Μέθοδοι πρόληψης αστοχιών στη τσιμέντωση γεωτρήσεων πετρελαίου
Authors: Βελισσαρίου Δημήτριος 
Published: April 2022

Διαφορετικοί παράμετροι όπως : Η γεωμορφολογία σε μια δεδομένη λεκάνη, οι περιβαλλοντικές συνθήκες, τα πρότυπα και οι μέθοδοι που εφαρμόζονται και η αποτελεσματικότητα κατασκευής του πηγαδιού επηρεάζουν την ακεραιότητα της τσιμέντωσης των γεωτρήσεων καθ 'όλη τη διάρκεια ζωής του. Η τσιµέντωση γεωτρήσεων πετρελαίου αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα στάδια κατά το οποίο επιλέγονται βέλτιστες πρακτικές στις εργασίες τοποθέτησης τσιμέντου ώστε να επιτευχθεί κατάλληλη ρεολογική συμπεριφορά των ρευστοαιωρημάτων, επαρκής ζωνική θωράκιση και ανθεκτικότητα στις αλλαγές πιέσεων και θερμοκρασιών κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του. Ενδεχόμενες αστοχίες μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντικές κοινωνικές, περιβαλλοντικές και οικονομικές συνέπειες. Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη μεθόδων αποφυγής αστοχιών και διασφάλισης της τσιμέντωσης των πηγαδιών και της επίδρασης της αρχικής σύστασης του τσιμέντου στις τελικές ιδιότητες του τσιμεντοπολφού λόγω χρήσης προσθέτων και επίδρασης διαφορετικών συνθηκών θερμοκρασίας πίεσης.Αρχικά αναπτύσσεται η λογική σχεδιασμού του ευρέως χρησιμοποιούμενου ειδικού τύπου τσιμέντου API 10A CLASS G Υψηλής Ανθεκτικότητας σε Θειικά (High Sulphate Resistant- HSR), κατάλληλου για τσιμεντώσεις γεωτρήσεων πετρελαίου σε μεγάλα βάθη. Με επιλογή κατάλληλων πρώτων υλών (πχ. χαμηλές συγκεντρώσεις σε αλκάλια και επίτευξη χαμηλού C3A) και χρήση κατάλληλων πρακτικών (ξήρανση, έλεγχος κοκκομετρίας και συνθηκών έψησης) το παραχθέν κλίνκερ συναλέστηκε με διυδρίτη (CaSO4.2H2O) και παρήχθη το εργαστηριακό τσιμέντο (LAB) στο οποίο πραγματοποιήθηκαν οι δοκιμές που προδιαγράφονται από το πρότυπο API 10A. Οι επιδόσεις του εργαστηριακού τσιμέντου (LAB) που επιτεύχθησαν ανταποκρίνονται σε τσιμέντο κλάσης G HSR. Οι ίδιες δοκιμές πραγματοποιήθηκαν και σε εμπορικά διαθέσιμο τσιμέντο κλάσης G HSR (COM), με διαφορετική αρχική σύσταση και πραγματοποιήθηκε συγκριτική μελέτη των επιδόσεων τους βάση API 10A, και διερευνήθηκαν οι αντιδράσεις ενυδάτωσης και τα προϊόντα τους. Για την εκτίμηση της αντλησιμότητας των ρευστοαιωρημάτων γεωτρήσεων πετρελαίου, ο χρόνος πάχυνσης είναι μια από τις βασικές επιδόσεις που παρακολουθούνται και περιγράφονται στο API 10B. Για την μέτρηση του, χρησιμοποιείται συσκευή μέτρησης συνεκτικότητας (Κονσιστόμετρο), όπου το ρευστοαιώρημα τοποθετείται σε αυτόκλειστο στροφείο, το οποίο περιστρέφεται συνεχώς με ταυτόχρονη αλλαγή των συνθηκών πίεσης και θερμοκρασίας. Όταν το μείγμα δεν είναι πια εργάσιμο άρα έχει υψηλή συνεκτικότητα (100Bc), ο χρόνος πάχυνσης καταγράφεται. Για την ρύθμιση της συγκεκριμένης ιδιότητας, μελετήθηκαν ρευστοαιωρήματα με διαφορετικές συγκεντρώσεις επιβραδυντή, με μέτρηση του Χρόνου πάχυνσης σε πρόγραμμα Υψηλών Θερμοκρασιών/ Υψηλών Πιέσεων (ΥΘ/ΥΠ) παρατηρήθηκε ότι με μικρές αλλαγές στην περιεκτικότητα του επιβραδυντή υπήρχε σημαντική αύξηση του χρόνου πάχυνσης. Αφού επιλέχθηκε η συγκέντρωση επιβραδυντή όπου επιτυγχάνει συγκεκριμένη επίδοση χρόνου πάχυνσης, μελετήθηκε η συνδυαστική επίδραση σταθερών συγκεντρώσεων ευρέως χρησιμοποιούμενων προσθέτων(ρυθμιστές απώλειας ρευστών, μείωσης διασποράς και αφρισμού) για την παρακολούθηση ενδεχόμενων συνεργιστικών/ανταγωνιστικών δράσεων των προσθέτων στις τελικές ιδιότητες του ρευστοαιωρήματος στις ίδιες συνθήκες ΥΘ/ΥΠ. Όπως προκύπτει η χρήση προσθέτων έχει σημαντική επίδραση στον χρόνο πάχυνσης του ρευστοαιωρήματος ανεξαρτήτως προοριζόμενης χρήσης, λόγω συνεργιστικών/ανταγωνιστικών δράσεων και υπάρχει ανάγκη πειραματικής εκτίμησης ειδικότερα σε μείγματα με διαφορετικά πρόσθετα. Επίσης οι συνθήκες ΥΘ/ΥΠ που επικρατούν επηρεάζουν το ρυθμό ενυδάτωσης του τσιμέντου άρα και την συμπεριφορά των προσθέτων με το τσιμέντο.Επίσης σαν εναλλακτική των πειραματικών εκτιμήσεων διερευνήθηκε υπολογιστική μελέτη του χρόνου πάχυνσης και διερεύνηση συσχετισμού τελικών ιδιοτήτων ρευστοαιωρήματος τσιμέντου γεωτρήσεων με αρχικές ιδιότητες ξηρού τσιμέντου με χρήση τεχνικών μηχανικής μάθησης και ο συσχετισμός μεταξύ μετρήσιμων ιδιοτήτων μη ενυδατωμένου τσιμέντου και τελικών επιδόσεων του. Για την συγκεκριμένη έρευνα κατασκευάστηκε βάση δεδομένων από 230 περιπτώσεις τσιμέντων πετρελαιοπηγών, τα οποία συλλέχθηκαν από τη βιομηχανία (καθημερινά αποτελέσματα παραγωγής - ημερήσιοι μέσοι όροι δειγμάτων που έχουν πραγματοποιεί οι επιθυμητές χημικές αναλύσεις, φυσικές και μηχανικές μετρήσεις). Επιτεύχθηκε συσχετισμός μεταξύ των ιδιοτήτων του ξηρού τσιμέντου με το χρόνο πάχυνσης και επιβεβαιώθηκε ότι οι φυσικοχημικές παράμετροι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την πρόβλεψη των ιδιοτήτων του τσιμέντου. Kατά τις πρώτες περιόδους ενυδάτωσης τσιμέντου, η αυξημένη θερμοκρασία θερμοκρασία μπορεί να οδηγήσει σε αναπτύξη ρωγμών που σχετίζονται με χημικές αντιδράσεις ή διακυμάνσεις στη θερμότητα και την υγρασία. Για την παρακολούθηση του ρυθμού ενυδάτωσης των τσιμέντων γεωτρήσεων πετρελαίου έγιναν μετρήσεις σε ρευστοαιωρήματα που περιείχαν LAB και Υλικά Αλλαγής Φάσης (ΥΑΦ) του εργαστηριακού τσιμέντου (LAB) ώστε να επιτευχθεί ο έλεγχος της αύξησης της θερμοκρασίας του τσιμέντου γεωτρήσεων πετρελαίου λόγω της ικανότητάς τους να αποθηκεύουν θερμική ενέργεια. Τα ΥΑΦ μεταβαίνουν σε διαφορετική φάση -από στερεό σε υγρό, ή αντιστρόφως- απορροφώντας ή απελευθερώνοντας λανθάνουσα θερμότητα από / προς το περιβάλλον. Το σημείο τήξης, η θερμότητα σύντηξης, η πυκνότητα, η θερμική ικανότητα, η θερμική αγωγιμότητα, η χημική συμβατότητα και το κόστος παραγωγής είναι οι κύριες παράμετροι για την επιλογή του καταλληλότερου. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε δοκίμια που είχαν συντηρηθεί σε δυο διαφορετικές συνθήκες (Περιβάλλοντος και σε ΥΘ/ΥΠ). Με την χρήση των συγκεκριμένων υλικών επιτεύχθηκε η μείωση της μέγιστης θερμοκρασίας και ο έλεγχος του ρυθμού ενυδάτωσης αλλά με σημαντική επίπτωση στις ιδιότητες του τσιμεντοπολφού, ειδικά σε συνθήκες ΥΘ/ΥΠ.