Как замешать цемент: Как правильно развести цемент: пропорции цемента

Этот процесс смешивания на лету является широко распространенной отраслевой практикой, и в целом он работает хорошо, но, тем не менее, когда вы решите смешивать цемент на лету, существует определенный риск. Этот риск будет обсуждаться здесь.

Рис. 1: Прицеп для перевозки сыпучих материалов Halliburton. Это прицеп-цистерна для бестарного цемента, который использовался при проведении операций по цементированию в пустыне Сахара в январе 2011 г. Этот тип прицепа используется для перевозки цемента с добавками с завода по производству сыпучих материалов на буровую установку заказчика. место нахождения.

ПОРЦИОННОЕ СМЕШИВАНИЕ ЦЕМЕНТА

Альтернативным подходом к смешиванию на лету является периодическое смешивание цементного раствора. В этом сценарии у вас будут силосы, содержащие ваш сыпучий цемент и большое количество сыпучих добавок, таких как кварцевая мука, если это необходимо, смешанные вместе. Кварцевая мука смешивается оптом, потому что попытка разрезать мешки для такой добавки была бы логистическим кошмаром из-за большого объема используемого материала. Учтите, что концентрация кварцевой муки обычно составляет 35-40% bwoc (по весу цемента) по сравнению с добавкой, такой как замедлитель схватывания, который может составлять только 1% bwoc. Количество кварцевой муки может составлять 10 000 фунтов для работы с облицовочным цементом, в то время как количество замедлителя схватывания может составлять всего 250 фунтов. Таким образом, несмотря на то, что с точки зрения логистики целесообразно нарезать мешки для замедлителя схватывания из-за его меньшего количества, вы бы не захотели нарезать мешки для 10 000 фунтов кварцевой муки!!

Обычно используемый смеситель периодического действия имеет вместимость 100 баррелей с двумя баками вместимостью 50 баррелей каждый (см. рис. 2 и 3). В промышленности также доступны агрегаты емкостью 200 баррелей. При периодическом смешивании вы рассчитываете, сколько воды для смешивания вам нужно в каждой гондоле, чтобы обеспечить желаемый объем цементного раствора после того, как цемент втянут в гондолу и перемешан. Например, вам может потребоваться 40 баррелей цементного раствора плотностью 18,0 фунтов/галлон в каждой смесительной камере, что в сумме дает 80 баррелей цементного раствора для работы с хвостовиком. Вы должны добавить воду для смешивания, необходимую для получения 80 баррелей смешанной суспензии, в одну капсулу на смесителе периодического действия (всего это может быть 30 баррелей воды для смешивания), предварительно гидратировать каждую индивидуальную добавку, а затем разделить окончательный объем воды для смешивания между две капсулы периодического смешивания, чтобы у вас было 15 баррелей воды для смешивания внутри каждой капсулы. Прежде чем добавлять какой-либо цемент в любую из капсул на смесительном устройстве периодического действия, необходимо провести проверку плотности добавок и воды для смешивания, чтобы убедиться, что плотность воды для смешивания с включенными добавками соответствует проекту. Для этого лаборатория сообщает плотность смеси воды со всеми добавками в лабораторном отчете. Например, лаборатория может указать, что плотность смеси воды со всеми добавками составляет 12,5 фунта/галлон. Затем, когда вы предварительно гидратируете все свои добавки в воду для замеса, вы можете проверить плотность, чтобы увидеть, соответствует ли она, прежде чем добавлять цемент в каждый контейнер. Это позволит вам узнать, было ли использовано правильное количество добавок. После того, как вы смешали цемент с каждым контейнером, вы должны проверить окончательную плотность смеси, чтобы убедиться, что она соответствует проекту, которая в данном случае будет составлять 18,0 фунтов/галлон. На этом этапе вы можете выполнить дополнительную проверку, которая обсуждается далее в этой статье.

Рис. 2. Верхнее фото: Смесительная установка периодического действия Halliburton, пустыня Сахара, Ливия, январь 2011 г. По обеим сторонам лестницы расположены смесительные блоки периодического действия на 50 баррелей. Здесь видны бочки с жидкими добавками, а также мешки с сухими добавками в цемент на поддоне.

Рис. 3. Фотография снизу: Смесительная установка периодического действия компании Halliburton, пустыня Сахара, Ливия, январь 2011 г. Конусы наверху каждой камеры периодического смешивания представляют собой бункеры, в которые в воду для смешивания добавляют разрезанные мешки с добавками к цементу. который находится внутри каждого стручка.

СМЕШИВАНИЕ «НА ЛЕТУ» – РИСКИ

Вообще говоря, при любой операции по цементированию самый большой риск, с которым вы сталкиваетесь при смешивании «на лету», связан с проблемами доставки сыпучих материалов. Если вы смешиваете цементный раствор, используя сухой смешанный материал из нескольких бункеров для хранения, учитывайте это на берегу. Каждый раз, когда вы опорожняете один бункер и переходите к следующему, есть тенденция к некоторым колебаниям подачи цемента, что, таким образом, вызывает некоторое колебание плотности вашего скважинного раствора. Бывают случаи, когда линия подачи сыпучих материалов к цементному агрегату может даже забиваться слипшимся цементом. Такая проблема, когда вы смешиваете и перекачиваете на лету, вызывает стресс у людей, участвующих в операции, поскольку все знают, что цель состоит в том, чтобы предоставить заказчику скважинный раствор постоянной плотности, обладающий свойствами, для которых он был разработан.

Также существует риск неоднородности смеси внутри бункера, и этот риск может быть выше для определенных типов смесей (в качестве примера рассмотрим смеси со стеклянными пузырьками 3M). Также может иметь место загрязнение силосов, например, свежезамешанный цемент загрязняется старым остаточным продуктом внутри силоса. Хотя эти риски, как правило, хорошо контролируются с помощью надлежащей операционной практики, тем не менее существует некоторый связанный с ними риск, который исторически создавал проблемы при цементировании.

Слишком легкое или слишком тяжелое смешивание Подумайте, что происходит, когда вы смешиваете цемент на лету, а он получается слишком легким. Заданный объем воды для замеса, например 1 баррель, должен иметь определенное соотношение добавок и цемента, чтобы придать планируемому раствору расчетную плотность и заданные свойства. Если вы смешиваете слишком легкую смесь, у вас будет тот же баррель воды для смешивания, но в нее будет введено меньше цемента и добавок. У вас больше нет запланированной конструкции навозной жижи. В случае слишком тяжелого замеса у вас слишком много цемента и добавок для данного объема воды замеса. В зависимости от геометрии ствола скважины несколько баррелей неправильно замешанного цементного раствора могут находиться на расстоянии нескольких сотен футов внутри затрубного пространства. Примите во внимание следующие моменты, когда суспензии смешаны неадекватно:

1.    Ваш раствор имеет определенные реологические свойства для обеспечения определенной реологической иерархии внутри скважины. Если вы смешали слишком тяжелую или слишком легкую смесь, вы могли изменить эти реологические свойства достаточно, чтобы негативно повлиять на это. Это может повлиять на ваши ECD (эквивалентную плотность циркуляции) и эффективность вытеснения;

2.    Ваш раствор был разработан таким образом, чтобы соответствовать определенному интервалу иерархии плотности. Неправильное микширование, возможно, изменило это достаточно, чтобы вызвать некоторое беспокойство. Кроме того, ваш раствор был разработан для обеспечения определенного давления вскрышных пород в забое для предотвращения притока в скважину и предотвращения гидроразрыва пласта. Слишком легкая смесь цемента может привести к притоку газа, а слишком тяжелая смесь может привести к разрыву пласта с утечкой цемента в пласт и недостижению целевого верха цемента. Любое событие может потребовать дорогостоящих восстановительных работ;

3.    Ваша суспензия предназначена для набора прочности в течение определенного периода времени. Если смешать слишком легко, вы задержите установленное время и никогда не достигнете целевого значения крепости, которое было запланировано. В случае, если это хвостовой цемент, буровой установке, возможно, придется ждать дольше, прежде чем они смогут начать бурение, что приведет к непроизводительному времени для буровой установки. Это также может означать, что затвердевший цемент никогда не достигает своих заданных прочностных свойств;

4.    Ваш раствор предназначен для определенного контроля водоотдачи. Смешивая свет, вы теперь имеете меньше этой добавки в смеси, что отрицательно влияет на ваш контроль водоотдачи внутри скважины. Это может сделать раствор восприимчивым к притоку газа, что приведет к неадекватной изоляции зон, что впоследствии потребует проведения восстановительных цементных работ;

5.    Цементный раствор, который был замешан слишком тяжело, может стать неподвижным до того, как он будет закачан в ствол скважины, потому что время загустевания было сокращено при более высокой плотности, что привело к преждевременному прекращению цементных работ и цементированию обсадной колонны, дорогостоящей ситуации для исправлять.

В зависимости от того, насколько легким или тяжелым был замешан цементный раствор и в течение какого времени указанные выше пункты могут представлять реальные проблемы. Некоторые из вышеупомянутых неприятностей могут привести к значительным денежным потерям сервисной компании, которая должна устранить сбой в работе. Они также могут ввести NPT в программу бурения оператора, что приведет к задержкам с вводом скважины в эксплуатацию.

При последовательной разливке процесс хорошо контролируется, и суспензия может быть доставлена ​​в скважину с точностью +/- 0,1 фунта/галлон по плотности. Обычно наблюдаются колебания плотности в пределах +/- 0,2–0,3 фунта/галлон. Тем не менее, я видел случаи, когда суспензия находилась за пределами этого диапазона с большим запасом, и в этом случае в операцию вносились риски. Я уверен, что каждый, кто регулярно занимается цементированием, сталкивался с цементными работами, при которых плотность забоя скважины выходила за допустимые пределы, и заинтересованный клиент задавал им вопросы по этому поводу. Помните также, что такие проблемы со микшированием могут создавать проблемы, даже если они исправляются во время работы. У вас может быть несколько бочек навозной жижи, смешанной с достаточно высокой плотностью, чтобы у нее закончилось время сгущения, и ее больше нельзя было перекачивать, даже если 100 баррелей, которые вы использовали, были с заданной плотностью.

Вспомните, что в открытом море вы забираете сыпучий цемент из бункеров и используете дозирующую систему впрыска жидкости для дозирования жидких добавок в воду затворения. В море насос-дозатор жидкой добавки может потерять калибровку, что приведет к неправильному количеству впрыскиваемой жидкости для конкретной жидкой добавки. Это будет означать, что в воду для навозной жижи вводится слишком много конкретной добавки, если насос перекачивает быстрее, чем указано, и недостаточно добавки, если насос перекачивает медленнее, чем указано. Рассмотрим ситуацию, когда насос, который дозирует диспергатор в ваш раствор, перекачивает быстрее, чем должен. В скважине вы рискуете получить чрезмерно диспергированный раствор с плохой стабильностью, что приведет к оседанию раствора и проблемам со свободной водой. Это не лучший сценарий, когда цель состоит в том, чтобы получить хорошее кольцевое цементное уплотнение. Рассмотрим случай, когда насос, впрыскивающий ваш замедлитель, перекачивает недостаточное количество замедлителя. Вы рискуете, что времени загустевания раствора не хватит для заливки цемента, что приведет к преждевременному прекращению работ и зацементированию обсадной колонны. Вот почему надлежащее техническое обслуживание оборудования имеет решающее значение, но даже в этом случае время от времени могут возникать проблемы.

С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ОПЕРАТОРА

Когда я работал в Ливии в 2010 г., старший инспектор по жидкостям крупного оператора обратился со своей обеспокоенностью по поводу перемешивания цементных растворов на лету для его разведочных скважин в пустыне Сахара. Я объяснил ему, что автоматическая система контроля плотности на цементной установке очень хорошо справилась с обеспечением плотности цементного раствора в скважине в допустимых пределах плотности. Он пренебрежительно отнесся к этому объяснению, сказав: «Вы не можете сказать мне, что ваши суспензии будут доставляться в мой колодец каждый раз со 100% уверенностью, когда вы смешиваете на лету». Я не оспаривал его доводы, он был прав в том, что говорил. Существует элемент риска, связанный с любой операцией микширования на лету, и вы никогда не знаете, когда столкнетесь с проблемой, пока не окажетесь в ее центре. Я объяснил ему , что периодическое смешивание свинцовых цементов никоим образом не является целесообразным с точки зрения логистики вариантом из-за большого объема используемого раствора. Он согласился со мной в этом и предположил, что допустимо смешивать свинцовые цементы на лету, так как в большинстве случаев это были просто растворы наполнителя, поэтому была некоторая свобода действий для несоответствий. Тем не менее, он принял решение о том, что нижний 500-футовый хвостовой цемент в каждой секции скважины будет смешиваться партиями вместе с любым цементным раствором хвостовика и любым используемым цементным раствором для ликвидационной пробки или отжимным раствором (поскольку объемы, связанные с этими типами работ, достаточно малы, чтобы пакетное смешивание управляемо). Дополнительные расходы на смесительную установку периодического действия его не волновали; он считал это дешевой страховкой. Мне понравился его подход, потому что я знал, что мы лучше справляемся с общим риском.

Я участвовал в работе лайнера в пустыне, и мы смешали эту жижу. Когда пульпа была смешана, суперинтендант по жидкостям потребовал, чтобы мы взяли пробу и попросили инженера по буровым растворам на месте провести проверку реологии, чтобы увидеть, где мы находимся по сравнению с нашим лабораторным отчетом о тестировании. Было приятно видеть, что результаты почти точно совпадают с цифрами, указанными в лабораторном отчете. Затем суперинтендант сказал мне: «Теперь я знаю, что то, что вы собираетесь закачивать в мою скважину, соответствует проекту, плотность и реология тоже. Я уверен, что эта суспензия будет соответствовать проекту в моей скважине». Мы прокачали эту работу, и все было безупречно, с давлением работы, которое идеально соответствовало имитационному моделированию. Было ли больше работы? Конечно был. Я лично помогал носить и резать мешки с добавками. Это была изнурительная работа в условиях пустыни, но, когда все было сказано и сделано, я думаю, что не только цементировщик и парни, работающие на оборудовании, но и я испытали значительное облегчение стресса. Оператору также был предоставлен фактор комфорта, который был бы недоступен, если бы мы микшировали на лету. После смешивания и проверки все, что нам нужно было сделать на этом этапе, это закачать цемент в ствол скважины с желаемой скоростью закачки. Любые опасения по поводу объемной доставки или контроля плотности были исключены из эксплуатации.

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Если вы хотите лучше контролировать свои операции по цементированию и более эффективно управлять рисками, я не сомневаюсь, что периодическое смешивание, если это возможно с точки зрения логистики, является разумным подходом. Решение о замешивании партии цемента на последних 500 футах хвостовика, ликвидационных пробок, растворов для отжима и работ с хвостовиками устраняет риски, связанные с операцией цементирования, и помогает обеспечить размещение качественного цемента там, где он должен быть.