1. Összefoglaló és iparági háttér
A modern olaj- és gázkútépítés során a kimerült tározók, mélyvízi képződmények, alacsony nyomású zónák,{0}}szénágyas metánsöprések feltárása következetes szerkezeti kihívást jelent: ezeken a területeken a geológiai képződmények rendkívül alacsony repedési gradienssel rendelkeznek. A standard G osztályú cementiszapok, amelyek sűrűsége jellemzően 1,88-1,95 g/cm³, nagy hidrosztatikai nyomást fejtenek ki az elmozdulás során. Ez a nyomás könnyen túllépi a törékeny kőzetek mechanikai küszöbértékeit, ami katasztrofális képződménybontást, súlyos fúrási folyadékveszteséget és rossz cementezési minőséget idéz elő.
E kockázatok kiküszöbölése érdekében a cementezők nagymértékben támaszkodnak könnyű és ultra{0}}alacsony sűrűségű cementiszapokra, amelyeket jellemzően a következő sűrűségtartományon belül terveztek.1,0 g/cm³ és 1,6 g/cm³ között. A hígtrágya sűrűségének csökkentése azonban súlyos fizikai instabilitást okoz. A sűrűség csökkenésével a víz cementhez viszonyított aránya drámaian megnő, vagy nagy mennyiségű kis sűrűségű adalékanyag (például cenoszférák, üreges üveg mikrogömbök és expandált perlit) kerül bevezetésre. Ez súlyos fáziskülönbségeket hoz létre, ami gyors részecskék ülepedéshez, kiterjedt szabad folyadékképződéshez és szerkezeti csatornázásokhoz vezet a burkolat mögött.
Ennek az összetett mérnöki paradoxonnak a feloldásáhozA Kelioil Mérnöki Anyag és Technológiai Zrt.megtervezte aCG214 -Ülepedő folyadékveszteség-gátló adalék. Ez a nagy -teljesítményű kopolimer nemcsak a folyadékszűrést szabályozza a szigorú API-szabványok szerint, hanem egy rugalmas makromolekuláris hálózatot is kialakít, amely teljesen kiküszöböli a szilárd anyagok leülepedését, és tökéletesen homogén kikeményedett cementburkolatot biztosít a fúrólyuk burkolatának tetejétől az aljáig.
2. A könnyűszerkezetes rendszerek fizikai és ülepedési dinamikájának megértése
A cementiszapokban a szilárd anyagok ülepedése mögött meghúzódó alapvető fizikai mechanizmus a Stokes-törvény módosított változatán keresztül matematikailag elemezhető. A terminális ülepedési sebesség klasszikus kifejezése (v) egy merev gömb alakú részecske viszkózus folyadékban a következőképpen definiálható:
Ahol:
- ra szilárd részecske egyenértékű sugara.
- ρpa szilárd fázis sűrűsége (pl. standard cementrészecskék ~3,15 g/cm³ vagy üreges kerámia mikrogömbök 0,4–0,8 g/cm³).
- ρfa folyamatos folyékony szuszpenziós fázis sűrűsége (víz és oldott vegyszerek ~1,0 g/cm³).
- ga gravitációs gyorsulási állandó.
- μa folyadék dinamikus/látszólagos viszkozitása.
Az ultra-alacsony sűrűségű cementiszapokban ezeknek a változóknak a fizikai értékei drasztikusan eltérnek a hagyományos rendszerektől:
Először is, az extrém viszkozitáscsökkenés:Ha a sűrűséget 1,1–1,3 g/cm³-re csökkentjük nagy-teljesítményű adalékok nélkül, a túlzott víz-/-szilárdanyag arány súlyosan csökkenti a hígtrágya látszólagos viszkozitását (μ). A Stokes törvénye szerint viszkozitásként (μ) megközelíti a tiszta víz alacsony értékét, az ülepedési sebességet (v) a nehéz cementrészecskék exponenciálisan felemelkednek, ami gyors elválást okoz.
Másodszor, a kétirányú elválasztás jelensége:A hagyományos iszap a víznél nehezebb szilárd fázisokat tartalmaz (ρp> ρf), lefelé haladva. Ha azonban ultrakönnyű mikrogömböket adunk hozzá 1,2 g/cm³ alatti sűrűség eléréséhez, sűrűségük sokkal kisebb, mint a folyadékfázisé (ρp< ρf). Ez megfordítja a kifejezést(ρp - ρf), aminek következtében a mikrogömbök gyorsan felfelé úsznak, miközben a nehéz cementmátrix leülepszik. Ez a kétirányú szegregáció tönkreteszi a fúrólyuk cementburkolatának térbeli egyenletességét, magas-porozitású folyadékcsatornákat hagyva a tetején, és rideg, hiper-sűrű fázisokat alul.
1. ábra: NCJQ ülepítőcső-A magas-hőmérsékletű térhálósodás során a felső{2}}alulról-lefelé irányuló ülepedési gradiens kiszámításához használt alapvető laboratóriumi berendezés.
3. A CG214 molekuláris szerkezete és sok{1}}hatásmechanizmusa
CG214 -Ülepedő folyadékveszteség-gátló adalékszabad{0}}gyökös kopolimerizációval szintetizálják, így összetett, vízben-oldható polimert képeznek testreszabott szerkezeti komponensekkel. Ellentétben a szokásos lineáris cellulóz-éterekkel vagy az egyszerű szintetikus folyadékveszteség-polimerekkel, amelyek pusztán duzzadással sűrítik a folyadékot, a CG214 makromolekuláris felépítése három nagyon specifikus funkciós csoportot tartalmaz:
A. Horgonycsoportok (szulfonált monomerek - AMPS):
Ezek a csoportok erősen ellenállnak a magas hőmérsékletnek és a sótartalomnak. A rendkívül poláris szulfonátfejek elektrosztatikus és koordináta kötés révén szilárdan adszorbeálódnak a hidratáló cementásványok és könnyű mikrogömbök felületén. Ez tartósan rögzíti a polimer láncokat a szilárd fázisokhoz, biztosítva, hogy ne váljanak szét nagy termikus nyírás hatására.
B. Asszociatív hálózati láncok (akrilamid monomerek - AM):
A nem -ionos, hosszú-láncú akrilamid szegmensek mélyen benyúlnak az intersticiális vízfázisba. Miután hidratált, ezek az ágak kölcsönhatásba lépnek a szomszédos polimer molekulákkal, létrehozva aháromdimenziós rugalmas mikro-hálózat (viszkoelasztikus gélszerkezet). Ez a hálózat láthatatlan hálóként működik, megfogja a szabad vízmolekulákat, és felfüggeszti mind a könnyű mikrogömböket, mind a nehéz cementszemcséket. A hálózat nyírás alatt enged (szivattyúzás), de statikus állapotban (keményedve) azonnal megreformálódik, és minden fázist a helyén rögzít.
C. Hidrofil víz-visszatartó gyűrűk (pirrolidon-származékok):
Ezek a ciklusos funkciós csoportok sűrű hidratációs héjakat képeznek a környező vízmolekulákkal való intenzív hidrogénkötés révén. Miközben a víz megpróbál áteresztő képződményekbe menekülni nyomáskülönbség alatt, ezek a nagy-affinitású hidratációs rétegek visszatartják a folyadékot, segítve a zagyot, hogy dinamikus, alacsony-áteresztőképességű, ultravékony szűrőpogácsát hozzon létre a sziklafalon. Ez rendkívül alacsony szintre korlátozza az API teljes szűrési veszteségét.
4. A CG214 legfontosabb teljesítménye 1,0–1,6 g/cm³ borítékokban
Ultra{0}}alacsony sűrűségű cementiszap-rendszerekké alakítva a CG214 számos jelentős működési előnnyel rendelkezik:
- Zero Free Fluid (100%-os homogenitás):A ferde, vízszintes vagy függőleges térhálósodási profilok esetén a CG214-es iszapok folyamatosan 0,0%-os szabad vízleválasztást mutatnak, megakadályozva a vízzsebek csatornázását az elhajlott kútfúrások magas oldalán.
- Kiváló pszeudoplaszticitás és nyírás{0}}vékonyítás:Nagy sebességű-keverési és szivattyúzási körülmények között a CG214 ideiglenes térbeli hálózatai könnyen beilleszkednek és vékonyodnak-, csökkentve a hígtrágya általános viszkozitását. Ez csökkenti a súrlódási nyomást és megvédi az érzékeny képződményeket a nagy egyenértékű keringési sűrűség (ECD) okozta törésektől.
- Kiváló szuszpenziós folyékonyság:A zagy kiemelkedő szivattyúzhatóságot és lapos reológiai profilt tart fenn gélesedés vagy magas hozamértékek nélkül a dinamikus áramlás során.
- Széles hőállóság:Megbízhatóan működik akár 120 fokos felületi környezeti hőmérséklettől, és kémiailag stabil marad ott, ahol a biológiai biopolimerek (például welan gumi vagy xantángumi) lebomlanak.
Videó útmutató: Az alacsony sűrűségű iszap stabilitásának tesztelése NCJQ ülepítő csővel
Ebben a bemutató videóban megtudhatja, hogyan használhatja az NCJQ ülepítő csövet az ülepedés stabilitásának értékelésére. Elemezzük a szuszpenziósűrűség változását (Δρ) a kikeményedett henger tetejétől az aljáig, megjelenítve a CG214 ülepedésgátló szer által alkotott védőhálót valós vizsgálati eljárások során.
5. Laboratóriumi tesztelés és kísérleti ellenőrzés
A CG214 szimulált furatkörülmények közötti teljesítményének demonstrálására átfogó kísérleti vizsgálatot végeztek egy professzionális cementáló laboratóriumban. Az iszapokat nagy-nyírású keverési programmal készítették el az API 10B-2 ajánlott gyakorlatának megfelelően.
2. ábra: NHJQ állandó sebességű keverő-kritikus a terepi nyírási minták replikálásához, homogén, kis sűrűségű iszapok készítéséhez.
A hígtrágya készítmény összetevői:
- G osztályú portlandcement (100%)
- Üreges szilikát mikrogömbök (35% BWOC az 1,25 g/cm³ célsűrűség eléréséhez)
- Diszpergálószer (0,5% BWOC)
- CG214 -Ülepedő folyadékveszteséget gátló adalék (1,5% BWOC a Forma 2-hez)
- Összes keverővíz (a célsűrűséghez igazítva)
Összehasonlító teljesítményértékelési mátrix:
| A szuszpenziós rendszer paramétere | Ellenőrzési képlet (CG214 nélkül) | Módosított képlet (1,5% CG214-el) |
|---|---|---|
| Megcélzott zagysűrűség (g/cm³) | 1.25 | 1.25 |
| API folyadékveszteség 75 fokon, 6,9 MPa (mL/30 perc) | 342 ml (kritikus kifúvás) | 42 ml (kiváló kontroll) |
| Free Fluid Volume (2 óra, API szabvány) | 5.2% | 0,0% (nincs elválasztás) |
| Kikeményedett magoszlop felső sűrűsége (g/cm³) | 1,08 (nagyon porózus szerkezet) | 1.24 |
| Kikeményedett magoszlop alsó sűrűsége (g/cm³) | 1,36 (Erős telepedés) | 1.25 |
| Nettó sűrűségváltozás (Δρ) | 0,28 g/cm³ (rendkívül instabil) | < 0.01 g/cm³ (Flawless) |
| 24 órás nyomószilárdság (MPa) | 2,8 MPa | 6,8 MPa |
Az eredmények megbeszélése:A kontroll cementiszap kiterjedt ülepedési problémákat mutatott a statikus térhálósodás során. A nagy-sűrűségű elválasztás miatt a kikeményedett forma teteje ultravékony, 1,08 g/cm³ sűrűségű profilt{2}} mutatott, míg az alsó 1,36 g/cm³-t. Ez a nagy szórás (Δρ= 0.28 g/cm³) a burkolat meghibásodásához vezethet. Ezzel szemben az 1,5% CG214-et tartalmazó iszap kiemelkedő homogenitást tartott fenn, és a sűrűségváltozásokat 0,01 g/cm3 alatt tartotta a teljes mintaoszlopon.
3. ábra: NJSJ HTHP Fluid Loss Cell-Megbízható műszer, amelyet stabilizált iszapok magas-hőmérsékletű, nagynyomású- (HTHP) szűrési sebességének mérésére terveztek.
Videó útmutató: API-szűrési tesztelés NJSJ HTHP folyadékveszteség-tesztelővel
Ez az útmutató bemutatja, hogyan kell konfigurálni az NJSJ magas{0}}magas hőmérsékletű-nyomású folyadékveszteség-tesztelőt. Kövesse a valós idejű szűrési méréseket-6,9 MPa nyomáskülönbség mellett, kiemelve a CG214 kopolimer dinamikus vízvisszatartását.
6. Helyszíni keverési irányelvek és legjobb mérnöki gyakorlatok
A CG214 sikeres megvalósításához a tényleges terepi-méretű ultra-kis sűrűségű cementálási műveletekben a cementáló mérnököknek be kell tartaniuk a következő terepi irányelveket:
A. Keverési és keverési módszerek
A CG214 kiválóan kompatibilis az olajmezős keverési technikákkal, lehetővé téve mind a száraz, mind a nedves keverési protokollokat:
- Száraz keverés (nagyon ajánlott):Szállítás előtt szárítsa meg{0}}a CG214-et alaposan keverje össze a cementáló porral, a könnyű töltőanyagokkal és a mikrogömbökkel. Használjon alacsony-nyírású száraz-keverési módszereket az üreges üveg vagy kerámia mikrogömbök szerkezeti integritásának megőrzésére.
- Nedves keverés (szakaszos tartályos keverés):Lassan töltse a CG214-et a víztartályba, miközben a keverési sebességet magasan tartsa, hogy biztosítsa a gyors, csomómentes{1}}oldódást. Hagyja a folyadékot teljesen hidratálódni, mielőtt hozzáadná a szilárd, száraz cementkomponenseket.
4. ábra: NYLQ 45 fokos szögben szabad folyadékvizsgáló eszköz-A vízleválasztás nullaságának biztosítására szolgál szimulált, erősen-eltéréses olajkút körülmények között.
Videó útmutató: Zagykeverés NHJQ állandó sebességű zagykeverővel
Tekintse meg az NHJQ Mixert működés közben. Tanulja meg a víz, a folyadékveszteség adalékok (CG214) és a cement szilárd fázisainak API-meghatározott nyírósebességekkel történő bevezetésének pontos folyamatát a homogén tesztiszap biztosítása érdekében.
B. Kondicionálás kompatibilis távtartókkal
A zóna izolációjának maximalizálása érdekében kerülje az alacsony sűrűségű iszap szennyeződését{0}}. Javasoljuk, hogy a cementiszapot kompatibilis elő-öblítésekkel és távtartókkal kombinálja, mint például a KelioilCS sorozatú szigetelő távtartókésCW sorozatú vegyi mosók. Ez segít eltávolítani a fúróiszap-pogácsát a burkolatról és a formáció falairól, robusztus, csatornamentes-cement---kötést hozva létre.
C. Laboratóriumi minőségellenőrzés
A szakaszos keverés előtt mindig tesztelje a szántóföldi vízellátást és a száraz anyagokat fejlett diagnosztikai műszerekkel-, például a cég által gyártott nagy- pontosságú konzisztométerekkel.Tianjin Nithons Technology Co., Ltd.-a sűrűsödési időgörbék, a reológiai paraméterek és a nulla szabad{1}}vízcélok ellenőrzéséhez.
7. Következtetés
Az ülepítési kihívás leküzdése 1,0–1,6 g/cm³ ultra-alacsony sűrűségű cementálási műveletekkel kulcsfontosságú a hosszú távú zónális-szigetelés és a fúrólyuk szerkezeti integritása szempontjából. KelioilCG214 -Ülepedő folyadékveszteség-gátló adaléksikeresen megoldja ezeket a kihívást jelentő problémákat. A nagy-hatékonyságú dinamikus folyadékveszteség-szabályozás robusztus térbeli makromolekuláris hálózattal való kombinálásával a CG214 megakadályozza a fázisok szétválását, egyenletes szuszpenziósűrűséget és nagy -nyomószilárdságú-cementburkolatot biztosít. A gyenge, alacsony nyomású és kimerült tározókat fúró kezelők számára a CG214 bevezetése kiváló iszapos teljesítményt, nulla mentes folyadékkockázatot és megbízható, -hosszú ideig tartó szigetelést biztosít kihívást jelentő fúrási környezetben.
