Τσιμέντωση Γεωτρήσεων Κεφάλαιο 8ο Τσιμέντωση Γεωτρήσεων

Τσιμέντωση γεωτρήσεων Τσιμέντωση: Διαδικασία πλήρωσης ενός τμήματος της γεώτρησης με μίγμα υλικών που έχουν ως βάση του τσιμέντο (πολφός ή γαλάκτωμα – slurry) Λειτουργίες Τσιμέντωσης: Προστασία της επένδυσης (σωλήνωσης) της γεώτρησης από τα ρευστά και τα αέρια των σχηματισμών που μπορούν να προκαλέσουν διάβρωση του μετάλλου Υποστήριξη των τοιχωμάτων της γεώτρησης, όταν υπάρχουν χαλαροί σχηματισμοί Κατασκευή δακτυλίων υψηλής αντοχής, ικανών να αντέξουν μεγάλες αξονικές πιέσεις Δημιουργία διαχωριστικών ασπίδων για την προστασία των παραγωγικών ζωνών από την κατάκλυση ρευστών Συγκράτηση της σωλήνωσης Προστασία από απώλειες της λάσπης διάτρησης

Τεχνική βασικής τσιμέντωσης (ενιαία εκτέλεση) Βασική τσιμέντωση Τεχνική βασικής τσιμέντωσης (ενιαία εκτέλεση) Συνεχής κυκλοφορία λάσπης Άνω πώμα τσιμέντω-σης Κάτω πώμα τσιμέντω-σης Κεντρωτήρες Υποστηρικτικό κολάρο Πέλμα Διοχέτευση ενδιάμεσου ρευστού & πολφού τσιμέντου Οδήγηση άνω πώματος προς το κάτω Έναρξη απελευθέρωσης πώματος Λήξη απελευθέρωσης πώματος Πολφός τσιμέντου Ρευστό οδήγη-σης πώματος Ενδιάμεσο ρευστό Αρχική λάσπη Λήξη εργασιών

Ενδιάμεσο τυπικό κολάρο Βασική τσιμέντωση Τεχνική βασικής τσιμέντωσης (εκτελούμενη κατά στάδια) Κεντωτήρας Ενδιάμεσο ειδικό κολάρο Πτερύγια κολάρου Ελαστικό κλείστρο παρεμβύ-σματος Υποστηρι-κτικό κολάρο Πέλμα Ελαστικό κλείστρο παρεμβύσματος Μηχανισμός πίπτων δια της βαρύτητας Ενδιάμεσο τυπικό κολάρο Τελικό πώμα Πώμα πρώτου σταδίου

Τσιμέντωση τελικής σωλήνωσης (liner) Φάση ανάμιξης Υποστη-ρικτικό κολάρο Πέλμα Οδήγηση πώματος προς τα κάτω Ειδικό πώμα Διαχωριστικό πώμα Λήξη εργασιών Αναστροφή κυκλοφορίας

Νερό + τσιμέντο + χημικά πρόσθετα Προπαρασκευή & χαρακτηριστικά πολφού τσιμέντου Νερό + τσιμέντο + χημικά πρόσθετα Ιδιότητες τσιμέντου (προδιαγραφές Α.Ρ.Ι.) Τύπος τσιμέντου Νερό ανάμιξης (gal/σακί) Πυκνότητα πολφού (lb/gal) Απόδοση σε πολφό (ft3/σακί) Προσεγγιστικός χρόνος πήξης (113º F) (hr) Αντοχή σε θλίψη μετά από 24 hr (110º F) (psi) A 5,2 15,6 1,18 2½ 4.000 C 6,3 14,8 1,32 1¾ 2.700 G 5,0 15,8 1,15 3.000 H 4,3 16,5 1,05 2 3.700 Απόδοση (slurry yield): ο όγκος του πολφού που προκύπτει ανά σακί ξηρού τσιμέντου, όταν αυτό αναμιχθεί με την αντίστοιχη ποσότητα νερού Χρόνος πήξης: ο χρόνος που απαιτείται για να είναι το γαλάκτωμα σε κατάσταση που να μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τις αντλίες: Χρόνος πήξης = χρόνος προπαρασκευής + χρόνος εισπίεσης + χρόνος ασφάλειας

Τσιμέντωση (Επίλυση εφαρμογής) Μεθοδολογία υπολογισμού όγκου πολφού, τσιμένου & νερού Εφαρμογή 1: Στην περίπτωση μιας γεώτρησης όπου έχουν εκτελεστεί οι κάτωθι εργασίες:  Βάθος γεώτρησης: 10.000 ft  Σωληνωμένο τμήμα: βάθος 8.000 ft με σωλήνωση διαμέτρου 8,835 in  Διάμετρος μη σωληνωμένου τμήματος: 8,5 in, σχεδιάζεται η τοποθέτηση σωλήνωσης 7 in για τη σωλήνωση του τμήματος που έχει απομείνει. Το διάστημα μεταξύ του υποστηρικτικού κολάρου και του πέλματος της σωλήνωσης είναι 80 ft (τούτο σημαίνει ότι ο χώρος αυτός θα πληρωθεί με τσιμέντο). Η εταιρεία επιθυμεί να χρησιμοποιήσει γαλάκτωμα τσιμέντου τύπου Α θεωρώντας απαραίτητο να καλύψει με την τσιμέντωση τουλάχιστον 1.000 ft μεταξύ των δύο σωληνώσεων (7 και 8,835 in). Να προσδιοριστεί: Ο συνολικός απαιτούμενος όγκος πολφού. Η απαίτηση σε ξηρό τσιμέντο και σε νερό για την προπαρασκευή του πολφού αυτού. Nα ληφθεί υπόψη ότι το μη σωληνωμένο τμήμα της γεώτρησης εκτιμάται ότι μπορεί να υποστεί διεύρυνση λόγω της έκπλυσης των τοιχωμάτων από την κυκλοφορία της λάσπης κατά 30%. (1 in2 = 1/144 ft2)

Τσιμέντωση (Επίλυση εφαρμογής) Συνολικός απαιτούμενος όγκος πολφού: Μεθοδολογία υπολογισμού όγκου πολφού, τσιμένου & νερού Επίλυση εφαρμογής: 8,835 in Άνω επιφάνεια τσιμέντωσης, 7000 ft 8000 ft 8,5 in 10000 ft Υποστηρικτικό κολάρο, 9920 ft 7 in V1 V2 V3 Συνολικός απαιτούμενος όγκος πολφού: Vολ = V1 + V2 + V3

Τσιμέντωση (Επίλυση εφαρμογής) Μεθοδολογία σχεδιασμού τσιμέντωσης Εφαρμογή 2: Σε μια γεώτρηση έχει ορυχθεί ένα τμήμα της μέχρι βάθους 12.000 ft και έχει σωληνωθεί. Η ανηγμένη πίεση ρωγμάτωσης του σχηματισμού στο πέλμα της σωλήνωσης (βάθος 12.000 ft) είναι 0,92 psi/ft. Σχεδιάζεται η όρυξη και η σωλήνωση, μέχρι την επιφάνεια, του επόμενου τμήματος μέχρι βάθους 14.000 ft. Στο βάθος αυτό αναμένονται πιέσεις από τους σχηματισμούς οι οποίες αντιστοιχούν σε πίεση ρευστού ισοδυνάμου πυκνότητας 16,8 lb/gal. Για λόγους ασφαλείας, η λάσπη που θα χρησιμοποιηθεί θα πρέπει να είναι πυκνότητας κατά 0,3 lb/gal μεγαλύτερη αυτής που αντιστοιχεί στα ρευστά των σχηματισμών. Επίσης, για λόγους ασφάλειας, ο πολφός τσιμέντου θα πρέπει να έχει πυκνότητα κατά 1 lb/gal μεγαλύτερη αυτής της λάσπης. Να εξεταστεί εάν ο σχεδιασμός που επιχειρείται για την τσιμέντωση είναι εφικτός. Εάν όχι, να προσδιοριστεί το βέλτιστο ύψος που πρέπει να φθάσει η τσιμέντωση μέσα στο δακτύλιο των δύο σωληνώσεων, έτσι ώστε η πίεση που θα ασκεί η στήλη του πολφού τσιμέντου μαζί με τη στήλη της εναπομένουσας λάσπης να μην προκαλέσει διάρρηξη του σχηματισμού στο πέλμα της πρώτης σωλήνωσης με αποτέλεσμα την απώλεια κυκλοφορίας. (1 in2 = 1/144 ft2)

Τσιμέντωση (Επίλυση εφαρμογής) Μεθοδολογία σχεδιασμού τσιμέντωσης Επίλυση εφαρμογής: Πυκνότητα πολφού τσιμέντωσης, ρπ: ρπ = 17,1 lb/gal + 1 lb/gal = 18,1 lb/gal = 0,9412 psi/ft Εφόσον η πίεση ρωγμάτωσης των σχηματισμών στο πέλμα της σωλήνωσης είναι μικρότερη του ρπ η τσιμέντωση δεν μπορεί να φτάσει μέχρι την επιφάνεια Λάσπη Αν: Χ: το ύψος της στήλης του πολφού μεταξύ των δύο σωληνώσεων, και Ψ: το ύψος της στήλης της λάσπης διάτρησης μεταξύ των δύο σωληνώσεων Χ+Ψ = 12.000 ft Τσιμέντωση Πυκνότητα λάσπης Συνολική πίεση στα 12000 ft, Pολ: Pολ = 0,092 psi/ft x 12000 ft = 11040 psi ή Pολ=0,9412 psi/ft x X ft + 0,8892 psi/ft x Ψ ft Επιλύοντας το σύστημα των τριών εξισώσεων: X = 7.108 ft Ψ = 4.892 ft 16,8 lb/gal+0,3 lb/gal = = 17,1 lb/gal 0,8892 psi/ft 12000 ft Πίεση ρωγμάτωσης = 0,92 psi/ft 17,7 lb/gal Συνολικό ύψος στήλης πολφού τσιμέντου (από τον πυθμένα της γεώτρησης): 2.000 ft + 7.108 ft = 9.108 ft Ισοδύναμη πίεση σχηματισμών 16,8 lb/gal 14000 ft