เอาชนะความท้าทายในการตกตะกอนด้วยความเข้มข้น 1.0–1.6 g/cm³ Ultra- การประสานซีเมนต์ความหนาแน่นต่ำ: กลไกและการประยุกต์ใช้ CG214 Anti-สารเติมแต่งการสูญเสียของเหลวตกตะกอน - ความรู้

ในการก่อสร้างบ่อน้ำมันและก๊าซสมัยใหม่ การสำรวจอ่างเก็บน้ำที่หมดสิ้น การก่อตัวของน้ำลึก บริเวณแรงดันต่ำ- และการกำจัดมีเทนที่ฝังอยู่ในถ่านหิน ก่อให้เกิดความท้าทายทางโครงสร้างที่สอดคล้องกัน กล่าวคือ การก่อตัวทางธรณีวิทยาในพื้นที่เหล่านี้มีการไล่ระดับสีที่ต่ำมาก สารละลายซีเมนต์คลาส G มาตรฐาน ซึ่งโดยทั่วไปจะมีความหนาแน่นตั้งแต่ 1.88 ถึง 1.95 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร จะให้แรงดันอุทกสถิตสูงในระหว่างการเคลื่อนที่ ความดันนี้เกินเกณฑ์เชิงกลของหินที่เปราะบางได้อย่างง่ายดาย ทำให้เกิดการพังทลายของการก่อตัวของภัยพิบัติ การสูญเสียของเหลวจากการขุดเจาะอย่างรุนแรง และคุณภาพการประสานที่ไม่ดี

เพื่อขจัดความเสี่ยงเหล่านี้ ผู้ปฏิบัติงานประสานซีเมนต์ต้องอาศัยสารละลายซีเมนต์น้ำหนักเบาและความหนาแน่นต่ำเป็นพิเศษ- ซึ่งโดยทั่วไปจะออกแบบภายในช่วงความหนาแน่นของ1.0 ก./ซม. ถึง 1.6 ก./ซม. 3. อย่างไรก็ตาม การลดความหนาแน่นของสารละลายจะทำให้เกิดความไม่เสถียรทางกายภาพอย่างรุนแรง เมื่อความหนาแน่นลดลง สัดส่วนของน้ำต่อซีเมนต์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หรือมีการนำส่วนผสมที่มีความหนาแน่นต่ำ-ในปริมาณมาก (เช่น ซีโนสเฟียร์ ไมโครสเฟียร์แก้วกลวง และเพอร์ไลต์ขยายตัว) มาใช้ สิ่งนี้สร้างความเหลื่อมล้ำของเฟสอย่างรุนแรง นำไปสู่การตกตะกอนของอนุภาคอย่างรวดเร็ว การก่อตัวของของเหลวอิสระอย่างกว้างขวาง และโครงสร้างช่องสัญญาณด้านหลังเคส

เพื่อแก้ไขความขัดแย้งทางวิศวกรรมที่ซับซ้อนนี้บริษัท เคลิออยล์ เอ็นจิเนียริ่ง แมททีเรียล แอนด์ เทคโนโลยี จำกัดได้ออกแบบCG214 Anti-สารเติมแต่งการสูญเสียของเหลวตกตะกอน. โคโพลีเมอร์ประสิทธิภาพสูง-นี้ไม่เพียงแต่ควบคุมการกรองของไหลจนถึงมาตรฐาน API ที่เข้มงวดเท่านั้น แต่ยังสร้างเครือข่ายโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ยืดหยุ่นซึ่งกำจัดการตกตะกอนของของแข็งโดยสิ้นเชิง โดยให้เปลือกซีเมนต์ที่บ่มแล้วที่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างสมบูรณ์แบบจากด้านบนจนถึงด้านล่างของสายท่อเจาะของหลุมเจาะ

กลไกทางกายภาพหลักที่อยู่เบื้องหลังการตกตะกอนของแข็งในสารละลายซีเมนต์สามารถวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ได้ผ่านกฎของสโตกส์เวอร์ชันดัดแปลง การแสดงออกแบบคลาสสิกสำหรับความเร็วการตกตะกอนของเทอร์มินัล (v) ของอนุภาคทรงกลมแข็งเกร็งในของไหลหนืดถูกกำหนดเป็น:

v = [ 2 · r² · (ρ_p - ρ_f) · g ] / [ 9 · μ ]

ที่ไหน:

rคือรัศมีที่เท่ากันของอนุภาคของแข็ง
ρ_pคือความหนาแน่นของเฟสของแข็ง (เช่น อนุภาคซีเมนต์มาตรฐานที่ ~3.15 ก./ซม.³ หรือไมโครสเฟียร์เซรามิกกลวงที่ 0.4–0.8 ก./ซม.)
ρ_fคือความหนาแน่นของเฟสสารแขวนลอยของเหลวต่อเนื่อง (น้ำและสารเคมีที่ละลายอยู่ที่ ~1.0 ก./ซม.)
gคือค่าคงที่ความเร่งโน้มถ่วง
μคือความหนืดไดนามิก/ปรากฏชัดเจนของของไหล

ในสารละลายซีเมนต์ความหนาแน่นต่ำพิเศษ- ค่าทางกายภาพของตัวแปรเหล่านี้จะเบี่ยงเบนไปจากระบบทั่วไปอย่างมาก:

ประการแรก ความหนืดลดลงอย่างมาก:เมื่อลดความหนาแน่นลงเหลือ 1.1–1.3 กรัม/ซม. โดยไม่มีสารเติมแต่งประสิทธิภาพสูง- อัตราส่วนน้ำที่มากเกินไป-ต่อ- ของแข็งจะทำให้ความหนืดปรากฏของสารละลายลดลงอย่างรุนแรง (μ). ตามกฎของสโตกส์ ความหนืด (μ) เข้าใกล้ค่าต่ำของน้ำบริสุทธิ์ ซึ่งเป็นความเร็วของการตกตะกอน (v) ของอนุภาคซีเมนต์หนักจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ ทำให้เกิดการแยกตัวอย่างรวดเร็ว

ประการที่สอง ปรากฏการณ์การแยกแบบสองทิศทาง:สารละลายแบบดั้งเดิมมีเฟสของแข็งหนักกว่าน้ำ (ρ_p> ร_f) เคลื่อนตัวลง อย่างไรก็ตาม เมื่อเติมไมโครสเฟียร์แสงพิเศษ-เพื่อให้ได้ความหนาแน่นต่ำกว่า 1.2 g/cm³ ความหนาแน่นของพวกมันจะต่ำกว่าเฟสของเหลวมาก (ρ_p< ร_f). สิ่งนี้จะกลับคำ(ρ_p - ρ_f)ทำให้ไมโครสเฟียร์ลอยขึ้นอย่างรวดเร็วในขณะที่เมทริกซ์ซีเมนต์หนักตกลงไปด้านล่าง การแบ่งแยกแบบสองทิศทางนี้จะทำลายความสม่ำเสมอเชิงพื้นที่ของเปลือกซีเมนต์ของหลุมเจาะ เหลือ-ช่องทางของเหลวที่มีรูพรุนสูงที่ด้านบน และเฟสที่เปราะ-หนาแน่นมากที่ด้านล่าง

NCJQ Sedimentation Tube used for assessing particle settling and density variance in ultra-low density cement slurries

รูปที่ 1: ท่อตกตะกอน NCJQ-อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการที่จำเป็นที่ใช้ในการคำนวณการไล่ระดับตะกอนจากบน-ถึง-ด้านล่างภายใต้การบ่มที่อุณหภูมิสูง-

CG214 Anti-สารเติมแต่งการสูญเสียของเหลวตกตะกอนถูกสังเคราะห์โดย-โคพอลิเมอร์แบบรุนแรงโดยอิสระ เกิดเป็นโพลีเมอร์ที่ละลายน้ำได้-เชิงซ้อนโดยมีส่วนประกอบทางโครงสร้างที่ปรับแต่งมาโดยเฉพาะ ซึ่งแตกต่างจากอีเทอร์เซลลูโลสเชิงเส้นมาตรฐานหรือโพลีเมอร์สูญเสียของเหลวสังเคราะห์ธรรมดาที่เพียงแค่ทำให้ของเหลวข้นขึ้นโดยการบวม สถาปัตยกรรมโมเลกุลขนาดใหญ่ของ CG214 มีกลุ่มฟังก์ชันเฉพาะสูงสามกลุ่ม:

A. กลุ่มจุดยึด (โมโนเมอร์ที่มีซัลโฟเนต - AMPS):
กลุ่มเหล่านี้มีความทนทานต่ออุณหภูมิและความเค็มสูง หัวซัลโฟเนตที่มีขั้วสูงดูดซับอย่างแน่นหนาบนพื้นผิวของแร่ธาตุซีเมนต์ที่ให้ความชุ่มชื้นและไมโครสเฟียร์น้ำหนักเบาผ่านการเชื่อมด้วยไฟฟ้าสถิตและประสานกัน วิธีนี้จะยึดโซ่โพลีเมอร์ไว้กับเฟสของแข็งอย่างถาวร เพื่อให้แน่ใจว่าโซ่จะไม่หลุดออกจากกันภายใต้แรงเฉือนจากความร้อนสูง

B. เครือข่ายแบบเชื่อมโยง (อะคริลาไมด์โมโนเมอร์ - AM):
ส่วนอะคริลาไมด์ที่มีสายโซ่ยาว-แบบไม่มีไอออน-จะขยายลึกเข้าไปในเฟสของน้ำที่คั่นระหว่างหน้า เมื่อได้รับน้ำแล้ว กิ่งก้านเหล่านี้จะโต้ตอบกับโมเลกุลโพลีเมอร์ที่อยู่ติดกัน ทำให้เกิดเป็นเครือข่ายไมโครยืดหยุ่นแบบสามมิติ-(โครงสร้างเจลแบบยืดหยุ่นหนืด). เครือข่ายนี้ทำหน้าที่เหมือนใยที่มองไม่เห็น โดยดักจับโมเลกุลของน้ำอิสระ และระงับทั้งไมโครสเฟียร์น้ำหนักเบาและเม็ดซีเมนต์หนัก เครือข่ายให้ผลภายใต้แรงเฉือน (การสูบน้ำ) แต่จะมีการปฏิรูปทันทีเมื่ออยู่นิ่ง (การบ่ม) โดยล็อคทุกเฟสให้เข้าที่

C. น้ำที่ชอบน้ำ-วงแหวนกัก (อนุพันธ์ของไพโรลิโดน):
หมู่ฟังก์ชันแบบไซคลิกเหล่านี้สร้างเปลือกไฮเดรชั่นหนาแน่นผ่านพันธะไฮโดรเจนเข้มข้นกับโมเลกุลของน้ำที่อยู่รอบๆ ขณะที่น้ำพยายามหลบหนีไปสู่ชั้นหินที่สามารถซึมเข้าไปได้ภายใต้แรงกดดันที่แตกต่างกัน ชั้น-ชั้นความชุ่มชื้นที่มีสัมพรรคภาพสูงเหล่านี้จะคงของเหลวไว้ ซึ่งช่วยให้สารละลายสร้างเค้กตัวกรองที่มีความสามารถในการซึมผ่านได้ต่ำ-และบางเป็นพิเศษ- กับผนังหิน ซึ่งจะจำกัดการสูญเสียการกรอง API โดยรวมให้เหลือเพียงระดับต่ำมาก-

เมื่อผสมสูตรลงในระบบสารละลายซีเมนต์ความหนาแน่นต่ำพิเศษ- CG214 จะให้ข้อได้เปรียบในการดำเนินงานที่สำคัญหลายประการ:

ของไหลฟรีเป็นศูนย์ (ความเป็นเนื้อเดียวกัน 100%):ภายใต้โปรไฟล์การบ่มแบบเอียง แนวนอน หรือแนวตั้ง สารละลายที่มี CG214 จะแสดงการแยกน้ำอย่างอิสระ 0.0% อย่างสม่ำเสมอ ป้องกันไม่ให้ถุงน้ำไหลไปตามด้านสูงของหลุมเจาะที่เบี่ยงเบน
สุดยอดพลาสติกเทียมและแรงเฉือน-การทำให้ผอมบาง:ภายใต้-สภาวะการผสมและการปั๊มด้วยความเร็วสูง เครือข่ายเชิงพื้นที่ชั่วคราวของ CG214 จะจัดตำแหน่งและเฉือน-ให้บางได้อย่างง่ายดาย ส่งผลให้ความหนืดของสารละลายโดยรวมลดลง ซึ่งจะช่วยลดแรงกดดันจากแรงเสียดทานและปกป้องการก่อตัวที่ละเอียดอ่อนจากการแตกหักที่เกิดจากความหนาแน่นของการไหลเวียนที่เท่ากัน (ECD) สูง
ความลื่นไหลของสารละลายที่ดีเยี่ยม:สารละลายนี้รักษาความสามารถในการสูบจ่ายที่โดดเด่นและโปรไฟล์รีโอโลยีที่เรียบโดยไม่มีการเกิดเจลหรือให้ผลผลิตสูงในระหว่างการไหลแบบไดนามิก
ความต้านทานความร้อนกว้าง:ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือจากอุณหภูมิพื้นผิวโดยรอบสูงถึง 120 องศา โดยยังคงความเสถียรทางเคมีในกรณีที่โพลีเมอร์ชีวภาพ (เช่น เวลแลนกัมหรือแซนแทนกัม) ย่อยสลาย

ในวิดีโอสาธิตนี้ ค้นพบวิธีใช้ท่อตกตะกอน NCJQ เพื่อประเมินความเสถียรของการตกตะกอน เราวิเคราะห์ความแปรผันของความหนาแน่นของสารละลาย (Δρ) จากบนลงล่างของกระบอกสูบที่บ่มแล้ว โดยแสดงภาพเครือข่ายป้องกันที่เกิดจากสารต้านการตกตะกอน CG214- ภายใต้ขั้นตอนการทดสอบจริง

เพื่อสาธิตประสิทธิภาพของ CG214 ภายใต้สภาวะใต้หลุมเจาะจำลอง ได้ทำการศึกษาทดลองที่ครอบคลุมภายในห้องปฏิบัติการประสานมืออาชีพ สารละลายถูกเตรียมโดยใช้โปรแกรมการผสมแรงเฉือนสูง-ตามแนวทางปฏิบัติที่แนะนำของ API 10B-2

NHJQ Constant Speed Mixer used to prepare homogenous oilfield cement slurries

รูปที่ 2: ตัวผสมความเร็วคงที่ของ NHJQ-มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการจำลองรูปแบบแรงเฉือนสนามเพื่อเตรียมสารละลายที่มีความหนาแน่นต่ำ-ที่เป็นเนื้อเดียวกัน

ส่วนประกอบของสูตรสารละลาย:

ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์คลาส G (100%)
ไมโครสเฟียร์ซิลิเกตกลวง (35% BWOC เพื่อให้ได้ความหนาแน่นเป้าหมาย 1.25 ก./ซม.)
สารช่วยกระจายตัว (0.5% BWOC)
CG214 Anti-สารเติมแต่งการสูญเสียของเหลวตกตะกอน (1.5% BWOC สำหรับสูตร 2)
น้ำผสมทั้งหมด (ปรับตามความหนาแน่นของเป้าหมาย)

พารามิเตอร์ระบบถนนลาดยาง	สูตรควบคุม (ไม่มี CG214)	สูตรดัดแปลง (มี CG214 1.5%)
ความหนาแน่นของสารละลายเป้าหมาย (g/cm³)	1.25	1.25
การสูญเสียของไหล API ที่ 75 องศา , 6.9 MPa (มล./30 นาที)	342 มล. (การระเบิดที่สำคัญ)	42 มล. (ควบคุมได้ดีเยี่ยม)
ปริมาณของเหลวฟรี (2 ชั่วโมง มาตรฐาน API)	5.2%	0.0% (ไม่มีการแยก)
ความหนาแน่นสูงสุดของคอลัมน์แกนกลางที่บ่มแล้ว (g/cm³)	1.08 (โครงสร้างมีรูพรุนสูง)	1.24
ความหนาแน่นด้านล่างของคอลัมน์แกนกลางที่บ่มแล้ว (g/cm³)	1.36 (การชำระหนี้อย่างหนัก)	1.25
การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นสุทธิ (Δρ)	0.28 ก./ซม. (ไม่เสถียรอย่างยิ่ง)	< 0.01 g/cm³ (Flawless)
กำลังรับแรงอัด 24 ชั่วโมง (MPa)	2.8 เมกะปาสคาล	6.8 เมกะปาสคาล

การอภิปรายเกี่ยวกับผลลัพธ์:สารละลายซีเมนต์ควบคุมมีปัญหาการตกตะกอนอย่างกว้างขวางในระหว่างการบ่มแบบคงที่ เนื่องจากการแยกความหนาแน่นสูง- ด้านบนของแม่พิมพ์ที่บ่มแล้วจึงแสดงโปรไฟล์ความหนาแน่นบางพิเศษ-ที่ 1.08 g/cm³ ในขณะที่ด้านล่างถึง 1.36 g/cm³ ความแปรปรวนมากนี้ (Δρ= 0.28 g/cm³) อาจทำให้ตัวรองรับเคสล้มเหลวในหลุมลึก ในทางตรงกันข้าม สารละลายที่มี CG214 1.5% ยังคงความเป็นเนื้อเดียวกันที่โดดเด่น โดยรักษาความแปรผันของความหนาแน่นให้ต่ำกว่า 0.01 g/cm³ ทั่วทั้งคอลัมน์ของชิ้นงานทดสอบ

NJSJ HTHP Fluid Loss Cell for assessing fluid filtration control under downhole temperature and pressure

รูปที่ 3: NJSJ HTHP Fluid Loss Cell-เครื่องมือที่เชื่อถือได้ ซึ่งออกแบบมาเพื่อวัดอัตราการกรอง-อุณหภูมิสูง ความดันสูง (HTHP) (HTHP) ของของเหลวที่มีความเสถียรสูง

คู่มือนี้สาธิตวิธีกำหนดค่าเครื่องทดสอบการสูญเสียของเหลวความดันสูง-อุณหภูมิสูง- NJSJ ปฏิบัติตามการวัดการกรองตามเวลาจริง-ภายใต้แรงดันต่าง ๆ 6.9 MPa โดยเน้นที่การกักเก็บน้ำแบบไดนามิกของโคโพลีเมอร์ CG214

หากต้องการนำ CG214 ไปใช้งานจริงในการดำเนินการประสานซีเมนต์ความหนาแน่นต่ำ-มาตราส่วนพิเศษ-จริง วิศวกรปูนซีเมนต์ควรปฏิบัติตามหลักเกณฑ์ภาคสนามต่อไปนี้:

CG214 แสดงให้เห็นความเข้ากันได้สูงกับเทคนิคการผสมบ่อน้ำมัน ทำให้สามารถผสมแบบแห้งและแบบเปียกได้:

การผสมแบบแห้ง (แนะนำเป็นอย่างยิ่ง):แห้ง-ผสม CG214 ให้ละเอียดด้วยผงซีเมนต์ สารขยายน้ำหนักเบา และไมโครสเฟียร์ก่อนขนส่ง ใช้วิธีผสม-แรงเฉือนแห้ง-ต่ำเพื่อรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างของแก้วกลวงหรือไมโครสเฟียร์เซรามิก
การผสมแบบเปียก (การผสมถังแบบแบทช์):ค่อยๆ เติม CG214 ลงในแท้งค์น้ำ โดยรักษาอัตราการกวนให้สูงเพื่อให้แน่ใจว่าจะละลายตัวเป็นก้อนอย่างรวดเร็ว- ปล่อยให้ของเหลวชุ่มชื้นเต็มที่ก่อนเติมส่วนประกอบปูนซีเมนต์แห้งที่เป็นของแข็ง

NYLQ 45 Degree Angle Free Fluid Testing Device used to verify water-retaining properties in highly deviated wells

รูปที่ 4: อุปกรณ์ทดสอบของไหลอิสระทำมุม 45 องศาของ NYLQ-ใช้เพื่อให้แน่ใจว่ามีการแยกน้ำเป็นศูนย์ภายใต้สภาวะจำลองของบ่อน้ำมันที่มีความเบี่ยงเบนสูง-

ดูการทำงานของมิกเซอร์ NHJQ เรียนรู้กระบวนการที่แม่นยำในการเติมน้ำ สารเติมแต่งสูญเสียของไหล (CG214) และเฟสของแข็งของซีเมนต์ที่ความเร็วเฉือนที่ระบุ API- เพื่อให้แน่ใจว่าสารละลายทดสอบเป็นเนื้อเดียวกัน

หากต้องการเพิ่มการแยกโซนให้สูงสุด ให้หลีกเลี่ยงการปนเปื้อนโคลนของสารละลายที่มีความหนาแน่นต่ำ- เราขอแนะนำให้ผสมสารละลายซีเมนต์กับพรี-พรีฟลัชและสเปเซอร์ที่เข้ากันได้ เช่น Kelioil'sตัวเว้นระยะแยกซีรีส์ CSและCW ซีรีส์เคมีล้าง. ซึ่งจะช่วยขจัดคราบโคลนเจาะออกจากผนังท่อและชั้นหิน ทำให้เกิดพันธะ-ซีเมนต์อิสระ-กับ-หินที่แข็งแกร่ง

ก่อนการผสมเป็นชุด ให้ทดสอบแหล่งจ่ายน้ำและวัสดุแห้งในสนามเสมอโดยใช้เครื่องมือวินิจฉัยขั้นสูง-เช่น เครื่องตรวจวัดความเที่ยงตรงสูง-ที่ผลิตโดยบริษัท เทียนจิน นิทอนส์ เทคโนโลยี จำกัด-เพื่อตรวจสอบเส้นโค้งเวลาที่หนาขึ้น พารามิเตอร์รีโอโลจี และเป้าหมายน้ำที่ปราศจาก-เป็นศูนย์

การเอาชนะความท้าทายในการตกตะกอนในการดำเนินการประสานความหนาแน่นต่ำพิเศษ 1.0–1.6 ก./ซม.³- ถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการรับประกัน-การแยกโซนในระยะยาวและความสมบูรณ์ของโครงสร้างของหลุมเจาะ คีลิออยล์CG214 Anti-สารเติมแต่งการสูญเสียของเหลวตกตะกอนแก้ไขปัญหาที่ท้าทายเหล่านี้ได้สำเร็จ ด้วยการรวมการควบคุมการสูญเสียของไหลแบบไดนามิกที่มีประสิทธิภาพสูง-เข้ากับเครือข่ายโมเลกุลขนาดใหญ่เชิงพื้นที่ที่แข็งแกร่ง CG214 จึงป้องกันการแยกเฟส ทำให้มั่นใจได้ถึงความหนาแน่นของสารละลายที่สม่ำเสมอและเปลือกซีเมนต์ที่มี-แรงอัด-สูง สำหรับผู้ปฏิบัติงานในการขุดเจาะแหล่งกักเก็บที่อ่อนแอ - และแหล่งกักเก็บที่หมดลง การใช้ CG214 จะให้ประสิทธิภาพของสารละลายที่ดีเยี่ยม ความเสี่ยงของของเหลวเป็นศูนย์ และการแยกส่วนที่เชื่อถือได้และยาวนาน- ภายใต้สภาพแวดล้อมใต้หลุมเจาะที่ท้าทาย