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BR112019014393A2 - Métodos para gerar uma composição de cimento e melhorar uma razão entre cal e sílica de uma mistura de cimento, e, sistema para gerar uma composição de cimento - Google Patents

Métodos para gerar uma composição de cimento e melhorar uma razão entre cal e sílica de uma mistura de cimento, e, sistema para gerar uma composição de cimento Download PDF

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BR112019014393A2
BR112019014393A2 BR112019014393-9A BR112019014393A BR112019014393A2 BR 112019014393 A2 BR112019014393 A2 BR 112019014393A2 BR 112019014393 A BR112019014393 A BR 112019014393A BR 112019014393 A2 BR112019014393 A2 BR 112019014393A2
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cement
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cementitious components
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Jason Pisklak Thomas
Robert Benkley James
P. SINGH John
Original Assignee
Halliburton Energy Services, Inc.
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Publication date
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Abstract

são fornecidos métodos de cimentação de furo de poço. um método de cimentação pode compreender: calcular uma correlação entre cal e sílica para dois ou mais componentes cimentícios de uma composição de cimento; e ajustar uma concentração de pelo menos um dos componentes cimentícios de modo que a correlação entre cal e sílica alcance ou exceda um alvo.

Description

MÉTODO E SISTEMA PARA GERAR UMA COMPOSIÇÃO DE CIMENTO
FUNDAMENTOS [001] Em cimentação de poços, tal como a construção de poços e cimentação corretiva, as composições de cimento são comumente usadas. As composições de cimento podem ser usadas numa variedade de aplicações subterrâneas. Por exemplo, em construção de poço subterrâneo, uma coluna de tubo (por exemplo, revestimento, liners, tubulares expansíveis, etc.) pode ser passada para um furo de poço e cimentada no lugar. O processo de cimentar a coluna de tubo no lugar é comumente referido como “cimentação primária”. Num método típico de cimentação primária, uma composição de cimento pode ser bombeada num espaço anular entre as paredes do furo de poço e a superfície externa da coluna de tubo disposta no mesmo. A composição de cimento pode endurecer no espaço anular, formando assim uma bainha anular de cimento endurecido, substancialmente impermeável (isto é, uma bainha de cimento) que pode suportar e posicionar a coluna de tubo no furo de poço e pode ligar a superfície exterior da coluna de tubo à formação subterrânea. Entre outras coisas, a bainha de cimento que circunda a coluna de tubo pode funcionar para impedir a migração de fluidos no espaço anular, bem como proteger a coluna de tubo contra corrosão. As composições de cimento também poderão ser usadas em métodos corretivos de cimentação, por exemplo, para vedar rachaduras ou furos em colunas de tubo ou bainhas de cimento, para vedar zonas ou fraturas de formação altamente permeáveis, para colocar um tampão de cimento e similares.
[002] Um desafio particular na cimentação de poços é o desenvolvimento de propriedades mecânicas satisfatórias numa composição de cimento dentro de um período de tempo razoável após a colocação na
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2/30 formação subterrânea. A mistura de pozolanas com cimento Portland é uma técnica conhecida para economizar nos custos da pasta. No entanto, devido a fatores tais como reatividade insuficiente da pozolana, a quantidade de Portland substituída pela pozolana pode ser limitada a cerca de 40 a 50%. O processo de seleção dos componentes da composição do cimento normalmente é feito por uma abordagem melhor, usando pastas anteriores e modificando as mesmas até que uma solução satisfatória seja alcançada. Os componentes de cimento disponíveis em qualquer região particular podem variar em composição daqueles de outra região, complicando ainda mais o processo de seleção de uma pasta correta. O processo pode ser demorado e a pasta resultante pode não ser a pasta mais barata.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [003] Estas figuras ilustram certos aspectos de algumas das modalidades da presente invenção e não devem ser usadas para limitar ou definir a invenção.
[004] A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de exemplo para analisar componentes de cimento.
[005] A Figura 2 é uma ilustração esquemática de um sistema de exemplo para gerar composições de cimento.
[006] A Figura 3 é uma ilustração esquemática para mostrar a introdução de uma composição de cimento num furo de poço.
DESCRIÇÃO DETALHADA [007] A presente divulgação pode geralmente se referir a métodos e sistemas de cimentação. São aqui fornecidos métodos que podem incluir o projeto de uma composição de cimento que leve em conta as propriedades físico-químicas de cada componente cimentício e melhore o projeto de composição de cimento determinando uma razão entre cal e silica para fornecer as propriedades de cimento desejadas. Em particular, as propriedades físico-químicas podem incluir a composição mineral de cada componente
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3/30 cimentício. Os componentes cimentício podem afetar as propriedades mecânicas do conjunto final da composição de cimento, bem como as propriedades dinâmicas ou baseadas no tempo, tais como misturabilidade, reologia, viscosidade e outras. Todo componente cimentício pode afetar uma ou mais das propriedades mencionadas.
[008] Em projetos anteriores de composição de cimento à base de cimento Portland, uma fonte de silica pode ser adicionada como uma carga para reduzir o custo sem levar em conta a reatividade dos materiais. Uma fonte de silica (por exemplo, pozolanas) pode ser relativamente não reativa ou inerte quando comparada à reatividade de um cimento Portland. O processo de projeto da composição de cimento divulgado no presente documento pode compreender transformar a fonte de silica relativamente não reativa num componente relativamente mais reativo a fim de aumentar as propriedades mecânicas globais da composição. A reatividade da fonte de silica pode ser aumentada controlando a quantidade de cal na composição disponível para reagir com a fonte de silica. Uma composição de cimento como aqui divulgada pode ser geralmente classificada como uma composição sintética de cimento Portland. Embora a composição de cimento aqui divulgada possa não corresponder à concentração de óxido de um cimento Portland, a composição de cimento pode satisfazer ou exceder as propriedades mecânicas de uma composição de cimento com base em cimento Portland.
[009] As composições de cimento podem geralmente compreender água, cimento Portland, uma fonte de silica e cal. As composições de cimento podem compreender uma densidade adequada para uma aplicação particular. As composições de cimento podem ter qualquer densidade adequada, incluindo, mas não limitada a, na faixa de cerca de 8 libras por galão (“ppg”) a cerca de 16 ppg (1 g/cm3 a 1,9 g/cm3). Em exemplos espumados, as composições de cimento espumado podem ter uma densidade na faixa de cerca de 8 ppg a cerca de 13 ppg (1 g/cm3 a 1,6 g/cm3) (ou até menor). As
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4/30 composições de cimento podem compreender outros meios para reduzir suas densidades, tais como microesferas ocas, esferas elásticas de baixa densidade ou outros aditivos de redução de densidade conhecidos na técnica. Aqueles versados na técnica e com o benefício desta divulgação devem reconhecer a densidade adequada para uma aplicação particular.
[0010] A água usada nas composições de cimento pode incluir, por exemplo, água doce, água salgada (por exemplo, água que contém um ou mais sais dissolvidos na mesma), salmoura (por exemplo, água salgada saturada produzida a partir de formações subterrâneas), água do mar ou combinações das mesmas. Em geral, a água pode ser de qualquer fonte, contanto que não contenha um excesso de compostos que possam afetar, indesejavelmente, outros componentes na composição de cimento. A água pode ser incluída numa quantidade suficiente para formar uma pasta bombeável. A água pode ser incluída nas composições de cimento em qualquer faixa adequada, incluindo, mas não limitado a, na faixa de cerca de 40% a cerca de 200% em peso de componentes cimentícios (bwoc) presentes na composição de cimento. Como usado aqui, o termo “componente cimentício” se refere a materiais que possuem propriedades cimentícias, tais como materiais com atividade hidráulica ou pozolânica, incluindo cimento Portland e a fonte de silica, entre outros. Para os propósitos desta divulgação, a cal também é considerada um componente cimentício, uma vez que reage com a fonte de silica na reação pozolânica. Em alguns exemplos, a água pode ser incluída numa quantidade na faixa de cerca de 40% a cerca de 150% de bwoc. Aqueles versados na técnica, com o benefício desta divulgação, devem ter capacidade para selecionar uma quantidade e tipo adequado de água para uma aplicação particular.
[0011] Os cimentos Portland que são adequados para uso na presente divulgação podem ser classificados como cimentos de classes A, C, G e H de acordo com o American Petroleum Institute, Especificação da API para
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Materiais e Testes para Cimentos de Poços, Especificação API 10, Quinta Ed. ,1o de julho de 1990. Além disso, em alguns exemplos, os cimentos adequados para uso na presente invenção podem ser classificados como ASTM Tipo I, II, III ou V. As composições de cimento que são consideradas baixa Portland podem ser usadas, em que as composições de cimento podem compreender cimento Portland em qualquer quantidade de cerca de 50% ou menos em peso de componentes cimentícios (bwoc) presentes na composição de cimento compósito. O cimento Portland pode estar presente nas composições de cimento em qualquer quantidade adequada, incluindo, mas não se limitando a, quantidades na faixa de cerca de 0% a cerca de 50% de bwoc. Em alguns exemplos, o cimento Portland pode estar presente numa quantidade que se situa na faixa entre qualquer um e/ou incluindo qualquer um dentre cerca de 1%, cerca de 5%, cerca de 10%, cerca de 20%, cerca de 40% ou cerca de 50% de bwoc. Além disso, podem também ser projetadas composições de cimento que são isentas (ou essencialmente isentas) de cimento Portland. Aqueles versados na técnica, com o benefício desta divulgação, devem ter capacidade para selecionar uma quantidade adequada de cimento Portland para uma aplicação particular.
[0012] As composições de cimento podem ainda compreender uma fonte de silica. Conforme usado no presente documento, o termo “fonte de silica” se refere a um material que se dissolve ou de outro modo se dissocia para fornecer ácido silícico que pode reagir para formar um produto de cimento. Mediante a inclusão da fonte de silica, um caminho diferente pode ser usado para chegar a um produto similar em relação ao cimento Portland. Uma reação pozolânica pode ser induzida quando ácido silícico (H4S1O4) e portlandita (Ca(OH)2) reagem para formar um produto de cimento (hidrato de silicato de cálcio). Se outros compostos, tais como, aluminato, estiverem presentes na fonte de silica, podem ocorrer reações adicionais para formar produtos de cimento adicionais, tais como hidratos de aluminato de cálcio. O
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6/30 hidróxido de cálcio, ou cal, necessário para a reação pode ser fornecido a partir de outros componentes de cimento, tais como cimento Portland, ou pode ser adicionado separadamente à composição de cimento. Os exemplos de fontes de silica adequadas podem incluir, porém sem limitação, cinzas volantes, escória, argilas calcinadas, silica ativa, silica cristalina, farinha de silica, poeira de forno de cimento (CKD), zeólito, cinzas residuais agrícolas e pozolanas naturais, entre outros. Algumas dessas fontes de silica serão discutidas em mais detalhes abaixo. As fontes de silica adequadas podem ser geralmente classificadas em três categorias gerais, incluindo materiais minerados, materiais residuais e biocinzas. Os materiais minerados são fontes naturais de silica geralmente presentes na superfície da Terra. Os materiais residuais podem geralmente ser materiais residuais de fontes industriais. As biocinzas podem geralmente ser o produto da combustão intencional de resíduos orgânicos agrícolas, municipais e industriais. As biocinzas podem incluir, porém sem limitação, cinzas de resíduos agrícolas, tais como cinza de casca de arroz, cinza de cana-de-açúcar e cinza de bagaço. Quando presente, a fonte de silica geralmente pode ser incluída na composição de cimento numa quantidade suficiente para fornecer a resistência à compressão, densidade e/ou custo desejados, entre outras considerações.
[0013] A fonte de silica, ou fontes, pode estar presente nas composições de cimento em qualquer quantidade adequada para uma aplicação particular, incluindo, porém sem limitação, quantidades na faixa de cerca de 10% a cerca de 100% de bwoc, de cerca de 50% a cerca de 100% de bwoc, de cerca de 50% a cerca de 80% de bwoc ou de 80% de cerca de 100% de bwoc. Em alguns exemplos, a fonte de silica pode estar presente numa quantidade que se situa na faixa entre qualquer um e/ou incluindo qualquer um dentre cerca de 1%, cerca de 5%, cerca de 10%, cerca de 20%, cerca de 40%, cerca de 60%, cerca de 80% ou cerca de 90% de bwoc. Aqueles versados na técnica, com o benefício desta divulgação, devem ter capacidade
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7/30 para selecionar uma quantidade e tipo adequado de fonte de silica para uma aplicação particular.
[0014] Um exemplo de uma fonte de silica adequada pode compreender cinzas volantes. Uma variedade de cinzas volantes pode ser adequada, incluindo cinzas volantes classificadas como cinza volante de classe C e classe F de acordo com a American Petroleum Institute, especificação API de Materiais e Ensaios para Cimentos de Poços, especificação API 10, quinta ed. ,1 de julho de 1990. Cinza volante de Classe C compreende tanto silica e cal, de modo que pode se solidificar para formar uma massa endurecida após a mistura com água. Cinza volante de Classe F geralmente não contém uma quantidade suficiente de cal para induzir uma reação de cimento, portanto, uma fonte adicional de ions de cálcio pode ser necessária para uma composição de cimento compósita que compreende cinza volante de Classe F. Em algumas modalidades, a cal pode ser misturada com cinzas volantes de Classe F numa quantidade na faixa de cerca de 0,1% a cerca de 100% em peso da cinza volante. Em alguns casos, a cal pode ser cal hidratada. Os exemplos adequados de cinzas volantes incluem, porém sem limitação, aditivo de cimento POZMIX® A, comercialmente disponível junto à Halliburton Energy Services, Inc.,Houston, Texas.
[0015] Outro exemplo de uma fonte de silica adequada pode compreender escória. A escória é geralmente um subproduto na produção de vários metais a partir de seus minérios correspondentes. A título de exemplo, a produção de ferro fundido pode produzir escória como um subproduto de alto-fomo granulado, em que a escória geralmente compreende as impurezas oxidadas encontradas no minério de ferro. A escória geralmente não contém material básico suficiente, de modo que a escória pode ser usada com uma base para produzir uma composição ajustável que pode reagir com água para se ajustar para formar uma massa endurecida. Os exemplos de fontes adequadas de bases incluem, porém sem limitação, hidróxido de sódio,
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8/30 bicarbonato de sódio, carbonato de sódio, cal e combinações dos mesmos. [0016] Outro exemplo de uma fonte de silica adequada pode compreender silica ativa. A silica ativa pode, altemativamente, ser chamada de “microssílica” ou “silica ativa condensada”. A silica ativa é geralmente um material de subproduto que pode ser obtido, por exemplo, pela redução de quartzo com carvão na fabricação de certas ligas. A silica ativa pode ser processada após a recuperação, por exemplo, para controlar o tamanho das partículas. A silica ativa pode ser extremamente fina, por exemplo, com um tamanho médio de partícula menor que 1 micron e, altemativamente, menor que 0,2 micron. O tamanho de partícula médio, conforme usado no presente documento, corresponde a valores d50 conforme medido pelos analisadores de tamanho de partícula, tais como aqueles fabricados por Malvem Instruments, Worcestershire, Reino Unido. A silica ativa pode ter uma área superficial alta e geralmente está disponível numa forma de pó ou líquido. [0017] Outro exemplo de uma fonte de silica adequada pode compreender CKD. A poeira de forno de cimento ou CKD, tal como este termo é usado no presente documento, se refere a uma alimentação de forno parcialmente calcinada que é removida da corrente de gás e coletada, por exemplo, num coletor de poeira durante a fabricação de cimento. Normalmente, grandes quantidades de CKD são coletadas na produção de cimento que são comumente descartadas como resíduos. O descarte da CKD como resíduo pode adicionar custos indesejáveis à fabricação de cimento, bem como preocupações ambientais associadas ao seu descarte.
[0018] Outro exemplo de uma fonte de silica adequada pode compreender zeólito. Os zeólitos são geralmente minerais porosos de silicato de alumínio que podem ser um material natural ou sintético. Os zeólitos naturais podem ser minerados da superfície da Terra. Os zeólitos sintéticos também podem ser usados, que são criados em laboratório. Os zeólitos sintéticos têm por base o mesmo tipo de célula estrutural que os zeólitos
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9/30 naturais e podem compreender hidratos de aluminossilicato. Como usado aqui, o termo zeólito se refere a todas as formas naturais e sintéticas de zeólito. Os exemplos de zeólitos podem incluir, sem limitação, mordenita, zsm-5, zeólito x, zeólito y, zeólito a, etc. Adicionalmente, os exemplos que compreendem zeólito podem compreender zeólito em combinação com um cátion tal como Na+, K+, Ca2+, Mg2+, etc. Os zeólitos que compreendem cátions tais como sódio podem também fornecer fontes de cátion adicionais à composição de cimento à medida que os zeólitos se dissolvem.
[0019] Outro exemplo de uma fonte de silica pode compreender uma cinza de resíduos agrícolas. Os exemplos de cinzas de resíduos agrícolas que podem ser usados na composição de cimento compósita compreendem, por exemplo, cinzas de madeira (por exemplo, serragem, casca, galhos, galhos, outros resíduos de madeira), cinzas de árvores, cinzas de espiga de milho, cinzas de casca de arroz, cinzas de cana (por exemplo, cana-de-açúcar), cinzas de bagaço, grãos (por exemplo, amaranto, cevada, linhaça de milho, milho, aveia, quinoa, centeio, arroz, trigo etc. ) e cinzas de subproduto (ou subprodutos) relacionado (por exemplo, cascas, cascos, etc. ), cinzas de pomar, cinzas de aparas de vinha, cinzas de grama (por exemplo, Korai, Tifton, shiba nativa, etc. ), cinzas de palha, cinzas de casca de amendoim, cinzas de leguminosa (por exemplo, soja) e combinações das mesmas.
[0020] Outro exemplo de uma fonte de silica adequada pode compreender rocha vulcânica. Certas rochas vulcânicas podem exibir propriedades cimentícias, pelo fato de que podem assentar e endurecer na presença de água e cal hidratada. A rocha vulcânica também pode ser triturada, por exemplo. Em geral, a rocha vulcânica pode ter qualquer distribuição de tamanho de partícula como desejado para uma aplicação particular. Em certos exemplos, a rocha vulcânica pode ter um tamanho médio de partícula na faixa de cerca de 1 micron a cerca de 200 microns. O tamanho de partícula médio corresponde aos valores d50 como medidos pelos
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10/30 analisadores de tamanho de partícula, tais como aqueles fabricados por Malvern Instruments, Worcestershire, Reino Unido. Aquele versado na técnica, com o benefício desta divulgação, deve ter capacidade para selecionar uma rocha vulcânica e tamanho de partícula adequado para uso para uma aplicação escolhida.
[0021] Outras pozolanas naturais podem ser uma fonte de silica adequada. As pozolanas naturais estão geralmente presentes na superfície da Terra e podem exibir atividade pozolânica. As pozolanas naturais adequadas podem compreender terra diatomácea, cinza vulcânica, tufo, metacaulim, argilas calcinadas, xisto (por exemplo, xisto calcinado, xisto opalino, etc. ) e combinações dos mesmos. As pozolanas naturais podem ser trituradas ou não trituradas. As pozolanas naturais podem compreender materiais, tais como argilas calcinadas, metacaulim e xisto calcinado, que foram tratados termicamente, por exemplo, num forno para aumentar a sua atividade pozolânica. Em geral, as pozolanas naturais podem ter qualquer distribuição de tamanho de partícula como desejado para uma aplicação particular. As pozolanas naturais podem ter um tamanho de partícula médio adequado para uma aplicação particular, incluindo, porém sem limitação, uma faixa de cerca de 0,1 micron a cerca de 200 microns, ou até menor. Em exemplos específicos, as pozolanas naturais podem ter um tamanho de partícula médio numa faixa de cerca de 1 micron a cerca de 200 microns, a partir de cerca de 5 microns a cerca de 100 microns ou de cerca de 10 microns a cerca de 50 microns. Aquele versado na técnica, com o benefício desta divulgação, deve ter capacidade para selecionar uma pozolona natural e tamanho de partícula adequado para uso para uma aplicação escolhida.
[0022] As composições de cimento podem compreender cal. A cal pode estar presente na composição de cimento em diferentes formas, incluindo como óxido de cálcio e/ou hidróxido de cálcio. Conforme usado no presente documento, o termo “cal” se destina a incluir tanto o óxido de cálcio
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11/30 como o hidróxido de cálcio. O hidróxido de cálcio também é comumente chamado de cal hidratada e cal apagada. Em algumas modalidades, a cal hidratada pode ser fornecida como cal viva (óxido de cálcio) que hidrata quando misturada com água para formar a cal hidratada. Além da cal adicional adicionada como componente separado, pelo menos uma porção da cal na composição de cimento pode também ser fornecida a partir de outros componentes de cimento. Por exemplo, a reação hidráulica do cimento Portland com água pode liberar cal hidratada na composição do cimento. Além disso, as fontes de silica podem também conter cal ou liberar cal na composição de cimento. A cal presente numa fonte de silica como CaO pode ser mencionada como cal livre se não estiver ligada a outros minerais. A cal hidratada pode ser incluída em exemplos das composições de cimento, por exemplo, para reagir com a fonte de silica. Quando presente, a cal pode ser incluída nas composições de cimento numa quantidade na faixa de cerca de 10% a cerca de 100% de bwoc, por exemplo. Em alguns exemplos, a cal hidratada pode estar presente numa quantidade que se situa na faixa entre qualquer um e/ou que inclui qualquer um dentre cerca de 10%, a cerca de 20%, cerca de 40%, cerca de 60%, cerca de 80% ou cerca de 100% de bwoc. Aquele versado na técnica, com o benefício desta divulgação, reconheceria a quantidade adequada de cal hidratada a ser incluída para uma aplicação escolhida.
[0023] Em alguns exemplos, as composições de cimento podem compreender uma fonte de cálcio diferente da cal hidratada. Em geral, o cálcio e um pH alto, por exemplo, um pH de 7,0 ou maior, podem ser necessários para que certas reações cimentícias ocorram. Uma vantagem potencial da cal hidratada pode ser que íons de cálcio e íons de hidróxido são fornecidos na mesma molécula. Noutro exemplo, a fonte de cálcio pode ser Ca(NOs)2 ou CaCE com o hidróxido sendo fornecido na forma de NaOH ou KOH, por exemplo. Um versado na técnica compreenderia que a fonte de
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[0024] A composição de cimento pode ainda compreender outros aditivos adequados para uso em operações de cimentação. Os exemplos de tais aditivos incluem, porém sem limitação: agentes de peso, retardadores, aceleradores, ativadores, aditivos de controle de gás, aditivos leves, aditivos geradores de gás, aditivos para melhoria de propriedades mecânicas, materiais de circulação perdida, aditivos de controle de filtração, aditivos de controle de perda de fluidos, agentes antiespumantes, agentes espumantes, modificadores do tempo de transição, dispersantes, aditivos tixotrópicos, agentes de suspensão e combinações dos mesmos. Um versado na técnica, com o benefício desta divulgação, deve ter capacidade para selecionar um aditivo adequado para uma aplicação particular.
[0025] As composições de cimento podem ser preparadas usando qualquer técnica adequada. Os componentes cimentícios, tais como o cimento Portland, a fonte de silica e/ou cal podem ser misturados a seco antes da
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13/30 combinação com a água para formar a composição de cimento. Esta mistura seca pode ser preparada fora do local e, então, transportada para o local do poço, por exemplo, onde pode ser combinada com a água. O aditivo de cimento sólido adicional também pode ser incluído na mistura seca. Outras técnicas adequadas podem ser usadas para a preparação das composições de cimento, conforme deve ser observado pelos versados na técnica, de acordo com a presente divulgação.
[0026] Como descrito anteriormente, a fonte de silica pode dissolver ou de outro modo formar ácido silícico que possa reagir com hidróxido de cálcio para formar um produto de cimento. Uma reação pozolânica pode ser induzida quando ácido silícico (H4S1O4) e portlandita (Ca(OH)2 reagem para formar um produto de cimento (hidrato de silicato de cálcio). Essa reação pozolânica entre ácido silícico (H4S1O4) e portlandita (Ca(OH)2) pode progredir de acordo com as seguintes equações. Primeiramente, a silica pode ser hidratada para formar ácido silícico e óxido de cálcio pode ser hidratado para formar portlandita ou cal hidratada. Conforme será observado pelos versados na técnica, o hidróxido de cálcio pode também ser fornecido a partir de outros componentes na composição de cimento, por exemplo, por reação hidráulica de cimento Portland. Em seguida, o ácido silícico e a cal hidratada podem reagir para formar o hidrato de silicato de cálcio. Se outros compostos, tais como, aluminato, estiverem presentes na fonte de silica, podem ocorrer reações adicionais para formar produtos cimentícios adicionais, tais como hidratos de aluminato de cálcio.
Ca(0Jf)2 · Síõ2 - x/f20 [0027] A reação pode não ser direta, à medida que as diferentes fontes de silica podem ter diferentes taxas de solubilidade e hidratação. A estequiometria da reação também pode não ser direta devido à solubilidade
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14/30 diferente dos reagentes. Se a quantidade de qualquer reagente for diferente da quantidade ideal, então, a reação pode desacelerar ou parar. Uma maneira de controlar a reação pode ser fornecer uma razão entre cal e ácido silícico disponível que seja suficiente para conduzir a reação. Em outras palavras, podem ser selecionadas concentrações de fontes de silica e/ou cal para a composição de cimento para fornecer esta razão.
[0028] Uma composição de cimento pode ser projetada para ter uma razão de peso entre cal e silica alvo. Adicionalmente, a razão de peso também pode ser uma razão molar, razão de moles ou qualquer outra maneira equivalente de expressar uma quantidade relativa de silica para cal. Qualquer razão de peso alvo adequada entre cal e silica pode ser selecionada para fornecer a reação desejada, incluindo, porém sem limitação, um peso de razão entre cal e silica alvo que se situa na faixa de cerca de 10/90 de cal para silica em peso a cerca de 40/60 de cal para silica em peso, por exemplo, cerca de 10/90 de cal para silica em peso, cerca de 20/80 de cal para silica em peso, cerca de 30/70 de silica para cal em peso, ou cerca de 40/60 de cal para silica em peso. Entende-se que cal se refere a qualquer fonte de cal, tal como cal livre, bem como cal que pode ser gerada através de outras reações cimentícias. Também deve ser entendido que uma razão entre cal e silica pode também ser expressa em termos equivalentes de uma razão entre silica e cal. Por exemplo, uma razão entre cal e silica de 20/80 é equivalente a uma razão entre silica e cal de 80/20.
[0029] Conforme discutido, uma razão entre silica (SiCE) e cal (CaO) pode ser usada para melhorar um cimento mediante a definição de uma razão alvo entre cal e silica. A razão entre cal e silica pode ser definida como a correlação entre cal e silica. Embora apenas uma correlação entre uma forma específica de silica e cal tenha sido discutida anteriormente, um versado na técnica iria observar que qualquer correlação entre cal e silica em qualquer forma possa ser usada. Por exemplo, pode ser usada uma correlação entre o
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15/30 silício elementar (Si) e o cálcio elementar (Ca), bem como quaisquer outras correlações entre os vários óxidos de silício e óxidos de cálcio. Em alguns exemplos, uma medição indireta da quantidade de silica para cal pode ser usada. Por exemplo, a quantidade de cal numa amostra especificada pode ser determinada por uma titulação com uma concentração conhecida de um ácido. O pH resultante depois que um volume conhecido de ácido é adicionado pode ser determinado e então a concentração de cal na amostra pode ser calculada de volta. Uma correlação indireta entre o pH no final da titulação e a silica pode então ser usada para projetar uma composição de cimento. Um versado na técnica iria observar que existem inúmeros outros métodos diretos e indiretos para gerar uma correlação em relação a cal e silica.
[0030] O projeto da composição de cimento pode compreender qualquer um dentre várias etapas diferentes. Dois ou mais componentes cimentícios e suas concentrações podem ser selecionados para uma composição inicial de cimento. A razão entre cal e silica dos dois ou mais componentes cimentícios pode ser calculada. A razão entre cal e silica pode ser determinada usando qualquer técnica adequada. O cálculo da razão entre cal e silica pode incluir a determinação de uma quantidade total de silica e uma quantidade total de cal nos dois ou mais componentes cimentícios e, então, a razão entre a cal e a silica. Para os propósitos da razão entre cal e silica, a cal pode ser considerada como óxido de cálcio ou hidróxido de cálcio. Por exemplo, a razão entre cal e silica pode ser determinada mediante a medição da silica e cal disponíveis para um determinado componente cimentício, usando técnicas laboratoriais padrão. A medição da silica e cal disponíveis pode usar uma análise de óxido, tal como espectroscopia de fluorescência de raios X ou outra técnica adequada. Uma vez realizada a análise laboratorial, os dados podem ser categorizados, incluindo a categorização dos componentes cimentícios por composição de óxido, que pode incluir teor de silica, teor de cal (por exemplo, óxido de cálcio), teor de
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16/30 alumina e outro teor de óxido. A categorização pode geralmente incluir listar numa tabela o teor de silica, teor de óxido de cálcio e teor de alumina para cada componente cimentício testado, incluindo o cimento Portland, fonte de silica e/ou cal hidratada. Adicionalmente, a taxa de dissolução de cada componente pode ser categorizada.
[0031] Se a composição de cimento de razão entre cal e silica calculada não alcançar (ou exceder) a razão alvo entre cal e silica, a concentração de um ou mais componentes cimentícios pode ser ajustada até que a razão alvo entre cal e silica possa ser alcançada ou excedida. Em alguns exemplos, uma concentração de cal (como um componente cimentício separado) na composição de cimento pode ser ajustada se houver cal insuficiente. Para determinar a quantidade de cal a adicionar, a quantidade líquida de contribuição de silica e cal de cada componente de cimento pode ser determinada usando as técnicas laboratoriais descritas anteriormente. A razão entre silica e cal pode então ser determinada e mais cal pode ser adicionada até que a razão desejada seja alcançada. Se houver silica insuficiente, a fonte de silica pode ser ajustada até que a razão alvo seja alcançada.
[0032] Uma vantagem potencial de equilibrar a razão entre cal e silica pode ser o fato de que a quantidade total de cimento Portland necessária para alcançar ou exceder os requisitos de engenharia pode ser relativamente baixa. Geralmente, um engenheiro ou operador de cimento pode determinar as propriedades de engenharia necessárias de uma composição de cimento para um poço particular. As fontes de silica disponíveis na região particular onde a composição de cimento deve ser bombeada podem ter diferentes níveis de óxidos. As fontes ou recursos de silica disponíveis podem ser catalogados e o teste de laboratório executado em cada um dos materiais. O teste de laboratório pode incluir, por exemplo, teor de silica, teor de alumina, óxido de cálcio e outro teor de óxido. O engenheiro de cimento pode começar com uma
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17/30 composição de cimento de, por exemplo, 30% em peso de cimento Portland com a porcentagem em peso de saldo sendo diversas fontes de silica testadas anteriormente. Uma razão entre cal e silica alvo de 20/80 pode ser selecionada. Com o uso da porcentagem em peso de cada componente e do teste de laboratório que foi realizado anteriormente, a razão entre cal e silica da composição de cimento pode ser determinada. Se a cal ou silica estiver ausente, a mesma pode ser ajustada adicionando cal ou mais silica (por exemplo, adicionando mais fonte de silica). Uma vez que o equilíbrio de sílica-cal é concluído, a composição de cimento pode ser testada quanto a propriedades mecânicas ou de engenharia. Várias composições de cimento podem ser feitas com níveis variáveis de cimento Portland. Por exemplo, uma composição de cimento pode compreender cerca de 10% a cerca de 30% de cimento Portland. Em alguns exemplos, uma composição de cimento pode compreender cerca de 10%, cerca de 15%, cerca de 20%, cerca de 25% ou cerca de 30% de cimento Portland em peso. Um versado na técnica, com o benefício desta revelação, deve ter capacidade para selecionar um percentual em peso de cimento Portland, determinar a razão alvo entre cal e silica e ajustar a porcentagem em peso de cada componente para criar uma pasta com as propriedades de engenharia necessárias.
[0033] Qualquer uma das composições de cimento exemplificativas divulgadas no presente documento pode ser introduzida numa formação subterrânea e deixada endurecer. Conforme usado no presente documento, a introdução da composição de cimento numa formação subterrânea inclui a introdução em qualquer porção da formação subterrânea, na região de furo de poço próxima que circunda o furo de poço, ou em ambos. Em aplicações de cimentação primárias, por exemplo, as composições de cimento podem ser introduzidas no espaço anular entre um conduto situado num furo de poço e as paredes do furo de poço (e/ou um conduto maior no furo de poço), em que o furo de poço penetra na formação subterrânea. A composição de cimento
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18/30 pode ser preparada e deixada endurecer no espaço anular para formar uma bainha anular de cimento endurecido. A composição de cimento pode formar uma barreira que impede a migração de fluidos no furo de poço. A composição de cimento também pode, por exemplo, suportar o conduto no furo de poço. Em aplicações de cimentação corretivas, as composições de cimento podem ser usadas, por exemplo, em operações de cimentação por compressão ou na colocação de tampões de cimento. A título de exemplo, as composições de cimento podem ser colocadas num furo de poço para tamponar uma abertura (por exemplo, um espaço vazio ou fenda) na formação, num enchimento de cascalho, no conduto, na bainha de cimento e/ou entre a bainha de cimento e o conduto (por exemplo, um microespaço anular).
[0034] Declaração 1. Método caracterizado pelo fato de que compreende: calcular uma correlação entre cal e silica para dois ou mais componentes cimentícios de uma composição de cimento; e ajustar uma concentração de pelo menos um dos componentes cimentícios de modo que a correlação entre cal e silica alcance ou exceda um alvo.
[0035] Declaração 2. O método da declaração 1 que compreende ainda: preparar a composição de cimento; e permitir que a composição de cimento endureça.
[0036] Declaração 3. O método da declaração 1 ou declaração 2 que compreende ainda a introdução da composição de cimento numa formação subterrânea.
[0037] Declaração 4. O método de qualquer declaração anterior, em que a composição de cimento é introduzida na formação subterrânea usando uma ou mais bombas.
[0038] Declaração 5. O método de qualquer uma das declarações 2 a 4, em que a preparação compreende misturar componentes das composições de cimento usando equipamento de mistura, sendo que os componentes
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19/30 compreendem dois ou mais componentes cimentícios e água.
[0039] Declaração 6. O método de qualquer declaração anterior, em que os componentes cimentícios compreendem pelo menos um componente cimentício selecionado do grupo que consiste em cimento Portland, fontes de silica, cal e combinação dos mesmos.
[0040] Declaração 7. O método da declaração 6, em que os componentes cimentícios compreendem o cimento Portland numa quantidade de cerca de 10% a cerca de 50% dos componentes cimentícios.
[0041] Declaração 8. O método da declaração 6 ou declaração 7, em que as fontes de silica compreendem pelo menos uma fonte selecionada do grupo que consiste em cinzas volantes, argila calcinada, escória, silica ativa, silica cristalina, farinha de silica, poeira de forno de cimento, zeólito, cinzas residuais agrícolas, pozolanas naturais e combinações dos mesmos.
[0042] Declaração 9. O método de qualquer declaração anterior, em que a composição de cimento compreende ainda um ou mais aditivos selecionados do grupo que consiste em agentes de peso, retardadores, aceleradores, ativadores, aditivos de controle de gás, aditivos leves, aditivos geradores de gás, aditivos de melhora de propriedade mecânica, materiais de circulação perdida, aditivos de controle de filtração, aditivos de controle de perda de fluido, agentes antiespumantes, agentes espumantes, modificadores do tempo de transição, dispersantes, aditivos tixotrópicos, agentes de suspensão e combinações dos mesmos.
[0043] Declaração 10. O método de qualquer declaração anterior, em que a correlação entre cal e silica é uma razão de peso entre cal e silica, e em que a razão de peso entre cal e silica é de cerca de 10/90 a cerca de 40/60.
[0044] Declaração 11.0 método de qualquer declaração anterior, que compreende ainda uma etapa de calcular uma concentração dependente de tempo de cal e silica e selecionar componentes cimentícios adicionais para incluir na composição de cimento, em que os componentes cimentícios
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20/30 adicionais são selecionados com base numa taxa de dissolução para cada um dos componentes cimentícios adicionais.
[0045] Declaração 12. O método de qualquer declaração anterior compreende ainda bombear a composição de cimento através de um conduto e num espaço anular de furo de poço, de modo que a composição de cimento endureça para formar uma bainha de cimento no espaço anular de furo de poço.
[0046] Declaração 13. O método de qualquer declaração anterior compreende ainda realizar uma análise de óxido nos dois ou mais componentes cimentícios.
[0047] Declaração 14. Método para melhorar uma razão entre cal e silica de uma mistura de cimento caracterizado pelo fato de que compreende: selecionar uma razão entre cal e silica alvo; realizar uma análise de óxido nos componentes cimentícios da mistura de cimento; calcular uma quantidade total de silica e cal na mistura de cimento a partir da análise do óxido; calcular a razão entre cal e silica da mistura de cimento; e calcular uma concentração de cal adicional necessária na mistura de cimento para tornar a razão cal e silica maior ou igual à razão entre cal e silica alvo.
[0048] Declaração 15. O método da declaração 14, em que a razão entre cal e silica alvo é uma razão de peso e em que a razão de peso é de cerca de 10/90 a cerca de 40/60.
[0049] Declaração 16. O método da declaração 14 ou declaração 15, que compreende ainda uma etapa de calcular uma taxa de dissolução para cada um dos componentes cimentícios.
[0050] Declaração 17. O método de qualquer uma das declarações 14 a 16, que compreende ainda uma etapa de calcular uma concentração dependente de tempo de cal e silica e selecionar componentes cimentícios adicionais para incluir na mistura de cimento, em que os componentes cimentícios adicionais são selecionados com base numa taxa de dissolução
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21/30 para cada um dos componentes cimentícios.
[0051] Declaração 18. Sistema para gerar uma composição de cimento caracterizado pelo fato de que compreende: uma pluralidade de componentes cimentícios; e um sistema de computador configurado para aceitar entrada de um usuário e gerar concentrações dos componentes cimentícios para a composição de cimento, em que o sistema de computador é configurado para gerar as concentrações dos componentes cimentícios com base numa correlação alvo entre cal e silica.
[0052] Declaração 19. O sistema da declaração 18, em que o sistema de computador é adicionalmente configurado para melhorar as composições de cimento mediante o cálculo de uma razão de peso entre cal e silica e o ajuste da quantidade relativa de cada um dos componentes cimentícios para alcançar ou exceder a correlação alvo entre cal e silica.
[0053] Declaração 20. O sistema da declaração 18 ou declaração 19 que compreende ainda um banco de dados, em que o banco de dados compreende os componentes cimentícios, um custo que corresponde a cada um dos componentes cimentícios, uma análise de óxido que corresponde a cada um dos componentes cimentícios e dados de dissolução que correspondem a cada um dos componentes cimentícios.
[0054] Declaração 21. O sistema de qualquer uma das declarações 18 a 20, em que a correlação alvo entre cal e silica é definida por um usuário ou automaticamente selecionada pelo sistema de computador.
[0055] Declaração 22. O sistema de qualquer uma das declarações 18 a 21, em que a correlação alvo entre cal e silica é uma razão de peso entre cal e silica, e em que a razão de peso entre cal e silica é de cerca de 10/90 a cerca de 40/60.
[0056] Os exemplos dos métodos de uso da técnica de equilíbrio de sílica-cal serão agora descritos em maiores detalhes com referência à Figura 1. E ilustrado um sistema 100 para analisar os componentes cimentícios. O
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22/30 sistema 100 pode compreender uma amostra componente cimentício 105, instrumento analítico 110 e sistema de computador 115. A amostra de componente cimentício 105 pode ser qualquer componente cimentício (por exemplo, cimento Portland, fonte de silica, cal, etc. ) de interesse. A amostra de componente cimentício pode ser colocada ou alimentada no instrumento analítico 110. Em alguns exemplos, o instrumento analítico 110 pode ser configurado para alimentar automaticamente a amostra de componente cimentício 105 no instrumento analítico 110. O instrumento analítico 110 pode ser configurado para analisar as propriedades físicas e químicas da amostra componente cimentício 105. Como descrito anteriormente, as propriedades físicas e químicas podem incluir dados da análise de óxidos e outros testes. Os dados gerados pelo instrumento analítico 110 podem ser enviados para o sistema de computador 115 para processamento. O sistema de computador 115 pode compreender um processador, memória, armazenamento interno, meios de entrada e saída, meios de conectividade de rede e/ou outros componentes comuns aos sistemas de computador. O sistema de computador 115 pode tomar os dados do instrumento analítico 110 como entrada e armazenar os mesmos no armazenamento para processamento posterior. O processamento dos dados pode compreender inserir os dados em algoritmos que computam um resultado. O sistema de computador pode ser configurado para analisar os dados de óxido de uma amostra e gerar correlações, gráficos e modelos relacionados à solubilidade, tempo de dissolução, disponibilidade dependente de tempo de óxidos em solução, reatividade prevista, requisito de cal e outros. Os dados gerados e os dados gerados a partir do instrumento analítico 110 podem ser armazenados no banco de dados 120. O banco de dados 120 pode também compreender dados sobre o custo de cada componente cimentício. O banco de dados 120 pode ser armazenado localmente ou numa rede.
[0057] Referindo-se agora à Figura 2, é ilustrado um sistema 200 para
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23/30 gerar composições de cimento. O sistema 200 pode compreender o banco de dados 120 conforme descrito na Figura 1 e sistema de computador 210. Em alguns exemplos, o sistema de computador 210 pode ser o mesmo sistema de computador 115 da Figura 1. Uma entrada de usuário 220 pode definir parâmetros de engenharia tais como a resistência à compressão necessária de uma composição de cimento, a temperatura estática do furo de fundo do furo de poço, as propriedades reológicas necessárias da pasta, o tempo de espessamento da pasta, materiais de cimento disponíveis, aditivos de cimento disponíveis , fluido livre, permeabilidade, pressão de poros, gradiente de fratura, peso de lama, densidade, resistência a ácido, tolerância a sal e outros parâmetros. O sistema de computador 210 pode ser configurado para inserir entrada de usuário 220 e os modelos preditivos, mapas de reatividade e dados armazenados no banco de dados 120 num algoritmo de cimento preditivo. O algoritmo de cimento preditivo pode gerar uma composição ou composições de cimento que atendam aos requisitos de engenharia definidos pela entrada de usuário 220. A saída 230 do algoritmo de cimento preditivo pode conter as quantidades relativas de cada componente de cimento na composição de cimento gerada, bem como as propriedades de material previstas da composição de cimento. Em outro exemplo, um usuário pode selecionar uma baixa concentração de cimento Portland e uma ou mais fontes de silica como alguns dos parâmetros de engenharia. O significado de uma baixa concentração de cimento Portland foi discutido anteriormente. Um usuário também pode selecionar uma razão alvo entre cal e silica como parte dos parâmetros de engenharia. Em alguns exemplos, o algoritmo de cimento preditivo pode selecionar automaticamente uma razão alvo entre cal e silica ou ser configurado para selecionar a razão melhorada com base na entrada do usuário. O algoritmo de cimento preditivo pode gerar uma composição de cimento que compreende a concentração de cimento Portland selecionada e fontes silica selecionadas. Para selecionar a razão adequada entre cal e silica,
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24/30 o algoritmo pode fazer referência aos dados de solubilidade e análise de óxido mencionados anteriormente. O algoritmo de cimento preditivo pode ser configurado para gerar as concentrações de componentes cimentícios com base na razão alvo entre cal e silica. O algoritmo de cimento preditivo pode ser configurado para alcançar ou exceder a razão alvo entre cal e silica, ajustando a concentração de um ou mais componentes cimentícios, incluindo cal.
[0058] Embora o algoritmo de cimento preditivo possa gerar uma composição de cimento apenas com base na razão entre cal e silica de uma entrada de usuário ou valor automaticamente escolhido, o algoritmo também pode gerar um cimento com base numa combinação de outros fatores. Um fator pode ser a disponibilidade de óxidos e cal em função do tempo e da temperatura. Como descrito anteriormente, o ácido silícico e a portlandita podem variar em concentração com o tempo e a temperatura com base na solubilidade de um componente cimentício. Como descrito anteriormente, os componentes de cimento disponíveis podem ter taxas de solubilidade diferentes, que também podem depender da temperatura da solução. Um componente de cimento pode se dissolver de maneira relativamente lenta em temperatura ambiente, mas pode se dissolver de maneira relativamente mais rápida na temperatura estática de furo de fundo. Como tal, a disponibilidade de óxidos e cal de cada componente pode depender não apenas do tempo, mas também da posição da composição de cimento no furo de poço. O algoritmo de cimento preditivo pode gerar uma composição de cimento que mantém o equilíbrio entre cal e silica selecionado ao longo da reação pozolânica e outras reações de endurecimento de cimento, considerando a disponibilidade dependente de tempo dos reagentes. O algoritmo de cimento preditivo pode também usar dados de custo a partir do banco de dados 120 para gerar uma composição de cimento que tenha a razão entre cal e silica desejada, melhorando também o custo da composição. Em alguns exemplos, o
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25/30 algoritmo de cimento preditivo pode gerar uma composição de cimento com um custo minimizado ou reduzido.
[0059] Agora é feita referência à Figura 3, que ilustra o uso de uma composição de cimento 300. A composição de cimento 300 pode compreender qualquer um dos componentes descritos no presente documento. A composição de cimento 300 pode ser projetada, por exemplo, usando um equilíbrio de cal-sílica conforme descrito no presente documento. Voltando-se agora à Figura 3, a composição de cimento 300 pode ser colocada numa formação subterrânea 305 de acordo com sistemas, métodos e composições de cimento de exemplo. Como ilustrado, um furo de poço 310 pode ser perfurado na formação subterrânea 305. Embora o furo de poço 310 seja mostrado se estendendo de maneira genericamente vertical na formação subterrânea 305, os princípios descritos neste documento são também aplicáveis aos furos de poço que se estendem num ângulo através da formação subterrânea 305, tal como furos de poço horizontais e inclinados. Como ilustrado, o furo de poço 310 compreende paredes 315. Na ilustração, um revestimento de superfície 320 foi inserido no furo de poço 310. O revestimento de superfície 320 pode ser cimentado às paredes 315 do furo de poço 310 pela bainha de cimento 325. Na ilustração, um ou mais condutos adicionais (por exemplo, revestimento intermediário, revestimento de produção, liners, etc. ), mostrados aqui como revestimento 330 também podem ser dispostos no furo de poço 310. Como ilustrado, há um espaço anular de furo de poço 335 formado entre o revestimento 330 e as paredes 315 do furo de poço 310 e/ou do revestimento de superfície 320. Um ou mais centralizadores 340 podem ser fixados ao revestimento 330, por exemplo, para centralizar o revestimento 330 no furo de poço 310 antes e durante a operação de cimentação.
[0060] Com referência contínua à Figura 3, a composição de cimento 300 pode ser bombeada para o interior do revestimento 330. A composição de cimento 300 pode ser deixada fluir para o interior do revestimento 330 através
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26/30 da sapata de revestimento 345 no fundo do revestimento 330 e para cima ao redor do revestimento 330 no espaço anular de furo de poço 335. A composição de cimento 300 pode ser deixada endurecer no espaço anular de furo de poço 335, por exemplo, para formar uma bainha de cimento que suporta e posiciona o revestimento 330 no furo de poço 310. Embora não ilustrado, também podem ser usadas outras técnicas para a introdução da composição de cimento 300. A título de exemplo, podem ser usadas técnicas de circulação inversa que incluem a introdução da composição de cimento 300 na formação subterrânea 305 por meio do espaço anular de furo de poço 335 em vez de através do revestimento 330. A medida que é introduzida, a composição de cimento 300 pode deslocar outros fluidos 350, tais como fluidos de perfuração e/ou fluidos espaçadores que podem estar presentes no interior do revestimento 330 e/ou do espaço anular de furo de poço 335. Embora não ilustrado, pelo menos uma porção dos fluidos deslocados 350 pode sair do espaço anular de furo de poço 335 através de uma linha de fluxo e ser depositada, por exemplo, em um ou mais tanques de retenção. Um tampão inferior 355 pode ser introduzido no furo de poço 310 à frente da composição de cimento 300, por exemplo, para separar a composição de cimento 300 dos fluidos 350 que possam estar dentro do revestimento 330 antes da cimentação. Depois que o tampão inferior 355 alcança o colar de assentamento 380, um diafragma ou outro dispositivo pode romper para permitir a composição de cimento 300 através do tampão inferior 355. O tampão inferior 355 é mostrado no colar de assentamento 380. Na ilustração, um tampão superior 360 pode ser introduzido no furo de poço 310 atrás da composição de cimento 300. O tampão superior 360 pode separar a composição de cimento 300 de um fluido de deslocamento 365 e também empurrar a composição de cimento 300 através do tampão inferior fundo 355. [0061] As composições de cimento divulgadas e os métodos associados podem afetar direta ou indiretamente quaisquer sistemas de
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27/30 bombeamento, que representativamente incluam quaisquer condutos, tubulações, caminhões, tubulares e/ou tubos que podem ser acoplados à bomba e/ou quaisquer sistemas de bombeamento e podem ser usados para transportar de modo fluido as composições de cimento no fundo de poço, quaisquer bombas, compressores ou motores (por exemplo, topside ou fundo de poço) usados para movimentar as composições de cimento, quaisquer válvulas ou juntas relacionadas usadas para regular a pressão ou vazão das composições de cimento e qualquer sensores (isto é, pressão, temperatura, vazão, etc. ), medidores e/ou combinações dos mesmos e similares. As composições de cimento também podem afetar direta ou indiretamente quaisquer funis de mistura e tanques de retenção e suas diversas variações. EXEMPLOS [0062] Para facilitar um melhor entendimento das presentes modalidades, são dados os seguintes exemplos de algumas modalidades preferenciais. De nenhum modo os exemplos devem ser lidos para limitar ou definir o escopo da divulgação.
EXEMPLO 1 [0063] Uma análise foi realizada em vários componentes cimentícios para determinar a composição dos óxidos em cada amostra. Os resultados são exibidos na Tabela 1.
TABELA 1: ANÁLISE DE ÓXIDO DE COMPONENTES CIMENTÍCIOS
% em Peso
SiO2 CaO
Cimento Portland 0 15
Silicato 90,3 1,1
Metacaulim 53,8 0
Rocha vulcânica 77,4 0,5
Cal Hidratada 1,57 94,5
Cinzas Volantes, tipo F 63,9 2
EXEMPLO 2 [0064] Vários projetos virtuais de composição de cimento foram criados com os componentes cimentícios analisados. Os desenhos são apresentados nas Tabelas 2 a 4 abaixo. A razão alvo entre cal e silica deveria
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28/30 exceder 20/80 ou 0,25. Os projetos virtuais 2 e 3 atenderíam aos critérios, à medida que têm uma razão de 0,27 e 0,58, respectivamente.
TABELA 2: PROJETO VIRTUAL 1
Projeto Virtual 1 Formulação (% em peso) g de Silica g de Cal
Cimento Portland 30 4,5
Cinzas Volantes, tipo F 65,5 41,9 1,3
Rocha vulcânica 0 0
Cal Hidratada 4,5 4,5
Razão entre Cal/Sílica = (4,5 + 1,3 + 4,5) / 41,9 0,245
Tabela 3: Projeto Virtual 2
Projeto Virtual 2 Formulação (% em peso) g de Silica g de Cal
Cimento Portland 50 7,5
Cinzas Volantes, tipo F 50 32 1,0
Rocha vulcânica 3 0
Cal Hidratada 3 - 3
Razão entre Cal/Sílica = (7,5 + 1,0)/32 0,27
TABELA 4: PROJETO VIRTUAL 3
Projeto Virtual 3 Formulação (% em peso) g de Silica g de Cal
Cimento Portland 70 - 10,5
Cinzas Volantes, tipo F 30 19,2 3,6
Rocha vulcânica 0 0
Cal Hidratada 4,5 - 3
Razão entre Cal/Sílica = (10,5 + 0,6)/19,2 0,58
[0065] Deve ser compreendido que as composições e os métodos são descritos em termos de “compreender”, “conter” ou “incluir” vários componentes ou etapas, as composições e métodos também podem “consistir essencialmente em” ou “consistir em” vários componentes e etapas. Além disso, os artigos indefinidos um ou uma, como usado nas reivindicações, são definidos neste documento para significar um ou mais que um do elemento que os mesmos introduzem.
[0066] Por uma questão de brevidade, apenas certas faixas são explicitamente divulgadas neste documento. Entretanto, as faixas de qualquer limite inferior poderão ser combinadas com qualquer limite superior para relatar uma faixa não explicitamente relatada, bem como as faixas de qualquer limite inferior poderão ser combinadas com qualquer outro limite inferior para relatar uma faixa não explicitamente relatada, na mesma maneira, as faixas de qualquer limite superior podem ser combinadas com qualquer outro limite superior para relatar uma faixa não explicitamente relatada. Adicionalmente,
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29/30 sempre que uma faixa numérica com um limite inferior e um limite superior for divulgada, qualquer número e qualquer faixa incluída que sejam abrangidos pela faixa também serão especificamente divulgados. Em particular, cada faixa de valores (na forma, “de cerca de a a cerca de b”, ou, equivalentemente, “de aproximadamente a até b” ou equivalentemente, “de aproximadamente a-b”) divulgada neste documento deve ser compreendida como apresentando cada número e faixa abrangida pela faixa mais ampla de valores, mesmo se não explicitamente relatado. Dessa forma, cada ponto ou valor individual poderá servir como seu próprio limite superior combinado com qualquer outro ponto ou valor individual ou qualquer outro limite inferior ou superior, para relatar uma faixa não explicitamente relatada.
[0067] Portanto, a presente divulgação está bem adaptada para obter os fins e vantagens mencionados, bem como aqueles que são inerentes a este documento. Os exemplos particulares divulgados acima são apenas ilustrativos, à medida que a presente invenção pode ser modificada e praticada de maneiras diferentes, porém equivalentes, evidentes àqueles versados na técnica que tiverem o benefício dos ensinamentos neste documento. Embora exemplos individuais sejam discutidos, a invenção abrange todas as combinações de todos esses exemplos. Além disso, nenhuma limitação é destinada aos detalhes de construção ou projeto mostrados neste documento, a não ser aqueles descritos nas reivindicações abaixo. Além disso, os termos nas reivindicações têm seu significado simples e comum, a menos que explícita e claramente definido de outra forma pelo titular da patente. E, portanto, evidente que os exemplos ilustrativos particulares divulgados acima podem ser alterados ou modificados e todas tais variações são consideradas dentro do escopo e espírito da presente invenção. Se existir qualquer conflito nos usos de uma palavra ou termo neste relatório descritivo e em uma ou mais patentes ou outros documentos que possam ser incorporados no presente documento a título de referência, as definições que forem consistentes com
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30/30 este relatório descritivo devem ser adotadas.

Claims (15)

1. Método para gerar uma composição de cimento, caracterizado pelo fato de que compreende:
calcular uma correlação entre cal e silica para dois ou mais componentes cimentícios de uma composição de cimento; e ajustar uma concentração de pelo menos um dos componentes cimentícios, de modo que a correlação entre cal e silica alcance ou exceda um alvo.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:
preparar a composição de cimento; e deixar a composição de cimento endurecer.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente introduzir a composição de cimento endurecida numa formação subterrânea.
4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a composição de cimento é introduzida na formação subterrânea usando uma ou mais bombas.
5. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a preparação compreende misturar componentes da composição de cimento usando equipamento de mistura, sendo que os componentes compreendem os dois ou mais componentes cimentícios e água.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os componentes cimentícios compreendem pelo menos um componente cimentício selecionado do grupo que consiste em cimento Portland, fontes de silica, cal e combinação dos mesmos.
7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que os componentes cimentícios compreendem o cimento Portland
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2/4 numa quantidade de cerca de 10% a cerca de 50% em peso dos componentes cimentícios e/ou em que as fontes de silica compreendem pelo menos uma fonte selecionada do grupo que consiste em cinzas volantes, argila calcinada, escória, silica ativa, silica cristalina, farinha de silica, poeira de forno de cimento, zeólito, cinzas residuais agrícolas, pozolanas naturais e combinações dos mesmos.
8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a composição de cimento compreende ainda um ou mais aditivos selecionados do grupo que consiste em agentes de peso, retardadores, aceleradores, ativadores, aditivos de controle de gás, aditivos leves, aditivos geradores de gás, aditivos de melhora de propriedade mecânica, materiais de circulação perdida, aditivos de controle de filtração, aditivos de controle de perda de fluido, agentes antiespumantes, agentes espumantes, modificadores do tempo de transição, dispersantes, aditivos tixotrópicos, agentes de suspensão e combinações dos mesmos.
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a correlação entre cal e silica é uma razão de peso entre cal e silica, e em que a razão de peso entre cal e silica é de cerca de 10/90 a cerca de 40/60.
10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:
selecionar uma razão alvo entre cal e silica;
realizar uma análise de óxido nos componentes cimentícios de uma mistura de cimento;
calcular uma quantidade total de silica e cal na mistura de cimento a partir da análise de óxido;
calcular a razão entre cal e silica da mistura de cimento;
calcular uma concentração de cal adicional necessária na mistura de cimento para tomar a razão entre cal e silica maior ou igual à razão
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3/4 alvo entre cal e silica; e/ou calcular uma taxa de dissolução para cada um dos componentes cimentícios.
11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma etapa de calcular uma concentração dependente de tempo de cal e silica e selecionar componentes cimentícios adicionais para incluir na mistura de cimento, em que os componentes cimentícios adicionais são selecionados com base numa taxa de dissolução para cada um dos componentes cimentícios.
12. Sistema para gerar uma composição de cimento, caracterizado pelo fato de que compreende:
uma pluralidade de componentes cimentícios; e um sistema de computador configurado para aceitar entrada de um usuário e gerar concentrações dos componentes cimentícios para a composição de cimento, em que o sistema de computador é configurado para gerar as concentrações dos componentes cimentícios com base numa correlação alvo entre cal e silica.
13. Sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o sistema de computador é adicionalmente configurado para melhorar as composições de cimento mediante o cálculo de uma razão de peso entre cal e silica e o ajuste de uma quantidade relativa de cada um dos componentes cimentícios para alcançar ou exceder a correlação alvo entre cal e silica.
14. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um banco de dados, em que o banco de dados compreende os componentes cimentícios, um custo que corresponde a cada um dos componentes cimentícios, uma análise de óxido que corresponde a cada um dos componentes cimentícios e dados de dissolução que correspondem a cada um dos componentes cimentícios.
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4/4
15. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pelo fato de que a correlação alvo entre cal e silica é definida por um usuário ou automaticamente selecionada pelo sistema de computador.
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