SADRŽAJ
UVOD.....................................................................................................................................................................1
I. CEMENTACIJE ZAŠTINIH CEVI ..................................................................................................................2
1. PRIMARNE CEMENTACIJE ..........................................................................................................................5
1.1 JEDNOSTEPENA CEMENTACIJA ..............................................................................................................7
1.2. DVOSTEPENA CEMENTACIJA .................................................................................................................9
1.3. CEMENTACIJA IZGUBLJENE KOLONE ZAŠTITNIH CEVI (LINER-a).................................................11
1.4. SREDSTVA ZA PRIMARNU CEMENTACIJU..........................................................................................15
1.4.1. CEMENTACIONI AGREGAT.................................................................................................................15
1.4.2. ČEPOVI ZA CEMENTACIJU..................................................................................................................15
1.4.3. GLAVA ZA CEMENTACIJU ..................................................................................................................16
1.5. PRORAČUN PRIMARNE CEMENTACIJE ...............................................................................................17
1.5.1. PRORAČUN VISINE DIZANJA CEMENTNE MEŠAVINE U KANALU BUŠOTINE ........................... 17
1.5.2. KOLIČINA POTREBNOG SUVOG CEMENTA I VODE ZA CEMENTACIJU ...................................... 20
1.5.3. KOLIČINA ISPLAKE ZA POTISKIVANJE CEMENTNE MEŠAVINE ..................................................21
1.5.4. DINAMIKA PROCESA CEMENTACIJE NIZA ZAŠTITNIH CEVI........................................................22
1.6. OPREMANJE NIZA ZAŠTITNIH CEVI ....................................................................................................30
1.6.1. CEMENTACIONA PETA........................................................................................................................30
1.6.2. UDARNA PLOČA I KOLČAK ................................................................................................................32
1.6.3. CENTRALIZERI .....................................................................................................................................33
1.6.4. GREBAČl ................................................................................................................................................34
1.6.5. ZAUSTAVNI PRSTEN ............................................................................................................................35
1.6.6. ŠEŠIR ZA CEMENTACIJU .....................................................................................................................37
II. CEMENTACIJA POD PRITISKOM .............................................................................................................38
III. POSTAVLJANJE CEMENTNIH ČEPOVA I MOSTOVA .........................................................................39
IV. KARAKTERISTIKE CEMENTA ZA CEMENTACIJE .............................................................................40
4.1. API KLASIFIKACIJA CEMENTA .............................................................................................................41
4.2. PORTLAND CEMENT...............................................................................................................................44
4.3. DODACI (ADITIVI) ZA CEMENTE ...........................................................................................................45
4.3.1. UBRZIVAČI ............................................................................................................................................45
4.3.2. USPORIVAČI ..........................................................................................................................................46
4.3.3. PODEŠAVAČI GUSTINE .......................................................................................................................46
4.3.4. DISPERGATORI .....................................................................................................................................47
4.3.5. ADITIVI PROTIV FILTRACIJE ..............................................................................................................48
4.3.6. MATERIJALIPROTIV GUBITKA CIRKULACIJE .................................................................................50
4.3.7. POMOĆNI ADITIVI................................................................................................................................52
4.4. SPECIJALNI CEMENTI.............................................................................................................................52
V. FUNKCIJA CEMENTA PRI CEMENTACIJI ..............................................................................................55
5.1. OTPORNOST CEMENTNOG KAMENA NA OPTEREĆENJA NAPREZANJA ........................................ 55
5.2. IZOLACIJA PRODUKTIVNIH ILI INJEKCIONIH INTERVALA .............................................................57
VI. PRIMER CEMENTACIJE ISTRAŽNE BUŠOTINE X1 .............................................................................60
6.1. GEOLOŠKO-GEOFIZIČKE KARAKTERISTIKE OBJEKTA ISTRAŽIVANJA ........................................ 60
6.1.1. PROGNOZNI GEOLOŠKI STUB BUŠOTINE X1 ...................................................................................60
6.1.2. BUŠIVOST MATERIJALA .....................................................................................................................60
6.1.3. POJAVE UGLJOVODONIKA .................................................................................................................61
6.4.1. OČEKIVANI SLOJNI PRITISCI..............................................................................................................61
6.1.5. OČEKIVANA MAKSIMALNA TEMPERATURA ..................................................................................61
6.1.6. PROGRAM RADA ..................................................................................................................................61
6.2. TEHNOLOGIJA IZRADE (KANALA) BUŠOTINE PO FAZAMA ...........................................................63
6.2.1. FAZA 1....................................................................................................................................................66
6.2.2. FAZA 2....................................................................................................................................................67
6.2.3. FAZA 3....................................................................................................................................................69
VII. ZAKLJUČAK ..............................................................................................................................................71
LITERATURA ....................................................................................................................................................72
1
UVOD
Cementacija je sastavni deo operacija u fazi izrade naftnih i gasnih bušotina.Ona
predstavlja završnu fazu u njihovoj izradi. Neuspešno izvedena cementacija može svest i
na minimum sve uspehe prethodnih faza , a sa druge strane svi propusti iz prethodnih
faza izrade bušotine uticaće na kvalitet izvedene cementacije.
Cementacija je neponovljiva operacija. Iako traje relativno kratko, planiranju
cementacije treba posvetiti posebnu pažnju, jer popravka neuspešne cementacije traje
dugo, veoma je skupa, a ne garantuje uspeh.
Cementacija ima veliki udeo u produktivnosti i proizvodnji bušotine kao i u
troškovima. Ona se izvodi u cilju učvršćivanja ugrađene kolone zaštitnih cevi za
formaciju, da bi se zaštile i izolacije pojedinih intervala i sprečio dotok fluida u
bušotinu kao i gubitka isplake u probušene slojeve.
Cementacije u naftnim i gasnim bušotinama mogu se podeliti na: primarne
cementacije, cementacije pod pritiskom i postavljanje cementnih mostova i
čepova.Osnovna je primarna cementacija koja se vrši odmah nakon bušenja i ugradnje
zaštitnih cevi.
Veliku ulogu za uspešno izvedenu cementaciju imaju cementi. Za proces
cementacije koriste se različiti cementi koji uz korišćenje određenih aditiva mogu da
zadovolje najrazličitije uslove u bušotinama.
Uspešno izvedena cementacija podrazumeva omogućavanje nesmetane
proizvodnju i minimalno zagađenje pribušotinske zone, odnosno skin, kako ne bi morala
da se primenjuje ni jedna dodatna operacija kao što su remontna (cementacija pod
pritiskom) ili stimulativna operacija u cilju uklanjanja nedostataka primarne
cementacije. To podrazumeva pažljivu pripremu operacije, od prvog do poslednjeg
koraka.
2
I. CEMENTACIJE ZAŠ TINIH CEVI
Cementacija zaštitnih cevi je postupak utiskivanja cementne mešavine u prstenasti prostor
između zaštitnih cevi i zidova kanala bušotine. Niz zaštitnih cevi (kolone) spuštene u kanal
bušotine može se cementirati po celoj dužini, ili samo u jednom delu, zavisno od uslova u
bušotini i o nameni zaštitne kolone u bušotini.
Prema nameni i dubini ugradnje razlikujemo sledeće tipove ugrađenih zaštitnih cevi u
bušotinu:
•
•
•
•
•
uvodna kolona zaštitnih cevi,
površinska kolona zaštitnih cevi,
tehnička kolona zaštitnih cevi,
izgubljena kolona zaštitnih cevi,
eksploataciona kolona zaštitnih cevi.
a) za normalne PP
b) povišene PP
Slika 1 Šeme konstrukcija zaštitnih cevi
3
Uvodna kolona
Primarni zadatak je da prekrije i speči obrušavanje iz gornjih rasteresitih naslaga
humusa, šljunka i peskova, i ova kolona se ugrađuje desetak metara do vrha.
Površinska kolona
Zadatak površinske kolone je:
- Da prekrije vodonosne peskove
- Da spreči obrušavanje iz gornjih rastresitih formacija
- Da spreči gubitak isplake u gornje rastresite formacije
- Da omogući ugradnju sigurnosnih uredaja (BOP) na ušću bušotine
- Da nosi opterećenje svih ostalih ugrađenih tipova zaštitnih cevi osim izgubljene
kolone
Ugrađuje se do dubine od nekoliko l00m, u zavisnosti od konkretnih uslova u
bušotini. Peta tj. dno površinske kolone uvek se ugrađuje u nepropusne formacije (gline,
lapori) i ova kolona se obavezno cementira do vrha tj. do površine.
Tehnička kolona
U zavisnosti od uslova u bušotini mogu se ugraditi 1 ili 2 tehničke kolone, a
primarni zadatak tehničke kolone je:
- kontrola zona sa povišenim pornim pritiskom i ova kolona pokriva pliće slojeve
sa normalnim pornim pritiskom. Velika gustina isplake za kontrolu povišenih
pornih pritisaka može u plićim horizontima izazvati gubitak isplake ili zaglavu
alata usled diferencijalnog pritiska
- prekrivanje zona potencijalnih problema u bušotini (dugački intervali formacija
sklonih bubrenju, obrušavanju itd.)
Dubina ugradnje je u funkciji pornog pritiska i pritiska frakturiranja formacija.
Cementacijom prekrivaju se zone sa ugljovodonicima i povišenim pornim pritiskom,
iznad najmanje 150m ili preklop sa površinskom kolonom.
Izgubljene kolone
Ova kolona kao deo tehničke kolone prekriva samo deo kanala bušotine i ne
proteže se do površine. Osnovni zadatak joj je:
- da omogući dostizanje konačne dubine bušotine u uslovima kada postoji velika
razlika u promeni pornog pritiska i pritiska frakturiranja
- da u uslovima nepredviđenih teškoća, koje se mogu rešiti samo zacevljenjem
omoguće dalje bušenje.
Cementira se celom dužinom svoje ugradnje, a osnovna prednost je snižavanje
troškova smanjenjem utroška čelika.
Ekspoloataciona kolona
Ugrađuje se kroz produktivne slojeve i služi za ispitivanje raskrivenih slojeva ili
u proizvodnji. Osnovni zadatak je:
- zaštita proizvodnih slojeva tj. formacija
- da omogući ugradnju i zamenu proizvodne opreme u toku eksploatacijonog veka
bušotine koji se kreće od 20 do 30 godina.
Cementacijom se prekrivaju svi slojevi sa ugljovodonicima najmanje 150m iznad
poslednjeg produktivnog sloja. Uobičajeno je da se cementira u preklop sa prethodno m
kolonom najmanje 150m.
Eksplataciona izgubljena kolona kao deo eksploatacione kolone ugrađuje se kada
je pritisak frakturiranja nešto veći od pornog pritiska, jer je tada nemoguće cementirati
kolonu ugradenu do površine zbog pritiska stuba cementne kaše.
Osnovna namena cementacije zaštitnih cevi je sledeća:
4
odvajanje pojedinih izbušenih slojeva i sprečavanje proticanja slojnih fluida
prstenastim prostorom iza zaštitnih cevi. Pri tome je od izuzetnog značaja da
cementni prsten odvoji proizvodne slojeve od zavodnjenih slojeva koji leže iznad
i ispod proizvodnih;
- sprečavanje korozivnog delovanja slojnih fluida na ugrađene zaštitne cevi;
- učvršćenje kolone zaštitnih cevi u bušotini;
- u fazi izvođenja bušotine sprečavanje dotoka slojnih fluida u bušotinu, ili
gubitak isplake u probušene slojeve.
Proces planiranja izbora cementacije zaštitnih cevi obuhvata sledeća razmatranja:
- uslove u kanalu bušotine kao što su: temperatura, prečnik kanala bušotine,
stabilnost zidova bušotine i dr,
- tip i karakteristike tj. osobine isplake,
- dizajniranje cementne mešavine;
- proračun cementacije;
- tehniku i tehonologiju potiskivanja cementne mešavine;
- opremanje niza zaštitnih cevi;
- sredstva za obavljanje cementacije.
Nakon spuštanja zaštitnih cevi u kanal bušotine obave se sve potrebne pripreme
tehničkih sredstava i ljudstva, koje će učestvovati u izvođenju cementacije. Zavisno od
vrsti cementacije, odredi se broj cementacionih agregata i kontejnera. Nakon toga se
pristupa montaži potisnih i usisnih vodova, kroz koji će cementacioni agregati dobijat i
ili potiskivati vodu, cementnu mešavinu ili isplaku. Voda potrebna za mešanje
cementne mešavine ne sme biti zagađena i kontaminirana nikakvim hemijskim
sredstvima, osim u slučajevima kada se u vodu dodaju prema potrebi odredeni hemijski
dodaci.
Isplačne (ispirme) pumpe na bušaćem postrojenju, koje osiguravaju vodu i
isplaku moraju se prethodno pregledati, tako da u toku cementacije ne dođe do
nepoželjnih zastoja.
Vodovi se nakon montaže ispituju na pritisak, koji je oko 50% veći od najvećeg
očekivanog pritiska u toku cementacije.
Kada se završi ispiranje bušotine isplakom upumpava se cementna mešavina,
koja potiskuje prvi čep pred sobom sve dok isti ne stigne do udare ploče na kojoj se
zaustavlja. Porastom pritiska probija se dijafragma na čepu i cementna mešavina prolazi
kroz udarnu ploču i petu u prstenasti prostor iza zaštitnih cevi. Nakon utiskivanja
kompletne cementne mešavine u cev, spušta se drugi čep, koji se isplakom potisne do
prvog čepa, čime je cementacija zaštitnih cevi završena.
Cementacije u naftnim i gasnim bušotinama generalno se mogu podeliti na:
1.
PRIMARNE CEMENTACIJE
2.
CEMENTACIJE POD PRITISKOM,
3.
POSTAVLJANJE CEMENTNIH MOSTOVA I ČEPOVA.
-
5
1. PRIMARNE CEMENTACIJE
Pod primarnom cementacijom se podrazumijeva cementacija ugrađenog niza zaštitnih
cevi u bušotini po celoj dužini ili samo u jednom delu, u zavisnosti od uslova u bušotini i nameni
zaštitnih cevi.
-
Osnovna namena kod primarne cementacije je:
izolacija problematičnih zona (sa gubicima isplake, obrušavanjima ili bubrenjem
izbušenih slojeva) iza zaštitnih cevi da bi se nastavilo bušenje dubljih formacija (slika2a);
-
Slika 2a
izolacija zona sa povišenim pornim pritiskom ispod zaštitnih cevi od zona sa normalnim
pornim pritiskom iza zaštitnih cevi (slika 2b);
Slika 2b
6
-
-
izolacija cementnim kamenom, proizvodnih slojeva od zavodnjenih slojeva iznad ili ispod
proizvodnih slojeva (slika 2c);
Slika 2c
sprečavanje korodirajućeg delovanja slojnih fluida na ugrađene zaštitne cevi;
učvršćivanje kolone zaštitnih cevi u kanalu buštine.
Za primarnu cementaciju neophodno je raspolagati sa sledećom opremom:
cementacionim agregatom,
cementacionom glavom,
kolone zaštitnih cevi ugađene u bušotinu treba opremiti sa: cementacionom petom u kojoj
je protivpovratni ventil, udarom pločom sa protivpovratinim ventilom, centralizerima i
grebačima.
Primarna cementacija može biti:
1.1. JEDNOSTEPENA CEMENTACIJA,
1.2. DVOSTEPENA CEMENTACIJA,
1.3. CEMENTACIJA IZGUBLJENE KOLONE ZAŠTITNIH CEVI (LINER).
7
1.1 JEDNOSTEPENA CEMENTACIJA
Slika 3 Jednostepena cementacija (izvođenje)
8
Jednostepena cementacija predstavlja podizanje cementne mešavine na planiranu
visinu u međuprostoru zaštitnih cevi i zida bušotine jednom operacijom sledećim
postupkom:
ispiranjem bušotine isplakom kroz cementacionu glavu sa dva čepa (slika 16A)
nakon ugradnje zaštitnih cevi, čisti se kanal bušotine, odnosno iznosi glinena
obloga koja je sa zidova bušotine skinuta grebačima i centralizerima u cilju
ostvarivanja boljeg kontakta cement-zid buštotine. Po završetku ispiranja zatvara
se ventil 1;
na cementnoj glavi se oslobađa prvi donji čep odvrtanjem zavrtnja A i utiskuje se
cementna mešavina kroz vod s otvorenim ventilom 2 ( slika 16B) koja potiskuje
prvi donji čep sve do udarne ploče, na kojoj se zaustavlja. Tada dolazi do porasta
pritiska koji probija membranu na čepu i cementna mešavina prolazi kroz udarnu
ploču, petu i ulazi u međuprostor (slika 3);
-
za vreme mešanja cementne mešavine obavezno se kontroliše specifična težina
mešavine;
pošto je sva cementna mešavina utisnuta u cev, zatvara se ventil 2 (slika 16c), te
se odvrtanjem zavrtnja B, oslobađa drugi čep, koji se isplakom (ili vodom), koja
sada prolazi kroz ventil 3, potisne do prvog čepa. Uloga drugog čepa je čišćenje
unutrašnjosti zaštitnih cevi od zaostale cementne mešavine i sprečavanje
utiskivanja isplake ispod udarne ploče. Porast pritiska na površini znači da je
drugi čep naseo na prvi, što predstavlja kraj jednostepene cementacije.
U praksi se često primenjuje zadizanje i spuštanje niza zaštitnih cevi, zbog boljeg
mehaničkog mešanja cementa i zapunjavanja prstenastog prostora cementnom mešavinom.
9
1.2. DVOSTEPENA CEMENTACIJA
Slika 4 “DV” uređaj tipa
Halliburton
Slika 5 Šema izvođenja dvostepene
cementacije
Dvostepena cementacija se primenjuje u slučaju da se planirana visina podizanja ementne
mesavine ( zbog prevelike dužine niza, zbog formacija sa nedovoljnim gradijentom flakturiranja
ili zona u kojima su mogući gubici cementne mešavine, zbog visoke temperature u bušotini ili
povišenih pomih pritisaka u gasnim slojevima) ne može obaviti jednom operacijom.
Operacija izvođenja dvostepene cementacije se sastoji u tome da se u neprekidnom
procesu prvo cementira jedan interval prstenastog prostora, a onda se iznad tog intervala
cementira drugi interval.
10
Izvodi se pomoću posebnog DV uređaja (Diferential Valve Multiple Stage Cementer)
koji se ugrađuje na određeno (proračunato) mesto u nizu zaštitnih cevi. DV uredaj (slika
4) se sastoji od tela, koje na sebi ima otvore i sedišta sa cilindrima za otvaranje i
zatvaranje otvora.
Kod dvostepene cementacije se primenjuju čepovi specijalne konstrukcije i to za
svaki stepen dva čepa.
-
-
-
Postupak izvođenja operacije dvostepene cementacije (slika 5):
iza donjeg čepa prvog stepena utiskuje se cementna mešavina za cementaciju
zaštinih cevi od pete do određene visine ispod DV uredaja;
nakon utiskivanja cementne mešavine u zaštitne cevi, utiskuje se drugi
mimohodni čep, koji kada stigne do udarne ploče predstavlja završetak
cementacije prvog stepena (slika5a);
u kolonu zaštitnih cevi spušta se specijalni čep u obliku "bombe" kao otvarač koji
se zaustavlja na obruču donjeg cilindra DV uređaja (slika 5b);
pritiskom isplake preseče se zavrtanj - utikač, da se donji cilindar potisne prema
dole i oslobode otvori na DV uređaju- time se dobija cirkulacija isplake kroz DV
uredaj;
treba izračunati vreme koje je potrebno da čep-otvarač dođe do DV uređaja, a to
se proveri pritiskom;
izvrši se kompletna cirkulacija isplakom kroz DV uređaj, u cilju ispiranja
cementa koji se eventualno podigao iznad DV uredaja.
utiskuje se cementna mešavina drugog stepena, koju potiskujemo na mesto
pomoću čepa zatvarača (slika 5c);
kada čep zatvarač stigne na obruč gornjeg cilindra DV uređaja, on potisne prema
dole gornji cilindar (prethodno preseče zavrtanj) koji zatvara otvore za
cementaciju, čime je završena cementacija drugog stepena (slika 5d).
11
1.3. CEMENTACIJ A IZGUBLJ ENE K OLONE ZAŠ TITNIH CEVI (LINER- A )
Cementacija lajnera (linera) je jedna od najtežih operacija koja je u vezi sa bušenjem i
osvajanjem bušotine. Ako lajner nije uspešno cementiran, mogućnosti bušotine da proizvodi biće
znatno smanjena i prednosti koje donosi ugradnja lajnera neće biti postignute.
Izgubljena kolona zaštitnih cevi-lajnera je ustvari kolona kojom se oblaže deo kanala
bušotine, koji je izbušen ispod već ugrađene kolone. U poslednje vreme, posebno kod dubokih
bušotina ona se sve više upotrebljava, jer je cena koštanja izgubljene kolone znatno manja od
kolone zaštinih cevi, koje se ugrađuju od površine do željene dubine. Zavisno od dužine
izgubljene kolone kao i od tehničkih uslova u bušotini, izgubljena kolona se ili oslanja o dno
bušotine ili se veša o dno već ugrađene kolone, pri čemu se za ugradnju upotrebljava različita
oprema.
Ova kolona zaštitnih cevi donjim delom dopire do dna bušotine ili nesto iznad, a gornjim
se nalazi 90-150 metara unutar prethodne kolone. Ukoliko se izgubljena kolona oslanja na dno
bušotine, u zavisnosti od uslova u kanalu bušotine, vrh izgubljene kolone opremljen je prelazima
(adapterima) različitih konstrukcija:
■
glatki prelaz;
■
paker prelaz;
■
paker prelaz sa prihvatnim klinovima
Slika 6. Glatki prelaz
Izgubljene kolone
Glatki prelaz (slika 6) se primenjuje pri ugradnji izgubljene kolone zaštitnih cevi u
bušotinama sa malim slojnim pritiscima, zbog kojih nije potrebno izolovanje donjeg dela kanala
zacevljenog lajnerom.
Paker prelaz (slika 7) se koristi pri ugradnji izgubljene kolone kojom se prekrivaju slojevi
čiji su slojni tj. porni pritisci znatni, ali nisu tako veliki da mogu izgubljenu kolonu pomaknuti
prema gore. Ugradnjom paker prelaza (i njegovog aktiviranja) odvaja se prstenasti prostor dela
kanala ispod paker prelaza od dela kanala bušotine iznad njega. Nakon što se izgubljena kolona
nasloni na dno bušotine, paker se aktivira opterećenjem.
Paker prelaz sa prihvatnim klinovima (slika 8) se upotrebljava pri ugradnji izgbljene
kolone u bušotini u kojoj vladaju visoki porni pritisci, koji bi je mogli pomeriti prema gore. Zbog
toga je ovaj prelaz napravljen sa prihvatnim klinovima koji sprečavaju njeno pomeranje.
Paker se aktivira na isti način kao i kod prethodnog paker prelaza. Klinovi se usled
delovanja opterećenja prema dole, pomaknu iz gornjeg položaja pri čemu se rašire i zakline.
12
Slika 8 Prelaz s pakerom i
klinovima za izgubljenu kolonu
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
Slika 9 Izgubljena kolona
(lajner)
Spojnica za ugradnju lajnera
Uređaj za vešanje lajnera,
Paker uređaj za vešanje,
Čeljusti uređaja za vešanje,
Zaštitne cevi,
Lajner,
Pakeri za ispiranje cementa u šipkama,
Držač čepa,
Donji čep,
Cementaciona peta.
Ako se izgubljena kolona zaštitnih cevi veša o donji deo prethodno ugrtađene kolone,
umesto prelaza, upotrebljava se uređaj za vešanje kolone (liner hcmger) različitih konstrukcija.
Kompletno opremljena izgubljena kolona prikazana je na slici 9. Vrh kolone može biti
opremljen jednim od sledećih uredaja:
13
a. ) Glatki uređaj za vešanje (slika 10)
Glatki uređaj služi samo za vešanje izgubljene kolone bez izolacije prstenastog prostora dela
bušotine ispod njega i dela bušotine iznad njega.Uređaj se aktivira tako da se izgubljena kolona spusti
nekoliko centimetara ispod zahtevane dubine, zatim se zadigne i okreće nekoliko okretaja ulevo, čime se
oslobađaju klinovi. Nakon toga izgubljena kolona se lagano spušta, a klinovi se ukline.
b. )
Paker uređaj za vešanje (slika 11)
Ovaj tip uređaja za vešanje slične je konstrukcije kao i prethodni, samo ima paker koji zatvara
prstenasti prostor između tela uređaja i prethodno ugrađene kolone.
c. )
Paker uređaj za vešanje s prihvatnim klinovima (slika 12)
Ovaj uređaj iste je konstrukcije kao i prethodni samo što ima prihvatne klinove (čeljusti), koji
sprečavaju pomeranje izgubljene kolone (to pomeranje mogu izazvati visoki slojni pritisci).
d. )
Spojnica za ugradnju izgubljene kolone (slika 13)
Spojnica za ugradnju izgubljene kolone se upotrebljava u toku ugradnje kao i za
oslobađanje izgubljene kolone zaštitnih cevi od niza bušaćih šipki sa kojima se ista spušta u
bušotinu. Spojnica se pomoću levog trapeznog navoja navrće na prelaz ili uređaj za vešanje, što joj
omogućava lagano spajanje i odvrtanje. Nakon ugradnje i cementacije izgubljene kolone spojnica se
odvrće okretanjem bušaćih šipki (na kojima je spuštena kolona) za dvadeset obrtaja u desno uz
opterećenje od 2 do 3 tone (prema dole).
Slika 10 Glatki
uređaj za vešanje
Slika 11 Paker
uređaj za vešanje
Slika 12 Paker
uređaj za vešanje
sa klinovima
Slika 13 Spojnica
za ugradnju
izgubljene kolone
14
Postupak kod cemetentacije izgubljene kolone zaštitnih cevi:
-
-
-
-
izgubljena kolona se spušta pomoću bušaćih šipki. Bušaće šipke i izgubljena kolona
spajaju se preko spojnice sa levim trapeznim navojem;
cementacija izgubljene kolone se vrši preko pakera i dva čepa. Jedan se nalazi u
cementacionoj glavi (puni čep na vrhu bušaćih šipki, slika 14a) i služi za potiskivanje
cementne mešavine kroz bušaće šipke, a drugi je ugrađen na vrhu izgubljene kolone
(šuplji čep, slika 14b);
nakon vešanja izbubljene kolone, aktiviranjem prihvatnih klinova, na vrh bušaćih šipki se
navrće cementaciona glava, utiskuje se cementna mešavina u bušaće šipke koje zatim
punimo čepom i isplakom potiskujemo;
cementna mešavina prolazi kroz šuplji čep na vrhu izgubljene kolone i u trenutku kada
puni čep nasedne na šuplji čep pritisak se povećava. Taj pritisak oslobađa šuplji čep i
čepovi međusobno spojeni istiskuju cementnu mešavinu iz izgubljene kolone;
u trenutku kada čepovi nasednu na cementacionu petu potiskivanje je završeno;
nakon cementacije aktivira se paker na vrhu izgubijene kolone i vrši se odvajanje bušaćih
šipki sa spojnicom za ugradnju, ali pre izvlačenja bušaćih šipki sa spojnicom, potrebno je
isprati cement koji se eventualno digao iznad pakera ili zaostao u bušaćim šipkama.
Slika 14 Čepovi za cementaciju izgubljene kolene
15
1.4. SREDSTVA ZA PRIMARNU CEMENTACIJU
U sredstva za primarnu cementaciju spadaju:
1.4.1. CEMENTACIONI AGREGAT
1.4.2. ČEPOVI ZA CEMENTACIJU
1.4.3. GLAVA ZA CEMENTACIJU
1.4.1. CEMENTACIONI AG REG AT
To je posebno vozilo koje na sebi ima sve što je potrebno za izradu i utiskivanje cementne
mešavine u bušotinu. Opremljen je sa dve pumpe visokog pritiska, rezervoarima i mlaznom
mešalicom sa levkom. Pumpe bušaćeg postrojenja snabdevaju agregat vodom. Jedna pumpa
cementacionog agregata crpi vodu iz rezervoara i potiskuje je u mlaznu mešalicu s levkom u koji
se dodaje suvi cement i mešanjem stvara cementna mešavina, a druga pumpa utiskuje cementu
mešavinu u bušotinu.
1.4.2. ČEPOVI ZA CEMENTACIJU
Cementacija bušotine se izvodi pomoću dva čepa od gume pojačana sa livenim
aiuminijumom. Uloga čepova je da:
čiste unutrašnje zidove zaštitnih cijevi od isplake;
odvajaju isplaku od cementne mešavine i onemogućavaju njihovo mešanje;
zajedno sa protivpovratnim ventilom sprečavaju povratak cementne mešavine natrag u
zaštitne cevi.
Da bi se sprečilo mešanje isplake i cementne mešavine prilikom potiskivanja ispred
cementne mešavine se stavlja donji čep koji ima ugrađenu dijafragmu koja puca kod povećanog
pritiska, kada čep stigne do udarne ploče. Na taj način cementna mešavina prolazi kroz čep. Iza
cementne mešavine koja je utisnuta u kolonu pušta se gornji čep. Isplaka potiskuje gornji čep do
udarne ploče i nasedanjem na udamu ploču,odnosno donji čep cementacija je završena.
gornji čep
Slika 15 Čepovi za cementaciju
donji čep
16
1.4.3. GLAVA ZA CEMENTACIJU
Glava za cementaciju se stavlja na vrh niza zaštinih cevi. Na nju se priključuju potisni
vodovi pumpnih agregata, a služi i kao držač čepova za cementaciju.
Cementaciona glava sa dva ugrađena čepa (slika 16) ima najširu primenu jer u koloni
vlada vakuum nakon upumpavanja cementne mešavine (zbog veće gustine cementne mešavine)
čime se sprečava ulazak vazduha i stvaranje vazdušnih mehurića u cementu. Pravilnim
manipulisanjem ventilima i zavrtnjima koji drže čepove u cementacionoj glavi, čepovi se puštaju
u kolonu zaštitnih cevi.
A. cirkuliranje
isplakom
B. utiskivanje
cementne kaše
C. potiskivanje cementne
kaše isplakom
Slika 16 Šema cementacione glave sa dva čepa (objašnjenje na strani 8 i 9)
Cementacije u naftnim i gasnim bušotinama pored primame cementacije mogu da se
izvode i kao cementacije pod pritiskom ili postavljanje cementnih mostova i čepova (objašnjeno
u II i III-em poglavlju).
17
1.5. PRORAČUN PRIMARNE CEMENTACIJE
U proračun primarne cementacije spadaju izračunavanja, kojima je potrebno
ustanoviti sledeće:
1.5.1. - visinu dizanja cementne mešavine u kanalu bušotine
1.5.2. - količinu potrebnog suvog cementa i vode za cementaciju
1.5.3. - količinu isplake za potiskivanje cementne mešavine,
1.5.4. - dinamiku procesa cementacije niza zaštitnih cevi.
1.5.1. PRORAČUN VISINE DIZANJA CEMENTNE MEŠAVINE U K ANALU
BUŠOTINE
Proračun visine dizanja cementne mešavine odnosno visine stuba cementa u
bušotini je jedan od osnovnih parametara za opredeljenje tj. izbor jednostepene ili
dvostepene cementacije, a određuje se sledećim jednačinama:
ρc=ρis+SFc [kg/dm3 ]……………………………………………………………....(1)
(GFK - E C T ) * H k * 0,0981 - 0,0981 * [ ( ρ c * X ) + ( ρ i s * Y )] …………….…....(2)
gde su:
ρc - gustina cementa
ρis - gustina isplake
SFc - sigurnosni faktor
[kg/dm3 ]
[kg/dm3 ]
(0,2 - 0,8) [kg/dm3 ]
ECT uobičajno se kreće[0,02 - 0,06 ]
[kg/m3 ]
X
Y
H
[m]
[m]
[m]
dužina stuba cementne mešavine
dužina stuba isplake
dubina bušotine
G FK - gradijent frakturiranja na peti predhodno ugrađene kolone zaštitnih
cevi
ECT - ekvivalentna cirkulišuća težina tokom pumpanja cementne
mešavine u međuprostor. Zavisi od gustine cementne mešavine ρC drugih
fizičkih osobina, od kapaciteta pumpanja, prečnika bušotine.
18
Slika 17
Optimalni odnos fizičkih osobina cementne mešavine i isplake gde gustina cementne
mešavine treba da bude veća od gustine isplake za 0,2 do 0,8 kg/dm3 što predstavlja sigurnosni
faktor:
ρc > ρis za 0,2-0,8 [kg/dm3]
plastični viskozitet: PVc > PVis za 4-8 [mPa]
granica tečenja: YPc > YPis za 3-6 [Pa]
Jednačina (2) prikazuje ravnotežu pritisaka za vreme cementacije na najslabijoj tački u
kanalu bušotine, za koju se smatra da je peta prethodno ugrađene i cementirane kolone:
pritisak frakturiranja na peti kolone - cirkulacioni pritisak jednak je hidrostatičkom
pritisku od stuba cemente mešavine + hidrostatički pritisak od stuba isplake
X = H k - Y [ m] ...................................................................................................................(3)
Zamenom jednačine (3) u jednačinu (2) dobija se:
Y=
[m] .................................................................................................................(4)
Ako dobijemo negativnu vrednost (-Y) to znači da se cementna mešavina ρc može podići do
površine bez gubitka cirkulacije.
19
Ukupna dužina cementne mešavine u bušotini:
Hc = (H – Hk) + X [m] .............................................................................................(5)
U slučaju da se cementnom mešavinom ne želi preklop sa prethodnom ugrađenom
kolonom, visina dizanja cementne mešavine se određuje:
-
dužina stuba isplake
Y=
-
[m] ................................................................................................................(6)
dužina stuba cementne mešavine
X = Hc = H – Y [m] ..........................................................................................................(7)
Slika 18
Gde je:
H - dubina bušotine ili dubina formacije sa najmanjim gradijentom frakturiranja Gf
[m]
[kg/dm3]
Gf - gradijent frakturiranja na dubini H
hi - dužina od pete kolone do udarne ploče
[m]
20
1.5.2. K OLIČINA PO TREBNOG SUVO G CEMENTA I VODE ZA
CEMENTACIJU
a) Zapremina cementne mešavine koju treba utisnuti u bušotinu se izračunava
jednačinom:
V c k =k*[(Dd2–OD k 2 )*0.7854*(Hc-X)+(IDkl2–ODk2)*0.7854*X+ID k 2 )*0.7854*h i ][m].......(8)
gde je:
Vck
Dd
ODk
IDkl
IDk
hi
- zapremina cementne mešavine
- nominalni prečnik dleta za bušenje kolone
- spoljašnji prečnik zaštitnih cevi koje se cementiraju
- unutrašnji prečnik prethodno ugrađenje kolone
- unutrašnji prečnik zaštitnih cevi koje se cementiraju
- dužina od pete kolone do udarne ploče
[m3]
[m]
[m]
[m]
[m]
[m]
k
- faktor korekcije, zavisi od proširenja uzduž kanala bušotine i popunjavanja pukotina i
kaverni cementnom mešavinom. Ako ne postoji kavernogram (izmereni prečnik bušotine) računa
se sa 5-20% proširenja pa je k = 1,0-1,20
Ako postoji kavernogram (poznati prečnici kanala bušotine), zapremina cementne
mešavine koju treba utisnuti u bušotinu izračunava se:
Vck = k * [(Dl2 – OD k 2 ) * 0.7854 + H 2 * (D 2 2 – OD k2) * 0.7854 +....
+ H n * (D n 2 – OD k 2 ) * 0.7854 + IDk2 * 0.7854 * hi ] [m3 ]..............................................(9)
gde su:
- Di, D2, ..... Dn različiti (izmereni) prečnici kanala bušotine u intervalima dužine Hi, H2, .......
,Hn.
b) Količina suvog cementa se računa po jednačini:
Q c =V c k *q c [t] ....................................................................................................................(10)
qc=
............................................................................................(11)
21
gde su:
ρcs
Qc
qc
ρv
w/c
gustina suvog cementa je 3,15
[kg/dm3]
ukupna količina suvog cementa
[t]
količina suvog cementa
[t/m3]
gustina vode kreće se od 1,00-1,02
[kg/dm3]
3
vodocementni faktor koji se kreće od 0,4 - 0,65 za 1 m cementne mešavine
Za različite tipove bušotinskog cementa i za određeni vodocementni faktor unapred se
određuje faktor pretvaranja za određivanje količine suvog cementa (za klasu G faktor pretvaranja
iznosi K = 1,22) uz vodocementni faktor w/c=0,5 pa je: QC = VCK * 1.22.
c) Potrebna količina vode je:
Vv =
[m3]..............................................................................................................(12)
1.5.3. KOLIČINA ISPLAKE ZA POTISKIVANJE CEMENTNE MEŠAVINE
Potrebna količina isplake za potiskivanje cementne mešavine može se izračunati putem
sledeće jednačine:
Vis = ID2k *(H-hi)* 0.7854 + VP [m3] ...............................................................................(13)
gde je:
Vp - zapremina površinskih vodova
22
1.5.4. DINAMIKA PROCESA CEMENTACIJE NIZA ZAŠTITNIH CEVI
U okviru razmatranja dinamike protoka fluida (cementne mešavine i isplake) izvršićemo i
proračun uzlazne brzine cementne mešavine i konačni pritisak cementacije na površinu.
Uobičajen uzrok neuspeha primarne cementacije je nepotpuno potiskivanje isplake.
Najvažniji uslov za uspešnu cementaciju je što potpunija zamena isplake cementnom
mešavinom. To se postiže turbulentnim uzlaznim proticanjem cementne mešavine i isplake u
međuprostoru kanala bušotine i zaštitnih cevi.
Dve osnovne sile koje su povezane sa potiskivanjem isplake za vreme primarne
cementacije su: diferencijalni pritisak i sile smicanja cement-isplaka odnosno fluid-fluid. Da bi se
uspešno potisnula isplaka, cementi za naftne bušotine moraju izdržati kombinaciju
diferencijalnog pritiska i sile smicanja povećanih veličina, da prevaziđu sile otpora pri
potiskivanju. Pritisak otpora je povezan sa osobinama isplake tj. gustinom i jačinom gela. Otpori
usled sile smicanja su funkcija jačine gela isplake, viskoziteta i rastojanja između kolone i zida
kanala bušotine.
Osobine isplake i cementne mešavine variraju u kanalu bušotine zbog nedostataka
ujednačenog dopunjavanja i uticaja temperature i pritiska. Anularna površina protoka takođe se
menja kao rezultat necentrirane kolone, proširenja promena debljine isplačnog kolača, promene
pravca kanala bušotine, zarušavanja formacije itd.
Za većinu isplaka i cementnih mešavina, efektivna viskoznost (mera otpornosti fluida na protok)
smanjuje se sa povećavanjem brzine protoka. Sa konstantnom brzinom potiskivanja, brzina
protoka se menja sa promenama površine protoka. Takve promene brzine imaju značajan uticaj
na potreban pritisak za održavanje protoka u ovom sistemu fluida.
Slika 19 Protok tečnosti
23
Karakter fluida koji teče je opisan povezanošću između brzine protoka (brzina smicanja) i
pritiska (naprezanje na smicanje) koji prouzrokuje kretanje (slika 19). Postoje dva osnovna tipa
fluida: Njutnov i ne-Njutnov.
Njutnovi fluidi, kao što je voda, izloženi su pravolinijskoj zavisnosti izmađu brzine
protoka (brzine smicanja) i pritiska (naprezanja na smicanje) dok je fluid u laminatnom području
protoka. Njutnovi fluidi počinju da teku kada se primeni pritisak. Sa povećanjem pritiska
povećava se brzina proticanja, od laminarnog, preko prelazne zone (delimično laminaran i
delimično turbulentan), do potpunog ostvarivanja turbulentnog protoka.
Ne-Njutnovi fluidi su mnogo kompleksniji. Oni mogu pokazivati otpor na protok (jačina
gela) kada se primeni pritisak. Fluidi sa jačinom gela mogu proticati sa vrlo malim brzinama na
način sličan čepu. Ne-Njutnovi fluidi zbog toga mogu imati tri područija tečenja: čep, laminarno i
turbulentno, sa prelaznom zonom između svakog od njih.
Isplaka za bušenje i cementna mešavina su ne-Njutnovi fluidi. Detaljnim proučavanjem
ostvareni su matematički modeli koji se mogu upotrebiti za predviđanje osobina protoka i odnosa
pritisak-brzina za takve isplake i cemente. "Bingamov" plastični model i "Power-Law" model se
najčešće upotrebljavaju. Jednačine "Power-Law" modela su tačnije od "Bingamov-og"modela.
Kasnije objavljen pseudoplastični "Power-Law" model koji je teoretski bolji od prethodnih nije u
širokoj upotrebi. Takvi modeli teže da opišu povezanost brzine smicanja i naprezanja na smicanje
za isplaku i cementnu mešavinu.
"Fann-ov" viskozimetar koristi se za merenje plastične viskoznosti, granice tečenja jačine
gela isplake i cementnih mešavina. Modeli viskozimetara koji se koriste na terenu imaju dve
brzine, da se postignu brzine smicanja pri 300 i 600 o/min. Laboratorijski model ima šest brzina
pri 3, 6, 100, 200, 300 i 600 o/min, međutim, dve brzine kojima raspolaže terenski model su
dovoljne za merenje plastičnog viskoziteta (μp) i granice tečenje (YP) što se koristi za
određivanje pada pritiska i režima tečenja sa "Bingamovim" modelom, "Power-Law" model
zahteva opis dve različite osobine fluida: indeks konzistencije (K') i indeks ponašanja toka (n') i
takođe se određuje na osnovu očitavanja sa "Fann-ovog" viskozimetra.
Obrtaja
600
300
200
100
6
3
Brzina
smicanja
1022
511
341
170
10
5
Očitavanje
cp
30
25
23
19
10
8
Naprezanje
na smicanje
0,3
0,25
0,23
0,19
0,01
0,008
Slika 20 Primer upotrebe Fann-ovog VG metra, sa očitavanjem i brzinom za izračunavanje
indeksa ponašanja protoka (K') i indeksa konsistencije fluida (n') za upotrebu kod jednačina
Power low modela.
24
Tečenja u obliku čepa, laminarao ili turbulentno kao i prelazna zona za bilo koji neNjutnov fluid su funkcija brzine i osobine fluida. Matematička određivanja brzine pri kojoj je
utvrđena postupna turbulencija zasnivaju se na istom obliku Rejnoldsovog broja za oba modela.
Kod "Bingamovog" modela Re ≥ 3000 je upotrebljeno za izvođenje kritične brzine, minimalne
brzine koja će održavati potpuni turbulentni protok. Kod "Power-Law" modela Rejnoldsov broj
varira od 2100 do 3000. Ove vrednosti se upotrebljavaju pri čemu je vrednost Re ≤ 3000 mnogo
verovatnija. Uglavnom se upotrebljava vrednost zasnovana na indeksu ponašanja toka (n') na
osnovu koje dobijamo vrednost Re, a onda faktor trenja (f') (slika 21).
Ne-Njutnov fluid bilo u turbulentnom protoku ili u obliku čepa ima ravniji profil brzine,
poprečno na površinu protoka, nego što je to kod laminarnog protoka.Tada cement u
turbulentnom protoku ili protoku u obliku čepa ostvaruje mnogo ujednačeniju silu istiskivanja
isplake u međuprostoru kolona - kanala bušotine. Kod laminarnog protoka, cement ima profil
brzine u obliku parabole na poprečnom preseku površine protoka, deluje kao teleskop kroz
isplaku napuštajući premošćene kanale.
Slika 21 Faktor trenja f’ za upotrebu kod jednačina "Povver Low" modela
Poznavanje pritiska istiskivanja i kapaciteta protoka koji će držati cementnu mešavinu u
turbulentnom protoku ili protoku u obliku čepa u međuprostoru je od suštinskog značaja za
projektovanje primarne cementacije. Fizičke granice opreme za upumpavanje i čvrstoću
formacije u kanalu bušotine moraju se uzeti u obzir kod određivanja režima tečenja koji će se
održavati.
Sile smicanja su drugi osnovni mehanizam koji potiskuje isplaku iz međuprostora kolonakanala bušotine. Sile smicanja koje pomažu istiskivanje postoje izmedu isplake i cementa tj. na
ravnima kontakta fluid-fluid. Sile smicanja kod istiskivanje se povećavaju sa povećanjem brzine
cementa na ravni kontakta i sa povećanjem pritiska izmedu isplake i cementa. Ove sile nastaju
posle premošćavanja dela isplake i kada postoje ravni kontakta cement-isplaka u skladu sa
pravcem protoka.
Sile otpora na smicanje postoje na ravnima kontakta između isplake i zida kanala bušotine
i između isplake i kolone. Kada kolona nije cementirana, uticaj sile otpora na smicanje neće biti
ujednačen duž površine protoka u međuprostoru. Ova razlika se povećava sa decentralizovanjem
i povećavaju se izgledi za premošćavanje isplake u suženoj strani međuprostora. Indikator
stepena decentralizacije je procenat slobodnog dela i istraživanja pokazuju da slobodan deo
povećava brzinu potrebnu za početak protoka isplake iz suženog dela međuprostora.
25
Sile otpora na smicanje imaju uticaj na uspešnost istiskivanja koja je takođe
proporcionalna sa jačinom gela isplake, tj. veće čvrstoće gela povećavaju diferencijalnu otpornost
na protok duž nekoncentrične površine poprečnog preseka međuprostora.
Pod uslovima koji dovode do premošćavanja isplake u necentričnom međuprostoru sile
smicanja na međuprostoru cement-isplaka prouzrokovaće eroziju sa premošćenom isplakom. Ova
erozija smanjiće površinu kontakta između isplake i kolone i isplake i kanala bušotine. Ako su
sile smicanja između cementa i isplake dovoljno velike da prouzrokuju eroziju isplakom, iako je
vreme kontakta dovoljno dugo, potpuno uklanjanje isplake biće postignuto.
Medutim, ovi uslovi imaju veće izglede da postoje kada cement ima odgovarajuće vreme
kontakta sa velikom razlikom brzina između cementa i isplake postignitom samo sa turbulentnim
protokom cementa. Vreme kontakta je definisano kao period za koji položaj u
međuprostoru
(uglavnom iznad zone interesovanja) ostaje u kontaktu sa cementnom mešavinom koja je u
turbulentnom protoku.
Kao što je već naznačeno bitan uslov za kvalitetnu cementaciju je dobro punjenje
prstenastog prostora cementnom mešavinom što se postiže turbulentnim uzlaznim proticanjem
cementne mešavine i isplake u prostoru iza zaštitinih cevi (između zaštitnih cevi i kanala
bušotine). Ostali pokazatelji značajni za uspeh primarnih cementacija su vreme zgušnjavanja i
vezivanja cementa, fizička svojsta cementnih mešavina i cementnog kamena, primena fizičkih i
hemijskih sredstava kao i specifičnosti bušotinskih uslova.
Da bi se ostvarila najbolja primarna cementacija potrebno je kontrolisati određene
promenljive. Zahvaljujući promenama uticajnih promenljivih kao što su (reološka svojstva
cementne mešavine i isplake, gustina cementne mešavine i isplake i prečnik kanala proticanja) u
širokim granicama omogućeno je da se pri programiranju primarnih cementacija zadovolje svi
navedeni pokazatelji, jer vrtložno proticanje zavisi od pravilnog postizanja i korišćenja vrednosti
prisutnih promenljivih. Zbog toga široko područje Rejnoldsovih brojeva većih od 2100 (Re >
2100) možemo gotovo pri svim našim cementiranjima tehničkih i eksploatacionih nizova
zaštitnih cevi u praksi postići menjanjem i primenom fluida pogodnih reoloških svojstava, a u
zavisnosti od prečnika bušotine i bušaćih cevi.
Merenjem naprezanja na smicanje za različite smicajuće brzine dobijamo vrednosti koje
omogućavaju utvrđivanje kretanja ispitnog fluida. Instrument kojim vršimo merenja je "Fann-ov"
viskozimetar. Kontstrukcija instrumenta omogućava da se odrede smicajna naprezanja između
dva sloja fluida. Smicajna brzina (γ) [s-1] određuje jednačinom:
γ=
........................................................................................................................(14)
gde je:
Vf
d
diferencijalna brzina između dva sloja fluida
razmak između dve ravni fluida
Vrednosti naprezanja na smicanje (τ) izmerene radi određivanja vrednosti smicajnih
brzina (γ) nacrtane u kordinatnom sistemu predstavljaće krive toka koje karakterišu vrstu fluida.
S obzirom na oblik krive toka uobičajena je podela fluida na Njutnove i ne-Njutnov (kao što je
već navedeno) (slika 22).
26
Kod Njutnovih fluida postoji lineama zavisnost izmedu naprezanja na smicanje (τ) i
smicajne brzine (γ) (slika 22a):
τ = μ * γ ...................................................................................................................(15)
a)
b)
Slika 22 Zavisnost brzine smicanja i sile smicanja Njutnovih i ne-Njutnovih fluida
Kod ne-Njutnovih fluida, zbog građe i tiksotropnih svojstava dolazi do odstupanja od
pomenutog odnosa (slika 22b). Zakonitost odnosa između naprezanja na smicanje i smicajne
brzine može se za cementne mešavine i isplake koji su ne-Njutnovi fluidi najvernije izraziti
jednačinom prema modelu stepenog zakona ili "Power-Law" modela:
τ = K' * γn’ .................................................................................................................. (16)
Logaritmovanjem ovog izraza dobija se jednačina pravca prikazanog u logoritamskom
koordinatnom sistemu tj:
log τ = log K' + n' log γ ........................................................................................(17)
gde su:
K'
n'
indeks konzistencije
indeks toka
Indeks konzistencije (K') je karakteristična veličina fluida, koja zavisi od njegove građe i
od njegovih tiksotropnih svojstava, veličina indeksa konzistencije odgovara smicajnom
naprezanju kod brzine smicanja od jedne recipročne sekunde.
27
Indeks toka (n') je nagib pravca smicajno naprezanje-smicajna brzina prikazanog u
logoritamskom koordinatnom sistemu. Taj nagib prikazuje odnos promena (τ) i (γ) (slika 23a).
n' =
.....................................................................................................................(18)
Slika 23a Zavisnost naprezanja na smicanje u
Odnosu na brzinu smicanja K' i n'
Slika 23b Zavisnosti od naprezanja
na smicanje
Da bi odredili režim protoka moramo da odredimo vrednost Rejnoldsovog broja (Re).
Rejnoldsov broj karakteriše režim proticanja fluida. Kod cementacije i primene "Power-Law"
modela ako je vrednost Rejnoldsovog broja veća od 2100 (Re >2100) režim protoka prelazi iz
laminarnog u turbulentni. Veličina Rejnoldsovog broja određujese izrazom:
NRe =
...................................................................................................(19)
gde su:
– bezdimenzioni Rejnoldsov broj
NRe
V
– brzina proticanja fluida u razmatranom kanalu
ρ
– gustina fluida
D
– prečnik protočnog kanala (međuprostora) D = Dbuš - Dkol
28
Brzina kod koje proticanje prelazi iz laminarnog u turbulentno područje naziva se
kritična brzina:
Vc =
...............................................................................................(20)
Kao što se iz izraza vidi, minimalna brzina za postizanje turbulentnog protoka
zavisi od nekoliko pokazatelja. To su: reološke karakteristike fluida, veličina rastojanja
izmedu kanala bušotine i zaštitnih cevi, i gustina fluida. Da bi se postiglo turbulentno
proticanje, brzina uzlaznog toka cementne mešavine u prstenastom međuprostoru mora
biti veća od kritične brzine. Da bi se tačno utvrdili uticaji pojedinih pokazatelja na
veličinu kritične brzine možemo da izvršimo niz proračuna kritičnih brzina za različite
vrednosti K', n', D i ρ . Na osnovu promena veličina ovih vrednosti može se odredit i
potrebna vrednost kritične brzine da bi nastao turbulentni protok.
Postizanje kritične brzine je za različite vrste cementnih mešavina vezano, uz
ostalo, i za mogućnosti cementacionog agregata. Snaga potrebna za utiskivanje fluida
kod cementacije zavisi od pritiska utiskivanja odnosno od maksimalno potrebnog
pritiska u toku cirkulacije (P max )
Pmax = P1 + P2 [bar].............................................................................(21)
gde su:
P1 - pritisak usled razlike gustine stuba isplake i cementne mešavine u zaštitnim
cevima i prstenastom prostoru prema jcdnačini:
P1 =(H- Y – h1 ) • (ρc – ρis ) • 0,0981 [bar] ..............................................................(22)
P2 -hidraulički gubici pritiska usled trenja u zaštitnim cevima i prstenastom
prostoru [bar]
Kod postizanja Pmax mora se voditi računa o minimalnom potrebnom pritisku (da
ne dođe do utoka fluida iz formacije u bušotinu) i o maksimalno dozvoljenom pritisku
(da ne dođe do frakturiranja formacije i gubitka cirkulacije).
Znači kod primarnih cementacija nastoji se da se postigne turbulentni protok cementne
mešavine. U nekim slučajevima prisutni su elementi koje takvo proticanje onemogućavaju kao
što su: velika proširenja kanala bušotine, neodgovarajući izbor cementne mešavine, ograničenje
kapaciteta za brzinu istiskivanja (opreme za upumpavanje), ograničeni okviri pritiska za
istiskivanje.
29
Veličina osnovnog pokazatelja Rejnoldsovog broja NRe = f(V, D, n', K', ρ) označava
kako je kod datih uslova proticanje cementne mešavine, da li je ono turbulentno ili
laminarno. Menjanjem veličine dimenzije prstenastog prostora, brzine uzlaznog toka i
reoloških osobina cementne mešavine i isplake postiže se u širokim granicama željeno
proticanje u prstenastom prostoru. Međutim sama tehnologija izrade bušotine u većini
slučajeva isključuje mogućnost promene dimenzija bušotine, tako da ostale promenljive
treba što boje iskoristiti.
Primenu optimalnih reoloških pokazatelja ograničavaju delom bušotinski uslovi,
a delom proces vezivanja i potrebna fizička svojstva cementnih mešavina i cementnog
kamena. Najvažniji bušotinski činioci koji ograničavaju reološka svojstva cementne
mešavine jesu: reološka svojstva isplake i temperatura duž kanala bušotine. Fluid kojim
se istiskuje drugi fluid treba da ima veću efektivnu viskoznost od istiskivanog fluida, jer
se time smanjuje mogućnost mešanja fluida. To znači da cementna mešavina treba da
ima veću efektivnu viskoznost od isplake.
Temperatura duž kanala bušotine u kombinaciji sa ostalim bušotinskim
činiocima, kao što su produktivni slojevi, propusne zone i diferencijalni pritisak
određuju optimalan proces zgušnjavanja i vezivanja cementne mešavine. Podešavanje
vremena zgušnjavanja cementne mešavine u bušotini ima zbog posebnih uslova koji to
zahtevaju uticaj na ostala svojstva cemente mešavine, pa ta dva zahteva veoma često
traže suprotna svojstva cementne mešavine. Budući da je za trenutnu sigurnost bušotine
vreme zgušnjavanja važnije, ono dobija prednost, mada su reološka svojstva cementne
mešavine za budući kvalitet cementnog kamena i samog cementacije tj. izolacije slojeva,
važnija.
Ako ne možemo da postignemo željenu brzinu istiskivanja na cementaciono m
agregatu zbog ogrančenog kapacitela ili ako uslovi u kanalu bušetine ne mogu tolerisat i
visoke pritiske istiskivanja, onda možemo dodati disperzante cementoj mešavini da bi se
smanjila jačina gela kako bi se postigao turbulentni protok pri manjim brzinama
istiskvanja. Ovo može biti poželjno gde su potrebni veliki kapaciteti upumpavanja.
Da bi se postiglo turbulentno proticanje, a time i najpotpunije istisnuće isplake
cementnom mešavinom potrebno je osigurati sledeće optimalne vrednosti navedenih
pokazatelja:
primeniti cementnu mešavinu najpovoljnijih reoloških svojstava uz
osiguravanje i ostalih odgovarajućih svojstava,
neposredno pre cementacije reološka svojstva isplake prilagoditi
reološkim svojstvima cementne mešavine,
osigurati potrebnu snagu cementacionih agregata.
U slučaju da ne možemo da dobijemo turbulentni protok treba što je moguće bolje
poboljšati istiskivanje kod laminamog protoka. Potiskivanje kod laminamog protoka može biti
efikasno ako je cementna mešavina gušća (ima veću jačinu gela i plastični viskozitet) od isplake i
ako se koriste povećane zapremine za dobijanje željenje visine cementa u međuprostoru. Takođe,
granična čvrstoća cementa treba da bude veća od granične čvrstoće isplake, kao i primenom
najvećeg mogućeg kapaciteta upumpavanja.
30
1.6. OPREMANJE NIZA ZAŠ TITNIH CEVI
U opremu niza zaštitnih cevi za primarnu cementaciju spada:
1.6.1. CEMENTACIONA PETA
1.6.2. UDARNA PLOČA I KOLČAK
1.6.3. CENTRALIZERI
1.6.4. GREBAČI
1.6.5. ZAUSTAVNI PRSTEN
1.6.6. ŠEŠIRZA CEMENTACIJU
1.6.1. CEMENTACIONA PETA
Cementaciona peta sa zaobljenim čelom je mehanički uređaj koji se postavlja na
dnu prve kolone kako bi pomogla vođenje cevi u bušotini.Potrebno je da peta: olakša
ugradnju i spuštanje kolone, omogući cementaciju, bude pogodna za bušenje. Peta mora
proći najduži put kroz bušotinu, a budući da je na tom putu izložena raznim
naprezanjima, treba da je izrađena od bešavnih cevi. Imamo nekoliko različitih tipova
peta koje su nam na raspolaganju i koje imaju različite funkcije. Obično se
upotrebljavaju:
-
Obična peta
Peta sa protivpovratnim ventilom
Peta sa bočnim otvorima
Samodopunjavajuća peta
Obična peta (slika 24a) sastoji se od metalnog tela i betonske vodilice, koja
pomoću žljebova čvrsto prianja uz telo pete.Vodilica olakšava prolaz niza zaštitnih cevi
kroz neravna mesta u bušotini, a otvor koji ima u sredini služi za prolaz isplake. Kada se
koristi vodeća peta, mora se upotrebiti kolčak sa protivpovratnim ventilom za
sprečavanje protoka cementa unazad u kolonu posle završetka posla.
Peta sa protivpovratnim ventilom (slika 24b) se razlikuje od obične pete po tome,
što u vodilici ima ugrađen bakelitni protivpovratni ventil, čije je sedište, takođe
bakelitno, postavljeno na gumenom prstenu. Protivpovratni ventil omogućava izlaz
isplake i cementne mešavine iz niza zaštitnih cevi, a sprečava njihov povratak, što je
naročito važno na kraju cementacije, zbog velikih hidrostatičkih pritisaka u prstenastom
prostoru iza niza zaštitnih cevi. Međutim, cevi se moraju dopunjavati posle spuštanja
svakih nekoliko komada da bi se minimalizovala razlika pritiska između isplake van
kolone i vazduha unutar kolone. S obzirom da isplaka za vreme spuštanja cevi ne može
prodreti u niz zaštitnih cevi, omogućeno je "plivanje" zaštitnih cevi u isplaci, što znatno
smanjuje opterećenje na kuki.
Peta sa bočnim otvorima (slika 24c) se razlikuje od pete s ventilom u tome, što u
betonskoj vodilici ima još i bočne otvore, koji omogućavaju bolje ispiranje bušotine.
Ispiranje kroz te otvore može se obaviti u toku spuštanja kolone na kojoj god dubini je
to potrebno, te se time mogućnost prihvata cevi svodi na minimum.
31
Samodopunjavajuća peta omogućava da se automatski na određenom diferencijalnom
pritisku dopunjava i održava stalni nivo isplake u koloni, za vreme spuštanja u bušotinu. Ona
takođe ne dozvoljava cementu da ponovo ulazi u zaštitne cevi posle završetka operacije
cementacije. Posebna namena im je da smanje pulsiranje pritiska isplake tokom spuštanja, da
obezbede neprekidno delimično dopunjavanje što smanjuje vreme ugradnje kolone i rizik od
gnječenja kolone, kao i da zaštite slojeve od visokog pritiska pulsiranja tokom spuštanja kolone.
Na slici 24d prikazana je jedna od najjednostavnijih samodopunjavajućih peta tipa
"Baker", s ugrađenom dijafragmom, koja se automatski otvara, da uravnoteži brzinu
dopunjavanja isplake s brzinom ugradnje. Prilikom potiskivanja cementne mešavine i isplake
kroz petu, kuglica ventila prolazi kroz dijafragmu i oslobađa prolaz za cirkulaciju. Kada je
potiskivanje završeno, kuglica s donje strane brtvi dijafragmu i onemogućuje povratak fluida u
petu, odnosno u cev.
Cementacione pete se ugrađuju u niz cevi u cilju vođenja cevi u bušotini i da ako nema
kolčaka obezbede sedište za gumene čepove. Dubina i kompleksnost posla diktiraće tip potrebne
pete. Na primer bušotina koja koristi isplaku koja nije saglasna sa cementom uvek će trebati petu
sa protivpovratnim venitlom ili najmanje kolčak sa protivpovratnim ventilom i vodeću petu kako
bi se sprečilo zagađivanje cementa.
Slika 24 Cementacione pete
a) Obična peta, b)Peta s ventilom, c) Peta s bočnim otvorima, d) Samodopunjavajuća peta
32
1.6.2. UDARNA PLO ČA I K OLČAK
Udarna ploča se ugrađuje između spojnice prve i druge cevi, ili negde više u nizu zaštitnih
cevi.
Udarna ploča ima telo s muškim i ženskim navojem, a unutrašnjost joj je ispunjena
betonom. Upotrebljavaju se:
- obična udarna ploča (slika 25a), koja ima otvor samo u betonu za prolaz cementne
mešavine i isplake;
- kolčak s ugrađenim protivpovratnim ventilom (slika 25b), koji ima istu ulogu kao i
ventil u peti kolone;
- samodopunjavajući kolčak (slika 25c), koji se montira uz samodopunjavajuću petu.
Udarna ploča ili kolčak ima zadatak da zaustavi gornji i donji čep kod cementacije.
Protivpovratni ventil u kolčaku omogućuje "plivanje" kolone, a time prima i deo pritiska od
ventila u peti. Ako se ošteti ventil u peti, onda ventil u kolčaku prima sav pritisak i u tom pogledu
služi kao rezerva.
Prilikom postavljanja udarne ploče ili kolčaka u niz zaštitnih cevi, treba paziti na položaj
ventila, jer obrnuto postavljanje ventila može stvoriti nepredviđene teškoće u radu.
Slika 25 Udarna ploča — protivpovratni ventil
a) Obična udarna ploča, b) Kolčak s protivpovratnim ventilom, c) Samodopunjavajući kolčak
33
1.6.3. CENTRALIZERI
Centralizer je mehanička naprava koja se postavlja sa spoljne strane kolone i pomaže
cementaciji kolone u bušotini, odnosno drži niz zaštitnih cevi odmaknut od zida bušotine kako bi
cementna mešavina podjednako popunila prstenasti prostor. Oni pomažu da se kolona drži u
centru bušotine.
Njihova uloga je da cementna mešavina podjednako popuni meduprostor, omogućuju
čišćenje bušotine, sprečavaju prihvat alata i smanjuju trenje pri spuštanju kolone.
Centralizeri su posebno potrebni kod dugačkih kompozicija zaštitnih cevi i kompozicija
cevi koje se ugrađuju u koso usmerenim bušotinama.
Centralizer se sastoji od gornjeg i donjeg prstena koji
naležu oko cevi, i čeličnih savijenih opruga koje spajaju
prstenove i udaljavaju cev od zidova bušotine. Centralizere treba
uvek upotrebljavati za dugačke kompozicije cevi i za ugradnju
cevi u iskrivljene bušotine pošto je to jedini način da se podupre
i zaštiti cev tako da je cement svuda okolo cevi. Dugačke
kompozicije i cevi koje se ugrađuju u bušotine pod uglom, teže
da nalegnu na zid bušotine i spreče odgovarajuće uklanjanje
isplake i raspoređivanje cementa. Centralizeri se takođe
upotrebljavaju da bi držali protivpovratnu opremu i prelazne
komade za višestepene cementacije u centru bušotine.
Centralizeri se ne upotrebljavaju u bušotinama malog
prečnika koji imaju smanjene međuprostore, i gde je deo
bušotine prekriven lajnerom.
Slika26 Centralizer
Uobičajeno je da se postavlja jedan centralizer na svakom trećem komadu kroz zonu koja
se cementira. Gušći raspored centralizere može biti primenjen kod koso usmerenih bušotina što
zavisi od ugla nagiba i azimuta kanala.
34
1.6.4. GREBAČ L
Grebači su mehanička pomagala za cementacije i postavljaju se na spoljnoj strani zaštitnih
cevi. Sastoje se od čeličnog prstena sa bodljama ili žičanim petljama i konstruisani su da čiste
isplačni kolač sa zida bušotine kada se kolona spušta, zadiže ili rotira. Pojačavanje cementne
obloge je jedna dodatna prednost grebača. Grebače treba uvek upotrebljavati kad god se očekuje
debeo isplačni kolač na zidovima bušotine. Grebači pomažu da se ukloni isplačni kolač i da se
pripremi formacija za bolje vezivanje sa cementom. Mada grebači uklanjaju debeo isplačni kolač
koji može začepiti otvore na vešalici lajnera, oni se kod ugradnje lajnera ne upotrebljavaju zbog
malog zazora.
Međutim, u kombinaciji sa centralizerima i pokretanjem cevi, grebači mogu pomoći da se
poboljša primarna cementacija kolone. Za bušotine koje se buše sa viskoznim isplakama,
najmanje jedan grebač po komadu kolone treba da se ugradi.
Bušotine bušene sa slanom vodom ili isplakama male viskoznosti nemaju veliku pomoć
od grebača. Kada se bušotina buši sa isplakom sa malom filtracijom ili sa slanom vodom zbog
zaštite formacija, grebači mogu postići veću štetu nego korist pošto uklanjaju ovaj isplačni kolač i
izlažu formaciju većoj filtraciji.
Najčešći tipovi grebača koji se koriste su rotirajući (slika 27) i pomični odnosno šetajući.
Grebači takode mehanički razbijaju jačinu gela isplake i ostvaruju povećanu turbulenciju.
Slika 27 Grebač rotirajućeg tipa
35
1.6.5. ZAUSTAVNI PRSTEN
Zaustavni prsten (slika 28), zaustavlja tj. ograničava kretanje centralizera i
grebača u unapred određenim granicama. Uobičajena "šetnja" nizom zaštitnih cevi u
toku cirkulacije pri utiskivanju cementne mešavine u međuprostor je oko 1,5 m.
On se na različite načine učvršćuje na zid zaštitnih cevi. Ako se na zaštitne cevi
ugrađuju pomični grebači, tokom međucirkulacije, cirkulacije na dnu i potiskivanja
cementa, potrebno je "šetati" niz zaštitnih cevi gore-dole. Kod međucirkulacije korak
"šetanja" je oko 1,5 m, a kod cirkulacije na dnu početni korak je takođe 1,5 m. Za vreme
procesa potiskivanja korak se povećava najviše do 7 m.
Postavljanje grebača, centralizera i zaustavnih prstenova na niz zaštitnih cevi
zavisi od debljine, razmaka i grade slojeva u bušotini.
Postplug ili normalno postavljanje grebača i centralizera
Normalno postavljanje opreme prikazano je na slici 28a, a sastoji se od jednog
centralizera, dva zaustavna prstena i tri grebača, koji se raspoređuju duž jedne cevi.
Vanjski grebači se slobodno kreću od zaustavnog prstena do spojnice cevi, a srednji
između dvaju zaustavnih prstenova, na dužini od 3 m. Grebači i centralizeri se
postavljaju nasuprot produktivnih i ostalih propusnih slojeva, kada su kontaktne zone
pojedinih fluida dosta udaljene jedna od druge.
"Cleavage barrier " postavljanje grebača i centralizera
Pri cementaciji bušotina potrebno je posvetiti posebnu pažnju na područja, na
kojima je neophodan, što je moguće bolji kontakt cementnog kamena i zida bušotine. To
se u prvom redu odnosi na proizvodne slojeve, gde se zahteva maksimalno čišćenje i
niza zaštitnih cevi i zida bušotine naročito u zonama kontakta dvaju razlicitih fluida.
Ako je oprema kolone pravilno raspoređena, s posebnom pažnjom na interesantna
područja, onda se eventualne greške pri cementaciji svode na minimum. Takav način
postavljanja nazvan je "Cleavage barrier", prikazan na slici 28b.
36
Zbog prilagođavanja stvarnim uslovima, moguće su izmene toga sastava. Sam operater
odlučuje o eventualnom povećanju razmaka grebača na 30 - 50 cm, zbog lapora što bubri u višim
delovima bušotine, gde može doći do zapinjanja zaštitnih cevi prilikom spuštanja. On takođe
može doneti odluku o smanjenju broja grebača u kritičnim delovima bušotine s povećanim
otklonom od vertikale.
Slika 28 Šema postavljanja grebača i centralizera
37
1.6.6. ŠEŠIR ZA CEMENTACIJU
Šešir za cementaciju (slika 29) se često postavlja na kolonu zaštitnih cevi na mestima gde
je porozne stene potrebno zaštiti od velikih pritisaka, a i onda kada je potrebno "pridržati" stub
cementne mešavine dok ne počne da vezuje. Šešir za cementaciju je napravljen od fleksibilnih
traka visoko kvalitetnog čelika, pričvršćenih na čelični prsten i čvrste gume koja je zakovcima
pričvršćena za trake.
Fleksibilne trake omogućuju prolaz fluida za vreme spuštanja zaštitnih cevi kao i za
vreme cirkulacije i cementacije.
Šešir za cementaciju se najčešće upotrebljava kod dvostepenih cementacija ispod "DV"
uređaja, da zadrži cementnu mešavinu iznad "DV " uređaja i zaštiti porozne stene koje se nalaze u
donjem delu bušotine.
Slika 29 Šema postavljanja šešira na kolonu
38
II. CEMENTACIJA POD PRITISK OM
Cementacija pod pritiskom se primenjuje u siedećim situacijama u kanalu bušotine:
-
kod otklanjanja greške odnosno korekcije, nakon neuspelih primarnih cementacija,
zatvaranje oštećenja na koloni zaštitnih cevi (odvojene ili probušene),
zatvaranje zona sa gubicima isplake u otvorenoj bušotini (open hole) za vreme
bušenja,
dovođenje bušotine pod ponovnu kontrolu nakon erupcije za vreme bušenja,
redukcija tj. smanjenje odnosa voda-nafta, voda-gas, gas-nafta u proizvodnim
zacevljenim bušotinama,
izolacija donjih zona pre perforiranja i proizvodnje iz gornjih slojeva,
napuštanje iscrpljene produktivne formacije.
Kako je primarna cementacija osnovni tehnički postupak koji obezbeđuje bezbedno
izvođenje zahteva na izradi kanala bušotine, loša cementacija mora biti korigovana dodatnim
radovima. Generalno ovi radovi obuhvataju dodatno utiskivanje nove količine cementa
(squeezed), oko međuprostora kolona-bušotina, koristeći visoke pritiske pumpe.
Redukcija odnosa fluida u proizvodnji bušotine sa cementom pod pritiskom je praktična
metoda koja se primenjuje na mnogim bušotinama.
Slika 31 Cementacija pod pritiskom za kontrolu odnosa gas-nafta
Gubitak cirkulacije, može biti ali ne uvek, rešen cementacijom pod pritiskom, a naročito
ne ako je fraktura formacije nastala usled prekomemog pritiska isplake ili nepravilnim radom
tokom bušenja.
Osnovno kod primarne cementacije pod pritiskom je da primenjeni pritisak ne pređe 80%
od dozvoljenog pritiska na pucanje kolone zaštitnih cevi (dozvoljenog unutrašnjeg pritiska).
39
III. POS TAVLJANJE CEMENTNIH ČEPOVA I MOSTOVA
Cementni čepovi i mostovi postavljaju se tehnikom istiskivanja i balansiranja
cementne mešavine iz bušaćeg alata. Jednačina za uravnoteženje tj. iznalaženje visine
cementa potrebnog za uravnotežcnje čepa:
h=
gde je:
h-visina uravnoteženog cementnog stuba
V c-zapremina cementne mešavine
a-kapacitet bušaćeg alata (bušaće šipke, tubing)
b- zapremina prstenastog prostora
(m)
(lit)
(lit/m)
(lit/m)
Diferencijalni hidrostatički pritisak između stuba cementa i stuba isplake iste je visine:
ΔP = 0,0981 • h(ρc - ρis) (bar) .................................................................................(24)
gde je:
h - visina stuba
(m)
Cementni čepovi se postavljaju za eliminisanje dela buštotine kroz i iznad starih i
iscrpljenih zona, za zatvaranje slojeva sa slojnom vodom i kod likvidiranja, tj.
napuštanja bušotina. Kod likvidacije bušotina postavljaju se tri čepa: prvi na dnu
bušotine, drugi na peti najdublje kolone zaštitnih cevi i treći u samoj koloni zaštitnih
cevi.
Cementi mostovi se uobičajeno postavljaju u kosim dirigovanim buštinama, tj.
neposredno pre mesta skretanja ili u bušotinama sa velikom, neželjenom krivinom u cilju
ispravljanja kanala bušotine.
40
IV. K ARAK TERIS TIK E CEMENTA ZA CEMENTACIJE
Cement se dobija od mešavine krečnjaka i glina. Prirodna mešavina lapora (tupina) može
se odmah koristiti za pripremu cementa, na taj način što se granulira i homogenizuje, potom se
vrši pečenje pri čemu dolazi do kalcinacije i pretvaranja u klinker koji se melje uz dodavanje
gipsa čime se reguliše vreme vezivanja.
Osnovna jedinjenja cementne mešavine su:
trikalcijumsilikat
dikalcijumsilikat
trikalcijumaluminat
3CaO-SiO2
2CaO-Si O2
3CaO-Al2O3
50%
25%
10%
C3S
C2S
C3A
tetrakalcijumalumoferat 4CaO-Al2O3-Fe2O3
10%
C4AF
drugi oksidi
5%
(MgO, CaO)
Ova jedinjenja reaguju sa H20 pri čemu se stvaraju hidrati koji dovode do stvrdnjavanja
cementa. Osnovni materijal za izradu bušotinskih cementa je Portiand cement.
Cementna mešavina mora da zadovolji sledeće kriterijume:
vreme od početka mešanja cementa sa vodom do početka njegovog zgušnjavanja
mora biti dovoljno da se utisne i otisne na određeno mesto,
proces zgušnjavanja (povećanja viskoznosti) mora teći brzo,
vreme stvrdnjavanja cementne mešavine (vreme za koje se cementna mešavina
pretvara u cementni kamen određene čvrstoće) mora biti kratko,
cementni kamen mora biti otporan na naprezanja na sabijanje i istezanje i ne sme
se drobiti i pucati pod udarcima metaka tokom napucavanja.
41
4.1. API KLASIFIKACIJA CEMENTA
U naftnoj industriji cementi su klasifikovani prema API standardu. API cementi su
cementi za naftne bušotine proizvedeni u suštini na isti način kao Portland cement i od istih
sastojaka, ali u drugačijim odnosima.
Ovi cementi su drobljeni u raznim finoćama što varira od potrebnog odnosa voda-cement.
API cementi su projektovani da ispune širok opseg uslova koji se susreću u naftnim bušotinama.
Zbog toga, specifikacije hemijskog sastava i finoće su dati od strane API.
Prema API standardu u funkciji dubine imamo sledeće klase cementa:
Klasa "A"
Upotrebljava se u bušotinama do dubine 1800 m, kada se ne traže posebna
svojstva.
Klasa "B"
Upotrebljava se u bušotinama do dubine 1800 m, kada je potrebna otpornost na
sulfate
Klasa "C"
Upotrebljava se u bušotinama do dubine 1800 m, kada je potrebno brzo
stvrdnjavanje, visoka čvrstoća i visoka otpornost na sulfate
Klasa "D"
Upotrebljava se u bušotinama na dubinama od 1800 do 3000 m u uslovima
umereno visokih pritisaka i temperatura ili kad se zahteva visoka otpornost
cementa na sulfate
Upotrebljava se u bušotinama na dubinama od 3000 do 4200 m s visokim
pritiskom i temperaturama, ili kada se zahteva visoka otpomost cementa na
sulfate.
Upotrebljava se u bušotinama na dubinama od 3000 do 5000 m u uslovima
kada vladaju ekstremne temperature i pritisci i gde se zahteva visoka otpomost
na sulfate i fosfate.
Namenjen je za upotrebu kao osnovni cement u bušotinama do dubine 2400 m.
Tom cementu se mogu dodati ubrzivači ili usporivači zgušnjavanja i vezivanja
zavisno od dubine i temperature u bušotini. Proizvodi se normalan tip i tip
visoko otporan na sulfate.
Upotrebljava se kao osnovni cement u bušotinama do dubine 2400 m. Sličan je
klasi "G".
Klasa "E"
Klasa "F"
Klasa "G"
Klasa "H"
Klasa "J"
Upotrebljava se kao osnovni cement u bušotinama do dubine 4800 m,
predviđen je za ekstra visoke temperature i pritiske, a vreme vezivanja se
reguliše dodavanjem ubrzivača i usporivača.
42
Pored dubine APl standard propisuje i fizičke zahteve kao što su:
dodatak vode,
postojanost,
finoća,
minimalno vreme obrađivanja,
minimalna čvrstoća na kompresiju,
sadržaj slobodne vode.
Devet klasa cementa prema API standardu odnosi se na primenu do određenih
dubina a takođe i za širok raspon dubina i uslova koji vladaju u kanalu bušotine tj.
temperatura-pritisak. One obuhvataju i dodatke određenih aditiva (ubrzivača ili
usporivača), za koje je API, takođe dao specifikacije. Razmere dubina za cemente su
zasnovane na laboratorijskim određivanjima vremena vezivanja i minimalne čvrstoće na
kompresiju, pri čemu su uzorci izloženi simuliranom ponašanju temperature-pritiska,
uzimajući u obzir veliki procenat stvorenih radova koji se izvode.
Vreme vezivanja je veme potrebno za postizanje približnih gornjih granica
pumpabilnosti (mogućnost upumpavanja).Specifikacije minimalnog i maksimalnog
vremena vezivanja za klase "G" i "H" (osnovne klase cementa koje se uz određene
aditive mogu koristiti u širokom rasponu uslova pritisak-temperatura) se zasnivaju na
vremenima pumpabilnosti na osnovu terenskih podataka.
Minimalna čvrstoća na kompresiju se postiže nakon 8 ili 24 časa otvrdnjavanja za
uzorke izložene pritisku od 207 bara (3000 PSI) i temperaturi (zasnovano na
geotermalnom gradijentu od I,5°C na 30m). Medutim, stvarni geotermalni gradijent
može biti različit od onih koji su u upotrebi u laboratoriji za određivanje intervala
dubina, pa se vrši korekcija, gde je gradijent mali interval dubina može se povećati, a
gde je gradijent veliki interval dubina može se smanjiti.
Voda se dodaje cementu (u različitim količinama za svaku klasu cementa) da
napravi cementnu mešavinu koja može da se upumpava i da obezbedi hidrataciju (slika
32). Procentni sadržaj vode je težinski procenat vode kod upotrebljene gustine cementa.
Maksimalna količina vode koja se može upotrebiti sa jednim cementom za naftne
bušotine je količina koja se može dodati a da ne dode do separacije čvrste faze.
Minimalna količina vode je količina vode potrebna za pravljenje cementne mešavine
koja se može upumpavati. Zbog toga normalnim procentnim sadržajem vode upravljaju
minimalna i maksimalna granica za pojedinačne klase cementa. Cementna mešavina koja
se može upumpati je ona koja ne samo da se lako upumpava, već se lako i meša. Pošto je
samo 22% vode potrebno za reagovanje sa cementom, najmanje 38% vode je potrebno
da bi se napravila cementna mešavina koja se lako meša i upumpava.
Normalni sadržaj vode razlikuje se za razne klase prema finoći zrna. Prevelika
količina vode se izbegava da bi se sprečila slojevitost cement-voda. API zahteva da
mešavine od klase "G" i"H" imaju manje od 1,4% izdvajanja (slobodna voda) kada se
meri u menzuri od 250 ml za vreme od 2 časa.
Treba biti oprezan da bi se dodala odgovarajuća količina vode za cement koji se
koristi. Usled neopreznosti, nastala smeša može da ima smanjenu čvrstoću, usporeno
vreme vezivanja i previše slobodne vode.
43
Slika 32 Čvrstoća na kompresiju cementa je snimljena približno u proporciji sa količinom
vode u cementnoj mešavini. Presečne tačke za vodu koja je potrebna za hidrataciju,"minimum"
vode i "maksimum" vode su takođe naznačeni
Sadržaj slobodne vode obično je veći na povećanoj temperaturi pri vezivanju. Slobodna
voda može se smanjiti pomoću: ograničenja količine vode u mešavini, dodavanjem bentonita u
malim količinama ili odabiranjem i kontrolom količine ostalih aditiva koji se dodaju cementnoj
mešavini. Uticaj temperature i pritiska na vreme vezivanja za Portland cement prikazan je na slici
33.
Slika 33 Uticaj temperature i pritiska na vreme vezivanja za Portland cement. Pri atmosferskom
pritisku levo, vreme vezivanja se smanjuje pri velikim temperaturama. Pri konstantnoj
temperaturi, desno, vreme vezivanja se smanjuje sa povećanjem pritiska (po Baerden-u)
44
API cementi su projektovani za širok opseg primene i tabela 1 predstavlja tipičan sastav
za API cemente.
Tabela 1
Klasa
A
B
C
D
E
F
G
H
J
Procenat
vode %
46
46
56
38
38
38
44
38
3843,5
Gustina
mešavine
(kg/dm3)
1,84
1,84
1,77
1,96
1,96
1,96
1,86
1,96
Zapremina
mešavine
(ft3/vreći*)
1,17
1,17
1,32
1,05
1,05
1,05
1,14
1,05
1,89-1,82
1,09-1,17
Finoća (cm2/g)
Jedinjenja %
C3S
C2S
C3A
C4AF
1500-1900
1500-1900
2000-2400
1100
53
47
70
26
24
32
10
54
8
3
3
2
8
12
13
12
1400-1600
1200-1400
52
52
32
32
8
8
12
12
1240-2480
53,8
38,8
*Zasnovano na apsolutnoj zapremini po vreći cementa jednakoj 3,59 kg-1 galon
4.2. PORTLAND CEMENT
"Čist" cement za naftne bušotine je osnovni praškasti materijal bez aditiva, uobičajeno se
naziva "PORTLAND CEMENT", po malom gradiću u Eneleskoj gde je prvo proizveden.
Proizvodi se od krečnjaka, gline, peska i gvozdene rude koji se fino melju i mešaju posle čega se
peku u rotacionim pećima na oko 100°C. Ovi materijali polurastopljeni u staklo slično loptama ili
klinkerima kompleksnog kalcijum-silikata se tada ponovo melju sa gipsom. Portland cement se
prvenstveno sastoji od:
trikalcijumsilikat
dikalcijumsilikat
3CaO-SiO2
2CaO-SiO2
C3S
C2S
trikalcijumaluminat
3CaO-Al2O3
C3A
tetrakalcij umalumoferat
4CaO-Al2O3-Fe2O3
C4AF
slobodnog gipsa
magnezijuma
kreča
CaSO4
MgO
CaO
Procenat ovih komponenti u konačnoj mešavini može delovati na raniju čvrstoću,
otpomost na sulfate, hidrataciju, bubrenje i pucanje za vreme obrađivanja i/ili brzine
otvrdnjavanja. API je utvrdio klase cementa sa maksimalnim procentom gore projektovanih
hemijskih komponenti.
Osnovne komponente završnog Portland cementa su kreč, kvarc, aluminijum i gvožđe.
Ove komoponente formiraju kompleksnu mešavinu koja se može izraziti pomoću gore navedenih
formula (C3A, C4AF, C3S, C2S).
45
C3A potpomaže brzu hidrataciju kada se voda doda i kontroliše početno stvrdnjavanje i
vreme vezivanja za cementnu mešavinu.
Pošto je C3A pouzdan za primene cementa kod prisustva sulfata, sadržaj C3 A mora biti
manji od 3% da bi bio visoko otporan cement na sulfate.
C4AF je jedinjenje koje ima malu temperaturu hidratacije i pokazuje da ima mali uticaj na
performanse cementa. Međutim velike koncentracije C4 AF teže da dovedu do smanjenja
čvrstoće.
C3S je glavna komponenta Portland cementa. Zbog granične čvrstoće C3S je takođe
podesan za brzo postizanje čvrstoće cementa.
C2S je jedinjenje koje sporo hidratira i ima mali početni uticaj na cement. Međutim C2S
postepeno postiže čvrstoću u toku dugog vremenskog perioda.
Kada se cementu doda voda, dejstvo stvrdnjavanja i otvrdnjavanja počinje ubrzo.
Hemijska jedinjenja u cementu trpe procese hidratacije i rekristalizacije, što dovodi do
stvrdnjavanja proizvoda. Javljaju se dva istovremena mehanizma kod kojih površina, jednog
cementnog zrna reaguje, dok se druga rastvara, hidratira i zgušnjava.
4.3. DODACI (ADITIVI) ZA CEMENTE
Skoro svi cementi koji se koriste na naftnim i gasnim bušotinama su Portland cementi.
Međutim "čist" cement se retko upotrebljava za izvođenje cementacija tako da se koriste razni
dodaci koji se nazivaju "aditivi", koji se dodaju cementu da bi se promenile osobine cementa
prema stanju bušotine. Aditivi se koriste da bi promenili vreme stvrdnjavanja cementa, za
promenu gustine cementne mešavine i zapremine, i za promenu viskoznosti cementne mešavine.
Oni se mogu takođe koristiti da smanje filtraciju (gubitak vode iz mešavine) i gubitka cirkulacije
(gubitak mešavine u formaciju).
Glavna klasifikacija cementnih aditiva je:
4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.3.4
4.3.5
4.3.6
4.3.7
UBRZIVAČl
USPORIVAČI
PODEŠAVAČI GUSTINE
DISPERGATORI
ADITIVI PROTIV FILTRACIJE
MATERIJALI PROTIV GUBITKA CIRKULACIJE
POMOĆNI ADITIVI
4.3.1. UBRZIVAČI
Vreme vezivanje može se menjati upotrebom ubrzivača ili usporivača. Vreme vezivanja je
vreme kod kog cement može da se upumpava u bušotinu. Vreme vezivanja treba da je dovoljno
dugačko kako bi se cementna mešavina upumpala tj. postavila na planirano mesto i da je
dovoljno kratko kako bi se dalji radovi mogli nastaviti što pre. Uopšteno, tri sata plus faktor
sigumosti obezbeđuje potrebno vreme za postavljanje cementne mešavine na planirano mesto.
Vreme vezivanja je funkcija temperature i pritiska. Vreme vezivanja se takođe može shvatiti
prekidanjem upumpavanja (prestanak mešanja). API ispitivanja se vrše na način da se simulira
46
stvarno prekidanje za vreme upumpavanja cementa. Zbog toga, vreme vezivanja cementne
mešavine mora se utvrditi za stvarne uslove čime se obezbeđuje adekvatno vreme upumpavanja
da bi se sprečilo: odlaganje narednih operacija bušenja, stvrdnjavanje i separacija komponente u
cementnoj mešavini, formiranje džepova slobodne vode, gubitak hidrostatičkog stuba i
zagađivanje gasom.
Najčešći ubrzivači koji se koriste su:
■
■
■
■
■
■
kalcijum-hlorid,
natrijum-silikat,
natrijum-hlorid (male koncentracije),
slana voda (morska voda)
gips,
amonijum-hlorid.
Male koncentracije cementnih ubrzivača (2-4% težinski u odnosu na cement) koriste se da
skrate vreme vezivanja cementa i da ostvari brzo postizanje čvrstoće, što smanjuje vreme čekanja
na stvrdnjavanje. Kalcijum-hlorid (CaCl2 i natrijum-hlorid (NaCl) su najčešći ubrzivači.
Kalcijum-hlorid (CaCl2) se koristi da prouzrokuje brzo postizanje tvrdoće i čvrstoće
cementa. U isto vreme ovi aditivi smanjuju vreme upumpavanja cementne mešavine. Najviše
upotrebljavani ubrzivač u industriji (CaCl2) se proizvodi u obliku belih pahuljica, praha i u obliku
paleta (pallet) od CaCl2 čistoće 95 %. Koristi se u koncentracijama od 1 - 4% .
4.3.2. USPORIVAČI
Povećanje dubine bušotina i temperature formacija zahtevaju upotrebu cementnih
usporivača da bi se produžilo vreme upumpavanja cementa. Osim usporavanja, većina usporivača
utiče na viskoznost cementa u nekoj meri.
Aditivi za usporavanje su:
■
■
■
■
■
■
■
kalcijum-lignosulfonat,
organske mešavine,
karboksimetil-hidroksietil-celuloza,
boraks,
natrijum-hlorid (visoke koncentracije),
većina agenasa za gubitak fluida.
Kalcijum-lignosulfonat dobijen iz procesa pulpe drveta je najčešći usporivač. Na
raspolaganju su bilo u obliku braon praha bilo braon tečnosti. Njihova efikasnost je ograničena do
temperatura manjih od 260-290°F. Koncentracije od 0,1 - 1,0 % se koriste za primenu kod
većine cementnih mešavina kako bi se postiglo predviđeno vreme vezivanja i čvrstoća na
kompresiju.
4.3.3. PODEŠAVAČI GUSTINE
47
Gustina ili zapreminska masa cementne mešavine je težina po zapremini cementne
mešavine. Ova gustina treba da je mala da bi je izdržale slabe formacije i dovoljno teška da bi
kontrolisala pritiske u kanalu bušotine. Gustina cementa nikada ne treba da je manja od gustine
isplake zbog kontrole bušotine i istiskivanja isplake. Gustinu cementne mešavine treba pažljivo
kontrolisati za vreme mešanja zbog postizanja odgovarajućih performansi cementa, zato što
ostale osobine, kao što je vreme vezivanja, čvrstoća na kompresiju i druge veoma zavise od vodocementnog odnosa.
Cementna mešavina velike gustine se koriste za cementaciju bušotina sa visokim
pritiscima gde je potreban povećani hidrostatički stub da zadrži gas ili fluid. Za povećanje gustine
cementne mešavine se koristi: barit, hematit, pesak.
Dispergator je aditiv koji smanjuje viskoznost cementne mešavine i dozvoljava upotrebu
manje vode za cementnu mešavinu.
Kombinacije ova četiri aditiva mogu se upotrebiti da bi se postigla željena gustina
cementne mešavine.
Cementna mešavina male težine se koristi za smanjivanje hidrostatičkog pritiska na slabe
formacije i za smanjivanje cene cementne mešavine. U osnovi, lagana cementna mešavina se
proizvodi pomoću dodavanja veće količine vode da bi se olakšala mešavina, a onda se dodaju
materijali koji sprečavaju odvajanje čvrste faze.
Bentonit takođe smanjuje gustinu cementne mešavine. Visoki procenti bentonita smanjuju
čvrstoću cementa i povećavaju propusnost cementa. Male koncentracije soli se često koriste sa
bentonitom da bi potpomogle postizanje čvrstoće. Kada se želi lagana cementna mešavina sa
velikom tečljivošću bentonit je upotrebljiv.
Nekoliko kombinacija komercijalnih cemenata male težine sa Portland cemetnom
smanjuju gustinu cemetne mešavine i još uvek zadržavaju veliku čvrstoću na kompresiju.
Gilsonit se može upotrebiti za smanjivanje gustine cementne mešavine zbog njegove male
specifične težine. Ovaj materijal se ne preporučuje zbog male čvrstoće na kompresiju i velike
cene.
4.3.4. DISPERGATORI
Dispergatori smanjuju viskoznost cementne mešavine, dopuštaju turbulenciju cementne
mešavine pri manjim kapacitetima pumpe, dozvoljavaju da je cementna mešavina teža sa manjom
količinom vode i sa manje materijala za otežavanje i pomažu kontrolu gubitka fluida (filtracije)
za gušće cementne mešavine.
Dispergatori se mogu takođe upotrebiti za smanjenje granice tečenja (indeks
konzistencije) cementne mešavine, što smanjuje trenje i dopušta pojavu turbulencije pri
smanjenim kapacitetima (slika 34).
Uspešno uklanjanje isplake je pogodnost cementne mešavine koje se upumpavaju
kapacitetima sa turbulentnim protokom. Ovi kapaciteti se mnogo lakše dobijaju upotrebom
dispergatora zbog toga što je viskoznost cementne mešavine manja nego sa drugom cementnom
mešavinom.
Najčešći dispergatori su: akril-alkil-sulfonati, polifosfati, lignosulfonati, so i organske
kiseline.
48
Slika 34 Dispergatori smanjuju granicu tečenja da bi povećali turbulentni protok pri
smanjenim kapacitetima pumpe kod kolone 5 1/2" u međuprostoru bušotine Ø 7 7/8"
4.3.5. ADITIVI PROTIV FILTRACIJE
Filtrat (fluid loss) je izgubljena voda iz cementne mešavine u formaciju za vreme
postavljanja cementne mešavine. Sa istiskivanjem fluida iz cementa, gustina cementne mešavine
se povećava i menjaju se karakteristike cementne mešavine. Ako su izgubljene velike zapremine
vode cementna mešavina postaje previše viskozna ili previše gusta da bi se mogla upumpavati.
Zbog toga aditivi za kontrolu filtracije su veoma važan element kod pravljenja programa
cementne mešavine. Takode, cementna mešavina sa velikim filtracijama taloži cementni kolač
koji može blokirati protok cementa, zaglaviti kolonu i dr.
Filtracija je brzina, a ne zapremina. Ova brzina se može odrediti u jednicama
konzistencije. Cement je ne-Njutnov fluid i viskoznost cementne mešavine je funkcija brzine
smicanja. Viskoznost čistog cementa je obično u opsegu 5 i 20 jedinica konzistencije.
49
Slika 35 Velika molekularna težina sintetičkih polimera smanjuju gubitak fluida (filtrata). Primer
prikazuje uticaj na cement API klase "E" (po Staut-u i Waht-u)
Aditivi koji se koriste pri filtracijama poboljšavaju primarnu cementaciju. Aditivi koji
sprečavaju filtraciju to čine putem pomaganja:
1.
Sprečavanje dehidracije cementa u međuprostoru
Sprečavanjem dehidracije u međuprostoru sprečavaju prihvat cevi, pomažu sprečavanje
gubitka povratne cirkulacije i pomažu da se dobije cement na željenoj visini.
2.
Sprečavanje kretanja gasa
Osobine viskoznosti i gela za cementnu mešavinu koja sadrži aditive protiv filtracije
pomaže rešavanje ovog problema.
3.
Poboljšava vezivanje
Kvalitet veze za cemente koji sadrže aditive protiv povećanja filtracije je takođe vrlo
dobar.
4.
Minimalizuje oštećenje formacije
Smanjivanjem količine filtrata u osetljivim formacijama, aditivi protiv filtracije
omogućuju bolju produktivnost formacije.
Aditivi protiv filtracije se takođe upotrebljavaju za kontrolu brzine dehidracije pri
cementaciji pod pritiskom. Ovo je posebno korisno kada se vrši cementacija pod pritiskom kroz
perforacije.
Aditivi protiv filtracije su polimeri. Najčešći su celulozni proizvodi. Normalne
koncentracije aditiva protiv filtraciie su od 0,3 do 3,0% težinski u odnosu na cement. Veliki
procenti ostvaruju velike viskoznosti i teško je mešanje pri radu na terenu.
50
Početkom šezdesetih godina napravljen je značajan napredak u razvoju cementnih aditiva
koji smanjuju gubitak fluida sa velikim molekularnim težinama - sintetički polimeri. Takvi aditivi
mogu obezbediti male vrednosti gubitka fluida. Ovi aditivi obično su zavisni od temperature.
Uopšteno vreme vezivanja je usporeno i pri malim temperaturama ovo usporavanje se može
otkloniti uz pomoć ubrzivača.
4.3.6. MATERIJALIPROTIV GUBITKA CIRKULACIJE
Fluid za bušenje (isplaka) ili cementna mešavina se obično gube odnosno prodiru bilo u
prirodne ili izazvane frakture u formacijama. Ovi fluidi mogu takođe da se izgube kroz formacije
velike propusnosti. Na taj način dovode do višestruke štete. Sa jedne strane dovode do stvaranja
skina odnosno oštećenja pribušotinske zone, a sa druge projektovana cementna mešavine gubi
svoje karakteristike i planiranu namenu. Zbog toga se koriste aditivi protiv gubitka cirkulacije.
Materijali protiv gubitka cirkulacije za cemente su klasifikovani kao zrnasti ili listasti
materijali.
Gilsonit je najuspešniji zrnasti aditiv protiv gubitka cirkulacije. Celofanski listići, orahove
ljuske i drugi rastresiti čepilni materijali, takode se upotrebijavaju (slika 36). Od primarnog
značaja za materijale protiv gubitka cirkulacije su cena, kompresibilnost i čvrstoća u vlažnom
stanju.
Celofanski listići pokazuju veliku čvrstoću kada su vlažni. Celofan popunjava šupljine i
pukotine koje zauzima cement. Celofan ne utiče na vreme vezivanja ili na čvrstoću na
kompresiju.
Gilsonit se prvenstveno koristi kao materijal protiv gubitka cirkulacije i povremeno kao
usporivač. Ovaj materijal je idealan za pravljenje laganih cementnih mešavina i za začepljenje
propusnih ili šupljikavih zona. Hemijski, gilsonit je prirodna pojava crnog ugljovodonika
klasifikovanog kao asfalten. Gilsonit se često upotrebljava na svim dubinama i temperaturama za
gubitke cirkulacije. Uspešnost ove prakse je problematična pošto gilsonit počinje da omekšava i
da se drobi na 105°C. Iz tog razloga, gilsonit se ne preporučuje za temperature na dnu iznad
105°C.
Orahove ljuske (fine, srednje ili grube) mogu pomoći za začepljenje zona gubitaka
cirkulacije. Cepilno dejstvo ovih materijala može biti na čelu formacije ili unutar formacije. To je
inertan materijal koji znatno utiče na vreme vezivanja ili čvrstoću na kompresiju.
51
Slika 36 Zrnasti materijal protiv gubitka cirkulacije je najuspešniji za zaptivanje simuliranih
pukotina na dnu bušotine pri laboratorijskim ispitivanjima (po Scott-u)
52
4.3.7. POMOĆNI ADITIVI
So, odnosno natrijum-hlorid (NaCl) je najprilagodljiviji aditiv koji se koristi za
cementaciju naftnih bušotina. Primenjuje se da ograniči vreme vezivanja a i sprečava oštećenja
formacije, pomaže širenje i vezivanje cementne mešavine, poboljšava osobine protoka, pomaže
ispiranja u sonim domama, pomaže zgušnjavanje cementne mešavine i smanjuje tačke
smrzavanja. So se koristi i u isplaci i u cementu za sprečavanje bubrenja lapora i glina
(hidroskopnih) i njihovo zarušavanje u kanal bušotine. Ako se laporu dopusti da se zarušava,
mogu nastati velike kaverne što ima za rezultat stvaranje zona pogodnih za gubitak cirkulacije.
Zavisno od upotrebljene koncentracije u vodi, so može ili ubrzati ili uspotiti vreme vezivanja.
Pošto se slana cementna mešavina širi za vreme stvrdnjavanja, rezultat će biti poboljšana veza za
formaciju. Ekspanzija i dobro vezivanje pomažu sprečavanje mikro anularnog prostora koji
nastaje između cementa formaciie i kolone. So je dispergator i smanjuje viskoznost cementne
mešavine. Smanjenje viskoznosti pomaže zgušnjavanje cementne mešavine i smanjivanje pritiska
trenja u međuprostoru za vreme istiskivanja.
Pesak
Kvarcni pesak ili kvarcni prah se dodaje cementima zbog sprečavanja toplotne
degradacije cementa. Koriste se dve dimenzije: pesak od 70 do 200 meša i prah veći od 325
meša. Pesak se takođe može upotrebiti kao otežavajući materijal.
Portland cement pokazuje ozbiljne gubitke čvrstoće na kompresiju na temperaturama
iznad 110°C. Dodavanje kvarca sprečava ovu tendenciju. Kombinacija finog i grubog materijala
često se upotrebljava za dobijanje tvrdog, ujednačenog čepa za promene pravca bušotine.
Kvarcni pesak ili prah mogu se upotrebiti sa svim cementima. Inertan je u odnosu na
ostale aditive.
Ostali aditivi
"Latex" se koristi u cementu da bi poboljšao kareteristike vezivanja i zaptivanja i
omogućio umerenu kontrolu filtracije. Takođe obezbeđuje neku količinu elastičnosti za
perforiranje i poboljšava otpornost na korozivne fluide.
"Defoamer" smanjuje prodiranje vazduha bez promena osobina cementne mešavine.
Sintetička vlakna velike čvrstoće se koriste da bi pomogla smanjivanje razbijanja cementa pri
perforiranju ili pri drugim naprezanjima.
4.4. SPECIJALNI CEMENTI
Jedinstveni cementi i aditivi stoje na raspolaganju za neuobičajene ili ekstremne uslove
kao što su visoke temperature koje se susreću na geotermalnim bušotinama i niske temperature na
Artičkom području.
Cementi za visoke temperature su potrebni za uslove koji prelaze preko gornje (u
geotermalnim područjima) efektivne granice osnovnog Portland cementa. Gornja granica za
cemente Silika-Potland je oko 370°C. Ovaj cement ima primenu u dubokim toplim bušotinama i
mnogim geotermalnim područjima i geotermalnim bušotinama.
Kalcijum-aluminatni cement upotrebljava se na bušotinama gde se nafta sagoreva u sloju, pa
temperatura dostiže veličinu od oko 1090°C. Ovaj cement se proizvodi od krečnjaka i boksitne
rude. Čist kalcijum-aluminatni cement ima veliku temperaturu reakcije i postiže uglavnom punu
53
čvrstoću na kompresiju od približno 827 bara (12000 PSI) posle 24 časa. Dodaci su šamotna
opeka, puhor (leteći pepeo) i silika-fluor. Ovaj cement se koristi kao malter za vatrostalne
komore.
U artičkim područjima su neprekidno smrznute formacije pod zemljom, a površinska
temperatura je tako mala da donji slojevi ne dostižu 0°C sve do nekoliko stotina metara dubine.
Cementacija uvodnih i površinskih kolona u ovim oblastima predstavlja poseban problem zato što
"čist" Portland cement ne stvrdnjava i ne daje čvrstoću pre nego što se smrzne. Ovaj problem se
prevazilazi u oblastima tvrdih stena zagrevanjem bušotine toplom isplakom, pa se cementira
zagrejanom mešavinom cementa i vode. Zagrevanje usporava smrzavanje cementa sve dok se ne
stvrdne. Ovaj metod se ne može upotrebiti kroz ne konsolidovane formacije koje na okupu drži
led, zato što će se bušotina proširiti i stvoriće prostor izmedu cementa i formacije. Zbog ovakvih i
mnogih drugih problema koristimo specijalne cemente.
Resin cement
Koristi se u cilju poboljšanja veze sa zidom bušotine, da bi se zatvorio dotok gasa ili vode
u bušotinu.
Loteks cement
Glavni dodatak koji povećava čvrstoću vezivanja cementnog kamena sa zidom bušotine i
zaštitnih cevi, smanjuje filtraciju cementne mešavine i propusnost cementnog kamena. Glavna
upotreba mu je kod cementacije pod pritiskom i postavljanja cementnih mostova zbog odvajanja
gasnih od ostalih slojeva.
Cement sa dizel uljem (DOC)
Služi za zatvaranje prodora vode u naftnim bušotinama i za sprečavanje gubitaka isplake
u kavernoznim slojevima za vreme bušenja. Sastoji se od: Portland cementa, površinsko aktivnih
materija i dizel ulja sa kojima cement ne hidrira. DOC (Diesel Oil cement) mešavina se ne veže
dok ne dođe u dodir sa vodom (to mu je i glavna prednost). Voda postepeno ulazi u smešu sve
dok se ne završi vezivanje cementa.
Tiksotropni cement
Ovaj cement je obično mešavina Portland cementa i kalcijum-sulfat poluhidrata (CaSO4 •
1/2H2O). Tiksotropni cementi su projektovani prvenstveno za cementaciju zona gubitaka
cirkulacije i šupljikavih ili raspucalih formacija. Njihova najvažnija osobina tiksotropija je
mogućnost da formira gel - strukturu kada se zaustavi kretanje. Gel se može ponovo razbiti (do
15 minuta nakon njegovog formiranja).
Brzo stvrdnjavajući cementi
Brzo stvrdnjavajući cement je cementna mešavina male težine projektovana za kontrolu
gubitka cirkulacije do približno 1200 m pomoću vrlo brzog stvrdnjavanja. Stvrdnjavanja za 30
minuta ili manje izmedu 30 - 35°C pomaže zaptivanje zona ozbiljnog gubitka cirkulacije.
Prednosti obuhvataju visoku početnu čvrstoću i kratko vreme vezivanja.
54
Ekspandirajući cement
Ekspandirajući cement se koristi da bi poboljšali vezivanje cevi i formacija. Cement
sadrži kaicijum-sulfo-aluminate koji ekspandira za vreme stvrdnjavanja. Ekspandirajući cement
je upotrebljen da poboljša vezivanje cementa za cevi i formacije za vreme primarne cementacije.
Kada se cement stvrdnjava i kada se širi, poboljšano zaptivanje se dobija usled čvrstog
prijanjanja. Pored primarne cementacije upotrebljiv je kod cementacije pod pritiskom, da
pomogne zaptivanje perforacija u stenama i otvora na zaštitnim cevima.
Postoje i mnogi drugi aditivi koji se mogu dodati Portland cementu da se ostvari
specijalni sistem za specifične primene. Latex, smola ili vlakna najlona mogu se dodati da podese
performanse. Gilsoniti i asfalteni takođe mogu biti poželjni u nekoj cementnoj mešavini.
55
V. FUNK CIJ A CEMENTA PRI CEMENTACIJI
Cement koji se upotrebljava kod primarne cementacije projektovan je da:
■ podupre aksijalno opterećenje kompozicije zaštitnih cevi,odnosno da ima
otpornost na opterećenja i naprezanja,
■ da izoluje određene produktivne ili injekcione intervale,
■ da zaštiti ugrađene cevi od oštećenja ili pucanja i korozije.
5.1. OTPORNOST CEMENTNOG K AMENA NA OPTEREĆENJA
NAPREZANJA
Velika aksijalna opterećenja deluju na kompoziciju zaštitnih cevi i okolni cement.
Čvrstoća cementa potrebna da podupre takva aksijalna naprezanja kolone određuje se pomoću
ispitivanja naprezanja veze na smicanje. Sposobnost cementa da se suprostavi aksijalnim
opterećenjima cevi, utvđeno je, da je proporcionalna površini kontakta između cementa i cevi.
Zbog toga koeficijent nosivosti, smicajne veze ili otpornost na klizanje, kao što je opisano od
strane raznih istraživača, je opterećenje potrebno da slomi vezu, podeljeno sa specifičnom
površinom između cementa i cevi.
Čvrstoća veze na smicanje povećava se sa istezanjem cementa ili čvrstoćom na
kompresiju.
Dijagram sa slike 37 daje zavisnost veličine sile smicanja pri datoj čvrstoći cementa na
istezanje za različite cementne sastave koji su ispitivani.
Slika 37 Uticaj čvrstoće na istezanje i kvašenje
Značajno smanjenje sile smicajne veze prouzrokovano je kvašenjem cevi isplakom.Slabi
rezultati su dobijeni kada je cev nakvašena isplakom i nije uklonjen isplačni film.
56
Na osnovu ovih najnepovoljnijih rezultata Bearden & Lake obezbedili su povezanost za
određivanje nosivosti cementne obloge, uobičajeno koristeći rezultate za uslove kvašenja
isplakom odnosno nedovoljna neistiskivanja. Podešavajući njihovu povezanost da bi se iskoristila
čvrstoća na kompresiju (podrazumeva se da će biti desetostruka čvrstoća na istezanje) dobija se
jednačina:
F = 0,806 · Sc · d · H
gde je:
F - sila ili opterećenje za lomljenje cementne veze
(daN)
Sc- čvrstoća na kompresiju
(bar)
d - spoljni prečnik cevi
(mm)
H - visina cementnog stuba
(m)
Na primer: za jedan metar vezanog 177,8 milimetarskog prečnika cevi primenom cementa
sa 34,5 bara kompresivnom čvrstoćom dobija se:
F = 0,806 • 34,5 • 177,8 • 1= 4521 daN
Opterećenje za slamanje cementne veze za vreme radova vešanja i bušenja cementnog
čepa normalno neće prevazići težinu kompozicije cevi (kao što je uvodna kolona) plus mešovito
opterećenje (kao što je opterećenje na dleto kada se buši cementna peta).
Zbog toga, dopušteno opterećenje napred dobijeno (F= 4521 daN) po metru cementnog
stuba, obezbeđeno pomoću relativno male čvrstoće na kompresiju od 34,5 bara, biće više nego
odgovarajuće da izdrži očekivana aksijalna opterećenja.
Ova jednačina omogućava izračunavanje prosečnog dopuštenog optrećenja za razne
dimenzije cevi i čvrstoće cementa na kompresiju.
Sastav cementa normalno se može formulistati da brzo postiže odgovarajuću čvrstoću za
opterećenje ugrađene kolone. Ovo dopušta da se operacije bušenja nastave sa malo ili nimalo
vremena stvrdnjavanja (WOC time).
Takođe, mala čvrstoća materije punila pri stvrdnjavanju (filler-a) koje nisu relativno skupi
i male su gustine, a takođe je i manja mogućnost da dovedu do gubitka cirkulacije kada je
potreban veliki stub cementa, može imati odgovarajuću čvrstoću na kompresiju da postigne
zahtevanu aksijalnu nosivost.
Drugi faktori koji utiču na performanse smicanja cementne veze uzimajući u obzir
aksijalno naprezanje su:
mali vodo-cementni faktori koji podešavaju težinu cementnog mleka i poboljšavaju
čvrstoću na smicanje veze tako što se povećava čvrstoća na kompresiju;
radijalna naprezanja koja deluju na cement i kolonu od strane formacije, koje će povećati
čvrstoću na smicanje veze pri povećanju trenja između cevi i cementa;
kvašenje cevi isplakom na naftnoj bazi koje smanjuju čvrstoću veze na smicanje više
nego li kvašenjem isplakom na bazi vode;
hrapavost spoljnih površina kolone, kao što je rđa može povećati čvrstoću veze na
smicanje: karakteristike sirovog cementa, kao što je finoća zrna, može takođe uticati na
čvrstoću veze na smicanje; uticaj pritisak-temperatura koji mogu zbiti prečnik kolone
posle stvrdnjavanja cementa.
57
5.2. IZOLACIJA PRODUK TIVNIH ILI INJEK CIONIH INTERVALA
Cement sa malom čvrstoćom na kompresiju može biti odgovarajući da izdrži aksijalno i
rotaciono naprezanje kolone, ali istovremeno mogu postojati zahtevi i za velikom graničnom
čvrstoćom koja je potrebna za zonu izolacije i da se podupre kanal bušotine. Zbog toga, cementna
mešavina mora biti izabrana tako, da brzo omogućuje odgovarajuću čvrstoću na kompresiju za
nastavak radova bušenja, ali koja takođe obezbeđuje odgovarajuću čvrstoću za proces
proizvodnje.
Izolacije produktivnih intervala zavise delimično od međusobnog naprezanja između
formacije, cementa i kolone.
ZAŠTITA UGRAĐENIH CEVI OD OŠTEĆENJA, PUCANJA I KOROZIJE
Uspešna ugradnja kolone zaštitnih cevi i njena cementacija zahtevaju odgovarajući
pregled kolona, rukovanje kao i samo navrtanje spojnica kolona. Bez takvog tretmana svaka
dobro projektovana kolona cevi može se oštetiti u fazi ugradnje u bušotinu. Takođe oštećenje
kolone može biti prouzrokovano usled bočnog naprezanja nastalog kao posledica isticanja
(klizanja formacije soli) koja može dovesti do "spljoštavanja" tj. gnječenja kolone koja je
ugrađena u bušotinu (slika 38).
Međutim ako je međuprostor potpuno ispunjen cementom, kolona je izložena skoro
ujednačenom naprezanju, približno jednakom litološkom pritisku i neće doći do oštećenja.
Oštećenje kolone prouzrokovano pomoću kretanja formacije duž prirodne ili izazvane
ravni raseda (kao što je naspram tečenja soli) najbolje se rešava pomoću eliminisanja cementa
kroz uticajni interval i proširenja kanala bušotine u cilju stvaranja mesta bez naprezanja na
kolonu na smicanje (slika 39).
58
Slika 39 Dobro izvedena cementacija, tako da je eliminisan uticaj klizanja formacija soli
Ostali uslovi u kanalu bušotine, kao što su nagle promene krivine tj. stvaranje kolena (dog
leg) i neuspešna kontrola stabilnosti formacija, a posebno tečnih peskova, takođe mogu
prouzrokovati oštećenja kolone.
Tip uslova naprezanja može se zaključiti preko geološke, petrofizičke i radne korelacije i
merenjima oblika oštećenja. Na raspolaganju stoje alati za utvrđivanje poprečnog preseka
(zgnječenog) i otklona (uvijanje ili smicanje) oštećenih cevi.
Poznavanje mehanizma oštećenja je od suštinskog značaja za izbor metode sprečavanja
oštećenja. Mnogi autori su utvrdili potencijalna oštećenja kolone kao što su greške pri fabrikaciji,
pogrešno rukovanje, oštećenja pri radu, korozija itd.
API je razvio praktične preporuke za čuvanje i upotrebu kolona i definisao je glavne
uzroke poteškoća kod dobro projektovanih kolona.
Glavni uzroci oštećenja dobro projektovanih kolona
59
-
neodgovarajuće rukovanje pri fabrikaciji, transportu i na terenu,
pogrešna ugradnja i izvlačenje, neodgovarajuće naprezanje pri vešanju,
neodgovarajuće narezivanje navoja na terenu,
nehermetičnost spojnica,
habanje bušaćim šipkama,
korozija.
Inače ranija istraživanja su utvrdila da je preko 80 % oštećenja cevi vezano za oštećenja
koja se javljaju na spojevima. Glavni razlozi oštećenja spojeva su: mali ili preveliki moment
savijanja, prljavi navoji, nazubljeni navoji, neodgovarajuće dodirivanje (preko navoja),
prekomerno dotezanje i lomljenje, neodgovarajuće navrtanje spojnice pri fabrikaciji,
ekscentričnost kolone, pogrešno spajanje navoja ili pogrešna primena, preveliko natezanje
kolone. Većina ovih problema može se izbeći odgovarajućim pregledom i navrtanjem.
60
VI. PRIMER CEMENTACIJE IS TRAŽNE BUŠOTINE X1
6.1. GEOLOŠK O-GEOFIZIČK E K ARAK TERISTIK E OBJEK TA
ISTRAŽIVANJA
6.1.1. PROGNO ZNI G EO LOŠK I STUB BUŠOTINE X1
Litiloški sastav
Starost i debljina
Dubina
(m)
0-60
Humus, les, gline raznobojne, peskovite gline
Kvartar
60-250
Peskovita glina sivo-zelene boje i vodonosni peskovi u
naizmeničnom smenjivanju
+
250-550
Gline, fino peskovite u proslojavanju sa vodonosnim
peskovima i ugljevitim glinama
Paludinski slojevi
Gline, mestimično peskovite sa proslojcima sitnozrnih
550-850
peskova
oko 850m
850-1200
Glinoviti peskovi, glina peskovita sa proslojcima slabo
vezanog peščara
Gornji
1200-1550 Lapori i laporovite gline sa prosloj. QL peščara sive boje,
+
M
sitnozrn
Donji pont
I
1550-1650 Peščar laprovit, sive boje, QL sastava, sitnozrn, sa
proslojcima lapora
O
1650-1730 Lapor, tamnosive boje tanji proslojci laprovitog peščara
oko 880m
C
1730-1760 Laporac tamnosive i smeđe boje, mestimično peskovit,
Panon
tamnosivi alevroliti
E
oko 30m
N
1760-1980 Alevrolit, sitnozrni karbonatni peščari, glinci, leproviti Sm + Bd
krečnjaci i konglomerati
oko 220m
1980-2080 Grubo klastični sedimenti i breče, alevrolitični glinci i
alevroliti t.sive i smeđe boje, sitnozrni peščari QL sastava
u smennjivanju, serpentiniti i glinci
2080-2340 Dolomitični krečnjaci svetlo sive boje, alevroliti, peščari,
Mezozoik
serpentiniti i breče heterogenog sastava, izgrađene od
uglastih fragmenata alevrolita, peščara, glinaca, silicijskog
i karbonatnog veziva; vulkanoklasti
oko 360m
2340-2600 Stene niskog stepena metamorfizma izgradene od
kvarcsericitskih škriljaca, hloritisani, škriljave teksture
oko 360 m + x
6.1.2. BUŠIVOST MATERIJALA
0,00 -1730m - Meki sedimenti
1730-1980 m - Meki i srednje tvrdi sedimenti
1980-2600m - Srednje tvrdi i tvrdi sedimenti
61
6.1.3. POJAVE UGLJOVODO NIK A
Prve moguće pojave ugljovodonika-gasovitih mogu se očekivati u donje pontskim
peščarima, a približno od 1400m. Tečne i gasovite ugljovodonike treba očekivati u
prognoziranim objektima istraživanja od 1730m, pri ulasku u prepontske miocenske sedimente pa
do konačne dubine bušotine.
Približne vrednosti analize nafte (gustine 0,85-0,89 t/m3) i gasnih analiza (do 84% Ci,
srednj.mol.tež. 19-22,5 i relativne gustine 0,71-0,78) iz uzoraka dobijenih na naftnom polju "Ysever" mogu se očekivati na lokalitetu "X-jug".
6.4.1. OČEK IVANI SLOJNI PRITISCI
Na osnovu podataka dobijenih HDM-a na naftnom polju "Y-sever", rezultata bušenja u
Mz formacijama na istražnoj bušotini Čuz-1, kao i poznavanja razvića slojnih pritisaka u široj
okolini ovog istražnog prostora, može se prognozirati sledeći hidrodinamički model bušotine:
0,00-1980m - Zona hidrostatičkih pritisaka
1980-2600m - Zona uvećanih hidrostatičkih pritisaka za 10%
Proračun gradijenta pritisaka formacije (GPFM) i gradijenta frakturiranja formacije
(GFRAC) u najbližoj okolini (naftno polje "Y-sever") nije rađen, jer praćenje pornih pritisaka
nije vršeno GTL-om. Prvi proračuni su rađeni na istražnoj bušotini Čuz-1 do dubine 2245m
(bušotina je u fazi bušenja), a vrednost GPFM u mezozojskim formacijama iznose 1,10-1,15
kg/dm3, a GFRAC-a 2,0 kg/dm3.
U toku izrade bušotine X 1 kontinuirano praćenje rasta pornih pritisaka i proračun GPFMa, GFRAc-a i ECD-a vršiće terenski geolog, a u skladu sa razvojem pornih pritisaka korigovati
zapreminsku masu isplake tokom bušenja.
6.1.5. OČEK IVANA MAK SIMALNA TEMPERATURA
Na osnovu rezultata HDM sa naftnog polja "Y-sever" i poznavanja temperaturnog
gradijenta šire okoline ovog istražnog prostora, a koji iznosi Ag = 5,22°C/100 m. Može se
očekivati da će na istražnoj bušotini X 1 maksimalna temperatura iznositi Tmax = 146,7°C/2600
m.
6.1.6. PROGRAM RADA
Bušenje
Istražnu bušotinu X 1 izbušiti vertikalno (sa odstupanjem do 25 m) uz primenu tehničkih
rešenja koja obezbeđuju optimalan kvalitet kanala bušotine. Radni program uraditi shodno
definisanim slojnim pritiscima i temperaturama. Bušiti prečnikom koji će omogućiti nesmetana
testiranja, karotažna merenja i njihovu interpretaciju, kao i eventualnu ugradnju eksploatacione
kolone.
62
Zacevljenje
Zaštitne kolone ugraditi do dubine koju će odrediti projektant, a kod ugradnje zaštitnih
kolona konsultovati autore Projektnog zadatka i geologa na bušotini.
Odluku za eventualnu ugradnju eksploatacione kolone daće Sektor za razvoj i istraživanje.
Geološka kontrola bušenja vršiće se TDC laboratorijom od 800,00 m.
Uzrokovanje stena:
Uzrokovanje sa sita: Uzorke nabušenog materijala sa sita uzimati svakih 5m od 800m,
pa do konačne dubine bušotine 2600 m. Uzimati uzorke i za geohemijske analize.
1.
Jezgrovanje: Na istražnoj bušotini X 1 jezgrovaće se u miocenskim i mezozojskim
formacijama i KŠ u cilju provere postojanja kolektora, kao i pojave ugljovodonika u njima.
Jezgrovati na sledećim približnim dubinama:
2.
1740m (1 jezgro) - panonski ispucali laporci,
1850m (1 jezgro) - miocenski konglomerati i laporoviti krečnjaci,
1980m (1-2 jezgra) - breče, grubi klastiti ili ofioliti,
2080m (1 jezgro) - dolomitični krečnjaci,
2190m (1 jezgro) - peščari i dolom krečnjaci,
2340m (1 jezgro) - kvarmuskovitski škriljac.
Jezgrovati i na bilo kojoj drugoj dubini ukoliko se tokom bušenja utvrde pojave
ugljovodonika. Jezgrovati po 9m, a jezgrovanje ponoviti ako se ne dobije zadovoljavajući
procenat jezgra.
Testiranje
U cilju dobijanja podataka o karakteru i sadržaju slojnih fluida u objektima istraživanja
(miocenskim i mezozojskim sedimentima i metamorfitima) predviđaju se ispitivanja DST-om na
približnim dubinama: 1740m, 1850,1980m, 2080m, 2190m, 2340m, 2460m.
Testirati sa dva protoka i meriti dinamičke i statičke pritiske.
Tačno mesto i interval testiranja daće se posebnim zahtevom
63
6.2. TEHNO LOGIJA IZRADE (K ANALA) BUŠOTINE PO FAZAMA
Izrada kanala bušotine obaviće se u tri faze:
64
Slika 40 Prikaz izrade bušotine X-1
65
Slika 41 Grafički prikaz vremena izrade bušotine X-1
66
6.2.1. FAZA 1
PROGRAM UGRADNJE ZAŠTITNIH CEVI
Faza 1
Dubina zacevljenja (m)
Nazivni prečnik (mm)
Masa (kg/m)
Kvalitet
Navoj
Oznaka
20,0 - 0,0
355,6
Napomena:
Debljina zida cevi je 8mm.
bez navoja
14" spir.
varena
PROGRAM CEMENTACIJE
Osnovni podaci za proračim
Jedinice
Nazivni prečnik bušenja
mm
Nazivni prečnik zaštitnih cevi
mm
Interval ugradnje
m
Jedinična zapremina meduprostora (444,5/355.6 mm) dm3/m
Dužina intervala koji se cementira
m
Jedinična zapr. cem. čepa u zašt. cevima ( 355,6mm) dm3/m
Dužina intervala
m
Faktor povećanja zapremine u nezac. intervalu
Potrebne količine
Cement
kg
Voda
m3
Ostali podaci
Razdeljivač
dmj
Zapreminska masa cementne kaše
kg/dm3
Zapremina cementne kaše
3m
Vodocementni faktor
Tip cementa
Vrsta vode
Potis.cem. kaše isplakom/vodom
m3
Faza 1
444,5
355,6
20,0-0,0
55,83
20
90,53
3
2
3060
1,53
1,82
2,50
0,5
"PC42,5R"
Tehnička
1,54
67
6.2.2. FAZA 2
PROGRAM UGRADNJE ZAŠTITNIH CEVI
F a z a II
Dubina zacevljenja (m)
Nazivni prečnik (mm)
Masa (kg/m)
Kvalitet
Navoj
API oznaka
550-0
244,5
47,33
H-40
STC
9 5/8" x 32,3#
68
PROGRAM CEMETNACIJE
Napomene:
Osnovni podaci za proračun
Jedinice
FAZA II
Nazivni prečnik bušenia
mm
311,1
Nazivni prečnik zaštitnih cevi
mm
244,5
Interval ugradnje
m
550,00-0,00
Jedinična zapremina meduprostora (311.1/244,5mm) dm3/m
29,02
Dužina intervala
m
530,00
Jedinična zapremina međuprostora (355.6/ 244.5mm) dm3/m
43,58
Dužina intervala
m
20
Jedinična zapr. cem. čepa u zašt. cevima ( 244.5mm) dm3/m
41,05
Dužina intervala
m
10
Dužina stuba cem. kaše u međuprostoru
m
550
Faktor povećanja zapremine u nezac. intervalu
2
Potrebne količine
Cement
kg
39070
3
Voda
m
21,835
Ostali podaci
Razdeljivač (voda)
m3
4,00
Zapreminska masa cementne kaše
kg/dm3
1,80
3
Zapremina cementne kaše
m
32,042
Vodocementni faktor
0,55
Tip cementa
"PC42,5R"
Vrsta vode
Tehnička
Potis.cem. kaše isplakom
m3
21,736
Komponentni sastav niza zaštitnih cevi
Peta zaštitnih cevi
9 5/8 x 32,3# H-40 STC
Komad zaštitnih cevi
9 5/8 x 32.3# H-40 STC
Kolčak sa P.P. ventilom
9 5/8 x 32.3# H-40 STC
Max. dozvoljeno rastojanje centralizera
m
30
Max. dozvolieno rastoianje pozit. centralizera
m
50
Nakon stvrdnjavanja cementa na ušće bušotine montirati sigurnosnu opremu
odgovarajućeg radnog pritiska prema skici opreme ušća bušotine za fazu II.
Posle isteka vremena vezivanja cementne obloge i montaže preventerskog
sklopa ispitati hiermetičnost zaštitnih cevi pod pritiskom od 90bar za vreme
trajanja od 30min. Dozvoljeni pad pritiska može iznositi najviše 10%.
Ispitati hermetičnost spojeva sigurnosne opreme na ušću bušotine i elemenata
preventerskog sklopa primenom pakera ("cup-tester") pod pritiskom od
lOObar, za vreme trajanja od 15min. Dopušteni padpritiska može iznositi
najviše 10%. Posle bušenja cementnog čepa u zaštitnim cevima 244,5mm
potrebno je izvršiti test prijema radnog fluida u nepropusnoj zoni cementne
obloge ispod pete kolone da bi se utvrdio kvalitet cementacije u istom
intervalu. U nastavku bušenja , a odmah nakon ulaska u prvu propusnu
formaciju, potrebno je izvršiti test prijema slabe formacije (LOT)
U toku ispitivanja ne sme se preći 80% od dozvoljene vrednosti unutrašnjeg
pritiska ugrađene kolone.
69
6.2.3. FAZA 3
PROGRAM UGRADNJE ZAŠTITNIH CEVI
F a z a III
Dubina zacevljenja (m)
Nazivni prečnik (mm)
Masa (kg/m)
Kvalitet
Navoj
API oznaka
1550,0-0
139,7
20,66
K-55
STC
5 ½ " x 14#
70
PROGRAM CEMENTACIJE
Osnovni podaci za proračun
Nazivni prečnik bušenja
Nazivni prečnik zaštitnih cevi
Interval ugradnje
Jedinična zapremina međuprostora (215.9/139.7 mm)
Dužina intervala
Jedinična zapremina međuprostora (244.5/139.7 mm)
Dužina intervala
Jedinična zapr. cem. čepa u zašt. cevima ( 139.7mm)
Dužina intervala
Dužina stuba cem. kaše u međuprostoru
Faktor povećanja zapremine u nezac. intervalu
Potrebne količine
Cement
Voda
Ostali podaci
Razdeljivač (spacer y = 1,3 0 kg/dm3) + voda
Zapreminska masa cementne kaše
Zapremina cementne kaše
Vodocementni faktor
Tip cementa
Vrsta vode
Potis.cem. kaše vodom
Komponentni sastav niza zaštitnih cevi
Peta zaštitnih cevi
2 komada zaštitnih cevi
Kolčak sa P.P. ventilom
Max. dozvoljeno rastojanje centralizera
Jedinice
mm
mm
m
dm3/m
m
dm3/m
m
dm3/ m
m
m
FAZAIII
215,9
139,7
1550,00-0,00
21,27
1000(650+450)
25,73 100
12,73
20
1100
1,5
kg
m3
13000
10400
m3
kg/dm3
m3
3,0
1,60
14220
0,80
Klasa "G"
m3
28000
12320
3,0
1,90
21200
0,44
Klasa "G " +
gas block
Tehnička
19,54
Napomena:
5 l/2"x20,66kg/mK-55STC
5 1/2" x 20,66kg/m K-55 STC
5 l/2"x20,66kg/m K-55 STC
m
10 od 1460m- 1360m
m
10 od 1060m-960m
m
30 od 1550m-1460m Od
1360m-550m
Max. dozvoljeno rastojanje pozit. centralizera
m
50
Posle isteka vremena vezivanja cementne obloge ispitati hermetičnost zaštitnih cevi pod
pritiskom od 140bar za vreme trajanja od 30min. Dozvoljeni pad pritiska može iznositi
najviše 10%. Ispitati hermetičnost međuprostora zaštitnih cevi prečnika 244,5 i
139,7mm pod pritiskom od 50bar za vreme trajanja od 30min. Dozvoljeni pad pritiska
može iznositi najviše 10%.
U toku svih ispitivanja ne sme se preći 80% od dozvoljene vrednosti unutrašnjeg
pritiska ugrađene kolone.
Posle ispunjavanja neophodnih uslova, ušće bušotine opremiti erupcionim uređajem:
244,5mm x 139,7mm x 73,02mm-207bar.
71
VII. ZAK LJUČAK
Cementacija zaštitnih cevi je veoma bitna i tehničko-tehnološki složena faza u izradi
naftnih i gasnih bušotina. Za cementaciju zaštitnih cevi, odnosno, za što potpuniju zamenu
isplake cementnom mešavinom u prstenastom prostoru, u procesu cementacije, najpogodnija
isplaka trebalo bi da ima niske vrednosti gelova i granice tečenja, nižu gustinu i filtraciju i tanak
glineni kolač. U stvamosti, isplake imaju drugačije osobine koje su uslovljene, bilo stanjem u
bušotini (pojave gubitaka, visoki slojni pritisci i temperature, prodor gasa u kanal bušotine i dr.),
bilo neodgovarajućim održavanjem njenih karakteristika. Zato je približavanje idealnim uslovima
veoma teško postići, a često i nemoguće.
Ako primarnom cementacijom ne postignemo zadovoljavajuću cementaciju zaštitnih cevi,
nastale nepravilnosti treba otkloniti putem cementacije pod pritiskom ili postavljanjem cementnih
mostova i čepova.
Da bi primarna cementacija tj. istiskivanje isplake iz prstenastog prostora i zamena sa
cementnom mešavinom bila što uspešnija neophodno je zadovoljiti sledeće zahteve:
1. Podesiti optimalne reološke karakteristike isplake i cementne mešavine (klase baznih
cemenata obrađivanih potrebnim aditivima) uslovima u bušotini.
2. Poznavati granične vrednosti hidrodinamičkog modela u kanalu bušotine (porne i
fraktume pritiske) kako bi se sprečilo frakturiranje stenske mase tj. gubici cementne
mešavine ili prodora gasa tokom cementacije.
3. Kontrolisati brzinu istiskivanja cementne mešavine izborom odgovarajućeg režima
potiskivanja, i ako uslovi u bušotini to omogućuju primeniti turbulentni protok.
4. Izvršiti optimalnu centralizaciju ugrađenih zaštitnih cevi u kanalu bušotine, postavljanjem
centralizera u funkciji izmerenih prečnika kanala bušotine i krivine.
5. Obaviti sve potrebne pripreme tehničkih sredstava i ljudstva, koji će učestvovati u
izvođenju cementacije.
72
LITERATURA
1.
Adam T. Baurqoyne Jr; Keith K. Meiheim; Martin E. Chenevert; F.S. Young
Jr.:"Applied Drilling Engineering", SPE Textbook Series, Vol.2;
2.
Adams N.J.:"Drilling Engineering" Tulsa: Penn Well Publishing 1985;
3.
Đorđe Korov:"ProbIem dotoka gasa u međuprostorposle cementacije eksploatacione
kolone na bušotini BDZ-2", DIT br.3, avgust 1983;
4.
Priručnik za duboko bušenje - INA Naftaplin 1972;
5.
R. Bizjak; V. Mitrović, K. Hrković, Z. Bošković:"Kontrola gubitkafiltrata cementne
mešavine za cementaciju gasnih bušotina" ;Međunarodno savjetovanje Cement '99; Novi
Sad 1999;
6.
Z. Bošković, R. Bizjak,V. Mitrović, K. Hrković:"Primena cementa Beočin PC-45 za
cementaciju naftnih bušotina napolju TMA ' ";Međunarodno savjetovanje Cement '99;
Novi Sad 1999.
Download

diplomski rad - www.prekucavanje.wordpress.com