¿Qué es la tecnología de cementación a base de petróleo?
La cementación de pozos es un eslabón clave en el proceso de construcción de la perforación. En comparación con otros enlaces de perforación, las operaciones de cementación tienen particularidades obvias. Es una operación que se realiza una sola vez y, si la calidad es mala, generalmente es difícil remediarla; es una operación oculta y el proceso principal es subterráneo, por lo que no se puede observar directamente durante la construcción; La calidad a menudo depende de la precisión del diseño y la calidad de la preparación, que se ve afectada por muchos factores y también afecta a los proyectos posteriores. Se trata de una operación costosa, ya que los costos del revestimiento representan aproximadamente el 25% del costo total de la perforación. Es una operación altamente técnica con tiempos de construcción cortos, muchos procesos y una gran carga de trabajo. Obviamente, la calidad de la cementación es un indicador importante de la calidad de un pozo.
Los contenidos principales de la tecnología de cementación incluyen el diseño de la sarta de revestimiento y la tecnología de cementación. Esta sección los presentará.
1. Diseño de la sarta de revestimiento El diseño de la sarta de revestimiento se basa en las condiciones de trabajo de la sarta de revestimiento en el pozo, seleccionando revestimientos de diferentes grados de acero o diferentes espesores de pared para formar la sarta de revestimiento para garantizar la seguridad del Cadena de carcasa Seguridad y economía. El diseño de la sarta de revestimiento es una de las habilidades básicas que los ingenieros de perforación deben dominar.
1. Estructura de la sarta de carcasa La sarta de carcasa está compuesta por carcasa y algunas piezas especiales para garantizar el buen desarrollo de las operaciones de cementación.
1) La carcasa es un tubo de acero sin costura laminado con acero de aleación de alta calidad. Para cumplir con los requisitos de resistencia del revestimiento de diferentes estructuras de pozo y condiciones de trabajo, los revestimientos tienen diferentes diámetros, espesores de pared, grados de acero y diferentes métodos de conexión.
El diámetro de la carcasa es generalmente de 114,3 ~ 508 mm y existen más de diez tipos de carcasa. El espesor de la pared de la carcasa de uso común es de 8 ~ 13 mm, el espesor de la pared de la carcasa de pared delgada es de solo 5,21 mm y el espesor de la pared de la carcasa de pared gruesa alcanza los 16,1 mm. Obviamente, para un determinado diámetro de carcasa, mayor es la pared. espesor, mayor será la resistencia de la carcasa.
Las carcasas fabricadas con diferentes aceros tienen diferentes resistencias. Para facilitar la diferenciación, reciben el nombre de grados de acero. La carcasa doméstica tiene tres grados de acero: D40, D55 y D75. El número del subíndice es el límite elástico mínimo del acero, en kg/mm2. Los códigos de grado de acero de la carcasa estándar API son N-80, C-95, etc. Multiplique el número en la especificación por 1000 para obtener el límite elástico mínimo de la carcasa en lb/in2.
La mayoría de las carcasas tienen roscas externas en un extremo y roscas internas (con acoplamientos) en el otro extremo, en su mayoría roscas redondas, con 6 a 8 hebillas por pulgada. Para mejorar la resistencia de la conexión, algunas carcasas de alta resistencia utilizan hebillas trapezoidales con 5 hebillas por pulgada.
Para formaciones que contienen fluidos corrosivos como sulfatos, se debe seleccionar una carcasa resistente al azufre. La composición química de la carcasa resistente al azufre está estrictamente controlada y se somete a un tratamiento térmico especial. En la actualidad, la carcasa a prueba de azufre producida en Japón se usa ampliamente en China y tiene un buen rendimiento a prueba de azufre.
2) Zapata guía La zapata guía es una boquilla cónica hecha de arrabio o aluminio con orificios giratorios. Su función es: (1) guiar la carcasa hacia el pozo y evitar que la carcasa se inserte en la formación de la pared del pozo (2) cuando se inyecta cemento, se forma un canal de circulación para la lechada de cemento y la lechada de cemento fluye hacia afuera; y regresa a través del orificio de turbulencia, mejorando la eficiencia del desplazamiento. Al volver a perforar después de la cementación, la zapata guía se puede perforar fácilmente.
3) Zapatas de carcasa Las zapatas de carcasa son juntas especiales conectadas a las zapatas guía y generalmente están hechas de acoplamientos de carcasa. El extremo inferior se procesa en un ángulo de bisel interno de 45° para evitar que la junta de la herramienta de perforación y la broca toquen la parte inferior de la carcasa durante la perforación y dañen la carcasa. Al mismo tiempo, también se convierte en una marca de medición de la profundidad del casing durante el registro del pozo.
4) Válvula de contrapresión del casing Las funciones principales de la válvula de contrapresión del casing son: (1) evitar que la lechada de cemento de alta densidad regrese al casing después de la inyección de cemento (2) al bajar la tubería; carcasa, aumente la carcasa La flotabilidad de la tubería reduce la carga en el gancho grande de la plataforma de perforación (3) Dado que el deflector del asiento de bola de la válvula de contrapresión es el anillo de soporte para el tapón de cemento, su posición determina la longitud; del tapón de cemento y la altura de la lechada de cemento en el espacio anular.
5) Centralizador de carcasa El centralizador de carcasa es un dispositivo elástico de acero instalado en el cuerpo de carcasa. Su función es asegurar que la sarta de revestimiento esté centrada en el pozo y mejorar la calidad de cementación entre el cemento y la pared del pozo. En pozos con grandes cambios en la inclinación y orientación, es particularmente importante instalar centralizadores mediante cálculos complejos, se puede seleccionar razonablemente el número y la ubicación de las instalaciones.
Además de los componentes básicos anteriores, se agregan muchos componentes especiales a la cadena de carcasa para cumplir con diferentes requisitos, que no se describirán nuevamente aquí.
2. Método de diseño de la sarta de revestimiento La sarta de revestimiento que se baja al pozo estará sujeta a diversas cargas externas durante la cementación y los procesos de producción posteriores, entre las cuales las cargas principales son la tensión axial y la fuerza de extrusión externa. Los resultados del análisis mecánico muestran que la fuerza de tracción axial es máxima en la boca del pozo, cero en el fondo del pozo y disminuye gradualmente a lo largo de la profundidad del pozo, mostrando una distribución lineal. La fuerza de compresión externa es mínima en la boca del pozo y máxima en el fondo del pozo. Aumenta gradualmente a lo largo de la profundidad del pozo y también se distribuye en línea recta, como se muestra en la Figura 5-9.
Figura 5-9 Diagrama esquemático de la estructura y la tensión de la sarta de revestimiento
El revestimiento en sí tiene una cierta capacidad para resistir cargas externas, lo que se denomina resistencia. Bajo tensión axial, la carcasa tiene resistencia a la tracción; bajo la acción de una fuerza de extrusión externa, la carcasa tiene resistencia al aplastamiento. Siempre que la resistencia de cualquier sección de la sarta de revestimiento sea mayor que la carga externa, la sarta de revestimiento es segura.
Dado que la tensión de la sarta de revestimiento es grande en ambos extremos (la tensión axial máxima en la boca del pozo y la fuerza de extrusión máxima en el fondo) y pequeña en el medio, se pueden seleccionar revestimientos de diferentes resistencias para forma grande en ambos extremos y pequeña en el medio, la tubería de revestimiento puede reducir el costo de la tubería de revestimiento y al mismo tiempo garantizar la seguridad de la tubería de revestimiento. Las sartas de carcasa diseñadas según este principio se denominan sartas de carcasa compuestas.
2. Proceso de inyección de cemento Para fijar el revestimiento y aislar la capa de petróleo, la capa de gas y la capa de agua, se debe inyectar cemento entre el revestimiento y la pared del pozo después de ejecutar el revestimiento. El método de cementación de pozos de petróleo y gas es diferente al de la construcción de superficie. La lechada de cemento debe bombearse al fondo del pozo a cientos o incluso miles de metros bajo tierra, y luego regresar al espacio anular fuera de la tubería para expulsar el fluido de perforación del interior. El cemento debe llenar todo el anillo y formar un anillo de cemento duro y denso después de la solidificación y el endurecimiento. Estas características determinan las diferencias de rendimiento entre el cemento para pozos petroleros y el cemento de construcción ordinario. La lechada de cemento para pozos petroleros requiere buena fluidez, tiempo de fraguado adecuado y alta resistencia inicial. El anillo de cemento fuera de la carcasa estará en contacto con el agua subterránea durante mucho tiempo y debe tener buena impermeabilidad y resistencia a la corrosión del agua subterránea.
1. Cemento para pozos petroleros 1) Clasificación del cemento para pozos petroleros El cemento para pozos petroleros que se utiliza actualmente es principalmente cemento Portland de alta calidad. Se mezclan piedra caliza o toba calcárea, arcilla o esquisto y una pequeña cantidad de mineral de hierro con las materias primas en una cierta proporción y se calcinan a 65438 ± 0450 ℃ para formar clinker con silicato como componente principal, luego se agrega una cantidad adecuada de yeso y muelalo hasta obtener un cierto polvo fino que se utiliza para hacer este cemento de pozo petrolero. Dado que la temperatura y la presión en el pozo aumentan a medida que aumenta la profundidad del pozo, es necesario producir una variedad de cementos para pozos petroleros para cumplir con los requisitos de las diferentes condiciones de profundidad del pozo.
2) Ajuste de las propiedades de la lechada de cemento Una gran cantidad de prácticas de cementación de pozos han demostrado que el cemento de pozo petrolero existente aún es difícil de cumplir completamente con los requisitos de diversas condiciones del fondo del pozo. ajustar aún más las propiedades relevantes de la lechada de cemento.
(1) Ajuste de densidad. Los agentes de peso comúnmente utilizados incluyen barita en polvo, ilmenita en polvo y galena en polvo; los agentes abrillantadores comúnmente utilizados incluyen arcilla, diatomita, cenizas volantes, asfalto duro, perlita expandida, etc. También se pueden obtener lechadas de cemento de alta densidad utilizando bajas relaciones agua-cemento y agentes reductores de arrastre.
(2) Ajuste del tiempo de espesamiento. Para cumplir con los requisitos de tiempo de construcción, a veces se utiliza retardador para extender el tiempo de espesamiento de la lechada de cemento. Los retardadores comúnmente utilizados incluyen tanino de sodio, polvo de caucho, sal de ferrocromo, tanino sulfonado, lignosulfonato, ácido tartárico, carboximetilhidroxietilcelulosa y algunos compuestos. También se pueden utilizar agentes acelerantes para acortar el tiempo de fraguado. Los aceleradores comúnmente utilizados incluyen cloruro de calcio, silicato de sodio, formamida, cloruro de potasio y yeso hemihidrato.
③Agente reductor de pérdidas de fluido. La pérdida excesiva de agua provocará: ① Espesamiento temprano de la lechada de cemento, disminución repentina de la fluidez e incluso bloqueo del anillo, provocando atascos en la bomba (2) Reducción acelerada de la presión de la columna de lechada de cemento ③ La lutita absorbe agua, se expande y se desprende; , afectando la producción de petróleo y gas; (4) Una gran cantidad de agua libre regresa, afectando el sellado del anillo de cemento. Por lo tanto, se deben agregar agentes reductores de pérdida de agua apropiados a la lechada de cemento. Los aditivos para la pérdida de fluidos comúnmente utilizados incluyen carboxietilcelulosa, carboximetilcelulosa, goma de dragón sintética de carboxietilo en polvo y el agente compuesto S-24.
(4) Agente reductor de arrastre. Los reductores de arrastre, también conocidos como dispersantes y agentes de turbulencia, son tensioactivos catiónicos. Sólo juega un papel físico y químico en la superficie y no reacciona con el cemento. El agente reductor de arrastre tiene efectos humectantes y lubricantes y puede acelerar la hidratación del cemento; puede prevenir la deshidratación temprana de la lechada de cemento, mejorar la resistencia temprana después de la cementación, hacer que la torta de cemento sea delgada e impermeable y ayudar a proteger las capas de petróleo y gas.
También existen algunos aditivos de uso común para la lechada de cemento que pueden mejorar diversas propiedades de la lechada de cemento. Por ejemplo, los agentes antiespumantes pueden reducir la tensión interfacial e inhibir la generación de burbujas; el polvo de cuarzo se usa a menudo en la cementación de pozos a alta temperatura para mejorar la resistencia a la corrosión de la lechada de cemento y puede mejorar la fuerza de unión del cemento de la capa de sal de roca;
2. Inyección de cemento 1) Equipo terrestre de inyección de cemento El equipo terrestre de inyección de cemento incluye tanques de almacenamiento de cenizas de cemento, camiones de transporte de cemento, embudos de mezcla de cemento, compresores de aire, piscinas de lechada de cemento, etc. De acuerdo con los requisitos del proceso de cementación, estos equipos se conectan entre sí a través de tuberías para lodo de cemento, tuberías de agua y tuberías de gas para formar un dispositivo de construcción de cementación. Los camiones de cemento son el equipo más crítico sobre el terreno. La cantidad de camiones de cemento que se utilizan depende de la cantidad de tanques de almacenamiento de cenizas, es decir, de la cantidad de cemento inyectado. Cada vez que se agrega un camión de cemento, se deben agregar otros equipos y tuberías correspondientes. Generalmente, cada dos o tres tanques de almacenamiento de cenizas están equipados con una unidad de compresor de aire.
Cuando se inyecta cemento, el soplador sopla el cemento en el tanque de cenizas hacia el embudo de mezcla a través del tubo de aire. Al mismo tiempo, se bombea agua limpia al embudo para mezclarla con el cemento y formar cemento. lechada, que ingresa al tanque de lechada de cemento. El camión de cemento aspira la lechada de cemento y la bombea a través de tuberías hasta el colector de lechada de cemento. Recoja toda la lechada de cemento bombeada por el camión de cemento y envíela al cabezal de cemento del pozo para el ciclo de inyección de cemento.
2) Durante el proceso de cementación, después de que el revestimiento se baja a la profundidad predeterminada del pozo según lo diseñado, se instala el cabezal de cemento y se hace circular el fluido de perforación para prepararlo para la cementación. La Figura 5-10 muestra el procedimiento de construcción típico para la inyección de cemento con doble tapón de goma. El dispositivo superior de la sarta de revestimiento es el cabezal de cemento, que está equipado con tapones de goma superior e inferior. El tapón de goma se baja junto con el fluido aislante para separar la lechada de cemento del fluido de perforación para evitar que el fluido de perforación entre en contacto con la lechada de cemento y afecte su rendimiento. Se instala una zapata guía en el extremo inferior de la sarta de revestimiento para facilitar el recorrido del revestimiento. El collar flotante es en realidad una válvula unidireccional que evita que la lechada de cemento en el espacio anular regrese a la tubería y fija el tapón de goma. Una vez que el equipo de superficie esté listo, se puede comenzar la construcción de cementación.
Figura 5-10 Diagrama esquemático del proceso de inyección de cemento
1-Manómetro; 2-Usar tapón de goma 3-Colocar el tapón de goma 4-Flotante; collar 6-zapata guía; 7-lechada de cemento; 8-junta; 9-líquido de perforación (1) utilizado como fluido de aislamiento. Antes de inyectar lodo, se inyecta una cierta cantidad de líquido especial (generalmente solución CMC) para separar el fluido de perforación en el pozo de la lechada de cemento inyectada, lavando así la pared del pozo y la pared del revestimiento, como se muestra en la Figura 5-10(b). Espectáculo.
(2) Abra el pasador del tapón de goma inferior y el tapón de goma. El tapón de goma de abajo es hueco y la membrana de goma de arriba puede romperse bajo presión, como se muestra en la Figura 5-10(b).
(3) Utilice un camión de cemento para inyectar la lechada de cemento mezclada en la carcasa a través del colector de lechada de cemento y el cabezal de cemento, como se muestra en la Figura 5-10(b).
(4) Después de inyectar la lechada de cemento, cierre el canal de inyección de la lechada de cemento, abra el pasador del tapón de goma superior y el canal superior, y use fluido de perforación para empujar el tapón de goma superior dentro de la carcasa, como se muestra en Figura 5-10(c).
(5) Bombear fluido de perforación al interior de la carcasa. En este momento, el fluido de perforación empuja el tapón de goma superior, el tapón de goma superior empuja la lechada de cemento, la lechada de cemento empuja el tapón de goma inferior y el fluido espaciador, y el fluido espaciador empuja el fluido de perforación. Después de que la lechada de cemento llega al fondo del pozo, fluye desde el orificio de turbulencia en la zapata guía de la sarta de revestimiento y regresa a lo largo del espacio anular, como se muestra en la Figura 5-10(d).
(6) Golpe. Dado que el tapón de goma es sólido, cuando cae al collar flotante o al asiento de la válvula de contrapresión, se bloquea y no puede seguir cayendo. En este momento, la presión de la bomba aumenta bruscamente y se puede juzgar que la lechada de cemento ha alcanzado la posición predeterminada y la bomba debe detenerse inmediatamente, como se muestra en la Figura 5-10 (e).
Una vez finalizado el proceso de cementación, se debe cerrar el pozo y esperar a que solidifique. En circunstancias normales, el pozo debería cerrarse durante 48 horas. Después de que la lechada de cemento se solidifica en el espacio anular, se retira la cabeza de cemento y se realiza un registro acústico para comprobar la calidad de la cementación. Si la calidad es aceptable, instale el cabezal de revestimiento y el equipo del cabezal del pozo, ejecute y taladre el tapón de cemento debajo del collar flotante y luego comience a perforar nuevamente.