1. Kokkuvõte ja tööstuse taust
Kaasaegses nafta- ja gaasipuuraukude ehituses on ammendunud veehoidlate, süvaveevormide, madalrõhualade ja{0}}söepõhja metaani uurimine pideva struktuurilise väljakutsega: nende piirkondade geoloogilistel formatsioonidel on äärmiselt madal murdude gradient. Standardklassi G tsemendipulgad, mille tihedus on tavaliselt vahemikus 1,88 kuni 1,95 g/cm³, avaldavad nihkumise ajal kõrget hüdrostaatilist rõhku. See rõhk ületab kergesti habraste kivimite mehaanilised läved, põhjustades katastroofilist moodustise lagunemist, suuri puurimisvedeliku kadusid ja halva tsementeerimise kvaliteeti.
Nende riskide kõrvaldamiseks toetuvad tsemendioperaatorid suurel määral kergetele ja ülimalt{0}}madala tihedusega tsemendipulbidele, mis on tavaliselt konstrueeritud tihedusvahemikus1,0 g/cm³ kuni 1,6 g/cm³. Läga tiheduse vähendamine toob aga kaasa tõsise füüsilise ebastabiilsuse. Kui tihedus väheneb, suureneb vee ja tsemendi osakaal järsult või lisatakse suures koguses madala tihedusega lisandeid (nagu tsenosfäärid, õõnsad klaasist mikrosfäärid ja paisutatud perliit). See tekitab tõsiseid faaside erinevusi, mis põhjustab osakeste kiiret settimist, ulatuslikku vaba vedeliku moodustumist ja struktuurseid kanaleid kesta taga.
Selle keerulise inseneri paradoksi lahendamiseksKelioil Engineering Material and Technology Co., Ltd.on välja töötanudCG214-settimisvastane vedelikukadu lisand. See suure jõudlusega-kopolümeer mitte ainult ei reguleeri vedelike filtreerimist kuni rangete API standarditeni, vaid loob ka elastse makromolekulaarse võrgustiku, mis välistab täielikult tahkete ainete settimise, pakkudes täiuslikult homogeenset kõvenenud tsemendist ümbrist puuraugu korpuse nööri ülaosast alla.
2. Kergekaaluliste süsteemide füüsika ja settimise dünaamika mõistmine
Tahkete ainete settimise taga olevat põhilist füüsikalist mehhanismi tsemendipudelites saab Stokesi seaduse muudetud versiooni abil matemaatiliselt analüüsida. Klassikaline avaldis terminali settimiskiiruse jaoks (v) viskoosses vedelikus oleva jäiga sfäärilise osakese väärtust määratletakse järgmiselt:
Kus:
- ron tahke osakese ekvivalentraadius.
- ρpon tahke faasi tihedus (nt standardsed tsemendiosakesed ~3,15 g/cm³ või õõnsad keraamilised mikrosfäärid 0,4–0,8 g/cm³).
- ρfon pideva vedela suspensiooni faasi tihedus (vesi ja lahustunud kemikaalid ~1,0 g/cm³).
- gon gravitatsioonikiirenduse konstant.
- μon vedeliku dünaamiline/nähtav viskoossus.
Ultra-madala tihedusega tsemendipudelites erinevad nende muutujate füüsikalised väärtused järsult tavapärastest süsteemidest.
Esiteks äärmuslik viskoossuse langus:Kui vähendada tihedust 1,1–1,3 g/cm³-ni ilma suure-jõudlusega lisanditeta, põhjustab liigne vee- ja-tahke suhe läga näiva viskoossuse tugevat langust (μ). Stokesi seaduse kohaselt viskoossusena (μ) läheneb puhta vee madalale väärtusele, settimiskiirusele (v) raskete tsemendiosakeste sisaldus tõuseb eksponentsiaalselt, põhjustades kiiret eraldumist.
Teiseks, kahesuunalise eraldumise nähtus:Traditsiooniline läga sisaldab veest raskemaid tahkeid faase (ρp> ρf), liigub allapoole. Kui aga lisada ultra-kergeid mikrosfääre, et saavutada tihedus alla 1,2 g/cm³, on nende tihedus palju väiksem kui vedelfaasil (ρp< ρf). See muudab termini vastupidiseks(ρp - ρf), mis põhjustab mikrosfääride kiiret hõljumist ülespoole, samal ajal kui raske tsemendimaatriks settib allapoole. See kahesuunaline eraldamine rikub puurauku tsemendist ümbrise ruumilist ühtlust, jättes ülaossa suure-poorsusega vedelikukanalid ja alla rabedad, hüper-tihedad faasid.
Joonis 1: NCJQ settetoru-Olulised laboriseadmed, mida kasutatakse ülemise-alla-alumise settegradiendi arvutamiseks kõrgel-temperatuuril kõvenemisel.
3. CG214 molekulaarstruktuur ja mitme{1}}toimemehhanism
CG214-settimisvastane vedelikukadu lisandsünteesitakse vaba{0}}radikaalse kopolümerisatsiooni teel, moodustades keeruka vees-lahustuva polümeeri koos kohandatud struktuurikomponentidega. Erinevalt tavalistest lineaarsetest tsellulooseetritest või lihtsatest sünteetilistest vedelikukadu polümeeridest, mis paksenevad vedelikku ainult paisudes, on CG214 makromolekulaarsel arhitektuuril kolm väga spetsiifilist funktsionaalset rühma:
A. Ankurrühmad (sulfoonitud monomeerid - AMPS):
Nendel rühmadel on tugev vastupidavus kõrgele temperatuurile ja soolsusele. Väga polaarsed sulfonaatpead adsorbeeruvad elektrostaatilise ja koordinaatsideme kaudu kindlalt hüdreerivate tsemendimineraalide ja kergete mikrosfääride pindadele. See ankurdab polümeeri ahelad püsivalt tahkete faaside külge, tagades, et need ei eraldu suure termilise nihke mõjul.
B. Assotsiatiivsed võrguahelad (akrüülamiidi monomeerid - AM):
Mitteioonsed, pika-ahelaga akrüülamiidi segmendid ulatuvad sügavale interstitsiaalsesse veefaasi. Kui need oksad on hüdreeritud, interakteeruvad külgnevate polümeeri molekulidega, luues akolme-dimensiooniline elastne mikro-võrk (viskoelastne geelstruktuur). See võrk toimib nagu nähtamatu võrk, püüdes kinni vabad veemolekulid ja peatades nii kerged mikrosfäärid kui ka rasked tsemenditerad. Võrk annab järeleandmisi nihke all (pumpamine), kuid muutub staatiliseks (kõvenemisel) koheselt, lukustades kõik faasid oma kohale.
C. Hüdrofiilne vesi{1}}kinnitusrõngad (pürrolidooni derivaadid):
Need tsüklilised funktsionaalrühmad moodustavad ümbritsevate veemolekulidega intensiivse vesiniksideme kaudu tiheda hüdratatsioonikihi. Kuna vesi üritab diferentsiaalrõhu all pääseda läbilaskvatesse moodustistesse, hoiavad need kõrge-afiinsusega hüdratatsioonikihid vedelikku kinni, aidates lobril ehitada vastu kaljuseina dünaamilist, madala{2}}läbilaskvusega üliõhukese filtrikoogi. See piirab üldise API filtreerimiskadu ülimadalale-tasemele.
4. CG214 peamised jõudlusnäitajad 1,0–1,6 g/cm³ ümbrikes
Kui CG214 on valmistatud ülimadala tihedusega tsemendilobrisüsteemideks, on sellel mitmeid olulisi eeliseid:
- Nullvaba vedelik (100% homogeensus):Kald-, horisontaal- või vertikaalse kõvenemisprofiilide korral näitavad CG214-ga suspensioonid pidevalt 0,0% vaba veeeraldust, takistades veetaskute kanaliseerumist mööda kõrvalekaldud puuraukude kõrget külge.
- Suurepärane pseudoplastilisus ja nihke{0}}hõrenemine:Kiirete -segamis- ja pumpamistingimuste korral joonduvad CG214 ajutised ruumilised võrgud kergesti ja nihkuvad-õhukeseks, alandades läga üldist viskoossust. See vähendab hõõrderõhku ja kaitseb õrnaid moodustisi suure ekvivalenttiheduse (ECD) põhjustatud murdude eest.
- Suurepärane läga voolavus:Pudel säilitab suurepärase pumbatavuse ja tasase reoloogilise profiili ilma geelistumiseta või kõrge saagiseta dünaamilise voolu ajal.
- Lai soojustakistus:See töötab usaldusväärselt kuni 120-kraadise pinnatemperatuuri korral, jäädes keemiliselt stabiilseks, kui bioloogilised biopolümeerid (nagu Welan-kummi või ksantaankummi) lagunevad.
Videojuhend: madala tihedusega läga stabiilsuse testimine NCJQ settetoruga
Selles videoesitluses saate teada, kuidas kasutada NCJQ settetoru settestabiilsuse hindamiseks. Analüüsime läga tiheduse varieerumist (Δρ) kõvenenud silindri ülaosast allapoole, visualiseerides reaalsete katseprotseduuride käigus settimisvastase CG214 anti-aine moodustatud kaitsevõrku.
5. Laboratoorsed testid ja eksperimentaalne kontrollimine
CG214 toimimise demonstreerimiseks simuleeritud puuraukude tingimustes viidi professionaalses tsementeerimislaboris läbi põhjalik eksperimentaalne uuring. Lobrid valmistati suure-nihkejõuga segamisprogrammi abil vastavalt API soovituslikule praktikale 10B-2.
Joonis 2: NHJQ konstantse kiirusega mikser-Kriitiline välja nihkemustrite replikatsiooniks, et valmistada homogeenseid madala-tihedusega suspensioone.
Läga koostise komponendid:
- G-klassi portlandtsement (100%)
- Õõnes silikaatmikrosfäärid (35% BWOC, et saavutada sihttihedus 1,25 g/cm³)
- Dispergeeriv aine (0,5% BWOC)
- CG214-Settimisvedeliku kadumise vastane lisand (1,5% BWOC vormel 2 jaoks)
- Kogu segamisvesi (kohandatud sihttiheduse järgi)
Võrdlev toimivuse hindamise maatriks:
| Lägasüsteemi parameeter | Kontrollvalem (ei CG214) | Muudetud valem (1,5% CG214-ga) |
|---|---|---|
| Läga sihttihedus (g/cm³) | 1.25 | 1.25 |
| API vedelikukadu 75 kraadi juures, 6,9 MPa (mL/30 min) | 342 ml (kriitiline väljapuhumine) | 42 ml (suurepärane kontroll) |
| Vaba vedeliku maht (2 tundi, API standard) | 5.2% | 0,0% (eraldus puudub) |
| Kõvenenud südamiku kolonni ülemine tihedus (g/cm³) | 1,08 (väga poorne struktuur) | 1.24 |
| Kõvenenud südamiku kolonni põhja tihedus (g/cm³) | 1,36 (tugev vajumine) | 1.25 |
| Neto tiheduse kõikumine (Δρ) | 0,28 g/cm³ (Äärmiselt ebastabiilne) | < 0.01 g/cm³ (Flawless) |
| 24-tunnine survetugevus (MPa) | 2,8 MPa | 6,8 MPa |
Tulemuste arutelu:Kontrolltsemendi lobril ilmnesid staatilise kõvenemise ajal ulatuslikud settimisprobleemid. Suure-tihedusega eraldumise tõttu näitas kõvastunud vormi ülaosa üliõhuke tihedusprofiil 1,08 g/cm³, alumine aga 1,36 g/cm³. See suur erinevus (Δρ= 0.28 g/cm³) võib põhjustada korpuse toe purunemise. Seevastu 1,5% CG214 sisaldav suspensioon säilitas silmapaistva homogeensuse, hoides kogu proovikolonni tiheduse kõikumised alla 0,01 g/cm³.
Joonis 3: NJSJ HTHP vedelikukao element-Usaldusväärne instrument, mis on loodud stabiliseeritud suspensioonide kõrge{2}}temperatuuri kõrgrõhu- (HTHP) filtreerimiskiiruse mõõtmiseks.
Videojuhend: API filtreerimise testimine NJSJ HTHP vedelikukadude testeriga
See juhend näitab, kuidas konfigureerida NJSJ kõrge{0}}temperatuuri kõrge-rõhu vedelikukadude testerit. Järgige reaalajas filtreerimise mõõtmisi -6,9 MPa diferentsiaalrõhu all, rõhutades CG214 kopolümeeri dünaamilist veepeetust.
6. Põllu segamise juhised ja parimad tavad
CG214 edukaks rakendamiseks tegelikes väli-madala tihedusega{2}}tsementimise toimingutes peaksid tsementeerimisinsenerid järgima järgmisi juhiseid.
A. Segamis- ja segamismeetodid
CG214 ühildub hästi naftaväljade segamistehnikatega, võimaldades nii kuivsegamise kui ka märgsegamise protokolle:
- Kuivsegamine (väga soovitatav):Kuivatage{0}}CG214 enne transportimist põhjalikult segada tsementeeriva pulbri, kergete täiteainete ja mikrosfääridega. Kasutage õõnsate klaaside või keraamiliste mikrosfääride struktuurse terviklikkuse säilitamiseks madala-nihkejõuga-segamismeetodeid.
- Märgsegamine (partiipaagiga segamine):Lisage CG214 aeglaselt veepaaki, hoides segamiskiirust kõrgel, et tagada kiire, tükkideta{1}}lahustumine. Enne tahkete kuiva tsemendikomponentide lisamist laske vedelikul täielikult hüdreeruda.
Joonis 4: NYLQ 45-kraadise nurga all vaba vedeliku testimise seade-Kasutatakse nulli veeeralduse tagamiseks simuleeritud väga-hälbete õlikaevu tingimustes.
Videojuhend: läga segamine NHJQ konstantse kiirusega lägasegistiga
Vaadake NHJQ mikserit töös. Õppige täpset protsessi vee, vedelikukadu lisandite (CG214) ja tsemendi tahkete faaside sisestamiseks API-määratletud nihkekiirustel, et tagada homogeenne testpulber.
B. Konditsioneerimine ühilduvate vahetükkidega
Tsoonilise isolatsiooni maksimeerimiseks vältige madala-tihedusega läga muda saastumist. Soovitame kombineerida tsemendipulber ühilduvate eel-loputusvahendite ja vahetükkidega, nagu KelioiliCS-seeria isolatsioonivahetükidjaCW seeria keemilised pesud. See aitab eemaldada puurimismudakoogi korpuse ja kihiseinte küljest, luues tugeva, kanalis{1}}vaba tsemendi---sideme kivimitega.
C. Labori kvaliteedikontroll
Enne partii segamist testige alati põlluveevarustust ja kuivi materjale, kasutades täiustatud diagnostikaseadmeid,{0}}nt suure täpsusega{1}}konsistomeetriid, mille tootja onTianjin Nithons Technology Co., Ltd.-Paksenemisaja kõverate, reoloogiliste parameetrite ja nullvaba{1}}vee sihtmärkide kontrollimiseks.
7. Järeldus
Settimisprobleemide ületamine 1,0–1,6 g/cm³ ülimadala tihedusega tsementeerimisega on ülioluline, et tagada pikaajaline-tsooniline isolatsioon ja puurkaevude struktuurne terviklikkus. Kelioili omaCG214-settimisvastane vedelikukadu lisandlahendab need keerulised probleemid edukalt. Kombineerides suure-tõhusa dünaamilise vedelikukao kontrolli tugeva ruumilise makromolekulaarse võrgustikuga, takistab CG214 faaside eraldumist, tagades ühtlase lobri tiheduse ja suure -survetugevusega-tsemendikatted. Nõrga, madala rõhuga ja tühjenenud veehoidlaid puurivate operaatorite jaoks tagab CG214 kasutuselevõtt suurepärase läga jõudluse, nullivaba vedeliku riski ja usaldusväärse,-kestva isolatsiooni keerulistes puuraukude keskkondades.
