تمرینات سیمان حفاری مهندس روحی

تمرینات درس سیمان حفاری مهندس روحی که در دانشگاه آزاد امیدیه تدریس میشود

مهندس روحی یکی از اساتید برجسته ایران در زمینه حفاری میباشد جادارد همینجا از این استاد گرانقدر تقدیر وتشکر بکنیم

برای اصول ومقدمه سیمان به ادامه مطلب بروید

اصول ومقدمه سیمان کاری

مقدمه

از ميان خدماتي كه در طول حفاري يك چاه نفت يا گاز صورت مي گيرد. لوله گذاري (casing) و سيمانكاري (cementing) را يقيناً مي توان مهمترين خدمات دانست. عمر چاه، ميزان توليد و مدت بهره دهي آن به مقدار وسيعي بستگي به درجه موفقيت اين خدمات دارد. درعمليات لوله گذاري، چاه لخت به وسيله يك رشته لوله فولادي مخصوص پوشيده مي شود و متعاقب آن در عمليات سيمانكاري، فضاي حلقوي بين لوله و ديواره چاه، از يك دوغاب سيمان با تركيبات معين، پر مي شود. دوغاب سيماني كه به اين ترتيب دالان پشت لوله‌ها را پر مي كند با گذشت زمان (معمولاً پس از چند ساعت يا چند روز) مي بندد و سخت مي شود و سنگ سيمان حاصل چون غلافي محكم، لوله هاي پوششي (casing) را در بر مي گيرد و آنها را با سازند پيوند مي دهد. اين غلاف سيماني وظايف متعددي را انجام مي دهد كه شايد بتوان همه آنها را در دو كلمه «محافظت» و «ممانعت» خلاصه كرد: سيمان به ديواره چاه ثبات مي دهد و لوله هاي پوششي را در مقابل فشارهاي خارجي ناشي از طبقات زمين كه ممكن است حتي باعث درهم شكسته شدن و خورد گشتن لوله گردند و نيز در مقابل الكتروليز و خوردگي كه ناشي از آبهاي خورنده زيرزميني و هيدروكربنهاي ترش يا تماس مستقيم لوله ها با چينه ها مي باشد "محافظت" مي كند و از مهاجرت سيال هاي يك سازند به سازند ديگر و آلوده شدن ناخواسته هيدروكربنهاي ارزشمند (نفت و گاز) "ممانعت" به عمل مي آورد.

1 ) شيمي سيمان:

سيمان پرتلند مهمترين ماده مورد استفاده در سيمانكاري چاههاي نفت و گاز مي باشد. سيمان پرتلند چاههاي نفت به لحاظ شرايط دما و فشار بالا، با نوع ساختماني متفاوت است. سيمان پرتلند داراي مقاومت فشاري بالا بوده كه ناشي از هيدراسيون تركيبات سيمان بوده و از مشخصات مهم آن سفت شدن تدريجي، يكنواخت و قابل پيش بيني، نفوذپذيري پائين و عدم حلاليت در آب مي باشد. چنين خواصي براي ايزولاسيون و پايداري ديواره چاه ضروري مي باشد. سيمان پرتلند از چهار تركيب اصلي تري كلسيم سيليكات (C3S)، دي كلسيم سيليكات (C2S)، تري كلسيم آلومينات (C3a) و تتراكلسيم آلومينو فريمت (C4af) تشكيل شده است. اين تركيبات در نتيجه واكنش بين آهك، سيسليكا و اكسيد آهن و در دماي حدود oC1500 تشكيل مي شوند .

براي توليد سيمان پرتلند دو نوع مواد اوليه مورد نياز است،1) مواد مرسوم به calcareous كه حاوي آهك ميباشد و 2)مواد مرسوم به argillaceous كه شامل آلومينا،سيليكا و اكسيد آهن هستند.calcareous از سنگ آهك،coral،shell deposit ها و cement rock تشكيل شده، و خواصي شبيه سيمان پرتلند دارند.calcareous هاي مصنوعي، حاوي رسوب كلسيم كربنات و ديگر تركيبات معدني مي باشد . Argillaceous طبيعي حاوي clay،marl،, ,mudstone salt, خاكسترهاي آتشفشاني مي باشند.ناخالصيهاي مواد اوليه شامل اكسيد منيزيم،تركيبات فلوئورين،فسقاتها اكسيد سرب،اكسيد روي و تركيبات معدني ديگر نيز بر روي كيفيت نهايي محصول تأثير دارند .

2 ) امكانات و نيروي انساني مجرب :

اين شركت با پشتوانه امكانات مدرن خود از جمله تجهيزات مختلف آزمايشگاهي و نرم افزار های پيشرفته طراحي و همچنين داشتن نيروي های انساني مجرب و تحصيل كرده، هم اكنون داراي اين توانمندي است كه در آن واحد چندين پروژه مختلف را هدايت و طراحي نمايد و اين امر تنها با وجود امكانات وسيع آزمايشگاهي و نيروي های انساني مجرب امكان پذير مي باشد كه شركت ملي حفاري ايران به داشتن همچين توانمندي خود مي بالد.

3) توانمنديها:

شركت ملي حفاري ايران با پشتوانه فعاليت در زمينه حفاري چاههاي نفت و گاز با بيش از 50 سال امروز به مرحله اي از بلوغ در زمينه هاي مختلف فعاليت هاي عملياتي ، مهندسي و تعمير ماشين آلات و تجهيزات و تامين مواد شيميايي مورد نياز رسيده است كه به تنهايي در سرتاسر پهنه جمهوري اسلامي ايران بدون رقيب جدي فعاليت مي نمايد. اين شركت امروزه با پيشرفت تكنولوژي حفاري در زمينه های مختلف علمي, عملياتي , مهندسي و تجهيز نمودن خود به آخرين تكنولوژيهاي حفاري موجود در صنعت حفاري به عنوان يك شركت بين المللي حوزه فعاليت خود را گسترش داده و در خارج از مرز های جمهوري اسلامي ايران به دليل داشتن توان بالقوه خود شروع به فعاليت نموده و هر روز به تعداد متقاضيان ارائه خدمات اين شركت در داخل و خارج از شركت نيز افزوده مي شود. با اين توصيف ، مديريت امور مهندسي شركت ملي حفاري ايران نيز كه متولي و طراح پيشرفت های عملي وتكنولوژي در زمينه های مختلف مي باشد. با ايجاد اداره اي تحت عنوان مهندسي و برنامه ريزي سيمان هم اكنون در زمينه طراحي، برنامه ريزي عملياتهاي مختلف سيمانكاري از جمله چاههاي نفتي و گازي و چاههاي ژئوترمال (زمين گرمايي ) در دما و فشار بالا و تكنولوژي سيمانهای با وزن سبك فعاليت نموده و توانسته به موفقيت هاي بزرگي در زمينه طراحي دوغاب سيمان چاههاي با دماي بالاي 300 درجه فارنهايت و با فشار بالا و همچنين طراحي دوغاب های سبك با وزن pcf 83 وكمتر از آن دست يابد و با ايجاد تعامل با ساير شركتهاي معتبر در زمينه طراحي دوغاب سيمان جهت دستيابي به طراحي و فرمولاسيون دوغابهاي فوق سبك نيز فعاليت مي نمايد.

بخشي از اين توانمنديها عبارتند از :

1- طراحي وبرنامه ريزي انواع عمليات هاي سيمان چاههاي نفتي و گازي و ژئوترمال

2- شبيه سازي هايدروليك بوسيله نرم افزار های پيشرفته براي كليه چاههاي نفتي، گازي و ژئوترمال

3- نظارات مستقيم بر حسن انجام عمليات هاي سيمانكاري توسط مهندسين مجرب درتمامي چاههاي نفتي، گازي و ژئوترمال

4- كنترل كيفي انواع سيمان و افزايه های شيميايي سيمان .

5- ارزيابي خواص دوغاب سيمان بوسيله تجهيزات پيشرفته آزمايشگاهي

6- برآورد فني پروژه های مختلف سيمانكاري

7- طراحي ,برنامه ريز ي و نظارت بر حسن اجراي عمليات سيمانكاري درچاههاي با عمق بيش از 5000 متر

8- طراحي، برنامه ريزي و نظارت بر حسن اجراي عمليات سيمانكاري در چاههاي با دماي حرارتي بالا ( 300 درجه فارنهايت )

9- طراحي، برنامه ريزي و نظارت بر حسن اجراي عمليات سيمانكاري با وزن دوغاب سنگين (بالاي pcf 150)

10- طراحي، برنامه ريزي و نظارت بر حسن اجراي عمليا ت سيمانكاري دوغاب سيمان با وزن سبك (pcf 83 وکمتر ازآن )

4) سيستمها و افزايه هاي سيمانكاري :

دوغاب هاي سبك : دوغابهاي سبك وزن به دوغابهايي گفته مي شود كه وزن آنها بين (pcf 111 - 90 )باشد. در چاههاي نفتي و گازي و ژئونرمال با توجه به مقاومت طبقات زمين در مقابل فشارهاي وارده از طبقات فوقاني و مجاور، طراحي دوغاب سيمان صورت مي گيرد.در طبقات با مقاومت پائين طراحي سيمان با افزودن مواد شيميايي مخصوص علاوه بر كاهش وزن دوغاب سيمان، جهت جلوگيري از خرد شدن سنگ سيمان طراحي انجام مي گردد و اين كار با افزودن مواد كاهنده وزن دوغاب سيمان از جمله بنتونايت، گليسونايت و ساير extender هاي سيمان چاه نفت مثل پوزولنها ، خاك دو اتمي و پر لايت ها و غيره صورت مي گيرد.

دوغابهاي سنگين وزن :

به دوغابهايي كه وزن آنها بيش از pcf 5/123 باشد گفته مي شود .

ساده ترين راه براي سنگين كردن دوغابهاي سيمان، كاهش WCR آنهاست كه به آنها دوغابهاي تغليظ شده (densifled slurries ) گفته مي شود .

روش ديگر براي سنگين كردن دوغابهاي سيمان استفاده از نمك د رسيمان است كه باروش هاي فوق نمي توان دوغابهاي سنگين تر از pcf 130 را ايجاد كرد .

معروفترين افزودني هاي سنگين وزن براي دوغابهاي سيمان عبارتند ا ز: باريت ،شن و براده سنگ معدنهاي آهن كه ازميان آنها سومي موفق تر و كاربرد وسيعتري دارد . با اين مواد وزن دوغاب سيمان را ميتوان تا pcf 154 نيز افزايش داد .

دوغاب هاي HPHT :

سيمانكاري چاههاي دما و فشار بالا از بسياري جهات يك عمليات پيچيده و پرخطر مي باشد ،دراين چاهها ، افزون بر دما و فشار بالا ،معمولا" سيالات خورنده ونمكي و يا سازنده ها ي ضعيف وجود دارد .طراحي دوغاب سيمان براي چاههاي دما و فشار بالا به دانش و تجربه زيادي نياز دارد. مشكلات بسياري د رطراحي دوغاب وجود دارد كه عمدتا" ناشي ازناپايداري سيمان پرتلند در حرارت بالا و شرايط خورند ه چاه مي باشد سيمان پرتلند در دماي بالاي °F220 تخريب شده و بتدريج قدرت تراكمي آن كاهش و نفوذ پذيري آن افزايش مييابد .طراحي سيستم سيمان ، در واقع ، رفع مشكلات سيمان با استفاده از افزايه هاي مناسب ميباشد .بدين لحاظ براي طراحي دوغاب ، علاوه بر شناخت نقاط ضعف سيمان پرتلند ، آگاهي از نقش افزايه هاي سيمان ضرورت دارد .

افزايه هاي سيمان ممكن است با يكديگر تداخل كرده و اثر همديگر را كاهش و يا از بين ببرند . از اينرو ،تجربه عملي د راستفاده از افزايه ها نيز اهميت بسيار دارد.

در اين راستا شركت ملي حفاري ايران با انجام پروژهاي تحقيقاتي متفاوت وبا كسب تجربه لازم توانست فازهاي 1و2 چاههاي ژئوترمال HPHT در ناحيه سبلان راحفاري و به مرحله بهره برداري برساند اين شركت با استفاده از تجربيات و تحقيقات وسيع خود در زمينه چاههاي ژئو نرمال ودستيابي به دانش لازم جهت طراحي و برنامه ريزي دوغاب سيمان ها يHPHT هم اكنون توان اجرا ي پروژه هاي مختلف در زمينه چاههاي مذكور را دارد.

طراحي دوغاب سيمان در چاههاي HPHT (ژئونرمال) تا بالاي 300 درجه فارنهايت توسط اين شركت در ناحيه سبلان انجام و به مرحله اجرا رسيد.

دوغابهاي مناسب جهت ممانعت از جلوگيري از مهاجرت گاز:

مهاجرت گاز ممكن است در طول حفاري و يا پس از تكميل چاه صورت پذيرد. و اين موضوع همواره يكي از سخت‌ترين و جدي ترين مشكلات موجود در صنعت نفت بوده است. مهاجرت گاز (سيال) كه ممكن است به طبقات كم فشارتر يا به سطح زمين به صورت مكرر جريان يابد و اين بدون شك بحراني ترين و خطرناك ترين وضعيت در حفاري مي باشد

شركت ملي حفاري ايران با توجه به وجود بحران و مشكلات عديده‌اي كه از مهاجرت گاز درداليز درحين حفاري بوجود میآيد، در چند سال اخير با تجهيز نمودن آزمايشگاه شيمي حفاري خود به تجهيزات مدرن و پيشرفته و انجام پژوهشهاي متفاوت در خصوص كنترل و جلوگيري از مهاجرت گاز و ساير سيالات به درون داليز و طبقات، در زمينه طراحي دوغاب هاي سيمان متناسب با شرايط هاي مختلف به موفقيتهاي بزرگي دست يافته و هم اكنون در پروژه هاي مختلف با پشتوانه كارشناسان مجرب و آزمايشگاه مجهز در مواجه با چنين مشكلاتي در كوتاهترين زمان ممكن با انجام طراحي و فرمولاسيون و انجام آزمايشات مخصوص اين مشكلات را رفع مي نمايد.

5) نرم افزار سيمانكاري (Cem Cade):

شركت ملي حفاري ايران چندين سال است که از نرم افزار Cem Cade براي ارزيابي و طراحي و شبيه سازي عمليات سيمانكاري استفاده می نمايد. اين نرم افزار مي تواند انواع عمليات هم در خشكي و هم در دريا از بزرگ ترين قطر تا عميق ترين لاينرها را طراحي كند. Cem Cade اين اطمينان را ايجاد مي كند كه در هر لحظه در عمليات سيمانكاري Well Security فعال است. كاربرد آن كمك مي كند تا جابجايي گل و پيش شو به آساني محاسبه شود تا ريسك خطر كاناليزه شدن از بين برود و اين امر در واقع با انتخاب يك الگوي جريان مناسب شامل (دبي فشاي حلقوي مناسب- سيال حائل و دوغاب مناسب) توسط Cem Cade امكان پذير است.

اهم توانمنديهای نرم افزار cem cade :

- شبيه سازي سيال كنترل چاه/ لوله را با محاسبات و با مقايسه فشار هيدرواستاتيك- ديناميك با فشار شكست سازند فشار سازند و با در نظر گرفتن فشار تركيدن لوله ها و يا تراكم لوله ها چك مي كند

- پيشنهاد براي عمليات پلاگ و قراردادن سيال جهت كاهش آلودگي در هنگام لوله بالا.

- طراحي سيال- آزمايشگاهي سيال و خواص سيال شامل رئولوژي- T.T در يك بانك اطلاعات

- طراحی وطرز قرار گرفتن سنترلايزرها دور لوله های جداری با استفاده از داده ها واطلاعات حفره باز جهت راندن لوله های جداری .

- محاسبات جهت جلوگيري از پديده كاناليزه شدن و حصول اطمينان از جداسازي لايه‌ها, اين نرم افزار از برنامه Well Clean براي تئوري جابجايي سيال-سيال جهت حفظ ژئومتري حفره و خواص سيال- و سرعت سيال در فضاي حلقوي استفاده مي نمايد.

- شبيه سازی دما و زمان توقف جهت بندش سيال و همچنين BHCT را به راحتي محاسبه مي نمايد.

- ارزيابي نهايي بعد از عمليات مقاديري كه بتوانند مقايسه شوند رابا مقادير واقعي جهت ارزيابي موفقيت كل عمليات ميتواند توسط اين نرم افزار پيش گويي شود و در طراحي هاي آينده اين مقادير موثر هستند

- محاسبه نمودارهاي QA و QC و نمايش آنها يكي ديگر از كارهاي اين نرم افزار است. - تجزيه و تحليل نهايي و حدس قطر مهاجرت گاز در حاليكه سيمان در حال سفت شدن است با در نظر گرفتن خواص سيالات و سازند در فضاي حلقوي.

تمرینات سیمان حفاری مهندس روحی

مطالب مشابه :

پرسنل دکل حفاري (The Land Rig Personnel)

با افزوده شدن مباحث مربوط به امور حفاري در روستاها صورت گرفت: اصلاح آيين نامه هماهنگي اقدامات عمراني

آمادگي كارگاه مركزي اهواز براي سرويس دهي به همه شركت هاي تابعه نفت

دوازدهمين دوره رقابتهاي ليگ برتر؛

روشهاي حفاري

تمرینات سیمان حفاری مهندس روحی

دستور العمل حــفاري :

تکنولوژی حفاری با استفاده از لیزر

سروستان ؛ عسلويه اي ديگر در اقليم نفت خيز فارس