Yüksek basınçlı ve sıcak kuyular için geçirimsiz çimento harcı tasarımı
Designing impermeable cement slurry for high pressure and hot wells
Yazar: MUSTAFA HAKAN ÖZYURTKAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. GÜRŞAT ALTUN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği = Petroleum and Natural Gas Engineering
Dizin: Gaz geçirgenliği = Gas permeability ; Geçirgenlik = Permeability ; Petrol kuyuları = Petroleum wells ; Sondaj = Drilling ; Çimento = Cement

Özet:
Bu çalışma, petrol, gaz ve jeotermal kuyularda kullanılan çimento harcı özelliklerinin ve özellikle geçirgenliğinin önlenmesi için yapılan deneysel çalışmaları kapsamaktadır. Çalışmanın odak noktası petrol ve doğal gaz sektöründe hala sıcak bir gündem olan çimento matriks geçirgenliğinin önlenmesi amacı ile uygun çimento kompozisyonu tasarımının yapılmasıdır. Çimento matriks geçirgenliğinin önlenmesi için kod adı ARI olan doğal bir madde ilk defa bu çalışmada çimento katkısı olarak kullanılmıştır. ARI maddesi ile hazırlanan G Sınıf çimento örnekleri üzerinde gaz geçirgenliği ve gaz göçü deneyleri gerçekleştirilmiştir. Matriks geçirgenliğinin ARI katkısının kullanılmasıyla önlenebildiği belirlenmiştir. Bununla birlikte, ARI maddesi ve yaygın olarak kullanılan diğer katkılar ile hazırlanan çimentoların farklı sıcaklık ve basınç koşullarında reoloji, su kaybı, kıvamlılık ve basınç dayanımı özellikleri de incelenmiştir. ARI maddesinin neden olduğu yüksek viskozite değerleri günümüzde sıkça kullanılan ticari katkılar ile kontrol altına alınabilmiştir. ARI maddesinin kıvamlılık deneylerinde donma zamanını hızlandırıcı bir etkisi olduğu ve, bu durum çimentonun donma zamanını ve bekleme süresini düşürerek sondaj maliyetlerini azaltabilir. ARI katkısıyla hazırlanan ve donması için küp kalıplara yerleştirilen çimento örneklerinin donma sürecinde çimento küpleri üzerlerinde biriken serbest suyun çok az olduğu veya küpler üzerinde hiç su oluşmadığı belirlenmiştir. Donmuş çimentonun hacminde büzülme nedeniyle bir azalımın oluşmadığı görülmüştür. Bu sonuç literatürde belirtilen hacim değişiminin önlenmesi kriterini sağlaması açısından çok önemlidir. ARI maddesinin çimentonun dayanım özelliğini geliştirerek, önemli miktarda arttırdığı görülmüştür. Katkılı çimento örnekleri için gaz geçirgenliği ve gaz göçü testlerinde, ARI maddesi içeren çimento örneklerinin, hem kısa dönem hem uzun dönem için gaza geçirgen olmayan bir matriks oluşturduğu belirlenmiştir.

Abstract:
This study contains experimental work performed to control slurry properties and particularly permeability of oil well cement at high temperature and high pressure conditions. Mitigation of cement matrix permeability, which is a contemporary issue, and designing proper cement composition are main focus of the study. This is the first implementation of substance named ARI as a cement additive. Gas permeability and gas migration experiments on Class G cement samples having ARI have been carried out. It was determined that matrix permeability might be prevented by usage of additive ARI. Rheology, water loss, consistency, and strength properties of cement slurries prepared with ARI and commonly used additives are also examined at high temperature and high pressure conditions. High viscosity caused by ARI could be controlled by usage of commercial additives. It is found that substance ARI has an accelerator effects on the consistency property and such situation might decrease drilling costs due to waiting on cement. ARI has no effect on water loss. It is determined that free water accumulated on top of set cubic cement samples taken out from molds are few or none. It is observed that shrinkage effect did not occur at set cement samples. This result is very important due to preventing shrinkage effect criteria. ARI significantly develops compressive strength. It was observed that ARI significantly improves long term strength of cement. Gas permeability and gas migration experiments results are exposed that cement samples prepared with ARI creates impermeable matrices for short and long period of times.