1. Santrauka ir pramonės pagrindai
Šiuolaikinės naftos ir dujų gręžinių statybos metu išsekusių rezervuarų, giliavandenių darinių, žemo-slėgio zonų ir anglies dugno metano srovių tyrinėjimas yra nuoseklus struktūrinis iššūkis: šių sričių geologinių darinių plyšių gradientai yra itin maži. Standartinės G klasės cemento suspensijos, kurių tankis paprastai svyruoja nuo 1,88 iki 1,95 g/cm³, poslinkio metu sukelia didelį hidrostatinį slėgį. Šis slėgis lengvai viršija mechaninius trapių uolienų slenksčius, sukeldamas katastrofišką formacijos skilimą, didelius gręžimo skysčio nuostolius ir prastą cementavimo kokybę.
Siekdami pašalinti šią riziką, cementavimo operatoriai labai pasikliauja lengvomis ir itin{0}}mažo tankio cemento srutomis, paprastai suprojektuotomis tankio diapazonenuo 1,0 g/cm³ iki 1,6 g/cm³. Tačiau srutų tankio sumažinimas sukelia didelį fizinį nestabilumą. Mažėjant tankiui, vandens ir cemento santykis labai padidėja arba įvedami dideli kiekiai mažo -tankio mišinių (tokių kaip cenosferos, tuščiavidurio stiklo mikrosferos ir išplėstas perlitas). Tai sukuria didelį fazių skirtumą, dėl kurio greitai nusėda dalelės, susidaro daug laisvo skysčių ir už korpuso susidaro struktūriniai kanalai.
Norėdami išspręsti šį sudėtingą inžinerijos paradoksą,Kelioil Engineering Material and Technology Co., Ltd.suprojektavoCG214 anti-skysčių praradimo priedas. Šis didelio našumo-kopolimeras ne tik reguliuoja skysčių filtravimą pagal griežtus API standartus, bet ir sukuria elastingą makromolekulinį tinklą, kuris visiškai pašalina kietųjų dalelių nusėdimą, suteikdamas tobulai homogenišką sukietėjusį cementinį apvalkalą nuo gręžinio korpuso stygos viršaus iki apačios.
2. Lengvųjų sistemų fizikos ir sedimentacijos dinamikos supratimas
Pagrindinis fizinis mechanizmas, susijęs su kietųjų medžiagų nusėdimo cemento suspensijose, gali būti matematiškai išanalizuotas naudojant modifikuotą Stokso dėsnio versiją. Klasikinė termino nusėdimo greičio išraiška (v) standžios sferinės dalelės klampiame skystyje apibrėžiamas taip:
Kur:
- ryra lygiavertis kietosios dalelės spindulys.
- ρpyra kietosios fazės tankis (pvz., standartinės cemento dalelės ~3,15 g/cm³ arba tuščiavidurės keraminės mikrosferos, kai yra 0,4–0,8 g/cm³).
- ρfyra nuolatinės skystos suspensijos fazės tankis (vanduo ir ištirpusios cheminės medžiagos ~1,0 g/cm³).
- gyra gravitacinio pagreičio konstanta.
- μyra dinaminis / regimasis skysčio klampumas.
Itin -mažo tankio cemento suspensijose šių kintamųjų fizinės vertės smarkiai skiriasi nuo įprastų sistemų:
Pirma, ekstremalus klampumo kritimas:Sumažinus tankį iki 1,1–1,3 g/cm³ be didelio -veiksmingumo priedų, per didelis vandens- ir -kietosios medžiagos santykis smarkiai sumažina tariamąjį srutų klampumą (μ). Pagal Stokso dėsnį, kaip klampumas (μ) artėja prie mažos gryno vandens vertės, nusėdimo greičio (v) sunkiųjų cemento dalelių pakyla eksponentiškai, todėl greitai atsiskiria.
Antra, dvikrypčio atskyrimo reiškinys:Tradicinėse srutose yra kietų fazių, sunkesnių už vandenį (ρp> ρf), juda žemyn. Tačiau pridedant ultra-lengvų mikrosferų, kad tankis būtų mažesnis nei 1,2 g/cm³, jų tankis yra daug mažesnis nei skystosios fazės (ρp< ρf). Tai pakeičia terminą(ρp - ρf), todėl mikrosferos greitai plaukia aukštyn, o sunki cemento matrica nusėda žemyn. Šis dvikryptis atskyrimas sugadina erdvinį gręžinio cemento apvalkalo vienodumą, palikdamas didelio-poringumo skysčio kanalus viršuje, o trapias, hiper{2}}tankias fazes apačioje.
1 paveikslas: NCJQ sedimentacijos vamzdis-Pagrindinė laboratorinė įranga, naudojama apskaičiuojant viršutinį-į-apatinį nuosėdų gradientą, kai kietėja aukštoje temperatūroje{4}}.
3. CG214 molekulinė struktūra ir daugia{1}} veikimo mechanizmas
CG214 anti-skysčių praradimo priedasyra sintetinamas laisvųjų{0}}radikalų kopolimerizavimo būdu, sudarydamas sudėtingą vandenyje{1}}tirpų polimerą su pritaikytais struktūriniais komponentais. Skirtingai nuo standartinių linijinių celiuliozės eterių ar paprastų sintetinių skysčių netekimo polimerų, kurie tik sutirština skystį išbrinkdami, CG214 makromolekulinėje architektūroje yra trys labai specifinės funkcinės grupės:
A. Inkaro grupės (sulfonuoti monomerai - AMPS):
Šios grupės pasižymi dideliu atsparumu aukštai temperatūrai ir druskingumui. Labai poliarinės sulfonatinės galvutės tvirtai adsorbuojasi ant drėkinančių cemento mineralų ir lengvų mikrosferų paviršių per elektrostatinį ir koordinacinį ryšį. Tai visam laikui pritvirtina polimerų grandines prie kietųjų fazių, užtikrinant, kad jos neatsiskirtų esant dideliam šiluminiam šlyčiui.
B. Asociacinės tinklo grandinės (akrilamido monomerai - AM):
Ne{0}}joniniai, ilgos{1}}grandinės akrilamido segmentai nusidriekia giliai į intersticinę vandens fazę. Po hidratacijos šios šakos sąveikauja su gretimomis polimero molekulėmis, sukurdamos atrijų-dimensijų elastingas mikro{1}}tinklas (viskoelastinė gelio struktūra). Šis tinklas veikia kaip nematomas tinklas, sulaiko laisvas vandens molekules ir sustabdo tiek lengvas mikrosferas, tiek sunkius cemento grūdelius. Tinklas duoda šlyties (siurbimo), bet iš karto atsinaujina, kai yra statinis (kietėja), užfiksuodamas visas fazes.
C. Hidrofiliniai vandens{1}}laikantys žiedai (pirolidono dariniai):
Šios ciklinės funkcinės grupės sudaro tankius hidratacijos apvalkalus per intensyvų vandenilio ryšį su aplinkinėmis vandens molekulėmis. Vandeniui bandant patekti į pralaidžias formacijas esant skirtingam slėgiui, šie didelio-afiniteto hidratacijos sluoksniai sulaiko skystį, padedantys suspensijai sukurti dinamišką, mažo{2}}pralaidumo, itin ploną filtro sluoksnį prie uolos sienos. Tai apriboja bendrą API filtravimo nuostolį iki itin žemo lygio.
4. Pagrindinės CG214 savybės 1,0–1,6 g/cm³ vokuose
Suformuotas į itin{0}}mažo tankio cemento srutų sistemas, CG214 turi keletą pagrindinių eksploatacinių pranašumų:
- Nėra laisvo skysčio (100 % homogeniškumas):Esant pasvirusiam, horizontaliam arba vertikaliam kietėjimo profiliui, suspensijos su CG214 nuolat rodo 0,0 % laisvo vandens atskyrimo, užkertant kelią vandens kišenių kanalizacijai išilgai nukrypusių gręžinių aukštosios pusės.
- Puikus pseudoplastiškumas ir šlyties{0}}retinimas:Didelio -greičio maišymo ir siurbimo sąlygomis laikinieji erdviniai CG214 tinklai lengvai susilygina ir suplonėja, sumažindami bendrą suspensijos klampumą. Tai sumažina trinties slėgį ir apsaugo subtilius darinius nuo lūžių, kuriuos sukelia didelis lygiavertis cirkuliacinis tankis (ECD).
- Puikus srutų skystumas:Srutos išlaiko puikų siurbiamumą ir plokščią reologinį profilį be želė susidarymo arba didelių derlingumo verčių dinaminio srauto metu.
- Plati šiluminė varža:Jis patikimai veikia nuo paviršiaus aplinkos temperatūros iki 120 laipsnių, išlikdamas chemiškai stabilus, kai suyra biologiniai biopolimerai (pvz., Velano derva arba ksantano derva).
Vaizdo įrašo vadovas: mažo tankio srutų stabilumo tikrinimas naudojant NCJQ sedimentacijos vamzdelį
Šiame demonstraciniame vaizdo įraše sužinokite, kaip naudoti NCJQ sedimentacijos vamzdelį nuosėdų stabilumui įvertinti. Mes analizuojame suspensijos tankio kitimą (Δρ) nuo sukietėjusio cilindro viršaus iki apačios, vizualizuodami apsauginį tinklą, kurį sudaro CG214 anti-nuosėdos, atliekant realias bandymo procedūras.
5. Laboratoriniai tyrimai ir eksperimentinė patikra
Siekiant parodyti CG214 veikimą imituotomis gręžinių sąlygomis, profesionalioje cementavimo laboratorijoje buvo atliktas išsamus eksperimentinis tyrimas. Suspensijos buvo paruoštos naudojant didelio-šlyties maišymo programą pagal API rekomenduojamą praktiką 10B-2.
2 pav. NHJQ pastovaus greičio maišytuvas-Svarbiausias lauko šlyties modelių atkartojimui, kad būtų paruoštos vienalytės mažo -tankio suspensijos.
Srutų formulės komponentai:
- G klasės portlandcementas (100 %)
- Tuščiavidurės silikatinės mikrosferos (35 % BWOC, kad būtų pasiektas tikslinis 1,25 g/cm³ tankis)
- Dispersantas (0,5 % BWOC)
- CG214 anti{1}}skysčių praradimo priedas (1,5 % BWOC, skirtas Formulei 2)
- Bendras maišymo vanduo (pritaikytas pagal tikslinį tankį)
Lyginamoji našumo vertinimo matrica:
| Srutų sistemos parametras | Valdymo formulė (Nr. CG214) | Modifikuota formulė (su 1,5 % CG214) |
|---|---|---|
| Tikslinis srutų tankis (g/cm³) | 1.25 | 1.25 |
| API skysčio praradimas 75 laipsnių temperatūroje, 6,9 MPa (mL/30 min.) | 342 ml (kritinis išpūtimas) | 42 ml (puikus kontrolė) |
| Nemokamas skysčio tūris (2 valandos, API standartas) | 5.2% | 0,0 % (be atskyrimo) |
| Sukietėjusios šerdies kolonėlės viršutinis tankis (g/cm³) | 1,08 (labai porėta struktūra) | 1.24 |
| Sukietėjusios šerdies kolonėlės dugno tankis (g/cm³) | 1,36 (didelis nuosėdas) | 1.25 |
| Grynojo tankio pokytis (Δρ) | 0,28 g/cm³ (labai nestabilus) | < 0.01 g/cm³ (Flawless) |
| 24 valandų gniuždymo jėga (MPa) | 2,8 MPa | 6,8 MPa |
Rezultatų aptarimas:Kontrolinės cemento suspensijos statinio kietėjimo metu buvo didelių nusėdimo problemų. Dėl didelio-tankio atskyrimo sukietėjusios formos viršuje buvo itin plonas 1,08 g/cm³ tankio profilis, o apačioje – 1,36 g/cm³. Šis didelis skirtumas (Δρ= 0.28 g/cm³) gali sugadinti korpuso atramos angą. Priešingai, srutos, turinčios 1,5 % CG214, išlaikė išskirtinį homogeniškumą, išlaikant tankio svyravimus iki 0,01 g/cm³ visoje mėginio kolonėlėje.
3 pav. NJSJ HTHP skysčių praradimo elementas-Patikimas prietaisas, skirtas matuoti stabilizuotų suspensijų aukšto-temperatūrinio aukšto slėgio{3}} (HTHP) filtravimo greitį.
Vaizdo įrašų vadovas: API filtravimo testavimas naudojant NJSJ HTHP skysčių praradimo testerį
Šiame vadove parodyta, kaip sukonfigūruoti NJSJ aukšto{0}}temperatūros-slėgio skysčio praradimo testerį. Sekite filtravimo matavimus realiuoju laiku esant 6,9 MPa slėgio skirtumui, pabrėždami dinaminį CG214 kopolimero vandens sulaikymą.
6. Lauko maišymo gairės ir geriausia inžinerijos praktika
Kad CG214 būtų sėkmingai įdiegtas tikrosiose lauko-masto ypač-mažo tankio cementavimo operacijose, cementavimo inžinieriai turėtų laikytis šių lauko gairių:
A. Maišymo ir maišymo metodai
CG214 pasižymi dideliu suderinamumu su naftos telkinių maišymo technikomis, leidžiančiomis naudoti tiek sauso, tiek šlapio maišymo protokolus:
- Sausas maišymas (labai rekomenduojama):Prieš transportuodami išdžiovinkite{0}}, gerai sumaišykite CG214 su cementavimo milteliais, lengvais užpildais ir mikrosferomis. Naudokite mažo-sauso šlyties-maišymo metodus, kad išlaikytumėte tuščiavidurio stiklo ar keramikos mikrosferų struktūrinį vientisumą.
- Šlapias maišymas (maišymas rezervuare):Lėtai įpilkite CG214 į vandens rezervuarą, palaikydami aukštą maišymo greitį, kad užtikrintumėte greitą,{1}}be gabalėlių ištirpimą. Leiskite skysčiui visiškai hidratuoti prieš įdėdami kietus sausus cemento komponentus.
4 pav. NYLQ 45 laipsnių kampu laisvo skysčių tikrinimo įtaisas-Naudojamas nuliniam vandens atskyrimui užtikrinti, kai imituojamos labai-nukrypusios naftos gręžinio sąlygos.
Vaizdo įrašo vadovas: srutų maišymas naudojant NHJQ pastovaus greičio srutų maišytuvą
Pažiūrėkite, kaip veikia NHJQ maišytuvas. Išmokite tikslų vandens, skysčių netekimo priedų (CG214) ir cemento kietųjų fazių įvedimo procesą API-nurodytu šlyties greičiu, kad užtikrintumėte homogenišką bandymo suspensiją.
B. Kondicionavimas naudojant suderinamus tarpiklius
Kad padidintumėte zoninę izoliaciją, venkite mažo -tankio srutų užteršimo purvu. Rekomenduojame cemento suspensiją derinti su suderinamais išankstiniais-praplovimais ir tarpikliais, pvz., „Kelioil“CS serijos izoliaciniai tarpikliaiirCW serijos cheminiai plovikliai. Tai padeda pašalinti gręžimo purvo nuospaudą nuo korpuso ir formavimo sienų, sukuriant tvirtą,-be kanalų cemento-su uolienų ryšį.
C. Laboratorijos kokybės kontrolė
Prieš maišydami partiją, visada patikrinkite lauko vandens tiekimą ir sausas medžiagas naudodami pažangius diagnostikos prietaisus,{0}}pvz., didelio tikslumo konsistometrus, kuriuos pagaminoTianjin Nithons Technology Co., Ltd.-patikrinti tirštėjimo laiko kreives, reologinius parametrus ir nulinį laisvo{1}}vandens tikslą.
7. Išvada
Norint užtikrinti ilgalaikę-zoninę izoliaciją ir gręžinio struktūrinį vientisumą, labai svarbu įveikti sedimentacijos iššūkį atliekant 1,0–1,6 g/cm³ ultra-mažo tankio cementavimo operacijas. Kelioil'sCG214 anti-skysčių praradimo priedassėkmingai išsprendžia šias sudėtingas problemas. Suderinus didelio-efektyvumo dinaminio skysčių praradimo kontrolę su tvirtu erdviniu makromolekuliniu tinklu, CG214 apsaugo nuo fazių atsiskyrimo, užtikrina vienodą suspensijos tankį ir didelio-gniuždymo-stiprumo cemento apvalkalus. Operatoriams, gręžiantiems silpnus, žemo slėgio ir išsekusius rezervuarus, naudojant CG214 užtikrinamas puikus suspensijos našumas, nulinė be skysčių rizika ir patikima,-tvari izoliacija sudėtingose gręžinių aplinkose.
