'

SPE Distinguished Lecturer Program Программа выдающиеся лекторы SPE

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

1 SPE Distinguished Lecturer Program Программа выдающиеся лекторы SPE The SPE Distinguished Lecturer Program is funded principally through a grant from the SPE Foundation. The society gratefully acknowledges the companies that support this program by allowing their professionals to participate as lecturers. Special thanks to the American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers (AIME) for its contribution to the program. Society of Petroleum Engineers Distinguished Lecturer Program www.spe.org/dl Программа выдающиеся лекторы SPE спонсируется главным образом через грант Фонда SPE. Общество выражает благодарность компаниям, поддерживающим программу, направляющие своих сотрудников для участия в ней в качестве лекторов. Отдельная благодарность Американскому институту горной, металлургической и нефтяной промышленности (AIME) за его вклад в программу. Общество инженеров-нефтяников Программа выдающиеся лекторы www.spe.org/dl


Слайд 1

Cement and Cementing: An Old Technique With a Future? Society of Petroleum Engineers Distinguished Lecturer Program www.spe.org/dl Цементный раствор и Цементирование: Устаревший метод в будущем? Общество инженеров-нефтяников Программа выдающиеся лекторы www.spe.org/dl


Слайд 2

3 Outline / Содержание Cement Cementing: a necessary evil? Alternative isolation techniques Today’s well challenges Cement versatility Well architecture tool for the future Цементный раствор Цементирование: необходимое зло? Альтернативные методы изоляции Проблемы современной скважины Многостороннее использование цемента Инструмент построения скважины будущего


Слайд 3

4 Cement/ Цементный раствор Material and Regulations Материал и нормативы


Слайд 4

5 Portland Cement Портландцемент Hydraulic binder Гидравлическое вяжущее вещество Suspension (paste or slurry) for placement Суспензия (пастообразная масса или жидкий цементный раствор) для размещения Controllable setting Контролируемое схватывание Solid / Твердое вещество Strong / Густое Impermeable / Непроницаемое Inexpensive / Недорогое Available everywhere Имеется повсюду


Слайд 5

6 History of Oilfield Cement История развития промыслового цемента Before our era Clay, lime Ca(OH)2 + CO2 ? CaCO3 Roman times Pozzolanic cements 1824: Portland cement Selected raw materials 1903: Portland cement in oil wells 1917: “Oilfield” cements До нашей эры Глина, известь Ca(OH)2 + CO2 ? CaCO3 Эпоха римской империи Пуццолановый цемент 1824 г.: Портландцемент Отобранные сырьевые материалы 1903 г.: Использование портландцемента в нефтяных скважинах 1917 г.: “Промысловые” цементные растворы


Слайд 6

7 History of Oilfield Cement История развития промыслового цемента Создание API 20 марта 1919 г. 1940 г.: Типы ASTM от 1 до 5 1948 г.: выпущен API Код 32 Стал API RP10B в 52 1952 г.: 6 классов цемента 1953 г.: API Std 10A API Spec 10A в 72 ISO 10426 с 2000 г. API created 20 Mar 1919 1940: ASTM Types 1 to 5 1948: API Code 32 released Became API RP10B in 52 1952: 6 classes of cement 1953: API Std 10A API Spec 10A in 72 ISO 10426 since 2000


Слайд 7

8 Cement Types Типы цементных растворов Construction cements Common cement API classes A, B, C Retarded cements Deeper wells Classes D, E, F Pressurized consistometer Cementing companies Abandoned early 80s Строительный цемент Обычный цемент API классы A, B, C Цемент с замедленным сроком схватывания Более глубокие скважины Классы D, E, F Консистомер для замеров под давлением Компании, занимающиеся цементированием Ликвидирован в начале 80-х


Слайд 8

9 Типы цементных растворов Простой портландцемент Классы G, H Контроль качества, воспроизводимость Более универсальный Цемент класса J Замещается G/H + кремний Шлаковый цемент ~80-е сопротивление соляному раствору ~90-е совместимость с буровым раствором Прочие Plain Portland cement Classes G, H Quality control, reproducibility More universal Class J cement Replaced by G/H + Silica Slag cement ~80s Brine resistance ~90s Mud compatibility Others


Слайд 9

10 Use of Cement Использование цемента USA ~ 80% class H and G ~ 10% class A, ~ 10% Class C Rest of the world (international service companies) >95% class G (often imported) Class A or C; or local common cement: preferentially Type V (ASTM), or CEM-I 42.5 or 52.5 (EN 197-1) Logistics allowing If good and even quality If adequate quality control США ~ 80% классы H и G ~ 10% класс A, ~ 10% Класс C В других странах (международные сервисные компании) >95% класс G (часто импортируется) Класс A или C; или местный обычный цемент : предпочтительно типа V (ASTM), или CEM-I 42.5 или 52.5 (EN 197-1) Учет логистики При хорошем или умеренном качестве При соответствующем контроле качества


Слайд 10

11 From API to ISO (since 1998) от API до ISO (c 1998 г.) API Committee 10 ISO TC 67 /SC 3/WG 2 ISO 10426 – well cements ISO 10426-1 (ANSI/API 10A) - specification ISO 10426-2 (ANSI/API RP 10B-2) - testing ISO 10426-3 (ANSI/API RP 10B-3) – deepwater wells ISO 10426-4 (ANSI/API RP 10B-4) - foam cement ISO 10426-5 (ANSI/API RP 10B-5) – shrinkage/expansion ISO 10426-6 (ANSI/API RP 10B-6) – static gel strength Other work groups: Evaluation (logs), High Temperature, Deepwater… API Комитет 10 ISO TC 67 /SC 3/WG 2 ISO 10426 – тампонажные цементы ISO 10426-1 (ANSI/API 10A) - спецификация ISO 10426-2 (ANSI/API RP 10B-2) - тестирование ISO 10426-3 (ANSI/API RP 10B-3) – глубоководные скважины ISO 10426-4 (ANSI/API RP 10B-4) - пеноцемент ISO 10426-5 (ANSI/API RP 10B-5) – усадка/расширение ISO 10426-6 (ANSI/API RP 10B-6) – статическое напряжение сдвига Другие рабочие группы: Оценка (каротаж), высокая температура, глубоководные…


Слайд 11

12 Cementing: A Necessary Evil? Цементирование: необходимое зло? Evolution of Equipment and Technology, and an Outline of Their Shortcomings Эволюция оборудования и технологии, и обзор недостатков


Слайд 12

13 Technology Older Than a Century Технология старее века First well cementing ~ 1903 Perkins Oil Well Cementing Co., Calif. Shovel/cement mixer Первое цементирование скважины ~ 1903 Компания Perkins Oil Well Cementing Co., Калифорния. Лопаточный/цементный миксер First use of an eductor Jet mixer invented 1921 “High pressure” mixing In use till the 1970s Still used by some Gravity cement feed Первое применение эдуктора Изобретение гидросмесителя в 1921 г. Смешение при “высоком давлении” Использовался до 1970-х Кто-то до сих пор его использует Подача цемента самотеком


Слайд 13

14 Primary Cementing Objectives Главные задачи цементирования Casing anchor (axial support) Protection against corrosion and erosion Support of borehole walls Zonal isolation Hole Скважина Casing Обсадная колонна Cement цемент Якорь обсадной колонны (осевая опора) Защита от коррозии и эрозии Опора внутрискважинных стенок Разобщение пластов


Слайд 14

15 Unsuccessful Zonal Isolation Неудачное разобщение пластов Risk to HSE Опасность ОТБОС ACP/SCP Remedial work Исправительные работы Early water prodn Ранняя обводненность Loss of prodn Снижение продуктивности Interzonal fluid flow Межпластовое движение флюида NPV ЧДД


Слайд 15

16 Cementing Process at Surface Процесс цементирования на поверхности Раствор Slurry Homogenizing/ Control Гомогенизация/ контроль Pumping Закачка Well Скважина Dosing & Mixing Дозирование и смешение Dry Additives Сухие добавки Cement Цемент Bulk Blend Смешение цементной насыпи


Слайд 16

17 Handling Dry Cement / Работа с сухим цементом From cutting sacks to pneumatic handling От упаковки в мешки до пневматической транспортировки Storage / Хранение Transport / Транспортировка Blending/ Смешивание Typical problems / проблемы Contamination/ Загрязнение Humidity (air)/ Влажность (воздух) Deliverability/ Фильтрационные свойства Homogeneity/ Однородность Fully automated blender/ Полностью автоматизированный блендер


Слайд 17

18 Control of Mixing Контроль процесса приготовления цементной смеси Density Control Контроль плотности


Слайд 18

19 Cement Quality = Slurry Performance Качество цемента = Характеристики цементного раствора W/C ratio; extender; weighting agent Отношение вода/цемент; наполнитель; утяжелитель Fluid loss agent Понизитель фильтрации Anti-settling agent Противоосаждающее вещество Dispersant / viscosifier Дисперсант/ загуститель Retarder/accelerator Замедлитель/ ускоритель Viscosity Вязкость Gelation Загустевание Pump time Время закачки Free fluid Свободный флюид Dehydration Дегидрация Stability Стойкость Early strength Быстрое затвердевание Density Плотность


Слайд 19

20 Cementing Additives Key Milestones Ключевые моменты в истории разработки цементных добавок Lignosulphonates and cellulosics Sugars and superplasticizing agents (~ 1960s) Polyamine/imine ( ~1970s) SB Latex ( ~ 1980s) Co/ter-polymers AMPS (~ 1980s) Temperature stability Biopolymers (~ 1990s) Not based on Xanthan gum Environmentally friendly additives (end 1990s) OSPAR (OSlo-PARis) convention 1998 Лигносульфонаты и целлюлозные полимеры Сахара и суперпластификаторы (~ 1960-е) Полиамины/имины ( ~1970-е) SB латекс ( ~ 1980-е) Со/три-полимеры AMPS (~ 1980-е) Теплоустойчивость Биополимеры (~ 1990-е) Не на основе ксантановой смолы Экологические чистые добавки (конец 1990-х) Конвенция ОСПАР (ОСло-ПАРижs) 1998 г.


Слайд 20

21 Cementing Process Downhole Процесс цементирования внутри скважины Failures identified 30-40s Field practices Turbulent displacement High Reynolds ~50s 10 min contact ~60s SloFlo / Plug Flow ~70s Fluid with yield stress Дефекты, выявленные в 30-40-е Промысловые технологии Турбулентное замещение Большое число Рейнольдса ~50е 10-ти мин. контакт ~60е SloFlo / Пробковый режим ~70е Флюид с пределом текучести


Слайд 21

22 Исследования процесса вытеснения Флюиды предела текучести ~конец 60-х Коэффициент подвижности /разность скоростей~70-е “Закачивайте как можно быстрее” Все полуэмпирические Крайне противоречивые резултаты Даже по вертикальным скважинам Displacement studies Yield stress fluids ~end 60s Mobility ratio/differential velocity ~70s “Pump as fast as you can” All semi-empirical Very mixed results Even in vertical wells Cementing Process Downhole Процесс цементирования внутри скважины


Слайд 22

23 Mud Removal Modeling Моделирование процесса вытеснения бурового раствора More complex wells Deviated, horizontal & extended reach Более сложные скважины Наклонно-направленные, горизонтальные и с большим отходом от вертикали More critical wells Deepwater, high-pressure high-temperature Более критичные скважины Глубоководные, с высоким давлением, высокой температурой Importance for Zonal Isolation Very difficult modeling Computational Fluid Dynamics (CFD) tools not applicable Важность для разобщения пластов Крайне сложное моделирование Приборы для вычисления динамики флюида (CFD) не применимы


Слайд 23

24 Mud Removal Modeling Моделирование процесса вытеснения бурового раствора Eccentricity effects Modeling ~ end 80s Turbulent/Effective Laminar Flow Rheology/Density contrast Эффекты эксцентриситета Моделирование ~ конец 80-х Турбулентный/ эффективный ламинарный поток Сопоставление реологии /плотности Erodability / PDGM concept Polymer muds Концепция эродируемости / PDGM Полимерные буровые растворы Numerical 2D Modeling (2002) Числовое 2D моделирование (2002 г.) Lubrication analytical model (2003) Расчетная модель смазки (2003 г.)


Слайд 24

25 Mud Removal Modeling Моделирование процесса вытеснения бурового раствора


Слайд 25

26 Mud Displacement Simulation Имитация процесса вытеснения бурового раствора CFD fluid /fluid displacement in eccentered geometries Вычислительная гидродинамика флюида /вытеснение флюида в эксцентрических сетках модели


Слайд 26

27 Cement Evaluation Logs Диаграммы качества цемента Sonic logs CBL ~60s Compensated CBL ~80s Segmented Compensated Акустический каротаж Акустический цементомер (CBL) ~60-еs Компенсированный акустический цементомер ~80-е Сегментированный компенсированный Ultrasonic logs 8 sensors ~80s 1 rotating sensor ~90s Ультразвуковой каротаж 8 датчиков ~80-е 1 вращающийся датчик ~90-е


Слайд 27

28 Cement Evaluation Logs Диаграммы качества цемента Limitation of cement logs Strength or Impedance ~80s Microannulus/Isolation??? Microdebonding ~mid-90 s Casing interface exclusively Ограничения диаграмм акустического цементомера Прочность или сопротивляемость ~80-е Микро зазоры между обсадной колонной и цементным камнем / Изоляция??? Микро нарушения сцепления ~середина 90-х Поверхность обсадной колонны исключительно


Слайд 28

29 Cement Evaluation Logs Диаграммы качества цемента Flexural Attenuation (2006) 1 + 3 sensors Full cemented annulus width 3rd interface Differentiate lightweight cements from liquids Confirm hydraulic isolation Visualize casing in borehole Флексурное затухание 2006 1 + 3 датчика Затрубное пространство, зацементированной по всей ширине 3-я поверхность Отличие облегченного цемента от жидкостей Подтверждение гидравлической изоляции hydraulic isolation Визуализация обсадной колонны внутри скважины


Слайд 29

30 Cement Evaluation Logs Диаграммы качества цемента Акустический каротаж Акустический цементомер (CBL) ~60-еs Компенсированный акустический цементомер ~80-е Сегментированный компенсированный Ультразвуковой каротаж 8 датчиков ~80-е 1 вращающийся датчик ~90-е Ограничения диаграмм акустического цементомера Прочность или сопротивляемость ~80-е Микро зазоры между обсадной колонной и цементным камнем / Изоляция??? Микро нарушения сцепления ~середина 90-х Поверхность обсадной колонны исключительно Флексурное затухание (2006 г.) 1 + 3 датчика Затрубное пространство, зацементированной по всей ширине 3-я поверхность Отличие облегченного цемента от жидкостей Подтверждение гидравлической изоляции hydraulic isolation Визуализация обсадной колонны внутри скважины


Слайд 30

31 Alternative Isolation Techniques Альтернативные методы изоляции Other Fluids and Mechanical Means Прочие флюиды и средства механизации


Слайд 31

32 Organic Resins Органические смолы Very limited applications Cost Shelf-life Sensitivity Health, safety, and environment Compatibility (water, mud…) Placement … Крайне ограниченное применение Затраты Срок годности Чувствительность Охрана труда, техника безопасности и охрана окружающей среды Совместимость (с водой, буровым раствором…) Размещение …


Слайд 32

33 Mechanical Systems / Механические системы Complementary to cement Casing drilling, expandable casing (EC) Swellable elastomer layer Дополнительно к цементу Бурение на обсадных трубах, расширяющаяся обсадная колонна (EC) Слой набухающего эластомера Exclusive of cement EC/ Casing with (oil or water) swellable packer Another form of completion May still require cement for most other casings Без цемента EC/Обсадная колонна с (нефть или вода) разбухающим пакером Другая форма заканчивания Цемент может потребоваться для большинства других обсадных колонн


Слайд 33

34 Today’s Well Challenges and Versatility of Cement Современные проблемы скважин и эксплуатационная гибкость цемента


Слайд 34

35 New Reservoir Isolation Challenges Новые проблемы изоляции пластов Aging and depleting fields Completions at lower pressures Steam injection, stimulation Workovers and repairs Plugging and abandonment Exploration and new developments Isolation under higher pressure and temperature Very narrow pore/frac pressures margin In deeper water and at colder temperatures Старые и истощающиеся месторождения Заканчивания при более низких давлениях Закачка пара, интенсификация притока Капитальный ремонт и текущие ремонтные работы Закрытие и ликвидация Разведка и новые разработки Изоляция при более высоком давлении и температуре Малая разность между поровым давлением и давлением гидроразрыва В глубоких водах и при более низких температурах


Слайд 35

36 Need for Ultra-Low Density Необходимость сверхнизкой плотности Conventional Cement Slurries Directly linked to W/C ratio Slurry Very low rheology Stability Set cement Very low strength, high permeability, very long setting times Обычные цементные растворы Напрямую связан с водоцементым отношением Раствор Крайне низкая реология Устойчивость Затвердевший цемент Крайне низкая прочность, высокая проницаемость, продолжительное время схватывания


Слайд 36

37 Need for Ultra-Low Density Необходимость сверхнизкой плотности High performance /high solid cements Adapted from concrete industry Same water/solid ratio at all densities From 900 to 2800 kg/m3 Similar rheology High strength, low permeability Высококачественный/крайне твердый цемент Заимствован из цементной промышленности Одинаковое значение водотвердового отношения при любой плотности От 900 до 2800 кг/м3 Сходная реология Высокая прочность, низкая проницаемость


Слайд 37

38 Slurry Quality Control? Контроль качества цемента Solid Fraction Monitoring Мониторинг твердой фракции


Слайд 38

39 Well Architecture and Logistics Построение скважины и логистика Lighter isolation-quality cements Цементы, обладающие качеством более легкой изоляции Depleted reservoirs Истощенные коллекторы Single-stage cementing Одноступенчатое цементирование Production liner instead of casing Эксплуатационный хвостовик вместо обсадной колонны Light cements that set faster at low temperatures Облегченные цементы, быстро схватываются при низких температурах Deepwater conductors, surface casings… Глубоководные направляющие колонны, кондукторные колонны…


Слайд 39

40 Is Isolation Durable? Является ли изоляция устойчивой? Cement is strong, but fragile Цемент твердый, но хрупкий Understanding failures Понимание дефектов P or T increases P или T увеличиваются Drilling, milling, repairs Бурение, измельчение, ремонт P or T decreases P или T снижаются Modeling capability Моделирующая способность Parameter sensitivity Чувствительность параметров


Слайд 40

41 Casing – Cement Обсадная колонна - Цемент Casing Обсадная колонна


Слайд 41

42 Casing-Cement-Formation Обсадная колонна-Цемент-Пласт Cement Цемент Casing Обсадная колонна


Слайд 42

43 Mechanical Properties Механический свойства Axial Load F Осевое усилие F Confining Stress C = 0 Ограничивающее напряжение C=0 axial strain (compression) axial stress (compression) strength Compressive Strength Предел прочности при сжатии Young's modulus, E (ratio of stress to strain) Модуль Юнга, E (отношение напряжения к деформации) Poisson's ratio, ? (ratio of lateral strain to axial strain) Коэффициент Пуассона, ? (отношение поперечной деформации к продольной деформации) Tensile strength Предел прочности на разрыв “Optimized” Mechanical Properties «Оптимизированные» механические свойства


Слайд 43

44 Isolation Made Durable / Длительная изоляция Controlled flexibility and expansion Isolation maintained during P, T changes From construction to abandonment Контролируемые гибкость и расширение Изоляция сохраняется при изменениях P и Т От строительства до ликвидации


Слайд 44

45 A Tool in Well Architecture Инструмент, используемый при построении скважины Summary Выводы


Слайд 45

46 Cement in the Past Цемент в прошлом A necessary evil? Commodity? Необходимое зло? Полезный продукт?


Слайд 46

47 Cementing Today Цементирование сегодня Solutions portfolio Портфель решений Not only slurry performance Не только характеристики цементного раствора Set material properties Установленные свойства материала Short/long-term well requirements Кратко/долгосрочные требования к скважине Modeling tools Средства моделирования Fit-for-purpose, cost-effective system Целевая, экономически эффективная система 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Early strength Начальная прочность Final strength Прочность цемента При окончательном схватывании Permeability Проницаемость Shrinkage Усадка Bonding Схватывание Flexibility Упругость Durability Срок службы Toughness Прочность


Слайд 47

48 Cementing Tomorrow: A Technology for the Future Цементирование завтрашнего дня: Технология будущего Evolving cement industry Still considerable academic research CO2 emissions Important engineering development Развивающаяся цементная промышленность До сих пор проводятся научные исследования Выбросы CO2 Важные технологические разработки


Слайд 48

49 Cementing Tomorrow: A Technology for the Future Цементирование завтрашнего дня: Технология будущего Oilfield cementing industry More tools in the toolbox Materials, simulators Adapt to tomorrow’s well requirements A true well engineering technology Нефтепромысловая цементная промышленность Больше инструментов в наборе Материалы, симуляторы Приспособление к требованиям по скважинам завтрашнего дня Истинная технология проектирования скважины


Слайд 49

50 Cementing Tomorrow: A Technology for the Future Цементирование завтрашнего дня: Технология будущего Oilwell cementing has evolved considerably Oilwell cementing will continue to quickly adapt New cements from cement manufacturers New tools from cementing service industry Physically active, chemically re-active or inert materials Process design/simulation means A true well engineering technology An interesting future Integrated in well design & construction process Процесс цементирования нефтяных скважин претерпел существенное развитие Процесс цементирования нефтяных скважин будет и впредь быстро адаптироваться Появятся новые цементы от производителей цементных материалов Индустрия цементных услуг предложит новые инструменты Физически активные, химически реактивные или инертные материалы Средства проектирования/ моделирования процесса Истинная технология проектирования скважины Интересное будущее Интегрирование в процесс проектирования и строительства скважины


Слайд 50

51 Thank you for your attention Спасибо за внимание


Слайд 51

52


×

HTML:





Ссылка: