Цементирование скважин - Well cementing

Цементирование скважин это процесс внедрения цемент в межтрубное пространство между стволом скважины и кожух или в кольцевое пространство между двумя последовательными обсадные колонны.[1] Персонал, выполняющий эту работу, называется «цементниками».

Принцип цементирования

  1. Для поддержки вертикальных и радиальных нагрузок, приложенных к обсадной колонне.
  2. Изолировать пористый пласты из пластов продуктивной зоны
  3. Исключение нежелательных подповерхностных флюидов из продуктивного интервала
  4. Защищать корпус от коррозия
  5. Сопротивление химическому разрушению цемента
  6. Ограничить ненормальным поровое давление
  7. Увеличить вероятность попадания в цель

Цемент вводится в Что ж посредством цементирования голова. Это помогает в накачивание цемент между проходом верха и низа пробки.

Самая важная функция цементирования - добиться зональной изоляции. Другая цель цементирования - добиться хорошего сцепления цемента с трубой. Слишком низкая эффективная сдерживающее давление может привести к тому, что цемент станет пластичный.

Что касается цемента, следует отметить, что нет корреляции между срезать и прочность на сжатие. Следует также отметить, что прочность цемента составляет от 1000 до 1800. psi, и для пластовых давлений> 1000 фунтов на квадратный дюйм; это означает, что цементное соединение трубы будет провал первый. Это привело бы к развитию микрокольцевиков вдоль трубы.[2]

Классы цемента

A. 0–6000 футов используется, когда не требуются особые свойства.

B. 0–6000 футов используется, когда условия требуют от умеренного до высокого сульфат сопротивление

C. 0–6000 футов используется, когда условия требуют высокой начальной прочности

D. 6000–10000 футов при умеренно высоком температуры и давление

E. 10000–14000 футов используется в условиях высоких температур и давлений.

F. 10000–16000 футов, используемые в условиях чрезвычайно высоких температур и давлений.

G. 0–8000 футов можно использовать с ускорители и замедлители схватывания для покрытия широкого диапазона глубин и температур скважин.

Высота 0–8000 футов может использоваться с ускорителями и замедлителями схватывания, чтобы охватить широкий диапазон глубин и температур скважин.

J. 12000–16000 футов можно использовать в условиях чрезвычайно высоких температур и давлений или можно смешивать с ускорителями и замедлителями схватывания, чтобы охватить диапазон глубины скважины и температур.

Цемент API марок A, B и C соответствует типу I, II и III ASTM.

Параметры цемента

Учитывая множество цемента параметры лучший, самый тщательный и практичный метод создания цементной смеси - это лабораторные испытания.

Испытания следует проводить на образце, представляющем цемент, который будет использоваться на Работа сайта.

Добавки и механизм действия

Есть 8 общих категорий добавки.

  1. Ускорители сокращает время схватывания и увеличивает скорость набора прочности на сжатие.
  2. Замедлители продлить время схватывания.
  3. Расширители снизить плотность[3]
  4. Утяжелители увеличить плотность.[4]
  5. Диспергенты снизить вязкость.
  6. Агенты контроля потерь жидкости.
  7. Агенты контроля потери циркуляции.
  8. Специализированные агенты.[5]

Ускорители

Может быть добавлен для сокращения времени схватывания или для ускорения процесса отверждения.

Хлорид кальция при правильных условиях имеет тенденцию улучшать прочность на сжатие и значительно сокращает время загустевания и схватывания. Используется в концентрациях до 4,0%. Механизм этого процесса обсуждается, но есть четыре основных теории выдвигать.

  1. Он влияет на фазу гидратации по одной из следующих теорий:
    1. Хлор (Cl-) ионы усилить формирование эттингит (кристаллический ) Tenoutasse 1978.
    2. Повышает гидратацию системы алюминатная фаза / гипс. Traettenber и Gratten Bellow 1975.
    3. Ускоряет гидратацию C3S. Штейн 1961
  2. Изменяет структуру C-S-H.
    1. Контролирует распространение из воды и ионные частицы.
    2. Гель C-S-H имеет большую площадь и быстрее реагирует.
  3. Диффузия хлорид-ионов;
    1. Cl− ионы диффундируют в C-S-H гель быстрее, этот процесс вызывает осаждение портландит раньше.
    2. Меньший размер Cl− ионы вызывают большую тенденцию диффундировать в C-S-H мембрана. В конце концов, мембрана C-S-H лопается, и процесс гидратации ускоряется.
    3. Изменяет состав водной фазы.

Хлорид кальция также производит большое количество высокая температура во время гидратации. Это тепло может ускорить процесс гидратации.

Это тепло заставляет кожух расширяться и сжиматься по мере того, как он рассеивается. Различная скорость расширения и сжатия может привести к отрыву обсадной колонны от цемента и образованию микроколец. Он также может влиять на цемент. реология, увеличение прочности на сжатие, дает усадку на 10–15%, увеличивает проницаемость со временем и снижает сульфатостойкость.

Замедлители

Они работают по одной из 4 основных теорий;

  1. Адсорбция теория: замедлитель схватывания адсорбируется и препятствует содержанию воды.
  2. Осадки теория: реагирует с водной фазой, образуя непроницаемый и нерастворимый слой вокруг зерен цемента.
  3. Зарождение теория: замедлитель схватывания отравляет продукт гидратации и предотвращает рост в будущем.
  4. Комплексообразование теория: ионы Ca + хелатный замедлителем. Ядро не может быть сформировано должным образом.

Лигносульфонаты: Древесная масса полимеры. Эффективен во всех Портландцементы и добавляли в концентрациях от 0,1% до 1,5% BWOC. Поглощается в C-S-H гель и вызывает изменение морфология к более непроницаемой конструкции.

Гидроксикарбоновые кислоты - У них есть гидроксил карбоксил группы в их молекулярная структура. Ниже 93 ° C они могут вызвать чрезмерное замедление. Они работоспособны до температуры 150 ° C. Один кислота используется в лимонная кислота с эффективной концентрацией от 0,1% до 0,3% BWOC.

Сахарид Соединения: сахара являются отличными замедлителями схватывания портландцемента. Такие соединения обычно не используются из-за того, что степень замедления очень чувствительна к изменению концентрации. Это также зависит от восприимчивости соединения к щелочной гидролиз.

Целлюлоза Производные: Полисахариды получены из древесины или растительного сырья и устойчивы к щелочь состояние цемента суспензия.

Органофосфаты: Алкилен фосфоновые кислоты.

Неорганические соединения:

Кислоты и сопутствующие соли
Натрия хлорид, используется в концентрациях до 5,0% и с температурами на забое скважины ниже 160 ° F. Он улучшает прочность на сжатие и сокращает время загустевания и схватывания.
Оксиды из цинк и вести.

Расширители

Уменьшить плотность раствора - уменьшить гидростатическое давление при цементировании. Увеличивает выход цементного раствора - уменьшает количество цемента, необходимое для производства заданного объем.

Разбавители воды - позволяют / облегчают добавление воды для увеличения объема цементной смеси / раствора.

Заполнители низкой плотности - материалы с плотностью меньше портландцемента (3,15 г / см3)

Полые стеклянные микросферы - спроектированные высокопрочные (одноклеточные) с низкой плотностью (средняя истинная плотность всего 0,3 г / куб.см для версий средней прочности), непористые полые стеклянные сферы, обычно со средним размером частиц менее 40 мкм, позволяют использовать гидравлические цементные растворы до 8 ППГ (960 кг / м ^ 3)

Газообразные расширители – Азот или же воздуха можно использовать для приготовления пены.

Глины - водный силикаты алюминия. Наиболее распространенным является бентонит (85% минеральная глина смектит ). Может использоваться для получения цемента плотностью от 11,5 до 15,0. ppg, с концентрациями до 20%. Используется с соотношением API 5,3% воды к 1,0% бентонита.

Бентонит - он добавляется вместе с дополнительной водой, используется для контроля удельного веса, но делает цемент плохим.

Пуццолан - тонкоизмельченный пемза из летучая зола. Пуццолан стоит очень мало, но не позволяет значительно снизить вес суспензии.

Диатомовый земля - ​​тоже требует добавления воды. Свойства аналогичны свойствам бентонита.

Кремнезем - α кварц и сжатый кремнеземный дым. α-кварц используется для предотвращения снижения прочности в термальные колодцы. Пары кремнезема (микрочастицы) обладают высокой реакционной способностью и считаются наиболее эффективным из имеющихся пуццолановых материалов. Большая площадь поверхности увеличивает потребность в воде для получения перекачиваемой суспензии. Такая смесь может производить цементный раствор с концентрацией всего 11,0 фунтов на галлон.

Нормальная концентрация = 15% BWOC, но может достигать 28% BWOC. Иногда может использоваться для предотвращения кольцевой миграции жидкости.

Расширенный Перлит—Используется для уменьшения веса по мере добавления воды. Без бентонита перлит отделяется и всплывает в верхнюю часть шлама. Может использоваться для получения суспензии всего 12,0 pg. Бентонит в концентрации 2–4% также добавляется для предотвращения сегрегации частиц и шлама.

Гильсонит - Используется для получения жидкого навоза с массой от 12,0 фунтов на галлон. При высоких концентрациях смешивание является проблемой.

Каменный уголь - Может использоваться для получения суспензии с плотностью всего 11,9 pg, обычно добавляется 12,5–25 фунтов на мешок.

Твердые частицы

Использует латекс добавки для достижения водоотдачи. Эмульсионные полимеры поставляются как подвески полимерных частиц. Они содержат около 50% твердых веществ. Такие частицы могут физически закупорить поры в фильтровальный пирог.

Водорастворимые полимеры

Они увеличивают вязкость водной фазы и уменьшают проницаемость фильтрационной корки.

Производные целлюлозы

Органический белки (полипептиды ). Не используется при температуре выше 93 ° C.

Неионный синтетические полимеры Может снизить скорость потери жидкости с 500 мл / 30 мин до 20 мл / 30 мин.

Это также анионный синтетические полимеры и катионные полимеры.

Неионные синтетические полимеры

Может снизить скорость потери жидкости с 500 мл / 30 минут до 20 мл / 30 минут.

Есть также анионные синтетические полимеры и катионные полимеры.

Связующие агенты

Добавление материалов, которые могут физически перекрыть трещины или слабые зоны. Например. гильсонит и целлофан хлопья добавляются в количестве 0,125–0,500 фунтов / мешок.

Тиксотропный Цемент

Это цементные растворы, которые при входе в пласт начинают образовывать гель и в конечном итоге становятся самонесущими.

Рекомендации

  1. ^ Экономидес, М. (1990). Цементирование скважин. (Э. Б. Нельсон, ред.) Шугар Лэнд, Техас: Образовательные услуги Schlumberger.
  2. ^ Lyons, W. C. (Ed.). (1993). Справочник для инженеров-нефтяников и специалистов по газу (Том 1). Хьюстон: издательская компания залива.
  3. ^ «Войдите, чтобы получить доступ к премиум-функциям для подписчиков Oil & Gas Journal». Weatherford. Получено 23 ноя 2014..
  4. ^ "Oilfield_Master_Product_List" (PDF). Л.В. ООО "Ломас" Май 2012 г.. Получено 23 ноя 2014.
  5. ^ Нельсон, Э. Б., Барет, Дж. Ф. и Мишо, М. (1993). Добавки и механизмы действия. Шугар Лэнд, Техас: Образовательные услуги Schlumberger.
  • Марка, К. (1990). Лечебное цементирование. Шугар Лэнд, Техас: Образовательные услуги Schlumberger.
  • Нельсон, Э. Б. (1990). Цементирование скважин. (Э. Б. Нельсон, ред.) Шугар Лэнд Техас 77478: Образовательные услуги Schlumberger.
  • Рэй, П. (1990). Цементные работы. Шугар Лэнд, Техас: Образовательные услуги Schulumberger.

внешняя ссылка