Was ist die Zementierung von Ölquellen?
Die Zementierung von Ölbohrungen ist eine der wichtigsten Phasen bei der Herstellung von Öl- und Gasbohrungen. Sie dient dazu, die Öl-, Gas- und Wasserschichten im Bohrloch zu isolieren, die Verrohrung zu schützen, die Lebensdauer des Bohrlochs zu verlängern und die Effizienz der Kohlenwasserstoffförderung zu erhöhen. Nach Angaben des American Petroleum Institute entfallen auf Zementierungsadditive 38% der bei Ölfeldarbeiten verwendeten Chemikalien. Die Anwendung von wasserreduzierenden Mitteln in Ölfeldzementen hat sich zu einem zentralen technischen Ansatz entwickelt, um verschiedene komplexe Zementierungsprobleme zu lösen, die Zementierungsqualität zu verbessern und die Öl- und Gasreservoirs zu schützen.
Zementierung von Ölquellen in den russischen Polarregionen
Arktische Öl- und Gasvorkommen befinden sich überwiegend in Permafrostgebieten mit Temperaturen von -5°C bis -18°C, einem Eisgehalt von bis zu 80% und einer Tiefe von bis zu 500 Metern. Bei herkömmlichen Zementmörteln verlangsamen der dichte Permafrost in den Polarregionen und die niedrigen Temperaturen das Abbinden und die Festigkeitsentwicklung. Wenn die Temperatur unter 0 °C fällt, kondensiert das Wasser im Zementmörtel und nimmt nicht an der Hydratationsreaktion teil. Infolgedessen kann der Mörtel nicht ausreichend abbinden, so dass die Zementierung des Brunnens fehlschlägt. Darüber hinaus kann die während des Hydratationsprozesses des Zementschlamms freigesetzte Wärme den Permafrost auftauen lassen. Die Erdgashydrate im Permafrost können eine umfassende Zersetzung auslösen, was zu Risiken wie Bohrlochtritten oder Blowouts während der Bohrarbeiten führen kann.
Russland hat sich für ein leichtes Zementmörtelsystem entschieden, da es eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Es verhindert die Wärmeübertragung zwischen dem Bohrloch und der Formation. In dieser Zementmörtelformulierung spielt das Polycarboxylat-Fließmittel eine Schlüsselrolle bei der Reduzierung der exothermen Wärme, die während der Hydratationsreaktion entsteht, während Sicherstellung, dass die Schlämme innerhalb des erforderlichen Zeitrahmens aushärtet und eine ausreichende Festigkeit erreicht.
Was ist ein Polycarboxylat-Fließmittel bei der Zementierung von Ölquellen?
Als Hochleistungs-Wasserreduktionsmittel der dritten Generation, Fließmittel auf Polycarboxylatbasis sind konzipiert zu verbessern die Verarbeitbarkeit, Festigkeit und Haltbarkeit von zementgebundenen Systemen durch Verringerung des Wasser-zu-Zement- oder Wasser-zu-Gips-Verhältnisses. LANDU Novastar Polycarboxylate Superplasticizer ist hochverträglich mit andere Zusatzstoffe, wie Gipsverzögerer, Luftporenbildner, oder Beschleuniger und verschiedene Grundstoffe wie PST-1-50-Zement. Bei der Zementierung von Ölquellen dient es als:
Dispersionsmittel
Das Bohrklein in der Bohrspülung kann ein räumliches Netzwerk bilden, wenn seine Konzentration zu hoch ist. Diese Netzwerkstruktur kann durch gelöste Salze, insbesondere mehrwertige Kationen, im Wasser in Salz-Gips-Formationen verstärkt werden. Diese untergräbt schließlich die Fließfähigkeit der Bohrspülung. Ein weiterer vielseitiger Zusatzstoff ist Gips, der sich besonders zur Verkürzung der Abbindezeit von Zementmörtel in Permafrostgebieten eignet. Allerdings erhöht er auch die Viskosität der Schlämme erheblich.
LANDU NOVASTAR Polycarboxylat-Fließmittel unterbricht diese Netzwerkstruktur wirksam, setzt eingeschlossenes Wasser frei und reguliert dadurch die Viskosität und Scherspannung der Bohrspülung. Diese ist, weil Die negativ geladenen Carboxylgruppen (-COOH) der PCE-Moleküle stoßen Zementpartikel ab und verhindern so ein Ausflocken. Außerdem bilden die langen Seitenketten der PCE-Moleküle eine physikalische Barriere zwischen den Zementpartikeln, was die Reibung verringert und die Fließfähigkeit verbessert.
Wasserreduktionsmittel
LANDU NOVASTAR Polycarboxylat-Fließmittel Wasserreduziermittel optimiert die Partikelgrößenverteilung (PSD) von Zement und Zusatzstoffen, erhöht den Feststoffanteil pro Volumeneinheit und minimiert den Wasser-Zement-Wert der Suspension. Sie verkürzt die Dauer der die Erstarrungszeit des Zements und erhöht die Druckfestigkeit des Zements bei gleichzeitiger Verringerung der Porosität und Durchlässigkeit.
Verarbeitbarkeitsverbesserer
Bei der Zementierung von Ölbohrungen ist die Aufrechterhaltung der Fließfähigkeit (Slump Retention) von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass der Zement reibungslos über lange Strecken und durch komplexe Bohrlochgeometrien gepumpt werden kann. PCE-Moleküle sind weniger anfällig für Adsorption durch Zementpartikel im Vergleich zu traditionelle Fließmittel (z. B. sulfoniertes Naphthalinformaldehyd - SNF). Es verbessert die Verarbeitbarkeit von Zementmischungen erheblich. Es erhält die Fließfähigkeit der Mischung über längere Zeiträume und verhindert so den Verlust von Klumpen. Sorgt für eine reibungslose und effiziente Förderung von Zementschlämmen, selbst in Hochdruck- und Hochtemperaturumgebungen (HPHT). PCE-Fließmittel sind thermisch stabil und behalten ihre Leistungsfähigkeit auch bei erhöhten Temperaturen und Drücken.
Aceton-Formaldehyd-Sulfit vs. PCE-Fließmittel
- Bei der Zementierung von Ölbohrungen wird das Dispersionsmittel Aceton-Formaldehyd-Sulfit (AFS) ist noch immer aktiv als ein Monopol. Allerdings, PCE Fließmittel hat begonnen, sich abzuzeichnen in den letzten Jahren wegen der folgenden Vorteile.
| Merkmal | PCE Fließmittel | AFS Dispergiermittel |
|---|---|---|
| Effizienz | Hohe Effizienz bei niedriger Dosierung. | Geringere Wirksamkeit, höhere Dosierung erforderlich. |
| Klumpenrückhaltung | Hervorragende Standfestigkeit über längere Zeiträume. | Begrenzte Standfestigkeit aufgrund von Zementabsorption. |
| Wasserreduzierung | Bis zu 30% oder mehr Wasserreduzierung. | Typischerweise 15-20% Wasserreduzierung. |
| Auswirkungen auf die Umwelt | Geringe Toxizität und biologische Abbaubarkeit. | Kann Sulfonatgruppen enthalten, die Umweltprobleme verursachen. |
| Kompatibilität | Sehr gut verträglich mit anderen Zusatzstoffen. | Kann Kompatibilitätsprobleme mit bestimmten Zusatzstoffen haben. |
