Was ist die Zementierung von Ölquellen?
Bei der Zementierung von Erdölbohrungen wird ein Futterrohr in ein Bohrloch eingebracht und Zement in den Ringraum zwischen dem Futterrohr injiziert. Als wichtiger Bestandteil der Ölbohrindustrie werden in der Regel mindestens zwei Zementierungsvorgänge für Produktionsbohrungen und bis zu fünf für Explorationsbohrungen durchgeführt. Es gibt 5 Hauptzwecke für die Zementierung von Ölquellen.
- Stabilisierung der Integrität von Bohrlöchern - Zur Isolierung instabiler oder zerklüfteter Formationen, zur Verstärkung gebohrter Abschnitte und zur Gewährleistung eines reibungslosen Bohrfortschritts.
- Unterstützung der Bohrlochkopfinstallation - Bereitstellung eines Fundaments für Blowout-Präventionssysteme und Aufrechterhaltung eines ordnungsgemäßen Spülungsrückflusses durch Anhebung des Bohrspülauslasses über die Spülungsgrube.
- Zonale Isolierung - Verhinderung von Querströmungen zwischen Öl-, Gas- und Wasserschichten mit unterschiedlichen Drücken, um optimale Bedingungen für die Kohlenwasserstoffförderung zu gewährleisten.
- Schutz der Süßwasserressourcen - Abschirmung von oberflächennahen Süßwasser-Aquiferen vor Verunreinigungen durch tiefer liegendes Öl, Gas, Solen oder andere Formationsflüssigkeiten.
- Steigerung des Produktionspotenzials - Schaffung einer sicheren Bohrlochstruktur für künftige Stimulationsbehandlungen, z. B. Säurebehandlung und Hydraulic Fracturing, zur Steigerung der Produktion.
Anwendung der Zementierungstechnologie in Russland
- In den letzten Jahren sind die Schäden an der Verrohrung russischer Ölfelder sprunghaft angestiegen. 17% bis 38%was zu einem jährlichen Produktionsverlust von etwa 7,6-16,6 Millionen Tonnen von Öl. Im Jahr 2015, Rosneft berichtet um 1.900 beschädigte Brunnenund führt zu einem kumulativen Verlust von 9,01 Millionen Tonnen, während Tatneft dokumentiert fast 800 betroffene Brunnen, Verringerung der Produktion um 1,09 Millionen Tonnen. Bei acht großen Ölgesellschaften reichten die Ausfallraten für Verrohrungen von 1.78% bis 4.13%.
- Eine wichtige Gegenmaßnahme ist verbesserte Bohrlochzementierung, wie in der Romashkino Feld, die über 40.000 Förderbrunnen, 70% davon sind über 30 Jahre alt. Häufige Schäden am Gehäuse sind Korrosion und Perforationmit durchschnittlichen Außenkorrosionsraten von 0,8-1,2 mm/Jahr und innere Korrosion bei 0,9-1,5 mm/Jahr.
Wie lässt sich die Effizienz der Zementierung von Ölquellen verbessern?
- Fortgeschrittene Zementeinbringungstechniken
- Verwenden Sie Zentralisierer und Rohrbewegungen (Rotation/Rückverlegung), um Schlammkanäle zu beseitigen und die gleichmäßige Zementbedeckung zu verbessern.
- Nutzung von CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics) zur Vorhersage und Optimierung der Zementverdrängungseffizienz.
- Robuste zonale Isolierungsmethoden
- Durchführung einer mehrstufigen Zementierung für Hochdruck- oder verarmte Zonen.
- Bringen Sie in kritischen Intervallen dehnbare Auskleidungspflaster oder Harzsysteme an.
- Überwachung und Bewertung in Echtzeit
- Verwenden Sie Akustik- und Drucksensoren, um Mikroanomalien oder Schwachstellen zu erkennen.
- Durchführung von Ultraschalluntersuchungen (CBL/VDL-Logs) nach der Zementierung zur Qualitätsbewertung.
- Maßnahmen zur Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit
- Integrieren Sie H₂S-abfangende Additive oder epoxidbeschichtete Gehäuse in sauren Umgebungen.
- Tragen Sie Beschichtungen auf Zink- oder Aluminiumbasis auf, um die elektrochemische Zersetzung zu vermindern.
- Präzises Slurry-Design und Materialoptimierung
- Verwenden Sie maßgeschneiderte Zementrezepturen mit hochwertigen Zusatzmitteln, um Rheologie, Festigkeit und Abbindezeit zu verbessern.
- Verbessern Sie die Kontrolle von Flüssigkeitsverlusten, um Gasmigration zu verhindern und eine ordnungsgemäße Verklebung zu gewährleisten.
Welche Additive können bei der Zementierung von Ölbohrungen verwendet werden?
1. Dispergiermittel und Reibungsverminderer
Wenn Tonpartikel und Bohrklein in Bohrspülungen kritische Konzentrationen erreichen, bilden sie eine dreidimensionale Netzwerkstruktur. Dieses Phänomen wird besonders in Salz-Gips-Formationen verschärft, wo gelöste Elektrolyte (insbesondere mehrwertige Kationen) im Formationswasser die Strukturbildung verstärken und die Fluidmobilität erheblich beeinträchtigen. Dispergiermittel wirken, indem sie diese Netzwerkmatrizen auflösen und gebundenes Wasser freisetzen, um die Viskosität und Fließgrenze zu verringern.
Unsere Lösung: Polycarboxylat-Fließmittel
Unser NOVASTAR Polycarboxylat-Fließmittel ist ein hochleistungsfähiges Wasserverdünnungs- und Dispergiermittel, das zur Optimierung der Eigenschaften von Zementmörtel eingesetzt wird. Als eines der synthetischen polymeren Dispergiermittel bietet es eine überlegene Effizienz in den folgenden Aspekten:
- Dispersion von Zementpartikeln
- Reduziert die Güllekonsistenz um 35-50% im Vergleich zu unbehandelten Systemen
- Verbessert die rheologischen Parameter: senkt die plastische Viskosität um 40-60% unter Beibehaltung der optimalen Fließgrenze - Anpassungsfähigkeit an die Temperatur
- Effektives Leistungsspektrum: 30°C bis 180°C (86°F bis 356°F)
- Behält die Dispersionsstabilität unter thermischen Wechselbedingungen bei - Salz-Toleranz
- Zeigt beständige Leistung in 5-10% NaCl-Umgebungen
- Kompatibel mit verschiedenen Wasserquellen ohne Reinheitsanforderungen - Kompatibilitätsprofil
- Synergistisch mit allen Zementadditiven der API-Klasse
- Keine nachteiligen Wechselwirkungen mit Flüssigkeitsverlustreglern/Verzögerern/Antischaummitteln
2. Additiv zur Kontrolle des Flüssigkeitsverlustes von Zement
Flüssigkeitsverlust-Additive (FLAs) sind entscheidend für die Minimierung des Filtratverlustes in Zementschlämmen und dienen drei Hauptzwecken:
- Die Verhinderung einer vorzeitigen Dehydrierung in durchlässigen Formationen ist besonders kritisch bei der Zementierung von Auskleidungen.
- Abschirmung wasserempfindlicher Formationen vor Schäden durch eindringende Flüssigkeiten.
- Verbesserung der Effizienz von Squeeze Cementing durch Aufrechterhaltung der Integrität des Slurrys bei hohen Druckunterschieden.
Unser Flaggschiff unter den multifunktionalen Flüssigkeitsverlust-Additiven: HPMC
LANDERCOLL HPMC ist ein modifizierter Celluloseether, der häufig als wasserreduzierendes Mittel eingesetzt wird. Als wasserlösliches Polymer trägt es zur Stabilisierung von Bohrschlämmen bei, indem es den Flüssigkeitsverlust in durchlässigen Formationen verringert und gleichzeitig die rheologischen Eigenschaften aufrechterhält. LANDU bietet verschiedene Arten von HPMC für Zementierungsanwendungen an, darunter:
- HPMC für Systeme mit geringer Dichte
- Speziell formuliert für brüchige Formationen und zirkulationslose Zonen.
- Sorgt für eine hervorragende Kontrolle des Flüssigkeitsverlustes (<50 ml/30 min) bei einer Dichte von nur 1,20 SG. - HPMC für High-Density-Anwendungen
- Optimiert für HPHT-Bohrungen und Tiefseeumgebungen.
- Liefert <30mL/30min Flüssigkeitsverlust bei Aufschlämmungsdichten bis zu 2,60 SG. - HPMC für Schlämme mit konventioneller Dichte
- Universelle Lösung für die meisten Standard-Zementierarbeiten.
- Bietet eine zuverlässige <50mL/30min API-Flüssigkeitsverlustkontrolle. - HPMC für Seewassermischanwendungen
- Korrosionsbeständige Formulierung für Offshore-Einsätze.
- Bewahrt eine stabile Leistung in Umgebungen mit hohem Salzgehalt.
Ein idealer Zementverzögerer verlängert effektiv den flüssigen Zustand und die Pumpfähigkeit des Schlamms und erhält ihn aufrecht. Die besten Verzögerer weisen die folgenden Eigenschaften auf:
- Breite Temperaturanpassungsfähigkeit: Gleichbleibende Leistung bei unterschiedlichen Bedingungen im Bohrloch.
- Dosisproportionale Verdickungszeit: Vorhersehbare Verzögerung in Abhängigkeit von der Konzentration.
- Verträglichkeit: Harmonisches Zusammenspiel mit allen Arten von Ölbohrzementen und Additiven ohne nachteilige Auswirkungen:
- Aufbau von Viskosität
- Thixotrope Gelierung
- Entwicklung der Druckfestigkeit
- Kontrollierbare Leistung: Zuverlässige Vorhersage der Verdickungszeit und Wiederholbarkeit.
- Sicherheit und Umweltverträglichkeit: Ungiftig, nicht entflammbar, frei von Verschmutzung und resistent gegen Kontamination.
Vergleichende Analyse gängiger Retarder
- Zitronensäure und Natriumzitrat
- Primäre Funktion: Retardierung (milde Wirkung), mit sekundärer Dispersionsfähigkeit.
- Empfindlichkeit der Dosierung:
- Minimale effektive Dosis: 0,5% BWOC (Unterhalb dieses Schwellenwerts kann die Einstellung beschleunigt werden).
- Optimaler Dosisbereich: Stabile Retardierung jenseits einer kritischen Konzentration, mit minimaler Empfindlichkeit gegenüber kleinen Schwankungen.
- Beschränkungen:
- Schwächere Dispersionswirkung im Vergleich zu speziellen Dispergiermitteln.
- Die Leistung ist je nach Zementklasse sehr unterschiedlich.
- Weinsäure & Kaliumnatriumtartrat (Rochellesalz)
- Wesentliche Merkmale:
- Außergewöhnliche Hochtemperaturverzögerung (bis zu 180°C+).
- Leichte dispergierende Wirkung (ergänzt die rheologische Verbesserung).
- Keine Festigkeitsverschlechterung bei abgebundenem Zement.
- Praktische Herausforderungen:
- Erhöhter freier Wasser- und Flüssigkeitsverlust - macht den Einsatz von Flüssigkeitsverlust-Additiven (FLAs) erforderlich.
- Die hohe Empfindlichkeit gegenüber alkalischen Verunreinigungen kann zu einem unvorhersehbaren Abbindeverhalten führen, so dass es im Feldeinsatz weniger beliebt ist.
Unsere Empfehlungen: Retarder auf Aminobasis
- Aminobasiert Retarder ist ein spezieller chemischer Zusatzstoff, der verwendet wird, um das Abbinden von Zementschlämmen zu verzögern durch Verlangsamung der Hydratationsreaktionen von Portlandzement. Diese Verzögerer sind besonders wertvoll in tiefe Hochtemperatur-Bohrungen (HT/HPHT)wo Standardverzögerer (z. B. Lignosulfonate oder organische Säuren) abgebaut oder unwirksam werden können.
Mechanismus der Retardierung
- Chelatbildung und Adsorption:
- Aminogruppen (-NH₂, -NH-) bilden Komplexe mit Ca²⁺-Ionen im Zement und hemmt die Bildung von C-S-H (Kalziumsilikat Hydrat) Gelwas für die Erhärtung des Zements entscheidend ist.
- Adsorbiert an der Oberfläche von Zementpartikeln und bildet eine Barriere die das Eindringen von Wasser und die Hydratation verzögern.
- pH-empfindliche Wirkung:
- Wirksamer in alkalische Bedingungen (typisch für Zementschlämme, pH ~12-13).
Vorteile gegenüber konventionellen Retardern
| EIGENTUM | VERZÖGERER AUF AMINOBASIS | LIGNOSULFONATE | ORGANISCHE SÄUREN (Z. B. ZITRONENSÄURE/GLUCONSÄURE) |
|---|---|---|---|
| HOCHTEMPERATURSTABILITÄT | BIS ZU 250+°C | ZERSETZT SICH >120°C | ZERSETZT SICH >150°C |
| DOSIEREFFIZIENZ | NIEDRIG (0,1-0,5% BWOC) | HOCH (0,5-2% BWOC) | MÄSSIG (0,3-1% BWOC) |
| SALZ TOLERANZ | HERVORRAGEND | POOR | MODERAT |
| SCHLAMMVERTRÄGLICHKEIT | FUNKTIONIERT MIT DEN MEISTEN ADDITIVEN | KANN MIT DISPERSIONSMITTELN INTERFERIEREN | Empfindlich gegenüber pH-Verschiebungen |
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