Wie funktioniert Zementieren?

Ein Teil des Prozesses der Vorbereitung eines Bohrlochs für weitere Bohrungen, Produktion oder Stilllegung, das Zementieren eines Bohrlochs, ist das Verfahren des Entwickelns und Pumpens von Zement in ein Bohrloch.

Das Zementieren wird aus verschiedenen Gründen verwendet, um das Bohrloch zu schützen und abzudichten. Am häufigsten wird Zementieren verwendet, um das Eindringen von Wasser in den Brunnen dauerhaft zu verhindern. Als Teil des Fertigstellungsprozesses eines zukünftigen Produktionsbohrlochs kann das Zementieren verwendet werden, um den Ringraum abzudichten, nachdem ein Futterrohrstrang in ein Bohrloch gefahren wurde. Darüber hinaus wird Zementieren verwendet, um eine Zone mit verlorener Zirkulation oder einen Bereich abzudichten, in dem die Strömung innerhalb des Bohrlochs verringert oder nicht vorhanden ist. Beim Richtbohren wird Zementieren verwendet, um ein vorhandenes Bohrloch zu verstopfen, um von diesem Punkt aus ein Richtbohrloch zu betreiben. Zementieren wird auch verwendet, um einen Brunnen zu verstopfen, um ihn aufzugeben.

Die Zementierung erfolgt, wenn der Zementschlamm über Pumpen in das Bohrloch eingebracht wird, wobei die noch im Bohrloch befindlichen Bohrspülungen verdrängt und durch Zement ersetzt werden. Die Zementaufschlämmung fließt durch das Futterrohr zum Boden des Bohrlochs, das schließlich das Rohr sein wird, durch das die Kohlenwasserstoffe an die Oberfläche fließen. Von dort füllt es den Raum zwischen dem Futterrohr und dem eigentlichen Bohrloch aus und härtet aus. Dies schafft eine Abdichtung, so dass Fremdmaterialien nicht in den Bohrlochfluss gelangen können, und positioniert die Verrohrung dauerhaft an Ort und Stelle.

Vorbereitung des Zements

Bei der Vorbereitung eines Bohrlochs für die Zementierung ist es wichtig, die für die Arbeit erforderliche Zementmenge festzulegen. Dazu wird der Durchmesser des Bohrlochs entlang seiner Tiefe mit einem Messschieber gemessen. Unter Verwendung sowohl mechanischer als auch akustischer Mittel messen Mehrfinger-Kalibrierungsprotokolle den Durchmesser des Bohrlochs an zahlreichen Stellen gleichzeitig, um Unregelmäßigkeiten im Bohrlochdurchmesser auszugleichen und das Volumen des offenen Bohrlochs zu bestimmen.

Außerdem sind die erforderlichen physikalischen Eigenschaften des Zements wesentlich, bevor mit dem Zementieren begonnen wird. Der richtige abgebundene Zement wird auch bestimmt, einschließlich der Dichte und Viskosität des Materials, bevor der Zement tatsächlich in das Bohrloch gepumpt wird.

Spezielle Mischer, darunter hydraulische Strahlmischer, Umlaufmischer oder Chargenmischer, werden verwendet, um trockenen Zement mit Wasser zu verbinden, um den nassen Zement, auch Slurry genannt, zu erzeugen. Der beim Bohrlochzementierungsprozess verwendete Zement ist Portlandzement, der mit Additiven kalibriert wird, um eine von acht verschiedenen API-Zementklassen zu bilden. Jeder wird für verschiedene Situationen eingesetzt.

Zusätze können Beschleuniger sein, die die Abbindezeit des Zements verkürzen, sowie Verzögerer, die das Gegenteil bewirken und die Abbindezeit des Zements verlängern. Um die Dichte des Zements zu verringern oder zu erhöhen, werden Leicht- und Schwerzusätze hinzugefügt. Zusätze können hinzugefügt werden, um die Druckfestigkeit des Zements sowie die Fließeigenschaften und Dehydratisierungsraten zu verändern. Extender können verwendet werden, um den Zement zu expandieren, um die Zementkosten zu senken, und Antischaum-Additive können hinzugefügt werden, um das Schäumen innerhalb des Bohrlochs zu verhindern. Um verlorene Zirkulationszonen zu stopfen, werden auch Überbrückungsmaterialien hinzugefügt.

Zementieren des Brunnens

Nachdem das Futterrohr oder das Stahlrohr in das Bohrloch eingeführt wurde, wird ein L-förmiger Zementierkopf oben am Bohrlochkopf befestigt, um die Aufschlämmung von den Pumpen aufzunehmen. Zwei Abstreifstopfen oder Zementierstopfen, die das Innere des Gehäuses fegen und ein Vermischen verhindern: der untere Stopfen und der obere Stopfen.

Um zu verhindern, dass sich die Bohrspülungen mit der Zementaufschlämmung vermischen, wird der Bodenstopfen in das Bohrloch eingeführt und Zementaufschlämmung wird in das dahinterliegende Bohrloch gepumpt. Der untere Stopfen wird dann direkt über dem Boden des Bohrlochs von der Schwimmmanschette aufgefangen, die als Einwegventil dient, das es der Zementaufschlämmung ermöglicht, in das Bohrloch einzutreten.

Dann wird der Druck auf den Zement, der in das Bohrloch gepumpt wird, erhöht, bis ein Diaphragma innerhalb des unteren Stopfens zerbrochen ist, wodurch die Aufschlämmung hindurch und an der Außenseite des Verrohrungsstrangs nach oben fließen kann.

Nachdem das richtige Zementvolumen in das Bohrloch gepumpt wurde, wird ein oberer Stopfen in das Futterrohr gepumpt, der die verbleibende Aufschlämmung durch den unteren Stopfen drückt. Sobald der obere Stopfen den unteren Stopfen erreicht, werden die Pumpen abgeschaltet und der Zement kann abbinden.

Die Zeit, die Zement zum Aushärten benötigt, wird als Eindickzeit oder Pumpfähigkeitszeit bezeichnet. Zum Setzen von Brunnen in tiefen Tiefen, unter hoher Temperatur oder hohem Druck sowie in korrosiven Umgebungen können spezielle Zemente verwendet werden.

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