دیدگاه‌ها بسته شده‌اند.

 
  • language
  • language
  • ورود/عضویت

سیمان سبک چاه‌ های نفت و گاز

سیمان سبک چاه‌ های نفت و گاز

  • شماره درخواست: RFP449806113
  • تاریخ اعلام: 98/06/27
  • تاریخ انقضا:

فرصت ها:

براساس پیشنهاد‌ها قابل‌ مذاکره خواهد بود.

میزان سرمایه گذاری:

براساس پیشنهاد‌ها قابل‌ مذاکره خواهد بود.

برنامه زمان بندی:

تماس جهت اطلاعات بیشتر:

۰۲۱۸۸۳۹۸۵۶۳ – ۰۲۱۸۸۳۹۸۵۴۳

پست الکترونیک:

پیشینه مساله :

سيمان پرتلند مهم‎ ترين ماده مورد استفاده در سیمان‌ کاری چاه‌ هاي نفت و گاز مي ‎باشد. این سيمان داراي مقاومت فشاري بالایی است كه ناشي از هيدراسيون تركيبات سيمان می‌ باشد و از مشخصات مهم آن سفت شدن تدريجي، يكنواخت و قابل پيش‎ بيني، نفوذپذيري پائين و عدم حلاليت در آب است. چنين خواصي براي ايزولاسيون و پايداري ديواره چاه ضروري است. سيمان پرتلند از چهار تركيب اصلي تري‌كلسيم سيليكات (Ca3S)، دي كلسيم سيليكات (Ca2S)، تري كلسيم آلومينات (Ca₃Al₂O₆) و تتراكلسيم آلومينو فريمت (4CaO · Al2O3Fe2O3) تشكيل شده است. اين تركيبات درنتیجه واكنش بين آهك، سيليكا و اكسيد آهن و در دماي حدود 1500 درجه سانتی‌ گراد تشكيل مي‌ شوند. سیمان ‎های مورد استفاده در چاه‌ های نفت و گاز نظیر سیمان ساختمانی است ولی با اضافه کردن انواع مواد شیمیایی و انجام عملیات خاص، تحمل شرایط سخت داخل چاه‎ های نفت را به‌دست می‌ آورند. طبق مقررات API، شش نوع سیمان استاندارد برای چاه‌ های نفت ساخته می‌ شود. 1- سیمان کلاس A: این سیمان تا عمق ٦٠٠٠ فوت استفاده می‌ شود. این فرآورده معمولاً در مواردی که خواص ویژه‌ای نیاز نباشد، به کار می‌آید. ٢- سیمان کلاس B: این سیمان تا عمق ٦٠٠٠ فوت استفاده می‌ شود و در مقابل ترکیبات گوگردی مقاوم است. این فرآورده در مواردی که مقاومت زیاد یا متوسط در برابر سولفات نیاز است به کار می‌ رود و در دو نوع ضد سولفات متوسط (MSR) و ضد سولفات شدید (HSR) تولید می‌ شود. ٣- سیمان کلاس C: این سیمان تا عمق ٦٠٠٠ فوت استفاده می‌شود و مقاومت تراکمی زیاد و آنی دارد. این فرآورده در مواردی که به تاب فشاری اولیه بالا نیاز است، به کار می‌ رود و در سه نوع معمولی (O)، ضد سولفات متوسط (MSR) و ضد سولفات شدید (HSR) تولید می‌ شود. ٤- سیمان کلاس D: این سیمان تا عمق ١٢٠٠٠ فوت استفاده می‌ شود و برای استفاده تحت شرایط دما و فشار نسبتاً بالا به کار می‌رود و در دو نوع ضد سولفات متوسط (MSR) و ضد سولفات شدید (HSR) تولید می‌ شود.   ٥- سیمان کلاس E: وقتی‌ که دما و فشار خیلی زیاد است و تا عمق ١٤٠٠٠ فوت مورد استفاده قرار می‌ گیرد. ٦- سیمان کلاس F: وقتی‌ که دما و فشار چاه فوق‌ العاده زیاد است و تا عمق ١٦٠٠٠ فوت مورد استفاده قرار می‌ گیرد. 7- سیمان کلاس G: این فرآورده از سایش کلینکر سیمان پرتلند به دست می‌آید و باید شامل سیلیکات‌ های کلسیم هیدرولیک و معمولاً یک یا چند فرم از سولفات کلسیم به‌عنوان افزودنی حین سایش باشد. در تولید سیمان کلاس G به‌ جز سولفات کلسیم و آب یا هردو، استفاده از هر ماده دیگری به‌عنوان افزودنی حین سایش یا اختلاط پس‌ از آن مجاز نمی‌ باشد. این فرآورده به‌ عنوان سیمان پایه برای چاه‌ های نفت مورد استفاده قرار می‌ گیرد و در دو نوع ضد سولفات متوسط (MSR) و ضد سولفات شدید (HSR) تولید می‌ شود. با افزودن انواع افزایه، خواص مختلف سیمان داخل چاه را می‌ توان کنترل و تنظیم کرد. برنامه سیمان‌ کاری لوله‌ های جداری معمولاً در حین عملیات حفاری انجام می‌شود. با توجه به شرایط چاه و خواص گل حفاری مورد استفاده، سیمان مورد احتیاج انتخاب و در آزمایشگاه گل‌وسیمان آزمایش و سپس برنامه سیمان به عملیات حفاری ابلاغ می‌ شود. اولين پارامتر مؤثر در میزان فشار هيدروستاتيك چاه در عملیات حفاري و سیمان‌کاری و وزن حجمي سیالی است که سازندهاي اطراف چاه در تماس و تحت فشار آن‌ ها خواهند بود. دومين عامل، جریان ‎پذیری سيال در حين تزریق است. عامل وزن سیال را مي ‏توان در فازهاي طراحي و اجرا كنترل نمود اما مسئله كنترل جریان‎پذیری سیال نسبت به كنترل وزن مشكل‎ تر است. براي سبك ‎سازی دوغاب سيمان سه روش عمده زیر مورد استفاده قرار می ‎گیرند که دو روش اول معمول و مورد علاقه اكثر شركت‎های حفاری است.
  • استفاده از افزودني‎ هاي آبخواه يا اكستندر
  • استفاده از افزودني‎ هاي سبک‌ وزن جامد در دوغاب براي كاهش وزن
  • استفاده از هيدروكربورهاي مايع، مانند گازوئیل يا نفت سفيد با وزن مخصوص كمتر از 1/0 و ایجاد امولسيون در آب
دلايل اصلي استفاده از دوغاب ‎هاي سبك را مي ‎توان در موارد زير خلاصه نمود:
  • كاهش فشار هيدروستاتيك ستون سيمان براي جلوگيري از شكستن طبقات سازند و هرزروي و متعاقباً فوران احتمالي چاه
  • جلوگيري از اعمال فشار زياد توسط پمپ‎ ها و جلوگيري از پاره شدن لوله‎ ها يا خميدگي آن‌ ها
  • كاهش وزن ستون سنگ سيمان پشت لوله جداري به دلیل معلق بودن رشته‌ های جداري
  • کاهش هزینه‌ های مربوط به چند مرحله سیمان‌ کاری و نیز تعمیر آن
  • جلوگيري از كانال زدن و مهاجرت گاز در حالتی كه طول رشته جداري زياد است.
همچنین اهداف استفاده از مواد سبك كننده دوغاب را مي ‎توان به‌ صورت زير خلاصه نمود:
  • كاهش وزن دوغاب و درنهايت كاهش وزن مخصوص سنگ سيمان
  • افزايش استحكام اوليه سنگ سيمان
 
  • جلوگيري از هرزروي دوغاب به سازند، علی‌ الخصوص مخزن نفتي و گازي
  • تقويت دوام سنگ سيمان در طول زمان با كاهش نفوذپذيري و مقاومت در برابر حرارت
  • كاهش اثر جدايش آب از دوغاب
  • افزايش حجم دوغاب با كمترين مخارج
  • افزايش يا كاهش زمان نيم‌ بند شدن دوغاب به‌ عنوان اثر جانبي افزودني‎ ها ‏

شکل زیر دلایل تمایل شرکت متقاضی به استفاده از سیمان سبک در چاه‌ های نفت و گاز را نشان می‌ دهد:

سیمان سبک چاه‌ های نفت و گاز 2

شرح مساله :

سیمان‌ کاری چاه‌ های نفت و گاز بخش مهمی از عملیات تکمیلی حفاري چاه محسوب می‌ شود که به دلیل تجديد ناپذيري داراي حساسیت خاصی است و کیفیت آن در طول عمر چاه تأثیرگذار می‌ باشد. تبديل فرمولاسیون معمول دوغاب سیمان به فرمولاسیونی با ترکیبات ساختاري جديد (بعضاً نانو)، ضمن حفظ شرايط مطلوب قبلی و بهبود خصوصیات رئولوژي، باعث کاهش وزن دوغاب سیمان و کاهش loading و استرس بر چاه می‌ شود... تبديل مواد مورد استفاده در فرمولاسیون معمول سیمان باعث افزايش مساحت سطح، کنترل تخلخل و سايز می‌ شود که در خصوصیات رئولوژي و مکانیکی مؤثر است و سبب سبکی سیمان می‌ گردد. در بسیاري از مخازن نفت و گاز به علت افت فشار ناشی از بهره‌برداری در طول سالیان دراز نمی‌ توان از سیمان‌ های متداول با وزن بالا به‌منظور سیمان‌ کاری چاه‌ های نفت و گاز استفاده کرد. از آنجا که بسیار از سازندها تحمل فشار هیدروستاتیکی چنین دوغاب‌ هایی را ندارند، براي جلوگیري از شکستن طبقات و هرزروي دوغاب در سازندها در مقاطع ضعیف و شکننده، بايد دوغاب‌ های سبک‌ تری را بکار برد.

لوله‌ گذاري (casing) و سیمان‌ کاری (cementing) را می‌ توان از مهم‌ ترین خدمات در طول عملیات حفاري چاه‌ های نفت يا گاز دانست. عمر چاه، ميزان توليد و مدت بهره‎دهي آن به مقدار وسيعي بستگي به درجه موفقيت اين خدمات دارد. در عملیات لوله‎ گذاري، چاه به‌وسیله يك رشته لوله فولادي مخصوص پوشيده مي ‎شود و متعاقب آن در عمليات سیمان‌ کاری، فضاي حلقوي بين لوله و ديواره چاه، از يك دوغاب سيمان با تركيبات معين پر مي‎ شود. دوغاب سيماني كه به‌ این‌ ترتیب دالان پشت لوله‌ ها را پر مي‌ كند با گذشت زمان (معمولاً پس از چند ساعت يا چند روز) سخت مي‎ شود و سنگ سيمان حاصل، چون غلافي محكم لوله‎ هاي پوششي (casing) را در بر مي‌ گيرد و آن‌ ها را با سازند پيوند مي‎ دهد (شکل 1). اين غلاف سيماني وظايف متعددي را انجام مي‌ دهد كه شايد بتوان همه آن‌ ها را در دو كلمه «محافظت» و «ممانعت» خلاصه كرد. سيمان به ديواره چاه ثبات مي‌ دهد و لوله‎ هاي پوششي را در مقابل فشار هاي خارجي ناشي از طبقات زمين و نيز در مقابل الكتروليز و خوردگي ناشي از آب‎ هاي خورنده زيرزميني و هيدروكربن‎ هاي ترش يا تماس مستقيم لوله‌ ها با چينه‎ ها "محافظت" مي‎ كند و از مهاجرت سيال‌ هاي يك سازند به سازند ديگر و آلوده شدن ناخواسته هيدروكربن ‎هاي ارزشمند (نفت و گاز) "ممانعت" به عمل مي ‎آورد.

سیمان سبک چاه‌ های نفت و گاز 3

چاه مسلح به سيمان، بدون نشتي قادر به هدايت مؤثر سيال از مخزن به سطح است لذا عمليات سیمان‌ کاری طول عمر چاه را تعیین می‌ کند و نشان مي‎ دهد كه چاه مورد نظر تا چه مدت مي‌ تواند مولد بماند. علاوه بر مسئله ايمني و كاهش هزينه در حفاری‌ های خشکی، مسئله زیست‌ محیطی مربوط به مواد شيميايي به علت حفاظت سفره آب‌ ها در حين و پس از حفاري از اهمیت برخوردار است. شکل 2 تصویر چاه سیمان‌کاری شده را نشان می ‏دهد.

سیمان سبک چاه‌ های نفت و گاز 4

اگر فشار فضاي حلقوي كمتر از فشار سازند گردد، سيال داخل سازند وارد چاه می‌ شود و باعث ايجاد فوران چاه می‏ گردد. اگر فشار هيدروستاتيك فضاي حلقوي از فشار سازند بيشتر شود، هرزروی سيال به داخل سازند باعث شكست سازند و آسیب‌ دیدگی چاه می ‏شود. علاوه بر آن، مقدار قابل‌توجهی سيال حفاري يا سيمان در اثر شكست سازند اتلاف می‏ شود. اولین و مهم‎ ترین پارامتر مؤثر در فشار هيدروستاتيك چاه در عملیات حفاري و سیمان‌ کاری، وزن حجمي دوغاب سیمان است که سازند هاي اطراف چاه در تماس و تحت‌ فشار آن خواهند بود. در حالت معمول، وزن مخصوص دوغاب‏ هاي سبک‌ وزن سيمان بين 90 الی 111 پوند بر فوت مکعب است. با توجه به استاندارد API براي كلاس ‎هاي مختلف سيمان، سبك ‎ترين دوغاب خالص را مي ‎توان با كلاس G تهيه نمود، اما مشکل آنجاست که بسياري از سازندها، تحمل فشار هيدروستاتيكي چنين دوغاب‎ هايي را ندارند. براي جلوگيري از شكستن طبقات سازند و هرزروي دوغاب در مقاطع ضعيف و شكننده آن‌ها لازم است که از دوغاب ‎هاي سبک‌ تری استفاده شود. وزن مخصوص دوغاب‎هاي فوق سبك کمتر از 90 پوند بر فوت مکعب است. در چاه‌ های نفتي و گازي و ژئوترمال با توجه به مقاومت طبقات زمين در مقابل فشار هاي وارده از طبقات فوقاني و مجاور، به‌منظور جلوگيري از خرد شدن، سنگ سيمان طراحي و اجرا می‎ شوند. در حال حاضر با افزودن مواد كاهنده وزن دوغاب سيمان از جمله بنتونايت، گليسونايت و ساير extender هاي سيمان چاه نفت (مثل پوزولن‌ها، خاك دو اتمي و پرلايت‎ها) سیمان سبک (90 الی 111 پوند بر فوت مکعب) ساخته می ‎شود اما اقدام عملی برای تهیه سیمان فوق سبک انجام نشده است. در این طرح، ارائه روش‏ های تهیه و ساخت دوغاب‏ های سیمان با وزن مخصوص حدود 70 پوند بر فوت مکعب مطلوب است که دارای کیفیت و استانداردهای مورد اشاره باشند.

روال پیاده‌ سازی این فناوری توسط تیم‌ های فناور به‌ طور خلاصه در ذیل بیان شده است:
  • انجام تمام مراحل آزمايشگاهي تا دست‌یابی به فرمولاسيون يا مواد خاص مورد نظر
  • انجام تست‌ های اوليه در يكي از آزمایشگاه‌ های مرجع (پژوهشگاه صنعت نفت، مناطق نفت­خيز جنوب) جهت تائید خواص يا فرمولاسيون مورد نظر
  • انجام تست‌ های مورد نياز در حضور نمايندگان شرکت‌های EPD و حصول نتايج مثبت اوليه
  • برقراري ارتباط با كارفرمايان عاليه فيلد هاي نفتي و تبادل اطلاعات
  • انجام مجدد آزمایش‌ ها با نظارت نمايندگان كارفرماي عاليه تا حصول نتيجه و تائید آن در مقياس آزمايشگاهي
  • انجام جلسات فني، طرح موضوعات، نيازها و بررسي نتايج آزمايشگاهي، بررسي ریسک‌ ها و مخاطرات، تا مرحله تصمیم‌گیری براي انجام آزمایش‌های ميداني
  • در صورت تائید كارفرما براي تست ميداني، انتخاب چاه كانديد و هماهنگي جهت انجام عمليات واقعي در مقياس چاه با نظارت كليه نمايندگان.
لذا تمامی تیم ­های توانمند در رفع این نیاز باید هزینه‌ های مربوط به انجام این پروژه را از ابتدا تا مرحله تست ميداني اعلام نمایند.

راه‌حل‌ها و پیشنهادها باید الزامات زیر را رعایت نمایند:

  • محصول باید بتواند با حفظ استحکام اولیه، وزن مخصوص پایین‌ تری را نسبت به سیمان‌ های معمولی ايجاد نمايد تا فشار هیدرواستاتیکی اعمال شده به چاه و مخاطرات آن نیز کاهش يابد.
  • نسبت به غلظت بالای کلسیم (حدود 1 درصد وزنی) در آب مقاومت داشته باشد.
  • جریان پذیری مناسبی برای تزریق در چاه داشته باشد.
  • قابلیت سازگاری با انواع سیالات حفاری (پایه آبی و پایه نفتی) داشته باشد.
  • حد تراکم‌پذیری سیمان را تغییر ندهد.
  • دوغاب‏ های سیمان با وزن مخصوص 70 پوند بر فوت مکعب تهیه و ساخته شوند.
  • خواص خوردگی آن قابل‌کنترل باشد و باعث خوردگی شدید لوله‌های جداری و ابزار درون‌چاهی نگردد.
  • با تغييرات دماي چاه در زمان بندش دوغاب سیمانی تغییری ایجاد نکند.
  • تهیه و آماده نمودن مخلوط موردنظر در شرایط عملیاتی مقدور باشد.
  • پایداری دمایی بالایی در 200 درجه فارنهایت و بالاتر را داشته باشد.
  • عملکرد مناسب در عمق‌ های سطحی تا عمق‌ های حدود 4000 متر
  • رعایت استانداردهای مربوط به شرکت ملی نفت

راه‌کارهای پیشنهادی:

  • ساخت سيمان خشك با دانسيته پايين و استحكام بالا
  • استفاده از مواد اسفنجی برای کاهش وزن دوغاب سیمانی
  • استفاده از مواد پلیمری برای کاهش وزن دوغاب سیمانی
  • استفاده از مواد و روش‌ های نوین برای کاهش وزن دوغاب سیمانی
  • استفاده از مواد پلیمری و کامپوزیتی سبک با قابلیت حفظ مقاومت و نیز بهبود رئولوژی دوغاب سیمان
  • استفاده از نانو تکنولوژی در فرآیند تولید به جهت دستیابی به کیفیت بهتر
  • استفاده از هر روش نوین دیگری با توانایی برآورده کردن الزامات لازم در «محافظت» لوله‎هاي پوششي و «ممانعت» از مهاجرت سيال‌هاي يك سازند به سازند ديگر

راه‌کارهای غیر قابل قبول :

  • اعمال فشار زياد توسط پمپ‌ ها و پاره شدن لوله‌ ها يا خمیدگی آن‌ ها
  • موادی که جریان‌ پذیری دوغاب سیمانی را تغییر دهند.
  • مواد و روش ‎هایی که هزینه تأمین آن‌ ها بیش از هزینه متعارف در این زمینه باشند.
  • استفاده از موادی دارای انعطاف‌ پذیری پایین توصیه نمی‌ شود (زیرا این‌ گونه مواد علیرغم کاهش وزن دوغاب، رئولوژی، مقاومت سیمان و سایر خواص دوغاب سیمانی را دستخوش تغییرات می‎ کنند.)
  • مواردي كه تأثیر نا مطلوب بر كيفيت نمودارهاي ارزيابي سيمان (Cement Bond Logs) می‌ گذارند.
  • کانال زدن و مهاجرت گاز (در حالتی که طول رشته جداري زياد است)
  • مواد و روش‎ هایی که باعث تخریب سازند نفتی یا گازی شوند.
  • موادی که هرزروی دوغاب سیمانی را افزایش دهند.
  • موادی که امکان %D

شرح مساله