سیمان حفاری

خواص سیمان ها

سیمانها با توجه به نوعشان که ذکر خواهد شد و با توجه به افزایه هایی که در آنها استفاده شده دارای خواص معینی هستند که شاید مهمترین آنها یکی پمپ پذیری (pumpability)که تعیین کننده ی زمان پمپاژ استو هنگامی است که دوغاب به به ویسکوزیته ی 200 سانتی پواز برسد و دیگری مقاومت فشاری آن است که تابع زمان بوده و در طی زمان بیشتر می شود و نشانده ی تحمل سیمان در برابر حرارت و فشار و نفوذ فشار آب است.بر حسب psi گزارش می شود و در دو زمان یک بار بعد از 12 ساعت و دیگری بعد از 24 ساعت تحت شرایط دما و فشار چاه گزارش می گردد.برای سیمانهایی که در سیمان کاری چاههای نفت به کار برده می شوند مقاومت فشاری 500 psi کافی می باشد.

خواص دیگر سیمان شامل دانسیته ی آن.هرزروی.مقاومت در برابر خوردگی.تراوایی و ... می باشند که همه ی آنها از اهمیت بالایی برخوردارند و قبل از سیمانکاری و نه در محل استقرار دکل آزمایشهایی روی این خواص انجام می گیرد.

این آزمایشها که به توصیه API انجام می گیرند به قرار زیرند:

1)تعیین دانسیته ی دوغاب بوسیله ی ترازوی گل

2)درجه ی فیلتراسیون سیمان با استفاده از دستگاه filter press که نمایانگر میزان خروج آب از سیمان می باشد

3)تعیین خواص ریولوژیکی گل مثل ویسکوزیته آن توسط دسنگاهی به نام rotational viscometer

4)تعیین ویژگیهای بندش سیمان با استفاده از دستگاهی به نام consitometer

5)تعیین تراوایی سیمان با استفاده از permeameter

6)تعیین مقاومت فشاری سیمان با دستگاههای تست مقاومت مخصوص

7)تعیین سلامت سیمان با استفاده از دستگاه autoclave

8)تعیین نرمی سیمان با استفاده از دستگاه turbidimeter

که هر یک از این آزمایشها و روال آن را می توان با شرحی مفصل بیان نمود.

انواع سیمان:

سیماهای مختلفی وجود دارند که در اینجا به معرفی و شرح مختصری از سیمانهای حفاری می پردازیم.سیمانهای مختلفی مناسب و سازگار یا شرایط درون چاهی ساخته می شوند.نثلا سیمان نوع A که بسیار سریع می گیرد و به همین خاطر می توان از آن در سیمانکاریهای سطحی و در اعماق کم استفاده نمود.اما سیمانهای نوع G و H با ویژگیهای خاص خود قابلیت به کار گیری در اعماق مختلف را دارند و به این علت این نوع سیمانها بسیار معمول و متداول می باشند.این سیمانها تحت استاندارد API به قرار زیرند:

سیمانهای نوع A,B,C,D,E,F,G,H

سیمان نوع A :برای استعمال از سطح زمین تا عمق 6000 فوتی.فقط دارای نوع معمولی است.از ارزان ترین انواع سیمان بوده و استحکام کم دارند

سیمان نوع B : برای استفاده از سطح زمین تا عمق 6000 فوتی و هنگامی که شرایط چاه نیاز به مقاومت متوسط تا زیاد را در برابر سولفات ها ایجاب می کند.دارای دو نوع مقاومت متوسط در برابر سولفاتها و مقاومت زیاد در برابر سولفاتها می باشد.

سیمان نوع C :برای استفاده از سطح زمین تا عمق 6000 فوتی و در مواقعی که شرایط چاه ایجاب می کند که سیمان دارای مقاومت اولیه زیاد باشد و دارای 2 نوع ضد سولفات متوسط و ضد سولفات قوی است

سیمان نوع D : برای استفاده از عمق 6000 تا 10000 فوتی.در شرایط نسبتا زیاد دما و فشار چاه در نظر گرفته شده و دارای دو نوع ضد سولفات قوی و ضد سولفات متوسط می باشد

سیمان نوع E :برای استفاده از عمق 10000 تا 14000 فوتی و تحت شرایط دما و فشار زیاد چاه در نظر گرفته شده و دارای 2 نوع ضد سولفات قوی و متوسط است

سیمان نوع F :برای استفاده از عمق 10000 تا 16000 فوتی و تحت شرایط دما فشار فوق العاده زیاد در نظر گرفته شده و دارای دو نوع ضد سولفات متوسط و قوی می باشد

سیمان نوع G :به عنوان سیمان پایه از سطع زمین تا عمق 8000 فوتی در نظر گرفته شده و با همان شکل خالص در این عمق به کار می رود اما می توان با استفاده از افزایه ها خواص بندشی آن را تنظیم نموده و در اعماق مختلف مورد استفاده قرار داد.منظور از افزایه ها شتابدهنده ها و کند کننده ها هستند.این سیمان دارای دونوع ضد سولفات قوی و متوسط می باشد.

سیمان نوع H : به عنوان سیمان پایه از سطع زمین تا عمق 8000 فوتی در نظر گرفته شده و با همان شکل خالص در این عمق به کار می رود اما می توان با استفاده از افزایه ها خواص بندشی آن را تنظیم نموده و در اعماق مختلف مورد استفاده قرار داد.منظور از افزایه ها شتابدهنده ها و کند کننده ها هستند.این سیمان دارای دونوع ضد سولفات قوی و متوسط می باشد.

ترکیب اصلی سیمان

ترکیب اصلی سیمانهای چاههای حفاری شامل تری کلسیم سیلیکات .تری کلسیم آلومینات . تترا کلسیم آلومینو فریت و سایر اکسیدها می باشد.چهار فاز کریستالی نخست ترکیب اصلی تشکیل دهنده سیمان پرتلند می باشند.

تری کلسیم سیلیکات:C3S

عامل عمده ی ایجاد استحکام در تمام مدت عمر سخت شدن سیمان به خصوص در 28 روز اول می باشد.

دی کلسیم سیلیکات C2S :

کند تر از بقیه کانی های سیمان متبلور می شود و به همین خاطر روی زمان بندش سیمان اثر چشمگیری ندارد.در ساختن سیمان برای سیمانکاری مناطق عمیق و داغ از این ماده به نسبت زیادتری استفاده می شود

تری کلسیم آلومینات:C3A

این کانی قابلیت تبلور بسیار زیاد دارد.سریعتر از بقیه کانی های سیمان پرتلند می بندد . وجود آن در سیمان باعث بندش سریع دوغاب می شود.ولی ایراد استفاده از این کانی در سیمانها این است که وقتی با آب های سولفاته ترکیب می گردد منبسط می شود که این باعث خرابی سیمان می شود.پس با حذف این کانی هم می توان زمان بندش را کندتر کرد هم مقاومت در برابر آبهای خورنده سولفاته افزایش داد.

تترا کلسیم آلومینو فریت C4AF :

خیلی کم متبلور شده و سرعت بندش آن بسیار کم بوده روی خواص فیزیکی سیمان اثر کمی دارد.

افزایه ها

سیمانی که تنها دارای 4 کانی فوق الذکر در ترکیب خود باشد قابل استفاده نیست چون هنگام ساخت دوغاب آن به سرعت می بندد و سفت می شود.به همین خاطر نیاز اسفاده از افزایه ها(ADDITIVES) بوجود می آید.این افزایه ها به منظور رساندن دوغاب به مشخصات مطلوب مورد استفاده قرار می گیرند.

از لحاظ نوع تاثیری که این افزایه ها روی سیمان می گذارند به دو نوع افزودنی های شیمیایی که به غلظت کم وارد سیمان می شود و تاثیرات چشمگیری روی خواص سیمان دارند و افزودنی های فیزیکی که در غلظتهای بالاتر وارد سیمان می شوند تقسیم می شوند.البته برخی افزایه ها وجود دارند که چند منظوره هستند.به عنوان مثال می توان به CMHEC اشاره نمود که هم کند کننده و هم کاهنده ی هرزروی است.

دلایل استفاده از افزایه ها:

1)تغییر در دانسیته سیمان

2)تنظیم زمان بندش آن

3)افزایش مقاومت سیمان

4)جلوگیری از هرز روی

5)افزایش حجم دوغاب با کمترین هزینه ها

6)جلوگیری از تجزیه ی سریع سیمان و حفظ کیفیت در طول زمان

7)برای کاهش هرز روی آب دوغاب سیمان

در استفاده از این افزودنی های سیمان می بایست به غلظت آنان در سیمان دقت کرد چون اگر از حد خاصی بگذرد ممکن است اثر عکس روی سیمان بگذارد.برای مثال می تواناز کلراید سدیم نام برد که در غلظتهای پایین به عنوان یک شتابدهنده سیمانمورد استفاده است اما در غلظتهای بالا خاصیت تاخیری در بندش سیمان بوجود می آورد.کلرید کلسیم نیز به عنوان یک شتابدهنده استفاده می شود.

اکثر ترکیبات آلی که به عنوان ضد منعقد کننده سیالات حفاری مورد استفاده قرار می گیرند بستن سیمان را نیز کند کرده و به عنوان کند کننده ها مطرح می باشند.لیگنین ها و قندها ومقادیر زیاد کلر و سدیم و مشتقات سلولزی نیز به همین ترتیب عمل می کنند.

برخی دیگر از افزایه ها مثل باریت و ماسه و هماتیت افزایه های سنگین کننده وزن (دانسیته)سیمان هستند.ما نیاز داریم وزن سیمان را افزایش دهیم تا در نواحی پر فشار سیال از سازند به درون چاه نفوذ نکند و به اصطلاح جلوی KICK را بگیریم.برخی اوقات نیز نیاز داریم وزن سیمان را کاهش دهیم زیرا اگر این کار صورت نگیرد باعث بروز شکاف در سازند های ضعیفتر می شود FORMATION FRACTURE و منجر به هرزروی سیال شود.استفاده از مواد با وزن مخصوص پایین مثل بنتونایت به عنوان یک افزایه ی کاهنده ی دانسیته ی سیمان در این مواقع به کمک می آید.

البته در اینجا لازم است به یک مورد بسیار مهم در عین حال ساده اشاره شود.می دانیم برای تولید دوغاب سیمان از آب استفاده میکنیم.اگر در طی ساختن دوغاب آب بیشتری به مخلوطمان اضافه کنیم سیمان رقیق تری می سازیم که هم زمان بندش آن را طولانی تر کرده ایم هم از وزن دوغاب کاسته ایم.کاری که می توان به جای استفاده از از افزایه های کند کنندهیا کاهنده دانسیته انجام داد.حال اگر آب کمتری استفاده کنیم سیمانی غلیظ.زود بند و سنگین ساخته ایم که کار افزایه های شتابدهنده و سنگین کننده را انجام می دهد.البته باید دقت کافی به خرج داد که این روشها بی عیب نیستند.مثلا استفاده از آب زیاد هم مقاوت و استحکام سیمان را کم میکند هم توان سیمان در برابر حملات سولفاتی را کاهش می دهد.استفاده از آب کم هم ممکن است مشکل پمپاژ دوغاب به داخل پاه را به دلیل ویسکوزیته بالای آن به وجود آورد.به هر حال استفاده از نسبت آب به سیمان مساله ای کلیدی در تولید دوغاب است که به آن WCR یا همان WATER TO CEMENT RATIO گویند.

اگر آب سیمان در تولید دوغاب آن کم باشد به دلیلگران روی بالای آن همان طور که گفته شد ممکن است در پمپاژ آن مشکل به وجود آید.به همین دلیل از افزایه های پراکننده(DISPERSANT) در این موارد کمک گرفته می شود که ذرات سیمان را به نحوی شیمیایی تر میکند تا بتوانند به آسانی روی هم لغزیده و جابجایی جریان دوغاب آسان گردد.

برای افزایه های کنترل هرزروی هم می توان از کولایت . گیلسونایت و پولک های کلینتون نام برد.کولایت و گیلسونایت مواد هیدرو کربنی خرد شده با دانه های درشت هستند در حالی که پولک های کلینتون سلفون های بسیار ریز شده می باشند.

افزایه های زیاد دیگری نیز وجود دارند که به دلایل گفته شده به سیمان اضافه می شوندکه بحث را در باره ی افزایه های سیمان بسیار مفصل می کند.

نتیجه گیری

اهمیت و ضرورت سیمان در بحث حفاری چاههای نفت مشهود است.شناخت روی انواع سیمان و خواص آنها و ترکیباتشان و... مقدمه ای است از شناخت سیمان های حفاری که در این گزارش سعی گردید به آن پرداخته شود.

همچنین افزودنیهای سیمان نیز دارای اهمیت بالایی می باشند به نحوی که در حال حاضر میزان مصرف مواد افزایه سیمان حفاری برای ایران 250 تن بر سال است که ارزش آن یک میلیون دلار تخمین زده می شود.طی ده سال آینده انتظار می رود میزان مصرف این مواد برای هر نوع چاه(اکتشافی-استخراجی-تولیدی) به 500 تن برسد.

سیمان حفاری

مطالب مشابه :

اگهی استخدام شرکت توسعه حفاری تدبیر

استخدام جديد درشركت ملي نفت ايران

آگهی استخدام مدیر حفاری و گل شناس و مکانیک در اهواز 92

استخدام شرکت صنایع حفاری رویال کانیا

دکل حفاری

حفاری

سیمان حفاری

کتابچه سیالات حفاری شرکت MI 2009