая получение первоначально оптимизированной цементной композиции.

10. Способ по п.9, дополнительно включающий определение по меньшей мере одного механического свойства первоначально оптимизированной цементной композиции, сравнение механического свойства первоначально оптимизированной цементной композиции с эталонным механическим значением и, если первоначально оптимизированная цементная композиция не соответствует эталонному механическому значению, корректировку первоначально оптимизированной цементной композиции исходя из механического свойства.

11. Способ по п.10, дополнительно включающий многократное определение по меньшей мере одного механического свойства первоначально оптимизированной цементной композиции, сравнение механического свойства первоначально оптимизированной цементной композиции с эталонным механическим значением и корректировку первоначально оптимизированной цементной композиции исходя из механического свойства до ее соответствия эталонному значению седиментации, обеспечивая получение повторно оптимизированной цементной композиции.

12. Способ по пп.9, 10 или 11, дополнительно включающий размещение первоначально оптимизированной цементной композиции в стволе скважины.

13. Способ по п.11 или 12, дополнительно включающий размещение повторно оптимизированной цементной композиции в стволе скважины.

14. Способ определения седиментации цементной композиции с использованием устройства для седиментационного анализа, содержащего колонку, имеющую вертикальную высоту и по меньшей мере одну пару преобразователей, расположенных напротив друг друга с колонкой, размещенной между ними, содержащий следующие этапы: помещение образца цементного раствора в колонку; измерение времени прохождения ультразвукового излучения через образец с помощью пары преобразователей в более чем одном местоположении вдоль вертикальной высоты колонки для определения седиментационной способности цементного раствора; сравнение седиментационной способности образца с эталонным значением седиментации, причем эталонное значение определяют посредством сопоставления измерений времени прохождения для цементного раствора с дополнительными измерениям седиментации, выполненными в соответствующих местоположениях измерений после затвердевания раствора.

15. Способ по п.14, дополнительно включающий перемещение по меньшей мере одной пары преобразователей вдоль вертикальной высоты колонки и измерение времени прохождения во множестве местоположений вдоль вертикальной высоты.

16. Способ по п.14 или 15, в котором указанное устройство содержит множество пар преобразователей, расположенных напротив друг друга и на расстоянии друг от друга вдоль вертикальной высоты колонки.

17. Способ по пп.14, 15 или 16, дополнительно включающий измерение температуры, давления образца или и того, и другого в колонке.

18. Способ по пп.14-16 или 17, дополнительно включающий смешивание образца в колонке перед измерением времени прохождения.

19. Способ по любому из пп.14-18, в котором преобразователи представляют собой ультразвуковые преобразователи.


Евразийское 026066 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.02.28
(21) Номер заявки 201270516
(22) Дата подачи заявки
2010.10.08
(51) Int. Cl.
G01N 33/38 (2006.01) G01N 29/024 (2006.01) G01N 29/07 (2006.01)
G01N 29/22 (2006.01)
(54)
СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦЕМЕНТНОЙ КОМПОЗИЦИИ
(31) 12/576,893
(32) 2009.10.09
(33) US
(43) 2013.01.30
(86) PCT/GB2010/001887
(87) WO 2011/042705 2011.04.14
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ХЭЛЛИБЕРТОН ЭНЕРДЖИ СЕРВИСИЗ ИНК. (US)
(72) Изобретатель:
Иверсон Бенджамин Джон, Дарб Роберт Филлип, Брэдшоу Рик (US)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(56) US-A-5412990
WO-A2-0250529 WO-A2-0155047 WO-A1-2006111559
(57) Способ содержит приготовление исходного цементного раствора, содержащего цемент, воду и одну или несколько добавок, помещение образца исходного цементного раствора в контейнер для образцов, имеющий вертикальную высоту, и измерение времени прохождения энергии через образец в одном или нескольких местоположениях вдоль вертикальной высоты для определения седиментационной способности исходного цементного раствора. Способ содержит обеспечение устройства для седиментационного анализа, содержащего колонку, имеющую вертикальную высоту, и по меньшей мере одну пару преобразователей, расположенных напротив друг друга с колонкой между ними, помещение образца цементного раствора в колонку и измерение времени прохождения ультразвуковой энергии через образец в одном или нескольких местоположениях вдоль вертикальной высоты для определения седиментационной способности цементного раствора.
Область техники
Настоящее изобретение в основном относится к цементированию скважин. Конкретнее, изобретение относится к способу проектирования цементной композиции и устройству, применяемого для него.
Уровень техники
Зональная изоляция обозначает изоляцию подземной формации или зоны, которая служит в качестве источника природного ресурса, такого как газ, нефть или вода, от других подземных формаций. Для того чтобы достигнуть изоляции подземной формации, как правило, бурят скважину до подземной формации, в то же время осуществляя циркуляцию бурового раствора по стволу скважины. После окончания бурения колонну труб, например обсадную колонну, спускают в ствол скважины. Затем, как правило, осуществляют первичное цементирование, во время которого цементный раствор помещают в кольцевое пространство и дают ему затвердеть до твердой массы, посредством этого прикрепляя колонну труб к стенкам ствола скважины и закрывая кольцевое пространство. Затем могут также осуществляться вторичные операции цементирования, такие как исправительное цементирование.
Обычно проектирование цементного раствора для применений для добычи нефти включает оптимизацию плотности раствора, реологии, времени сохранения прокачиваемости, водоотдачи, седиментации, времени нарастания прочности, миграции газа во время размещения и механических свойств, таких как прочность на сжатие, прочность на разрыв, коэффициент Пуассона, модуль Юнга и т.д. для продолжительной зональной изоляции. Данные механические свойства можно изменить посредством включения различных добавок с различными плотностями. Одной задачей для включения таких добавок является воздействие вариаций плотности добавок на гомогенность раствора. Различающиеся плотности добавок могут приводить к неоднородному распределению плотности в растворе. Например, добавки с более высокой плотностью могут иметь тенденцию к оседанию в нижней части раствора, в то время как добавки с более низкой плотностью имеют тенденцию к тому, чтобы подниматься или оставаться в верхней части.
Общепринятый способ определения седиментации осуществляют на затвердевшем цементе. При этом такой процесс занимает время, поскольку цемент должен быть выдержанным и затвердевшим перед началом измерения седиментации, что может занять вплоть до 14 дней. Поэтому было бы желательно разработать улучшенный способ определения седиментации. Также было бы желательно разработать способ проектирования цементной композиции, подходящей для продолжительной зональной изоляции в подземной формации.
Сущность
В настоящем описании раскрыт способ, включающий в себя получение исходного цементного раствора, содержащего цемент, воду и одну или несколько добавок, помещение образца исходного цементного раствора в контейнер для образцов, имеющий вертикальную высоту, и измерение времени прохождения ультразвуковой энергии через образец в одном или нескольких местоположениях вдоль вертикальной высоты для определения седиментационной способности исходного цементного раствора.
Также в настоящем описании раскрыт способ, включающий в себя обеспечение устройства для се-диментационного анализа, содержащего колонку, имеющую вертикальную высоту, и по меньшей мере одну пару ультразвуковых преобразователей, расположенных напротив друг друга с колонкой, размещенной между ними, помещение образца цементного раствора в колонку и измерение времени прохождения ультразвуковой энергии через образец в одном или нескольких местоположениях вдоль вертикальной высоты колонки для определения седиментационной способности цементного раствора.
Краткое описание чертежей
Для более полного понимания настоящего изобретения и его преимуществ приводится следующее описание со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее:
Фиг. 1 представляет собой блок-схему, которая иллюстрирует способ проектирования цементной композиции.
Фиг. 2 представляет собой схематический разрез приспособления для седиментационного анализа.
Фиг. 3 иллюстрирует компьютерную систему, подходящую для воплощения некоторых вариантов осуществления данного изобретения.
Фиг. 4 представляет собой блок-схему, которая иллюстрирует способ анализа седиментации цементной композиции с применением приспособления для седиментационного анализа фиг. 2.
Подробное описание вариантов осуществления
В следующих чертежах и описании схожие части, как правило, обозначены во всем описании изобретения и на чертежах соответственно одними и теми же номерами позиций. Фигуры чертежей не обязательно изображены в масштабе. Определенные характерные признаки данного изобретения могут быть показаны в увеличенном масштабе или в какой-либо схематической форме, и некоторые детали общеизвестных элементов могут быть не показаны для ясности и краткости.
Следует понимать, что в настоящем описании ссылки на определение механических свойств цементной композиции даются на определение свойств затвердевшей цементной композиции. В настоящем описании "оптимизированный диапазон" обозначает диапазон приемлемых значений, которые может принимать конкретный параметр. "Оптимизированный диапазон" может представлять собой конкретный
диапазон числовых значений параметра, или может представлять собой значение по отношению к значению для исходной цементной композиции, как указано. В случаях если значение задано по отношению к значению для исходной цементной композиции, например, раствора состоящего из цемента, воды и, необязательно, одной или нескольких добавок, следует понимать, что указанный параметр был измерен для композиции в соответствии со способом Американского общества по испытанию материалов (АОИМ).
На фиг. 1 показана блок-схема, иллюстрирующая способ 100 проектирования цементной композиции, которая может подходить для цементирования подземной формации. Следует понимать, что "подземные формации" охватывают как области ниже открытого грунта, так и области ниже грунта, покрытого водой, такой как океан или пресная вода.
На стадии 105 способ 100 начинается с анализа подземной формации, в которую должна вводиться цементная композиция. Данный анализ может начинаться со сбора образцов формации и пласта для лабораторного анализа. В частности, для ствола скважины способ 100 может начинаться со сбора информации, для того чтобы получить каротажную диаграмму. Такая информация, как правило, включает в себя характеристики земных формаций, пересекаемых стволом скважины, и местоположение подповерхностных пластов природных ресурсов. Каротаж скважины представляет собой метод предоставления информации для специалиста по анализу формаций или бурильщика в отношении конкретной земной формации, подвергаемой бурению. Сбор информации относительно условий в скважине, который обычно называют "каротажем", можно осуществлять несколькими способами. Измерения на месте многих свойств формаций посредством приборов для каротажа ствола скважины, таких как приборы для каротажа во время бурения (КВБ) и спускаемые в скважину на канате, могут быть получены, например, с помощью электромагнитных, акустических, радиоактивных или электромеханических средств. Данные каротажные приборы позволяют на месте определять свойства, такие как пористость, проницаемость и литология породных формаций; давление и температура пласта в представляющих интерес зонах; идентификация присутствующих жидкостей; и многие другие параметры. Способы анализа подземной формации и сбора информации, необходимые для составления цементной композиции, известны среднему специалисту в данной области техники с учетом преимуществ данного изобретения.
На стадии 110 готовится исходная цементная композиция. Эта композиция может быть составлена так, чтобы придать ей целевой набор свойств, определенный посредством анализа подземной формации, как описано ранее на стадии 105. Такие композиции могут быть составлены так, чтобы выполнять функцию крепи обсадной колонны в стволе скважины для изоляции подземной формации, или и для того, и для другого, и не должны ни превышать градиент разрыва формации, ни допускать приток пластовых жидкостей во время фазы цементирования.
В варианте осуществления композиция содержит цемент, воду и одну или несколько добавок. Цемент может представлять собой гидравлический цемент, который включает в себя кальций, алюминий, кремний, кислород и/или серу и затвердевает и застывает благодаря реакции с водой. Примеры гидравлических цементов включают, без ограничения, портландцементы (например, портландцементы классов A, C, G и H), пуццолановые цементы, гипсовые цементы, фосфатные цементы, высокоглиноземистые цементы, кремниземистые цементы, высокощелочные цементы или их комбинации.
Композиция может включать достаточное количество воды для того, чтобы образовывать поддающийся перекачиванию насосом цементирующий раствор. Вода может представлять собой пресную воду или соленую воду, например ненасыщенный водный солевой раствор или насыщенный водный солевой раствор, такой как рассол или морская вода. Вода может присутствовать в количестве от приблизительно 20 до приблизительно 180 процентов по весу цемента (вес./вес. %), альтернативно от приблизительно 20 до приблизительно 100 вес./вес. %, альтернативно от приблизительно 28 до приблизительно 60 вес./вес. %.
Композиция может дополнительно содержать одну или несколько добавок, которые выбирают, для того чтобы придать исходный набор свойств, который требуется анализом подземной формации, как описано ранее на стадии 105. Примеры добавок включают, без ограничения, увеличивающие плотность добавки, такие как утяжелители, уменьшающие плотность добавки, такие как стеклянная дробь, пенооб-разующие и расширяющиеся добавки, такие как газ, суспензионные вспомогательные вещества, пенога-сители и тому подобное. Составление композиции для того, чтобы придать исходный набор свойств, который требуется анализом подземной формации, может осуществляться с помощью методов, известных среднему специалисту в данной области техники с учетом преимуществ данного изобретения.
Вслед за составлением композиции, которая удовлетворяет исходному набору свойств, который требуется анализом подземной формации, на стадии 115 раствор получают посредством смешивания цемента, воды и добавок. После того как раствор получен на стадии 120 определяют плотность и вязкость раствора. Например, раствор может иметь плотность, составляющую от приблизительно 4 до приблизительно 22 фунтов на галлон, альтернативно от приблизительно 8 до приблизительно 20 фунтов на галлон, альтернативно от приблизительно 12 до приблизительно 18 фунтов на галлон. Раствор может иметь вязкость, составляющую от приблизительно 1 до приблизительно 100 единицы консистенции Бер-дена (Bc), альтернативно от приблизительно 5 до приблизительно 60 Bc, альтернативно от приблизительно 10 до приблизительно 40 Bc. В варианте осуществления мерой времени сохранения прокачивае
мости для раствора является время, необходимое для достижения приблизительно 70 Bc.
Затем образец раствора помещают в приспособление для седиментационного анализа. Приспособление для седиментационного анализа (например, показанное на фиг. 2) и способы его применения (например, как показано на фиг. 4) будут описаны далее в настоящем описании. На стадии 125 определяют седиментационную способность раствора с применением приспособления для седиментационного анализа перед началом затвердевания раствора. Другими словами, седиментационный анализ осуществляется на незатвердевшей композиции для того, чтобы определить ее седиментационную способность с применением приспособления для седиментационного анализа и способов, как описано далее в настоящем описании. Затем начинается стадия 130, и композиция в дальнейшем называется первой оптимизированной цементной композицией (ОЦК-1). Без ограничения теорией, ОЦК-1 может иметь седиментационную способность по спецификации такую, что ОЦК-1 может представлять собой хорошо перемешанный раствор, который может поддерживать достаточно однородное распределение плотности по вертикальной высоте во времени, например после выбранной задержки времени или интервала между образцами, как описано ниже.
На стадии 130 оценивают седиментационную способность незатвердевшей ОЦК-1 относительно того, попадает ли она в пределы оптимизированного диапазона седиментации, что также обозначают как "в пределах спецификации" (соответствует спецификации) или "вне пределов спецификации" (не соответствует спецификации). Если седиментационная способность ОЦК-1 оказывается не соответствующей спецификации, способ 100 переходит на стадию 135, где седиментационную способность ОЦК-1 корректируют. Седиментационная способность, спецификация и способы ее корректировки будут описаны более подробно далее в настоящем описании. После того как ОЦК-1 корректируют, способ 100 возвращается на стадии 120 и 125, где плотность, вязкость и седиментационную способность ОЦК-1 изучают снова. Вслед за определением седиментационной способности способ 100 снова переходит на стадию 130, где ОЦК-1 оценивают относительно того, попадает ли она в пределы спецификации или нет. Если ОЦК-1 оказывается не соответствующей спецификации, способ 100 продолжается снова стадией 135, причем седиментационную способность ОЦК-1 корректируют, как описано ранее. Данное определение плотности и вязкости, за которым следует цикл определения-оценки-корректировки седиментации, представленное стадиями 120, 125, 130 и 135, продолжают при необходимости многократно, для того чтобы получить ОЦК-1, имеющую седиментационную способность по спецификации.
Как только обнаруживается, что ОЦК-1 соответствует спецификации на стадии 130, способ 100 переходит к стадии 140, где определяют механические свойства ОЦК-1, такие как прочность на разрыв, прочность на сжатие, коэффициент Пуассона, модуль Юнга и т.д.
Определение данных механических свойств известно в данной области техники с помощью данного изобретения. Например, прочность на разрыв, которую определяют как максимальную величину растягивающего напряжения, которой материал может быть подвергнут до разрыва, можно определить в соответствии с документом D3967-05 АОИМ. Прочность на сжатие, которую определяют как максимальное сопротивление материала аксиальной силе, можно определить в соответствии с документом D2938-95 АОИМ. Коэффициент Пуассона, который определяют как отношение радиальной деформации к аксиальной деформации, может быть определен в соответствии с документом D3148-02 АОИМ. Модуль Юнга, который служит признаком эластичности материала, может быть определен в соответствии с документом D3148-02 АОИМ. Дополнительные механические свойства, которые будут посчитаны целесообразными средним специалистом в данной области техники, могут также быть определены с помощью данного изобретения.
Вслед за определением механических свойств способ 100 переходит на стадию 145, где механические свойства исходной цементной композиции оценивают относительно того, находятся ли они в своих соответствующих оптимизированных диапазонах, определенных на основании анализа подземной формации на стадии 105. Если по меньшей мере одно механическое свойство ОЦК-1 окажется не соответствующим спецификации, способ 100 переходит на стадию 150, где корректируют по меньшей мере одно механическое свойство ОЦК-1.
Способы корректировки механических свойств цементов могут осуществляться с применением любых подходящих способов, известных среднему специалисту в данной области техники с учетом преимуществ данного изобретения. Например, прочность на разрыв и на сжатие могут быть скорректированы посредством включения повышающих прочность добавок, таких как волокна, пластиковые, углеродные, стеклянные волокна и тому подобное. Различные повышающие прочность добавки, подходящие для включения в цементные растворы, описаны в патентах США №№ 5049288, 6793730 и 5358047, каждый из которых включен в настоящее описание посредством ссылки во всей полноте. Коэффициент Пуассона может быть скорректирован посредством включения упругих сжимаемых гранул и упругих материалов, таких как графитовый уголь, жидкости, неводные жидкости, твердые вещества, газы, газогенерирующие материалы и тому подобное. Различные газогенерирующие материалы, подходящие для включения в цементные растворы описаны в патентах США №№ 6715553, 6722434, и 6858566, каждый из которых включен в настоящее описание посредством ссылки во всей полноте. Модуль Юнга может быть скорректирован посредством включения эластомеров, таких как полиизопрен, полибутадиен, полиизобутилен,
полиэфиры, сложные полиэфиры и т.д., или каучуков, таких как натуральный каучук, бутадиенстироль-ный каучук. Различные композиции эластомеров и каучуков, подходящие для включения в цементные растворы описаны в патентах США №№ 5688844 и 5293938, каждый из которых включен в настоящее описание посредством ссылки во всей полноте.
Вслед за корректировкой механических свойств способ 100 возвращается от стадии 150 на стадию 140, где механические свойства снова определяют, как описано в настоящем описании ранее, и затем на стадию 145, где ОЦК-1 оценивают относительно того, попадают ли механические свойства в пределы спецификации или нет. В альтернативном варианте осуществления вслед за корректировкой механических свойств способ 100 возвращается от стадии 150 на стадию 130, где седиментационные свойства снова определяют, как описано в настоящем описании ранее. При условии что седиментационные свойства остаются соответствующими спецификации после любой корректировки механических свойств, способ продолжается от стадии 130 к стадии 140, где механические свойства снова определяют, как описано в настоящем описании ранее, и затем на стадию 145, где ОЦК-1 оценивают относительно того, попадают ли механические свойства в пределы спецификации или нет. Такие циклы оценки могут продолжаться многократно, до тех пор пока как седиментационные свойства, так и механические свойства не окажутся в пределах спецификации.
В некоторых вариантах осуществления корректировка одного механического свойства может повлиять на другие механические свойства. Например, повышение прочности цементной композиции на разрыв посредством добавления волокон может увеличить модуль Юнга цементной композиции. Таким образом, цикл определения-оценки-корректировки механических свойств, представленный стадиями 140, 145 и 150, продолжается при необходимости многократно, для того чтобы получить ОЦК-1, имеющую все механические свойства по спецификации в пределах своих соответствующих оптимизированных диапазонов. В некоторых вариантах осуществления может быть определено множество механических свойств, и композицию, получаемую посредством этого, можно скорректировать дополнительное количество раз, например 3x, 4x, 5x и т.д., для того чтобы создать третью оптимизированную композицию, четвертую оптимизированную композицию, пятую оптимизированную композицию и т.д. Примеры способов корректировки множества механических свойств цементной композиции описаны в патентной заявке США № 11/228099, поданной 16 сентября 2005 г. и озаглавленной "Methods of Formulating a Cement Composition", и патентной заявке США № 12/393141, поданной 26 февраля 2009 г. и озаглавленной "Methods of Formulating a Cement Composition", каждая из которых, таким образом, включена посредством ссылки во всей полноте. Если обнаружено, что все механические свойства оказываются соответствующими спецификации в пределах своих соответствующих оптимизированных диапазонов на стадии 145, способ 100 переходит на стадию 155.
На стадии 155 определяется, была ли ОЦК-1 скорректирована на стадии 150. Если по меньшей мере одно механическое свойство было скорректировано, композицию ОЦК-1 изменяют (и называют скорректированной ОЦК-1), и способ 100 возвращается на стадию 120, для того чтобы определить плотность и вязкость скорректированной ОЦК-1, затем на стадию 125, для того чтобы определить седиментационную способность скорректированной ОЦК-1, и затем на стадию 130, для того чтобы оценить, остается ли се-диментационная способность соответствующей спецификации. Если седиментационная способность скорректированной ОЦК-1 не соответствует спецификации, способ 100 переходит на стадии 135, 120, 125 и 130, причем седиментационную способность скорректированной ОЦК-1 повторно корректируют, плотность и вязкость повторно определяют, седиментационную способность повторно определяют и повторно оценивают, до тех пор пока седиментационная способность не станет соответствовать спецификации, как описано ранее. Способ 100 затем переходит на стадию 140 и стадию 145, где механические свойства определяют и оценивают, как описано ранее. Если по меньшей мере одно механическое свойство скорректированной ОЦК-1 не соответствует спецификации, способ 100 переходит на стадии 150, 140 и 145, причем механические свойства скорректированной ОЦК-1 повторно корректируют, повторно определяют и повторно оценивают, до тех пор пока все механические свойства не станут соответствовать спецификации в пределах своих соответствующих оптимизированных диапазонов, как описано ранее. В некоторых вариантах осуществления определение плотности и вязкости, корректировка, определение и оценка седиментации и/или механических свойств ОЦК-1 продолжаются многократно, как описано, до тех пор пока седиментационные и механические свойства не станут соответствовать спецификации, и не будет делаться никаких дальнейших корректировок ОЦК-1, что позволяет способу 100 перейти от стадии 155 к стадии 160. На стадии 160 ОЦК-1 называется второй оптимизированной цементной композицией (ОЦК-2). Без ограничения теорией, ОЦК-2, имеющая механические свойства, которые соответствуют спецификации, может иметь достаточную прочность и достаточное сопротивление деформации, так что цементная композиция способна выдержать циклические нагрузки, испытываемые в течение срока эксплуатации структурой, для которой данная композиция обеспечивает основу, в дополнение к преимуществам ОЦК-1.
В различных вариантах осуществления способ 100 может заканчиваться после стадии 130, для того чтобы получить ОЦК-1, подходящую для применения в стволе скважины, для того чтобы обеспечить продолжительную зональную изоляцию. Альтернативно, способ 100 может заканчиваться после ста
дии 155, для того чтобы получить ОЦК-2, подходящую для применения в стволе скважины, для того чтобы обеспечить продолжительную зональную изоляцию. В дальнейшем исходную композицию, имеющую, по меньшей мере, седиментационную способность, соответствующую спецификации, или по меньшей мере одно механическое свойство, лежащее в оптимизированном диапазоне, называют оптимизированной цементной композицией (ОЦК).
Если это полагается целесообразным специалистом в данной области техники с учетом преимуществ данного изобретения, дополнительные добавки можно включить в ОЦК для корректировки седи-ментационной способности и различных механических свойств в своих соответствующих оптимизированных диапазонах и/или для придания других необходимых свойств. Такие добавки могут влиять или не влиять одновременно на седиментационные и/или механические свойства ОЦК. Примеры таких добавок включают, без ограничения, замедлители схватывания, добавки для понижения водоотдачи, пенога-сители, диспергирующие средства, ускорители схватывания, средства для промывки формаций или их комбинации.
Кроме того, могут осуществляться модификации, такие как изменения соотношения вода-цемент и добавление нецементирующих материалов, таких как зола-унос класса F, если это полагается целесообразным специалистом в данной области техники с учетом преимуществ данного изобретения, для того чтобы скорректировать седиментационные и/или механические свойства (например, прочность на разрыв, прочность на сжатие, коэффициент Пуассона, модуль Юнга и т.д.) в своих соответствующих оптимизированных диапазонах. Пример золы-уноса класса F включает в себя, без ограничения, золу-унос POZMIX A, которая коммерчески доступна от Halliburton Energy Services Inc. Вслед за включением любых дополнительных добавок седиментационные и/или механические свойства цементной композиции могут быть определены, оценены и скорректированы, как раскрыто в настоящем описании.
Различные добавки, описанные выше, могут иметь различные плотности, размеры, формы, площади поверхности и т.д., которые выбираются так, чтобы ОЦК имела седиментационные и механические свойства, которые соответствуют спецификации. В варианте осуществления ОЦК, имеющая седимента-ционные и механические свойства, которые соответствуют спецификации, является подходящей для продолжительной зональной изоляции. Альтернативно, ОЦК, имеющая седиментационную способность, которая соответствует спецификации, является подходящей для продолжительной зональной изоляции.
В варианте осуществления способ 100, раскрытый в настоящем описании, может осуществляться вручную или может быть автоматизирован с применением компьютера полностью или частично. Например, вычисления и определение седиментационной способности и/или механических свойств раскрытых цементных композиций могут осуществляться с применением программного обеспечения и/или оборудования, разработанного для анализа и корректировки описанных параметров. Аналогичным образом, некоторые или все из стадий определения, оценки и корректировки могут быть автоматизированы и/или управляться компьютером. Например, способы, раскрытые на фиг. 1 и 4, могут выполняться на компьютерной системе типа показанной на фиг. 3 и описанной в настоящем описании.
В варианте осуществления ОЦК могут использоваться в операциях заканчивания скважин, таких как первичные и вторичные операции цементирования, известных специалистам в данной области техники. ОЦК можно поместить в кольцевое пространство ствола скважины и позволить затвердеть, так что она изолирует подземную формацию от другой части ствола скважины. ОЦК, таким образом, образует барьер, который препятствует миграции жидкостей в данной подземной формации в другие подземные формации. В кольцевом пространстве ОЦК также служит для поддержки трубопровода, например обсадной трубы, в стволе скважины. В варианте осуществления ствол скважины, в котором расположена ОЦК, относится к многоствольной конфигурации стволов скважины. Следует понимать, что многоствольная конфигурация стволов скважины включает в себя по меньшей мере два главных ствола скважины, соединенных одним или несколькими вспомогательными стволами скважины.
Во вторичном цементировании, часто именуемом исправительным цементированием, герметизирующая композиция может быть стратегически помещена в ствол скважины, для того чтобы залить пустоту или трещину в трубопроводе, для того чтобы залить пустоту или трещину в затвердевшей ОЦК (например, цементном камне), находящейся в кольцевом пространстве, для того чтобы залить относительно небольшое отверстие, известное как микрозазор, между затвердевшим герметизирующим материалом и трубопроводом, и так далее. Различные действия, которые могут следовать за применением герметизирующей композиция в стволе скважины, описаны в патентах США №№ 5346012 и 5588488, которые включены посредством ссылки в настоящее описании во всей полноте.
В варианте осуществления ОЦК применяют в стволе скважины, который расположен в любой конфигурации, подходящей для закачки или извлечения материала из ствола скважины, такой как конфигурация для гравитационного дренирования при закачке пара, многоствольная конфигурация стволов скважины или обычная конфигурация ствола скважины. Конфигурация содержит два независимых ствола скважины с горизонтальными участками, расположенными один выше другого. Верхний ствол скважины применяют в первую очередь для того, чтобы передать пар в скважину, а нижний ствол скважины применяют в первую очередь для того, чтобы получить нефть. Скважины расположены близко друг к другу, для того чтобы сделать возможным тепловой поток от одной к другой. Нефть в пласте, примы
кающем к верхнему стволу скважины, становится менее вязкой в результате нагрева паром, так что сила тяжести тянет нефть вниз в сторону нижнего ствола скважины, где ее можно получить. В варианте осуществления ОЦК данного изобретения предоставляют затвердевшие цементные композиции, которые являются термически стабильными, когда оказываются в высокотемпературном окружении.
Что касается фиг. 2, на ней показан схематический разрез варианта осуществления устройства 200 для седиментационного анализа для определения седиментационной способности, рассмотренного на фиг. 1. Устройство 200 для седиментационного анализа может воспроизводить условия в скважине и может применяться для того, чтобы исследовать седиментацию частиц (например, добавок) во времени в растворе (например, в незатвердевшей цементной композиции). Раскрытое устройство 200 для седимен-тационного анализа и способы его применения могут также предоставлять пользователю возможность улучшить общую эффективность составления цементной композиции на основании требований подземной формации.
Как изображено, устройство 200 содержит сосуд или приемник для помещения образца в виде колонки 202. В варианте осуществления колонка 202 может иметь любую подходящую форму, например цилиндрическую, кубическую и т.д. В варианте осуществления (например, при цилиндрической форме), колонка 202 может иметь выровненные внутренние края или углы для облегчения устранения пустоты во время смешивания так, чтобы можно было достичь хорошего перемешивания раствора. Как правило, острые края или углы могут приводить к областям мертвых зон, причем раствор может иметь участки разной плотности. Колонка 202 может иметь любые подходящие размер и конфигурацию. В варианте осуществления колонка 202 представляет собой приспособление лабораторного размера. В таком варианте осуществления колонка 202 может быть равной или меньшей, чем 5 футов, или равной или меньшей, чем 4 фута, или равной или меньшей, чем 3 фута. Альтернативно, колонка 202 может быть меньше или больше приспособления лабораторного размера. Колонка 202 может быть сооружена из любого подходящего материала, например металла, нержавеющей стали, композиционного материала, стекла, пластика и т.д.
В варианте осуществления колонка 202 может представлять собой металлический контейнер, как например оловянный контейнер. Оловянный контейнер может иметь кубическую форму, имеющую выровненные внутренние края и углы, с высотой, равной 8 дюймов, шириной, равной 4 дюйма, и длиной, равной 2 дюйма.
Устройство 200 для седиментационного анализа дополнительно содержит ультразвуковые преобразователи 204 и 206, расположенные друг напротив друга с колонкой 202 между ними. Как изображено, ультразвуковые преобразователи 204 и 206 расположены на одинаковой высоте и могут сдвигаться вертикально посредством передвижения их вверх или вниз вдоль вертикальной оси 214 и 216 соответственно. Таким способом местоположение ультразвуковых преобразователей 204 и 206 можно корректировать для измерений седиментационной способности на любой необходимой высоте вдоль вертикальной оси 214 и 216. Например, ультразвуковые преобразователи 204 и 206 можно передвигать парой вверх по направлению к верхней части колонки 202, альтернативно их можно передвигать парой вниз по направлению к нижней части колонки 202. В альтернативных вариантах осуществления в приспособлении для седиментационного анализа может быть больше, чем два ультразвуковых преобразователя (например 4, 6, 8, 10 и т.д.), размещенных неподвижно и/или подвижно вертикально вдоль высоты колонки. В данных вариантах осуществления седиментационную способность можно измерять одновременно в любой точке с передвижением ультразвуковых преобразователей вверх или вниз или без него. Например, приспособление для седиментационного анализа может содержать шесть ультразвуковых преобразователей, причем два ультразвуковых преобразователя помещают друг напротив друга в верхней части, два ультразвуковых преобразователя помещают друг напротив друга в нижней части, и два оставшихся ультразвуковых преобразователя помещают друг напротив друга в средней части данного приспособления для седи-ментационного анализа. В альтернативном варианте осуществления используют один ультразвуковой преобразователь (или другое нечетное число, такое как 3 или 5), причем по меньшей мере один преобразователь испускает сигнал (например, звуковую волну) и принимает отраженный сигнал. Например, сигнал передается через стенку контейнера для образцов и проходит через образец. По меньшей мере, часть сигнала отражается назад через образец и стенку контейнера и принимается тем же самым преобразователем, который испустил сигнал. Соответствующие корректировки могут быть сделаны по отношению к обработке сигнала, описанной в настоящем описании, например, для того чтобы принять во внимание приблизительное удвоение времени прохождения, обусловленное отраженным типом сигнала.
Ультразвуковые преобразователи 204 и 206 представляют собой устройства, которые могут как испускать, так и принимать высокочастотные звуковые волны. Таким образом, когда два ультразвуковых преобразователя 204 и 206 помещены напротив друг друга, один из ультразвуковых преобразователей (например, ультразвуковой преобразователь 204 или ультразвуковой преобразователь 206) может посылать электрическую энергию (например, сигнальные напряжения) и превращать электрическую энергию в ультразвуковые звуковые волны, как правило выше 20000 Гц, и другой ультразвуковой преобразователь (например, ультразвуковой преобразователь 206 или ультразвуковой преобразователь 204) может принимать ультразвуковые звуковые волны и превращать их назад в сигнальные напряжения. В альтер
нативных вариантах осуществления могут использоваться другие устройства для испускания и приема сигналов энергии (например, приемопередатчик) вместо или в дополнение к ультразвуковым преобразователям. В различных вариантах осуществления сигналы энергии могут содержать акустические сигналы (нормальные акустические или звуковые волны), гамма-излучение, рентгеновское излучение, нейтроны или их комбинации. В вариантах осуществления такие сигналы энергии получают с помощью пар преобразователей передатчик-приемник.
В варианте осуществления ультразвуковые преобразователи 204 и 206 связаны с устройством отображения, таким как осциллоскоп 208, посредством линий 210 и 212 соответственно. Осциллоскоп 208 представляет собой устройство, которое позволяет увидеть как испущенные, так и принимаемые сигнальные напряжения так, что можно определить время пробега между двумя сигналами. Другими словами, время прохождения (TOF) между испусканием высокочастотных звуковых волн и приемом высокочастотных звуковых волн ультразвуковыми преобразователями 204 и 206 может быть определено с применением осциллоскопа 208. Время прохождения определяют как количество времени, необходимое ультразвуковым звуковым волнам, для того чтобы пройти известное расстояние, которое представляет собой ширину колонки 202 между ультразвуковыми преобразователями 204 и 206. Примером осциллоскопа 208 является Tektronix TDS 1000, который является коммерчески доступным осциллоскопом от Tektronix. В альтернативных вариантах осуществления могут использоваться другие устройства, для того чтобы определить или измерить время прохождения, например часовой механизм для обработки сигналов (например, микрочип или устройство на интегральных схемах).
Устройство 200 может быть дополнительно оснащено контроллером температуры 220, который управляет температурой в нем с помощью нагревательного устройства 218. Примеры подходящих нагревательных устройств включают, без ограничения, нагревательные ленты, рубашки, катушки, нагревательные элементы или их комбинации, которые могут полностью или частично окружать устройство 200 или проникать в него. Контроллер температуры 220 можно применять для того, чтобы нагревать образец раствора в колонке 202 до необходимой температуры, например до статической забойной температуры для того, чтобы воспроизвести условия в скважине. В колонке 202 можно поместить датчик температуры 222 для того, чтобы измерять в ней температуру.
Устройство 200 может быть связано с подводом инертного газа 224 посредством линий 232, 234 и 236 для создания в колонке 202 необходимого давления, например давления, равного давлению в скважине для того, чтобы воспроизвести условия в скважине. В альтернативных вариантах осуществления давление в устройстве 200 может быть создано альтернативными способами, такими как шприцевой насос или регулируемый воздухо-воздушный насос, по отдельности или в сочетании с клапаном для снижения давления. Дополнительно или альтернативно газу, можно использовать другие среды для создания давления, такие как вода или другие текучие/жидкие среды. Подвод инертного газа 224 может представлять собой любой подходящий инертный газ под давлением, такой как азот, аргон и т.д. Датчик давления 226 может быть размещен в колонке 202 для того, чтобы измерять в ней давление. Регулятор давления 228, размещенный между колонкой 202 и подводом инертного газа 224, может применяться для того, чтобы регулировать поток инертного газа под давлением от подвода инертного газа 224 в колонку 202. Клапан 230 для снижения давления, размещенный между колонкой 202 и регулятором 228 давления, может применяться для того, чтобы снизить какое бы то ни было нарастание давления в колонке 202, вызванное сбоем оборудования или нарушением параметров, посредством линий 232, 238 и 236.
Устройство 200 может дополнительно содержать смеситель (на чертеже не показан), размещенный в колонке 202 так, что он может вращаться, для смешивания или встряхивания в нем образца раствора. Смеситель может быть связан с осью (на чертеже не показана), которая в свою очередь может быть связана с блоком привода (на чертеже не показан) для вращения смесителя. Блок привода может представлять собой любое известное средство для вращения смесителя, такое как, без ограничения, машины, смесители, двигатели и т.д. В варианте осуществления устройство 200 смешивает раствор с необходимой скоростью для того, чтобы получить хорошо перемешанный раствор, имеющий однородную плотность. Смеситель и ось установлены на колонке сверху 202 и могут быть подвижными, например, их можно вытянуть наверх и удерживать так, чтобы они не загораживали область между ультразвуковыми преобразователями перед началом определения седиментации, которое описано далее в настоящем описании. В альтернативных вариантах осуществления, однако, смеситель и ось могут быть размещены стратегически так, чтобы они не загораживали область между ультразвуковыми преобразователями, например, смеситель и ось могут быть установлены на колонке сбоку. Альтернативно, смеситель и ось могут быть съемными, например, смеситель и ось могут применяться для смешивания раствора в колонке и удаляться, после того как раствор будет хорошо перемешан.
Устройство 200 для седиментационного анализа может, с другой стороны, содержать вибратор или другое устройство, способ или средство для ускорения процесса седиментации раствора. В варианте осуществления вибратор содержит вибрационный амортизатор или основание, на которые помещают полностью или частично устройство 200 (например, колонку 202). Данная индуцированная вибрация может иметь место внутри устройства 200 или снаружи приспособления. Несмотря на то, что вибрации, как правило, избегают для того, чтобы ослабить процесс седиментации, она может быть вызвана умыш
ленно, для того чтобы ускорить процесс седиментации в интересах уменьшения полного времени анализа.
Устройство 200 для седиментационного анализа может, с другой стороны, содержать циркуляционный или циклический замкнутый поток или другое устройство, способ или средство для воспроизведения седиментации в динамических условиях (например, в условиях потока жидкости). В варианте осуществления замкнутый поток находится в жидкостном соединении с колонкой 202. Замкнутый поток может содержать один или несколько выходов для удаления раствора из приспособления, один или несколько входов для получения раствора назад в приспособление, присоединенные трубопроводы для потока, соединяющие вход и выход, и один или несколько насосов, размещенных в трубопроводах для потока. С другой стороны, раствор может прокачиваться насосом и удаляться, вместо того чтобы циклически перемещаться в приспособление и из него.
В варианте осуществления устройство 200 для седиментационного анализа и связанные способы могут также применяться в ситуации прокачки в реальном времени для того, чтобы измерять седиментацию при заливке цемента, например при операциях цементирования ствола скважины. В различных вариантах осуществления устройство 200 может быть установлено на насосном оборудовании, или может быть установлено на инструменте для применения в скважине. Ультразвуковой способ может быть внедрен в поток работ по цементированию в реальном времени в местоположении отдаленных работ, таком как местоположение скважины. Например, образец может быть взят из смесителя цемента, помещен в устройство 200 в реальном времени и, необязательно, возвращен в смеситель цемента или, необязательно, удален. Альтернативно, образец из потока может быть взят из смесителя цемента, пропущен через устройство 200 в реальном времени (например, приспособление, имеющее замкнутый поток, как описано выше) и, необязательно, возвращен в смеситель цемента или, необязательно, удален. Свойства цемента (например, цемента ствола скважины) посредством этого можно отслеживать и корректировать в реальном времени для того, чтобы получить необходимые седиментационные свойства, во время осуществления работ по цементированию (например, первичного и/или вторичного цементирования в стволе скважины).
Устройство 200 седиментационного анализа может дополнительно содержать компьютерную систему 248. Ультразвуковые преобразователи 204 и 206, осциллоскоп 208, блок привода, регулятор давления 228, клапан для снижения давления 230, датчик 222 температуры, датчик 226 давления и контроллер 220 температуры могут быть связаны с компьютерной системой 248 посредством линий 250, 252, 254, 256, 258, 260, 262, 264 и 266 соответственно. Компьютерная система 248 и средства управления и/или методика технологического процесса (например, полностью или частично способ, показанный на фиг. 4) могут быть реализованы на компьютере, имеющем достаточные производительность, ресурсы памяти и пропускную способность сети для того, чтобы выдержать необходимую нагрузку, возложенную на него. Фиг. 3 иллюстрирует компьютерную систему 248, подходящую для воплощения одного или нескольких вариантов осуществления, раскрытых в настоящем описании. Компьютерная система 248 включает в себя процессор 382, который может называться блоком центрального процессора, который связан с устройствами памяти, включая внешнее запоминающее устройство 384, постоянную память (ПП) 386, память с произвольной выборкой (ППВ) 388, устройствами 390 ввода/вывода (I/O) и устройствами 392 для присоединения к сети. Процессор может быть воплощен в виде одного или нескольких чипов блока центрального процессора. Внешнее запоминающее устройство 384, как правило, состоит из одного или нескольких накопителей на дисках или накопителей на ленте и применяется для энергонезависимого хранения данных и в качестве запоминающего устройства для данных переполнения, если ППВ 388 не достаточно велика для того, чтобы содержать все рабочие данные. Внешнее запоминающее устройство 384 может применяться для того, чтобы хранить программы, которые загружаются в ППВ 388, когда такие программы выбирают для выполнения. ПП 386 применяют, для того чтобы хранить команды и, возможно, данные, которые считываются во время выполнения программы. ПП 386 представляет собой энергонезависимое устройство памяти, которое, как правило, обладает небольшой емкостью памяти по сравнению с большей емкостью памяти внешнего запоминающего устройства. ППВ 388 применяют для того, чтобы хранить изменяющиеся данные и, возможно для того, чтобы хранить команды. Доступ как к ПП 386, так и к ППВ 388, как правило, более быстрый, чем к внешнему запоминающему устройству 384.
Устройства 390 могут включать принтеры, видеомониторы, жидкокристаллические дисплеи, сенсорные дисплеи, клавиатуры, дополнительные клавиатуры, переключатели, диски набора, мыши, трек-болы, устройства распознавания речи, картридеры, устройства ввода с бумажной перфоленты или другие хорошо известные устройства ввода и вывода. Устройства 392 для присоединения к сети могут иметь вид модемов, групп модемов, сетевых карт Ethernet, интерфейсных карт универсальной последовательной шины, последовательных интерфейсов, карт кольцевой сети с эстафетным доступом, карт интерфейса для доступа к распределенным данным по оптоволокну, карт беспроводной локальной сети, карт радиоприемопередатчиков, таких как карты радиоприемопередатчиков для системы множественного доступа с кодовым разделением и/или глобальной системы мобильных коммуникаций и/или карты радиоприемопередатчиков для системы глобальной совместимости для микроволнового доступа, WiFi, Blue
tooth и других хорошо известных сетевых устройств. Данные устройства 392 для присоединения к сети могут позволять процессору 382 осуществлять связь с интернетом или одним или более интранетом. При таком сетевом соединении предполагается, что процессор 382 может получать информацию из сети или может отправлять информацию в сеть в ходе выполнения вышеописанных стадий способа. Такую информацию, которая часто представлена в виде последовательности команд для выполнения с применением процессора 382, можно получать из сети и отправлять в сеть, например, в форме сигнала компьютерных данных, заключенного в несущую волну.
Такая информация, которая может включать данные или команды для выполнения с применением процессора 382, например, может быть получена из сети и передана в сеть, например, в форме немоду-лированного сигнала компьютерных данных или сигнала, заключенного в несущую волну. Немодулиро-ванный сигнал или сигнал, заключенный в несущую волну, созданный устройствами 392 для присоединения к сети, может распространяться в или на поверхности электрических проводников, в коаксиальных кабелях, в волноводах, в оптических средах, например оптоволокне, или в воздухе или свободном пространстве. Информация, содержащаяся в немодулированном сигнале или сигнале, заключенном в несущую волну, может быть упорядочена в соответствии с различными последовательностями, как может требоваться или для обработки или образования информации, или для передачи или приема информации. Немодулированный сигнал или сигнал, заключенный в несущую волну, или другие типы сигналов, применяемые в настоящее время или которые будут разработаны в будущем, именуемые в настоящем описании средой передачи, могут генерироваться в соответствии с некоторыми способами, хорошо известными специалисту в данной области техники.
Процессор 382 выполняет команды, коды, компьютерные программы, сценарии, доступ к которым он получает с жесткого диска, гибкого диска, оптического диска (все данные различные системы, основанные на дисках, можно рассматривать как внешнее запоминающее устройство 384), ПП 386, ППВ 388 или устройств 392 для присоединения к сети.
Устройства 392 для присоединения к сети компьютерной системы 248 способны облегчить связь между процессором 382 и компонентами устройства 200, включая ультразвуковые преобразователи 204 и 206, осциллоскоп 208, блок 246 привода, регулятор 228 давления, клапан 230 для снижения давления, датчик 222 температуры, датчик 226 давления и контроллер 220 температуры. В варианте осуществления устройства 392 для присоединения к сети могут представлять собой проводные устройства, такие как сетевые карты Ethernet, интерфейсные карты USB и т.д., и связь между процессором 382 и компонентами устройства 200 может представлять собой связь по проводной сети. Альтернативно, устройства 392 для присоединения к сети могут представлять собой беспроводные устройства, такие как WiFi, Bluetooth и т.д., и связь между процессором 382 и компонентами устройства 200 для седиментационного анализа может представлять собой связь по беспроводной сети.
Датчики (например, ультразвуковые преобразователи 204 и 206, датчик 222 температуры, датчик 226 давления и т.д.) могут быть связаны с компьютерной системой 248 так, что данные, получаемые от таких датчиков, можно хранить и/или применять посредством компьютерной системы 248. В варианте осуществления время прохождения в растворе по вертикальной высоте колонки 202 можно измерять в начале эксперимента (в момент времени ноль, t0) и в конце эксперимента (в момент времени tend) после выбранной задержки времени, которая может быть выбрана пользователем. В альтернативных вариантах осуществления седиментационную способность (например, время прохождения) в растворе в колонке 202 можно отслеживать непрерывно во время эксперимента, и выборку данных можно собирать периодически в течение эксперимента в каждом интервале между образцами (например, в момент времени t1, t2, t3 и т.д.), например, каждую секунду, каждую минуту, каждый час и т.д.
Компьютерная система 248 способна принимать внутренние данные и/или внешние данные и генерировать и передавать сигналы на осциллоскоп 208, блок привода, регулятор 228 давления, клапан 230 для снижения давления и контроллер 220 температуры. Например, компьютерная система 248 может получать автоматические и/или введенные вручную команды от пользовательского ввода, и может посылать сигналы на осциллоскоп 208, блок привода, регулятор 228 давления, клапан 230 для снижения давления и контроллер 220 температуры на основании внутренних вычислений, выполнении программ и/или данных, полученных от датчиков. Таким образом, компьютерная система 248 может быть связана с осциллоскопом 208 для отображения высокочастотных звуковых волн от ультразвуковых преобразователей 204 и 206 и временем прохождения между ними. Компьютерная система 248 может быть связана с блоком привода для вращения смесителя и оси. Компьютерная система 248 может также быть связана с контроллером 220 температуры и датчиком 222 температуры для того, чтобы управлять температурой раствора в колонке 202 исходя из обратной связи от датчика 222 температуры. Компьютерная система 248 может также быть связана с регулятором 228 давления и датчиком 226 давления для того, чтобы управлять давлением в колонке 202 посредством корректировки количества инертного газа, поступающего в колонку 202 от подвода 224 инертного газа, исходя из обратной связи от датчика 226 давления. Компьютерная система 248 может также быть связана с клапаном 230 для снижения давления и датчиком 226 давления для того, чтобы отслеживать любые сбои оборудования или нарушения параметров, вызывающие нарастание давления в колонке 202, и снижать такое нарастание давления посредством от
крытия клапана 230 для снижения давления. Как таковая, компьютерная система 248 может быть способна влиять на различные функции устройства 200 для седиментационного анализа, включая осциллоскоп 208, контроллер 220 температуры, температуру в колонке 202, регулятор 228 давления, клапан 230 для снижения давления, давление в колонке 202, блок привода, скорость смесителя и тому подобное. В альтернативных вариантах осуществления, однако, также предусмотрено, что осциллоскоп, контроллер температуры, блок привода, регулятор давления и клапан для снижения давления могут регулироваться вручную посредством средств управления, внешних по отношению к компьютерной системе.
На фиг. 4 показан вариант осуществления способа 400 анализа седиментационной способности с применением устройства 200 для седиментационного анализа с фиг. 2. Данный способ 400 содержит стадии 125 и 135 способа 100 фиг. 1 более подробно. Способ 400 начинается на стадии 115 фиг. 1, где готовят раствор. Раствор может быть приготовлен посредством смешивания цемента с водой и добавками. Способ 400 переходит на стадию 120 фиг. 1, где определяют плотность и вязкость раствора. После определения плотности и вязкости способ 400 переходит на стадию 125, дополнительно содержащей стадии 415-445. На стадии 415, где раствор помещают в колонку 202 устройства 200 для седиментационного анализа фиг. 2. На стадии 420 корректируют параметры устройства 200. Например, нагревательное устройство 218 может быть включено, если оно еще не включено, контроллер 220 температуры может быть выставлен на выбранную температуру для того, чтобы воспроизводить температуру в скважине, и температура в устройстве 200 может отслеживаться с помощью датчика 222 температуры для того, чтобы достигнуть выбранной температуры. Вначале могут быть перекрыты регулятор 228 давления и клапан 230 для снижения давления. Затем инертный газ от подвода 224 инертного газа может вводиться в колонку 202 через отверстие регулятора 228 давления до тех пор, пока не будет достигнуто выбранное давление (например, давление, равное давлению в скважине). Давление в колонке 202 можно отслеживать с помощью датчика 226 давления. Регулятор 228 давления может быть перекрыт, когда давление в устройстве 200 достигнет выбранного давления.
Затем способ 400 переходит на стадию 425, где раствор внутри колонки 202 смешивают, например посредством включения на выбранной скорости блока привода, который вращает ось и смеситель. Перемешивание раствора может воспроизводить помещение раствора в скважину, а также обеспечивает исходный уровень для хорошо перемешанного раствора. На стадии 430, после того как раствор хорошо перемешан, перемешивание может быть остановлено посредством выключения блока привода. Ось и смеситель могут быть вытянуты вверх так, чтобы они не загораживали область между ультразвуковыми преобразователями 204 и 206. Осциллоскоп 208 может быть включен. Время прохождения в растворе сверху можно измерить посредством передвижения ультразвуковых преобразователей 204 и 206 вверх вдоль вертикальной оси 214 и 216, так чтобы ультразвуковые преобразователи 204 и 206 были на одном уровне с верхней границей раствора внутри колонки 202. Затем можно измерить время прохождения в растворе внизу посредством передвижения ультразвуковых преобразователей 204 и 206 вниз вдоль вертикальной оси 214 и 216 так, чтобы ультразвуковые преобразователи 204 и 206 были расположены внизу колонки 202. Измерения времени прохождения в растворе сверху и снизу может осуществляться одновременно или почти одновременно при условии, что раствор хорошо перемешан. В настоящем описании время прохождения в растворе сверху и снизу может быть по существу одинаковым, и обеспечивает исходный уровень хорошо перемешанного раствора в момент времени ноль. В варианте осуществления исходный хорошо перемешанный раствор в момент времени ноль может иметь разницу времен прохождения между верхом и низом, составляющую менее чем приблизительно 15%, альтернативно менее чем приблизительно 10%, альтернативно менее чем приблизительно 5, 4, 3, 2 или 1%, альтернативно приблизительно ноль, т.е. время прохождения сверху и снизу приблизительно равно.
Затем способ 400 переходит на стадию 435, где обеспечивается седиментация в растворе, ожидая в течение выбранных задержки времени или интервала между образцами, который может быть выбран пользователем. На стадии 440 после выбранных задержки времени или интервала между образцами время прохождения в растворе сверху и снизу повторно измеряют посредством передвижения обоих ультразвуковых преобразователей 204 и 206 так, чтобы они оказались на одном уровне с верхней и нижней границами раствора соответственно, как описано в настоящем описании ранее.
На стадии 445 способ 400 определяет разницу во времени прохождения между верхом и низом раствора после выбранных задержки времени или интервала между образцами. В варианте осуществления интервал между образцами составляет от приблизительно 1 мин до приблизительно 24 ч, альтернативно от приблизительно 10 мин до приблизительно 4 ч, альтернативно от приблизительно 30 до приблизительно 60 мин. В то время как с течением времени происходит седиментация, более тяжелые частицы (например, добавки и т.д.) оседают по направлению к нижней части колонки 202, а более легкие частицы всплывают по направлению к верхней части колонки 202. Это приводит к уменьшению плотности в верхней части раствора, в то время как плотность в нижней части раствора возрастает.
Без ограничения теорией, ультразвуковые преобразователи 204 и 206 измеряют относительную плотность раствора как функцию высоты колонки 202 и времени (т.е. выбранных задержки времени или интервала между образцами). Скорость звука в данной среде (т.е. растворе) пропорциональна плотности среды. В то время как частицы седиментируются со временем в растворе, однородность плотности рас
твора начинает изменяться. В то время как суммарный поток миграции частиц сверху и снизу раствора остается неизменным, перераспределение частиц сверху и снизу, вызванное седиментацией, приводит к изменению концентрации частиц в растворе сверху донизу со временем. Данное изменение концентрации частиц в растворе вызывает неоднородное распределение плотности сверху донизу. Таким образом, скорость звука через верхнюю и нижнюю части раствора изменяется во времени, когда имеет место седиментация.
Поскольку звук распространяется быстрее в твердом теле, чем в жидкости, скорость звука в верхней части уменьшается, поскольку тяжелые частицы оседают со временем, благодаря чему уменьшается время прохождения в верхней части раствора. Напротив, скорость звука в нижней части возрастает, благодаря чему время прохождения в нижней части раствора возрастает со временем.
Способ 400 продолжается на стадии 130 фиг. 1, где способ 400 определяет, соответствует ли спецификации разница во времени прохождения после выбранных задержки времени или интервала между образцами. Разница во времени прохождения после выбранных задержки времени или интервала между образцами служит признаком изменения плотности раствора по вертикальной высоте и во времени, которое в дальнейшем служит признаком седиментации частиц в растворе. Спецификация для разницы во времени прохождения после выбранных задержки времени или интервала между образцами может быть определена пользователем. Например, пользователь может сопоставить разницу во времени прохождения в растворе с изменениями плотности, определенными обычным образом на затвердевшем цементе, и посредством этого определить приемлемые или неприемлемые изменения (например, процентные изменения) времени прохождения для данного раствора.
В варианте осуществления раствор можно подвергать анализу двумя различными способами, например, первый образец можно подвергнуть анализу с применением способов, описанных в настоящем описании, в то время как второй образец можно подвергнуть анализу с применением общепринятого способа, такого как способ седиментации ВР. Оба образца могут быть приготовлены в одинаковых условиях и перемешаны, например с применением смесителей. В момент времени ноль смесители можно удалить из обоих образцов. Затем в первом образце время прохождения можно измерить по всей вертикальной высоте, и после выбранных задержки времени или интервала между образцами время прохождения можно измерить повторно. В это время второму образцу можно предоставить возможность подвергнуться седиментации в течении выбранных задержки времени или интервала между образцами и затем предоставить возможность затвердеть. Затвердевший второй образец можно нарезать на части, и можно измерить плотность каждой части. Различия в плотности между частями, измеренные на втором образце, можно сопоставить с разницей во времени прохождения по всей вертикальной высоте после выбранных задержки времени или интервала между образцами.
В настоящем описании раствор, имеющий седиментационную способность, соответствующую спецификации, может быть представлен разницей во времени прохождения между верхом и низом колонки 202 спустя интервал между образцами (например, после выбранных задержки времени или интервала между образцами), равной или меньшей чем 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25 или 30%. В других вариантах осуществления седиментационная способность может рассматриваться как соответствующая спецификации, когда седиментационная способность (т.е. разница во времени прохождения после выбранных задержки времени или интервала между образцами) равна или меньше чем 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25 или 30% по сравнению с исходной седиментационной способностью для данного раствора. Если седиментационная способность (т.е. разница во времени прохождения после выбранных задержки времени или интервала между образцами) не соответствует спецификации, способ 400 переходит на стадию 130, где образец раствора подвергается модификации.
Существует множество способов модифицировать раствор. Как изображено, модификации раствора представлены стадией 135, дополнительно содержащей стадии 455-470. На стадии 455 раствор может быть модифицирован посредством корректировки плотности такого раствора. Тяжелые добавки, такие как утяжелители, можно добавлять к раствору для того, чтобы увеличить плотности раствора, в то время как легкие добавки можно добавлять для того, чтобы понизить плотности раствора. Обычно под тяжелыми добавками понимают добавки с удельным весом, составляющим от приблизительно 6,0 до 1,0 г/см3, альтернативно от приблизительно 5,2 до 2,2 г/см3, альтернативно от приблизительно 3,18 до 2,5 г/см3. Удельный вес определяют как отношение плотности данного материала к плотности воды, когда оба имеют одну и ту же температуру. Чем выше удельный вес, тем плотнее материал, и следовательно, сильная тенденция к тому, что материал тонет или осаждается по направлению к нижней части раствора. Примеры подходящих тяжелых добавок включают, без ограничения, барит, гематит, гаусманит, карбонат кальция, сидерит, ильменит или их комбинации. Примеры коммерчески доступных тяжелых добавок включают, без ограничения, BAROID 41 и SWEEP-WATE, которые представляют собой барит, утяжелитель HI DENSE #3 и утяжелитель HI DENSE #4, которые представляют собой гематит, утяжелитель MICROMAX, который представляет собой гаусманит, каждый из которых коммерчески доступен от Halliburton Energy Services, Inc.
С другой стороны, под легкими добавками понимают обычно добавки с удельным весом, составляющим от приблизительно 1,5 до 0,001 г/см3, альтернативно от приблизительно 1,0 до 0,01 г/см3, аль
тернативно от приблизительно 0,5 до 0,1 г/см3. Примеры легких добавок включают, без ограничения, эластомеры или термопластические эластомеры (ТПЭ). Без ограничения, примеры ТПЭ включают диены, такие как бутадиен, изопрен и гексадиен, и/или моноолефины, такие как этилен, бутены и 1-гексен. ТПЭ могут представлять собой полимеры, содержащие ароматические углеводородные мономеры (например, стирол, альфа-метилстирол, винилтолуол и т.д.) и алифатические диены. ТПЭ могут быть сшитыми или частично сшитыми, как например блок-сополимер стирол-бутадиен, блок-сополимер стирол-бутадиен-стирол, статистический сополимер стирол-бутадиен и тому подобное. Легкие добавки могут также включать полиолефин с привитыми полярными мономерами, такими как малеиновый ангидрид, сульфоновая кислота или сульфонатные группы и тому подобные. Примеры коммерчески доступных легких добавок включают, без ограничения, WELLLIFE 665, доступный от Halliburton Energy Services, Inc., и термопластические эластомеры FINAPRENE 411, FINAPRENE 435, FINAPRENE 401 и FI-NACLEAR, которые представляют собой СБС эластомеры, коммерчески доступные от Total Petrochemical USA, Inc., и эластомеры KRATON, которые также представляют собой СБС эластомеры, коммерчески доступные от Kraton Polymers.
Данные тяжелые и легкие добавки могут иметь размер частицы, составляющий от приблизительно 1 до приблизительно 3000 микрон, альтернативно от приблизительно 20 до приблизительно 2000 микрон, альтернативно от приблизительно 60 до приблизительно 1000 микрон, и площадь поверхности, составляющую от приблизительно 3,1Е-6 до приблизительно 28,3 мм2, альтернативно от приблизительно 1,3Е-3 до приблизительно 12,6 мм2, альтернативно от приблизительно 1,1Е-2 до приблизительно 3,1 мм2.
Альтернативно, на стадии 460 может осуществляться модификация раствора посредством корректировки площади поверхности добавок, описанных в настоящем описании ранее, для того чтобы уменьшить или предотвратить седиментацию. Уменьшение площади поверхности частиц, например посредством выбора частиц меньшего диаметра или посредством смешивания частиц меньшего и большего диаметра, может приводить к возрастанию суспензионных свойств, которые в свою очередь уменьшают седиментацию.
Альтернативно, на стадии 465 тип применяемых добавок может быть удален и/или заменен другими типами, которые обладают лучшими суспензионными свойствами и, следовательно, осядут с меньшей вероятностью.
Альтернативно, на стадии 470 может быть скорректирована реология исходного цементного раствора. Под реологией понимают деформацию и текучесть вещества под воздействием прикладываемой нагрузки. Реологию исходного цементного раствора можно скорректировать, например, посредством модификации вязкости исходного цементного раствора. Любые подходящие загустители, которые могут увеличить вязкость исходного цементного раствора, могут быть добавлены в раствор. Загустители хорошо известны в данной области техники с помощью данного изобретения. Примеры загустителей включают, без ограничения, монтмориллонит натрия, такой как загуститель AQUALGEL, биополимер ксанта-новую камедь, такую как загуститель BARAZAN, жирную кислоту, такую как загуститель TEMPERUS, каждый из которых коммерчески доступен от Halliburton Energy Services, Inc. В различных вариантах осуществления реология исходного цементного раствора может быть скорректирована за один или несколько повторов способа, может поддерживаться постоянной за один или несколько повторов способа, или могут применяться комбинации указанных действий.
В варианте осуществления модификация раствора может осуществляться посредством корректировки плотности (стадия 455), корректировки площади поверхности добавки (стадия 460), корректировки выбора добавок (стадия 465), корректировки реологии исходного цементного раствора (стадия 470) или их комбинаций. Альтернативно, модификация раствора может осуществляться посредством корректировки плотности (стадия 455), корректировки площади поверхности добавки (стадия 460), корректировки выбора добавок (стадия 465) и корректировки реологии исходного цементного раствора (стадия 470). Альтернативно, модификация раствора может осуществляться посредством корректировки плотности (стадия 455), корректировки площади поверхности добавки (стадия 460) и корректировки выбора добавок (стадия 465). Альтернативно, модификация раствора может осуществляться посредством корректировки плотности (стадия 455) и корректировки площади поверхности добавки (стадия 460). Альтернативно, модификация раствора может осуществляться посредством корректировки плотности (стадия 455) и корректировки выбора добавок (стадия 465). Альтернативно, модификация раствора может осуществляться посредством корректировки площади поверхности добавки (стадия 4 60) и корректировки выбора добавок (стадия 465). Альтернативно, модификация раствора может осуществляться посредством корректировки плотности (стадия 455) и корректировки реологии исходного цементного раствора (стадия 470). Альтернативно, модификация раствора может осуществляться посредством корректировки плотности (стадия 455). Альтернативно, модификация раствора может осуществляться посредством корректировки площади поверхности добавки (стадия 460). Альтернативно, модификация раствора может осуществляться посредством корректировки выбора добавок (стадия 465). Альтернативно, модификация раствора может осуществляться посредством корректировки реологии исходного цементного раствора (стадия 470).
Вслед за модификацией образца раствора способ 400 переходит на стадии 120, 125 (415-445) и 130,
как описано ранее в настоящем описании. Если разница во времени прохождения между верхней и нижней границами раствора после выбранных задержки времени или интервала между образцами соответствует спецификации, способ 400 продолжается в 140 фиг. 1 в установленном порядке.
Способ 400 предлагает неинвазивный метод измерения оседания частиц в цементной композиции, в то время как цементная композиция находится в форме раствора до начала затвердевания. Данный метод позволяет измерения на месте так, что как только в растворе происходят изменения плотности, такие изменения плотности могут быть идентифицированы. Данный способ может также предоставлять дополнительную информацию относительно раствора, такую как предел текучести, коэффициент Пуассона, модуль Юнга, а также лучшее понимание импеданса жидкости. Данный способ также предлагает гораздо более быструю оценку того, демонстрирует ли цемент приемлемые или неприемлемые седимента-ционные характеристики.
В варианте осуществления все или часть стадий, приведенных на фиг. 1 и/или фиг. 4, могут осуществляться в местоположении работ, например в местоположении ствола скважины, таком как установка или платформа для бурения/заканчивания скважины. Также в одном или нескольких вариантах осуществления все или часть стадий, приведенных на фиг. 1 и/или фиг. 4, могут осуществляться в реальном времени или приблизительно реальном времени в местоположении работ, например в местоположении ствола скважины, таком как установка или платформа для бурения/заканчивания скважины. Например, стадии способа, представленные одним или несколькими стадиями 115, 120, 125, 130, 135 и их комбинациями, могут осуществляться в местоположении работ (например, местоположении ствола скважины таком, как установка или платформа для бурения/заканчивания скважины), и, кроме того, могут осуществляться в реальном времени или приблизительно реальном времени для того, чтобы предоставлять информацию, касающуюся седиментационных характеристик цемента, применяемого в местоположении работ (например, помещенного в скважину при первичных и/или вторичных работах по цементированию). Такая информация может применяться для того, чтобы скорректировать параметры работ и/или цемента, насколько необходимо для того, чтобы достигнуть целей работ.
Примеры
Настоящее изобретение в основном описано, следующие примеры даны в качестве частных вариантов осуществления настоящего изобретения и для того, чтобы продемонстрировать его осуществление и преимущества. Следует понимать, что примеры даны с целью иллюстрации, а не для того, чтобы ограничить описание изобретения или формулу изобретения каким-либо образом.
Пример.
Эксперименты для окончательной проверки концепции провели для того, чтобы продемонстрировать взаимосвязь между измерениями времени прохождения и изменениями плотности по всей вертикальной высоте во времени. Во-первых, плотность воды измерили с применением седиментационного приспособления, аналогичного фиг. 2, и сравнили с известным значением плотности воды, составляющим 1000 кг/м3.
Скорость звука в материале можно применять, для того чтобы количественно определить плотность материала с применением уравнения: p=Zm/c.
Колонку, которая представляла собой оловянный контейнер, имеющий ширину, равную 0,075 м, наполнили водой. Температуру и давление в оловянном контейнере поддерживали как у окружающей среды. Затем измерили время прохождения с применением ультразвуковых преобразователей и осциллоскопа по всей ширине оловянного контейнера у верхней и нижней границ воды. Ультразвуковые преобразователи были выполнены своими силами, а применяемый осциллоскоп представлял собой Tektronix TDS 1000, который коммерчески доступен от Tektronix.
Скорость звука в воде определяли используя измерение времени прохождения и ширину оловянного контейнера. Время прохождения сверху и внизу оказалось одинаковым, равным 4,9х10-6, и разница во времени прохождения между верхней и нижней границей составила 0, что указывает на то, что плотность воды одинакова сверху донизу. Акустический импеданс воды является известным значением, равным 1,48х106 м.кг/с.м3/рейлов. Затем вычислили величину плотности воды 978 кг/м3, что сравнимо с известной плотностью воды, составляющей 1000 кг/м3. Различия между вычисленной и известной плотностью воды может быть вызвано боковыми стенками оловянного контейнера, которые не были учтены при расчете.
Затем исследовали седиментацию кварцевой муки в воде с применением приспособления для седи-ментационного анализа. Приготовили смесь, содержащую кварцевую муку и воду, и измерили плотность хорошо перемешанной смеси, равную 1500 кг/м3. Затем смесь поместили в оловянный контейнер и привели в хорошо перемешанное состояние используя смеситель. Затем смеситель удалили и, в то время как смесь еще оставалась в хорошо перемешанном состоянии, измерили время прохождения у верхней и нижней границ смеси, которые составили 47 и 45 мкс соответственно. Результаты указывают на то, что седиментация кварцевой муки началась в воде немедленно, что показывает разница во времени прохождения, составляющая 2 мкс. В данном эксперименте время между удалением смесителя и измерением времени прохождения оказалось достаточным для того, чтобы позволить кварцевой муке осесть в воде,
что наблюдается по измеримым изменениям времени прохождения между верхней и нижней частями смеси.
Смеси позволили оседать в течение 30 мин. Через 30 мин повторно измерили время прохождения у верхней и нижней границ смеси, составившие 49 и 44 мкс соответственно, а разница во времени прохождения составила 5 мкс. Смеси позволили оседать снова в течение еще 30 мин для того, чтобы прошло всего 60 мин от времени первых измерений времени прохождения. Затем снова повторно измерили время прохождения у верхней и нижней границ смеси, составившие 49 и 43 мкс соответственно, а разница во времени прохождения составила 6 мкс. Результаты измерений времени прохождения для смеси воды и кварцевой муки также сведены в таблице.
Задержка времени (минуты)
Время прохождения сверху (мкс)
Время прохождения снизу (мкс)
Разница во времени прохождения (мкс)
Данные результаты показывают, что время прохождения у верхней границы смеси возрастали со временем, в то время как время прохождения у нижней границы смеси уменьшались со временем. Без ограничения теорией, изменения плотности смеси со временем позволяют предположить, что кварцевая мука оседала по направлению к дну оловянного контейнера, благодаря чему возрастала плотность у нижней границы смеси и уменьшалась плотность у верхней границы смеси. Как правило, звук распространяется быстрее в твердых телах, чем в жидкостях, поскольку молекулы в твердых телах расположены плотнее, чем молекулы в жидкостях. Чем плотнее молекулы, тем легче этим молекулам сталкиваться друг с другом для того, чтобы передавать звук, что приводит к большей скорости звука. Таким образом, время прохождения у нижней границы смеси уменьшалось со временем, поскольку скорость звука становилась больше с увеличением плотности. Напротив, время прохождения у верхней границы смеси возрастало со временем, поскольку скорость звука становилась меньше с уменьшением плотности. Кроме того, в то время как кварцевая мука оседает в воде со временем, отличие плотности между верхом и низом возрастает, что наблюдается по увеличению разницы во времени прохождения со временем.
В то время как варианты осуществления настоящего изобретения показаны и описаны, специалистом в данной области техники могут быть произведены их модификации в пределах сущности и идеи настоящего изобретения. Варианты осуществления, описанные в настоящем описании, являются только примерами, и не должны рассматриваться как ограничивающие. Возможны и находятся в пределах объема настоящего изобретения многочисленные вариации и модификации изобретения, раскрытого в настоящем описании. Там, где числовые диапазоны или ограничения установлены точно, следует понимать, что такие точные диапазоны или ограничения включают множество диапазонов или ограничений похожей величины, лежащих в пределах точно установленных диапазонов или ограничений (например, "от приблизительно 1 до приблизительно 10" включает в себя 2, 3, 4 и т.д.; "более чем 0,10" включает в себя 0,11, 0,12, 0,13 и т.д.). Например, если раскрыт числовой диапазон с нижним пределом RL и верхним пределом RU, любое число, лежащее в диапазоне, определенно раскрыто. В частности, следующие числа в диапазоне определенно раскрыты: R=RL+kx(RU-RL), где к представляет собой переменную, лежащую в диапазоне от 1 до 100% с шагом 1%, т.е. k составляет 1, 2, 3, 4, 5, 50, 51, 52, 95, 96, 97, 98, 99 или 100%. Более того, любой числовой диапазон, определенный двумя числами R, как определено выше, также определенно раскрыт. Предполагается, что применение термина "необязательно" по отношению к любому элементу пункта формулы изобретения обозначает, что рассматриваемый элемент необходим, или, альтернативно, не необходим. Предполагается, что обе альтернативы находятся в пределах объема пункта формулы изобретения. Следует понимать, что применение более общих терминов, таких как содержит, включает в себя, имеющий и т.д. предоставляет основание для более узких терминов, таких как состоящий из, состоящий по существу из, составляющий по существу и т.д.
Соответственно, объем притязаний не ограничен описанием, изложенным выше, но ограничен только следующей формулой изобретения, каковой объем включает все эквиваленты объекта формулы изобретения. Все без исключения пункты формулы изобретения включены в описание изобретения как варианты осуществления настоящего изобретения. Таким образом, формула изобретения представляет собой дополнительное описание и добавление к вариантам осуществления настоящего изобретения.
Обсуждение ссылки в настоящем описании не является допущением, что она представляет собой предшествующий уровень техники по отношению к настоящему изобретению, особенно любых ссылок, которые могут иметь дату публикации после даты приоритета данной заявки. Раскрытия всех патентов, патентные заявки и публикации, цитируемые в настоящем описании, таким образом, включены посредством ссылки, до той степени, до которой они предлагают типичные, методические или другие подробности, дополнительные к изложенному в настоящем описании.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ получения цемента, содержащий следующие стадии:
приготовление исходного цементного раствора, содержащего цемент, воду и одну или более добавок;
помещение образца исходного цементного раствора в контейнер для образцов, имеющий вертикальную высоту; и
измерение времени прохождения ультразвукового излучения через образец в более чем одном местоположении вдоль вертикальной высоты контейнера для определения седиментационной способности исходного цементного раствора, при этом седиментацию в растворе определяют исходя из разницы между измеренными временами прохождения.
2. Способ по п.1, в котором при измерении времени прохождения ультразвукового излучения измеряют первое время прохождения в первый момент времени, измеряют второе время прохождения в более поздний второй момент времени и сравнивают их, причем седиментацию в растворе определяют исходя из разницы между ними.
3. Способ по п.1, в котором время прохождения измеряют одновременно во множестве местоположений, расположенных по вертикали на расстоянии друг от друга вдоль вертикальной высоты контейнера для образцов.
4. Способ по п.2 или 3, в котором время прохождения измеряют во множество моментов времени и во множестве местоположений, расположенных по вертикали на расстоянии друг от друга вдоль вертикальной высоты контейнера для образцов.
5. Способ по любому из пп.1-4, дополнительно содержащий сравнение седиментационной способности исходной цементной композиции с эталонным значением седиментации.
6. Способ по п.5, в котором указанное эталонное значение определяют посредством сопоставления измерений времени прохождения для цементного раствора с дополнительными измерениями седиментации, выполненными в соответствующих местоположениях измерений после затвердевания раствора.
7. Способ по п.5 или 6, дополнительно включающий для исходной цементной композиции, не соответствующей эталонному значению седиментации, корректировку исходной цементной композиции исходя из ее седиментационной способности для получения скорректированной исходной цементной композиции.
8. Способ по п.7, в котором корректировка исходной цементной композиции включает изменение плотности композиции, площади поверхности одной или более добавок в композиции, выбора одной или более добавок в композиции, количества одной или более добавок в композиции, реологии композиции или их комбинаций.
9. Способ по п.7 или 8, дополнительно включающий многократное измерение времени прохождения ультразвукового излучения через образец в более чем одном местоположении вдоль вертикальной высоты для определения седиментационной способности скорректированного цементного раствора, сравнение седиментационной способности скорректированной цементной композиции с эталонным значением седиментации и корректировку цементной композиции исходя из седиментационной способности до ее соответствия эталонному значению седиментации, обеспечивая получение первоначально оптимизированной цементной композиции.
10. Способ по п.9, дополнительно включающий определение по меньшей мере одного механического свойства первоначально оптимизированной цементной композиции, сравнение механического свойства первоначально оптимизированной цементной композиции с эталонным механическим значением и, если первоначально оптимизированная цементная композиция не соответствует эталонному механическому значению, корректировку первоначально оптимизированной цементной композиции исходя из механического свойства.
11. Способ по п.10, дополнительно включающий многократное определение по меньшей мере одного механического свойства первоначально оптимизированной цементной композиции, сравнение механического свойства первоначально оптимизированной цементной композиции с эталонным механическим значением и корректировку первоначально оптимизированной цементной композиции исходя из механического свойства до ее соответствия эталонному значению седиментации, обеспечивая получение повторно оптимизированной цементной композиции.
12. Способ по пп.9, 10 или 11, дополнительно включающий размещение первоначально оптимизированной цементной композиции в стволе скважины.
13. Способ по п.11 или 12, дополнительно включающий размещение повторно оптимизированной цементной композиции в стволе скважины.
14. Способ определения седиментации цементной композиции с использованием устройства для се-диментационного анализа, содержащего колонку, имеющую вертикальную высоту и по меньшей мере одну пару преобразователей, расположенных напротив друг друга с колонкой, размещенной между ними, содержащий следующие этапы:
помещение образца цементного раствора в колонку;
измерение времени прохождения ультразвукового излучения через образец с помощью пары преобразователей в более чем одном местоположении вдоль вертикальной высоты колонки для определения седиментационной способности цементного раствора;
сравнение седиментационной способности образца с эталонным значением седиментации, причем эталонное значение определяют посредством сопоставления измерений времени прохождения для цементного раствора с дополнительными измерениям седиментации, выполненными в соответствующих местоположениях измерений после затвердевания раствора.
15. Способ по п.14, дополнительно включающий перемещение по меньшей мере одной пары преобразователей вдоль вертикальной высоты колонки и измерение времени прохождения во множестве местоположений вдоль вертикальной высоты.
16. Способ по п.14 или 15, в котором указанное устройство содержит множество пар преобразователей, расположенных напротив друг друга и на расстоянии друг от друга вдоль вертикальной высоты колонки.
17. Способ по пп.14, 15 или 16, дополнительно включающий измерение температуры, давления образца или и того, и другого в колонке.
18. Способ по пп.14-16 или 17, дополнительно включающий смешивание образца в колонке перед измерением времени прохождения.
19. Способ по любому из пп.14-18, в котором преобразователи представляют собой ультразвуковые преобразователи.
15.
15.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
026066
- 1 -
(19)
026066
- 1 -
(19)
026066
- 1 -
(19)
026066
- 4 -
026066
- 18 -