Hva er sementering av oljebrønner?
Sementering av oljebrønner er en av de mest kritiske fasene i boring av olje- og gassbrønner. Hensikten er å isolere olje-, gass- og vannlagene i brønnhullet, beskytte foringsrøret, forlenge brønnens levetid og øke effektiviteten i produksjonen av hydrokarboner. Ifølge American Petroleum Institute står sementeringsadditiver for 38% av kjemikaliene som brukes i oljefeltoperasjoner. Bruk av vannreduserende midler i sement for oljefelt har blitt en sentral teknisk tilnærming for å løse ulike komplekse sementeringsutfordringer, forbedre sementeringskvaliteten og beskytte olje- og gassreservoarene.
Sementering av oljebrønner i de russiske polarområdene
Arktiske olje- og gassreservoarer ligger hovedsakelig i permafrostsoner med temperaturer fra -5 °C til -18 °C, isinnhold på opptil 80% og dybder på opptil 500 meter. Den tykke permafrosten i polare strøk og de lave temperaturene bremser herdingen og styrkeutviklingen for tradisjonelle sementmørtler. Når temperaturen synker under 0 °C, kondenserer vannet i sementmørtelen og deltar ikke i hydratiseringsreaksjonen. Resultatet er at mørtelen ikke klarer å stivne tilstrekkelig, og dermed sementeres ikke brønnen. I tillegg kan varmen som frigjøres under sementoppslemmingenes hydratiseringsprosess, føre til at permafrosten tiner. Naturgasshydratene i permafrosten kan utløse omfattende nedbrytning, noe som kan medføre risiko for brønnspark eller utblåsninger under boreoperasjoner.
Russland har tatt i bruk et lettvektssystem med sementmørtel på grunn av den lave varmeledningsevnen. Det stopper varmeoverføringen mellom brønnhullet og formasjonen. I denne sementmørtelsammensetningen spiller polykarboksylatsuperplastisatoren en nøkkelrolle i å redusere den eksoterme varmen som genereres under hydratiseringsreaksjonen, samtidig som sikre at slammet stivner innen ønsket tidsramme og oppnår tilstrekkelig styrke.
Hva er et polykarboksylat-superplastifiseringsmiddel i oljebrønnsementering?
Som et tredjegenerasjons høytytende vannreduserende middel, polykarboksylatbaserte superplastisatorer er utformet for å forbedre den bearbeidbarhet, styrke og holdbarhet av sementbaserte systemer ved å redusere forholdet mellom vann og sement eller vann og gips. LANDU Novastar Polycarboxylate Superplasticizer er svært kompatibel med andre tilsetningsstoffer, for eksempel gipsretarder, lufttrengende midler, eller akseleratorer og ulike grunnmaterialer, for eksempel PST-1-50 Cement. Ved sementering av oljebrønner fungerer den som:
Dispergeringsmiddel
Borekaks og borekaks i borevæsken kan danne et romlig nettverk hvis konsentrasjonen er for høy. Denne nettverksstrukturen kan forsterkes av oppløste salter, særlig flerverdige kationer, i vannet i saltgipsformasjoner. Dette til slutt undergraver flyteevnen til boreslammet. Et annet allsidig tilsetningsstoff er gips, som er spesielt egnet til å redusere herdetiden for sementmørtel i permafrostområder. Gips øker imidlertid også slammets viskositet betraktelig.
LANDU NOVASTAR Polykarboksylat-superplastifiseringsmiddel effektivt forstyrrer denne nettverksstrukturen, frigjør innestengt vann og justerer dermed borevæskens viskositet og skjærspenning. Dette er fordi De negativt ladede karboksylgruppene (-COOH) på PCE-molekylene frastøter sementpartiklene og forhindrer flokkulering. De lange sidekjedene på PCE-molekylene skaper dessuten en fysisk barriere mellom sementpartiklene, noe som reduserer friksjonen og forbedrer flyteevnen.
Vannreduserende middel
LANDU NOVASTAR Polycarboxylate Superplasticizer vannreduserende middel optimaliserer partikkelstørrelsesfordelingen (PSD) for sement og tilleggsmaterialer, øker innholdet av faste partikler per volumenhet og minimerer vann-sement-forholdet i oppslemmingen. Det forkorter levetiden betydelig sementens innledende herdetid og forbedrer sementens trykkfasthet samtidig som porøsiteten og permeabiliteten reduseres.
Forbedrer bearbeidbarheten
Ved sementering av oljebrønner er slumpretention (opprettholdelse av flyteevne over tid) avgjørende for å sikre at sementen kan pumpes jevnt gjennom lange avstander og komplekse brønngeometrier. PCE-molekyler er mindre tilbøyelige til å adsorpsjon av sementpartikler sammenlignet med tradisjonelle superplastifiseringsmidler (f.eks. sulfonert naftalenformaldehyd - SNF). Det forbedrer bearbeidbarheten til sementblandinger betydelig. Det opprettholder flytbarheten til blanding over lengre perioder, noe som forhindrer falltap. Sikrer jevn og effektiv pumping av sementslam, selv i miljøer med høyt trykk og høy temperatur (HPHT). PCE-superplastisatorer er termisk stabile og kan opprettholde ytelsen selv ved høye temperaturer og trykk.
Acetonformaldehydsulfitt vs. PCE Superplasticizer
- Ved sementering av oljebrønner brukes aceton-formaldehyd-sulfitt (AFS) som dispergeringsmiddel opptrer fortsatt som et monopol. Det er det imidlertid, PCE Superplasticizer har begynt å dukke opp de siste årene på grunn av følgende fordeler.
| Funksjon | PCE Superplastiseringsmidler | AFS Dispergeringsmiddel |
|---|---|---|
| Effektivitet | Høy effektivitet ved lave doser. | Lavere effektivitet, noe som krever høyere doser. |
| Tilbakeholdelse av slump | Utmerket holdbarhet over lengre perioder. | Begrenset slumpretensjon på grunn av sementabsorpsjon. |
| Reduksjon av vann | Opptil 30% eller mer vannreduksjon. | Vanligvis 15-20% vannreduksjon. |
| Miljøpåvirkning | Lav toksisitet og biologisk nedbrytbarhet. | Kan inneholde sulfonatgrupper, noe som gir miljøproblemer. |
| Kompatibilitet | Meget kompatibel med andre tilsetningsstoffer. | Kan ha kompatibilitetsproblemer med visse tilsetningsstoffer. |
