اشتراک گذاری با دوستان
اشتراک گذاری با دوستان
وضعیت: بسته
شماره سند:RFP958252345
تاریخ انتشار: 1395/12/30
مهلت ارسال پیشنهاد:1395/12/01
فرصتها: براساس پیشنهادها قابل مذاکره خواهد بود.
تماس : ۰۲۱۸۸۳۹۸۵۶۳ – ۰۲۱۸۸۳۹۸۵۴۳
ارسال پروپوزالها: Proposal@boomerangtt.com
ضرورت مسئله
سیمان پرتلند مهمترین ماده مورد استفاده در سیمانکاری چاههای نفت و گاز میباشد. این سیمان در چاههای نفت به لحاظ شرایط دما و فشار بالا، با نوع ساختمانی متفاوت است. سیمان پرتلند دارای مقاومت فشاری بالایی است که ناشی از هیدراسیون ترکیبات سیمان میباشد و از مشخصات مهم آن سفت شدن تدریجی، یکنواخت و قابل پیشبینی، نفوذپذیری پائین و عدم حلالیت در آب است. چنین خواصی برای ایزولاسیون و پایداری دیواره چاه ضروری است. سیمان پرتلند از چهار ترکیب اصلی تریکلسیم سیلیکات (C۳S)، دیکلسیم سیلیکات (C۲S)، تریکلسیم آلومینات (C۳a) و تتراکلسیم آلومینو فریمت (C۴af) تشکیل شده است. این ترکیبات در نتیجه واکنش بین آهک، سیلیکا و اکسید آهن و در دمای حدود ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد تشکیل میشوند. سیمانهای مورد استفاده در چاههای نفت و گاز نظیر سیمان ساختمانی است ولی با اضافه کردن انواع مواد شیمیایی و انجام عملیات خاص، تحمل شرایط سخت داخل چاههای نفت را بهدست میآورند. طبق مقررات API، شش نوع سیمان استاندارد برای چاههای نفت ساخته میشود. ١- سیمان کلاس A: این سیمان تا عمق ۶٠٠٠ فوت استفاده میشود. ٢- سیمان کلاس B: این سیمان تا عمق ۶٠٠٠ فوت استفاده میشود و در مقابل ترکیبات گوگردی مقاوم است. ٣- سیمان کلاس C: این سیمان تا عمق ۶٠٠٠ فوت استفاده میشود و مقاومت تراکمی زیاد و آنی دارد. ۴- سیمان کلاس D: این سیمان تا عمق ١٢٠٠٠ فوت استفاده میشود و برای دما و فشار زیاد چاه مناسب است. ۵- سیمان کلاس E: وقتیکه دما و فشار خیلی زیاد است، تا عمق ١۴٠٠٠ فوت مورد استفاده قرار میگیرد. ۶- سیمان کلاس F: وقتیکه دما و فشار چاه فوقالعاده زیاد است، تا عمق ١۶٠٠٠ فوت مورد استفاده قرار میگیرد. با افزودن انواع افزایه، خواص مختلف سیمان داخل چاه را میتوان کنترل و تنظیم کرد. برنامه سیمانکاری لولههای 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 میشود. اولین پارامتر مؤثر در فشار هیدروستاتیک چاه در عملیات حفاری و سیمانکاری، وزن حجمی سیالی است که سازندهای اطراف چاه در تماس و تحت فشار آنها خواهند بود. دومین عامل، جریانپذیری سیال در حین تزریق است. عامل وزن سیال را میتوان در فازهای طراحی و اجرا کنترل نمود اما مسئله کنترل جریانپذیری سیال نسبت به کنترل وزن مشکلتر است. برای سبکسازی دوغاب سیمان سه روش عمده مورد استفاده قرار میگیرند که دو روش اول معمول و مورد علاقه اکثر شرکتهای حفاری است.
- استفاده از افزودنیهای آبخواه یا اکستندر
- استفاده از افزودنیهای سبکوزن جامد در دوغاب برای کاهش وزن
- استفاده از هیدروکربورهای مایع، مانند گازوئیل یا نفت سفید با وزن مخصوص کمتر از ۱/۰ و ایجاد امولسیون در آب
دلایل اصلی استفاده از دوغابهای سبک را میتوان در موارد زیر خلاصه نمود:
- کاهش فشار هیدروستاتیک ستون سیمان برای جلوگیری از شکستن طبقات سازند و هرزروی و متعاقباً فوران احتمالی چاه
- کاهش وزن ستون سنگ سیمان پشت لوله جداری به دلیل معلق بودن رشتههای جداری
- جلوگیری از کانال زدن و مهاجرت گاز در حالتی که طول رشته جداری زیاد است.
- جلوگیری از اعمال فشار زیاد توسط پمپها و جلوگیری از پاره شدن لولهها یا خمیدگی آنها
همچنین اهداف استفاده از مواد سبک کننده دوغاب را میتوان به صورت زیر خلاصه نمود:
- کاهش وزن دوغاب و درنهایت کاهش وزن سنگ سیمان
- افزایش استحکام اولیه سنگ سیمان
- جلوگیری از هرزروی دوغاب
- تقویت دوام سنگ سیمان در طول زمان با کاهش نفوذپذیری و مقاومت در برابر حرارت
- کاهش اثر جدایش آب از دوغاب
- افزایش حجم دوغاب با کمترین مخارج
- افزایش یا کاهش زمان نیمبند شدن دوغاب بهعنوان اثر جانبی افزودنیها
شرح مسئله
لولهگذاری (casing) و سیمانکاری (cementing) را میتوان از مهمترین خدمات در طول عملیات حفاری چاههای نفت یا گاز دانست. عمر چاه، میزان تولید و مدت بهرهدهی آن به مقدار وسیعی بستگی به درجه موفقیت این خدمات دارد. در عملیات لولهگذاری، چاه بهوسیله یک رشته لوله فولادی مخصوص پوشیده میشود و متعاقب آن در عملیات سیمانکاری، فضای حلقوی بین لوله و دیواره چاه، از یک دوغاب سیمان با ترکیبات معین پر میشود. دوغاب سیمانی که بهاینترتیب دالان پشت لولهها را پر میکند با گذشت زمان (معمولاً پس از چند ساعت یا چند روز) سخت میشود و سنگ سیمان حاصل، چون غلافی محکم لولههای پوششی (casing) را در بر میگیرد و آنها را با سازند پیوند میدهد (شکل ۱). این غلاف سیمانی وظایف متعددی را انجام میدهد که شاید بتوان همه آنها را در دو کلمه «محافظت» و «ممانعت» خلاصه کرد. سیمان به دیواره چاه ثبات میدهد و لولههای پوششی را در مقابل فشارهای خارجی ناشی از طبقات زمین و نیز در مقابل الکترولیز و خوردگی ناشی از آبهای خورنده زیرزمینی و هیدروکربنهای ترش یا تماس مستقیم لولهها با چینهها “محافظت” میکند و از مهاجرت سیالهای یک سازند به سازند دیگر و آلوده شدن ناخواسته هیدروکربنهای ارزشمند (نفت و گاز) “ممانعت” به عمل میآورد.
چاه سیمان شده بدون نشتی قادر به هدایت مؤثر سیال از مخزن به سطح است لذا عملیات سیمانکاری طول عمر چاه را تعیین میکند و نشان میدهد که چاه مورد نظر تا چه مدت میتواند مولد بماند. علاوه بر مسئله ایمنی و کاهش هزینه در حفاریهای خشکی، مسئله زیستمحیطی مربوط به مواد شیمیایی به علت حفاظت سفره آبها در حین و پس از حفاری از اهمیت برخوردار است. شکل ۲ تصویر چاه سیمانکاری شده را نشان میدهد.
اگر فشار فضای حلقوی کمتر از فشار سازند گردد، سیال داخل سازند وارد چاه میشود و باعث ایجاد فوران چاه میگردد. اگر فشار هیدروستاتیک فضای حلقوی از فشار سازند بیشتر شود، هرزروی سیال به داخل سازند باعث شکست سازند و آسیبدیدگی چاه میشود. علاوه بر آن، مقدار قابلتوجهی سیال حفاری یا سیمان در اثر شکست سازند اتلاف میشود. اولین و مهمترین پارامتر مؤثر در فشار هیدروستاتیک چاه در عملیات حفاری و سیمانکاری، وزن حجمی دوغاب سیمان است که سازندهای اطراف چاه در تماس و تحت فشار آن خواهند بود. در حالت معمول، وزن مخصوص دوغابهای سبکوزن سیمان بین ۹۰ الی ۱۱۱ پوند بر فوت مکعب (pcf) است. با توجه به استاندارد API برای کلاسهای مختلف سیمان، سبکترین دوغاب خالص را میتوان با کلاس C و با نسبت آب به سیمان برابر ۵۶/۰ به وزن (pcf ۱۱۱) تهیه نمود اما مشکل آنجاست که بسیاری از سازندها، تحمل فشار هیدروستاتیکی چنین دوغابهایی را ندارند. برای جلوگیری از شکستن طبقات سازند و هرزروی دوغاب در مقاطع ضعیف و شکننده آنها لازم است که از دوغابهای سبکتری استفاده شود. وزن مخصوص دوغابهای فوق سبک کمتر از pcf ۹۰ است و در چاههای نفتی و گازی و ژئونرمال با توجه به مقاومت طبقات زمین در مقابل فشارهای وارده از طبقات فوقانی و مجاور، بهمنظور جلوگیری از خرد شدن سنگ سیمان طراحی و اجرا میشوند. در حال حاضر با افزودن مواد کاهنده وزن دوغاب سیمان ازجمله بنتونایت، گلیسونایت و سایر extenderهای سیمان چاه نفت (مثل پوزولنها، خاک دو اتمی و پرلایتها) سیمان سبک (بین pcf ۹۰ الی pcf ۱۱۱) ساخته میشود اما اقدام عملی برای تهیه سیمان فوق سبک انجام نشده است. در این طرح، مطلوب است روشهای تهیه و ساخت دوغابهای سیمان با وزن مخصوص حدود pcf ۸۰ ارائه گردند که دارای کیفیت و استانداردهای مورد اشاره در این گزارش باشند، لذا این شرکت بزرگ حفاری چاههای نفت و گاز در نظر دارد درزمینه “سبکسازی سیمان در دیوارههای جداری و آستری چاههای نفت و گاز” با دارندگان این فناوری تعامل و همکاری نماید.
راهحلها و پیشنهادها باید الزامات زیر را رعایت نمایند
- تهیه و ساخت دوغابهای سیمان با وزن مخصوص حدود pcf ۸۰
- پایداری دمایی بالایی در ۲۰۰ درجه فارنهایت داشته باشد.
- در برابر آب شور (با غلظت ۲۵۰ گرم بر لیتر نمک طعام) مقاومت داشته باشد.
- نسبت به غلظت بالای کلسیم (حدود ۱ درصد وزنی) در آب مقاومت داشته باشد.
- جریانپذیری مناسبی برای تزریق در چاه داشته باشد.
- در زمانبندی دوغاب سیمانی تغییری ایجاد نکند.
- خواص خوردگی آن قابل کنترل باشد و باعث خوردگی شدید لولههای جداری و ابزار درونچاهی نگردد.
- قابلیت سازگاری با انواع سیالات حفاری (پایه آبی و پایه نفتی) داشته باشد.
- تهیه و آماده نمودن مخلوط موردنظر در شرایط عملیاتی مقدور باشد.
- حد تراکمپذیری سیمان را تغییر ندهد (شکل ۴).
راهکارهای پیشنهادی
(راهحلهای پیشنهادی لزوماً محدود به پیشنهادهای زیر نخواهد بود)
- استفاده از مواد پلیمری و کامپوزیتی سبک که قادر به حفظ مقاومت و نیز بهبود رئولوژی دوغاب سیمان باشند.
- استفاده از نانو تکنولوژی در فرآیند تولید به جهت دستیابی به کیفیت بهتر
- استفاده از مواد اسفنجی برای کاهش وزن دوغاب سیمانی
- استفاده از مواد پلیمری برای کاهش وزن دوغاب سیمانی
- استفاده از مواد و روشهای نوین برای کاهش وزن دوغاب سیمانی
- استفاده از هر روش نوین دیگری که بتواند الزامات لازم در «محافظت» لولههای پوششی و «ممانعت» از مهاجرت سیالهای یک سازند به سازند دیگر را برآورده سازد.
راهکارهای غیر قابل قبول
- موادی که هرزروی دوغاب سیمانی را افزایش دهند (شکل ۳).
- موادی که جریانپذیری دوغاب سیمانی را تغییر دهند.
- مواد و روشهایی که هزینه تأمین آنها بیش از هزینه متعارف در این زمینه باشند.
- موادی که امکان پمپاژ یا تزریق آنها به درون چاه مقدور نباشد یا نیازمند تجهیزات وسیع و هزینهبر باشد.
- مواد و روشهایی که باعث تخریب سازند نفتی یا گازی شوند.
- استفاده از موادی که دارای انعطافپذیری بالا نمیباشند توصیه نمیشود زیرا اینگونه مواد علیرغم کاهش وزن دوغاب، رئولوژی، مقاومت سیمان و سایر خواص دوغاب سیمانی را دستخوش تغییرات میکنند.
نوع همکاری مطلوب
بر اساس پیشنهادها قابل مذاکره میباشد.