سیمانه کردن چاه ها

[mani24 29665]

[h=2][/h]

سیمانه کردن چاهها بالاخص چاههای عمیق مثل چاههای اکتشافی نفت ،گاز،آب تقریبا بدون استثنا به دلایل متعددی صورت می گیرد. لوله محافظ (casing) اولیه به منظور اجتناب از روان شدن گل حفاری به خارج از چاه نیاز به سیمانه شدن دارد. و همچنین به منظور جلوگیری از ورود آبهای خالص طبقات مشرف به سطح زمین به داخل چاه فضای بین دیواره لوله سطحی محافظ و چاه به سیمانه شدن نیاز دارد . دیواره خارجی لوله محافظ میانی چاه برای کاهش تاثیر فشار غیر نرمال طبقات و زونهای ضعیف مثل شیل و رس سیمانه می شود و بالاخره لوله نهایی محافظ چاه برای جلوگیری از ورود سیالات طبقات به داخل چاه و جلوگیری از باطلاق شدن ته چاه سیمانه می شوند. ضمنا سیمانه کردن لوله های محافظ (پوشش جداری )چاه کلا موجب دوام بیشتر لوله ها و مانع سایش آنها در اثر سیالات موجود در طبقات می شود که معمولا در طبقات زیرین زمین بالاخص سنگ های رسوبی موجودند.

 

ترکیب اصلی سیمانهایی که در سیمانه کردن چاهها حفاری به کار برده می شوند همان سیمانهای صنعتی است (مثل سیمان ساختمان سازی و غیره )، منتها تفاوت هایی از لحاظ ترکیب دارند که این تفاوتها عمدتا در جهت خاصیت پمپ پذیری (pumpability ) سیمانهای چاههای حفاری است ،بدین منظور و به دلایل دیگری نیز اضافه می شود.

نوع مواد و میزان مواد تشکیل دهنده سیمانهای صنعت حفاری باید به گونه ای باشد که خواص ذیل را در آنها ایجاد نماید :

1-سیمان دوغابی باید به گونه ای باشد که بتوان آن را با پمپ در عمق معیینی از چاه قرار داد.

2-به محض قرار گیری در چاه باید سریعا و در کوتاه مدت مقاومت کافی در آن ایجاد شود .

3-در دراز مدت باید آن چنان به هم چسبی و مقاومت در آنها ایجاد شود تا از شکست مکانیکی جلوگیری به عمل آید.

4-سیمان از نظر ترکیب شیمیایی باید به گونه ای باشد که سیالات طبقات بر روی آن تاثیری نگذارد.

5-سیمان باید آنچنان قوامی داشته باشد که به مرور زمان تجزیه و فاسد نگردد و کیفیت خود را از دست ندهد.

6-سیمان باید فاقد نفوذ پذیری باشد تا سیال طبقات به آن نفوذ نکند.

 

ترکیب اصلی سیمان چاههای حفاری

ترکیب اصلی سیمان چاههای حفاری همان ترکیب سیمان پورتلند (Portland cement ) است. اجزاء اصلی سیمان پورتلند عبارتند از : آهک،رس،شیل،تفاله،بوکسیت و مواد آهن دار.

در ساختن این نوع سیمان میزان معینی از مواد یاد شده را با یکدیگر مخلوط و تا 2700 درجه فارنهایت در کوره حرارت می دهند. سپس آنرا به نرمه و سیمان تبدیل می کنند . ترکیب شیمیایی سیمان همان طور که گفته شد از مواد مختلف تشکیل شده است معمولا اجزای تشکیل دهنده سیمانهای مورد استفاده در چاههای حفاری در جدول زیر نشان داده شده است:

 

اجزای تشکیل دهنده سیمان خشک

اجزای تشکیل دهنده سیمان تر (در حرارت و فشار اتمسفر )

1-تری کلسیم سیلیکات(3cao,sio2 )

1.5cao,sio2,1-2.5H2O+ca(Oh)2

2-دی کلسیم سیلیکات (2cao,sio2 )

2cao,sio, 1-2.5H2O

3-تری کلسیم آلومینات(3cao,Al2o3)

3cao,Al2O3,3caso4,31H2O+3cao,Al2O3,6H2O+koH,NaOH

4-ژیپس (caso4.2H2O)

CASO4,2H2O

5-تترا کلسیم آلومینوفرایت(4cao,Al2O3,fe2O3)

3CAO,AL2O3,6H2O +CA(OH)2+FE2O3

منیزیات (magnesia)(mgo)

MG(OH)2

7-لایم(lime) (cao)

CA(OH)2

 

 

اجزاء تشکیل دهنده در سیمان حفاری

 

1-علت به کار گیری تری کلسیم آلومینات واکنش سریع آنها در مجاورت آب است که مجب مقاومت شدید اولیه در سیمان می شوند دی کلسیم سیلیکات و تترا کلسیم آلومینوفرایت به تدریج از خود واکنش نشان می دهند و به همین ترتیب موجب افزایش تدریجی مقاومت سیمان می شوند .

2- علت استفاده از ژیپس در ترکیب سیمان کنترل واکنش تری کلسیم آلومینات است.

3- اکسید منیزیم به کندی با آب ترکیب و تولید اکسید منیزیم MG(OH)2 می نماید که این ترکیب باعث انبساط سیمان می شود . در به کار گیری مقدار اکسیدمنیزیم باید دقت به عمل آورد چون مقدار بیشتر آن بالاخص در سیمانهای صنعتی باعث ترک در آن می شود لذا آن مقدار را در ترکیب سیمان باید در کمترین حد نگهداشت.

 

بین سیمان صنعتی و سیمان چاهها ی حفاری در دو مورد فرق اساسی است :

 

1-سیمان چاههای حفاری کاملا به صورت دوغابی به کار برده می شوند به عبارت دیگر هیچگونه موادی که باعث به هم آمدن یا متراکم شدن ترکیب می شود به آن اضافه نمی گردد.

2-حجم زیادی از آب در ترکیب سیمان چاههای حفاری به کار برده می شود تا سیمان به صورت دوغابی در آید و پمپ پذیری آن بالا باشد نسبت آب به سیمان بین 25 تا 65 درصد وزنی در سیمان های صنعتی است.

 

مهمترین خواص که در ترکیب سیمان باید مورد توجه قرار گیردعبارتند از :

 

1-پمپ پذیری که تعیین کننده زمان پمپاژ سیمان است.

2-مقاومت که بتواند عملکرد مناسب در مقابل حرارت ، فشار ، نفوذ و فشار آب داشته باشد .

با توجه به تحقیقات به عمل آمده فریس (FARRIS ) معلوم شده است که مقاومت کششی 8 پی.اس.ای (مترادف حدود 100PSI مقاومت فشاری ) برای سیمانهایی که در سیمانه کردن چاههای حفاری به کار برده می شوند کافی است . زمان پمپاژ سیمان همچنین به میزان نرم شدگی آن بستگی دارد . سیمانهایی که دانه های آن نرم و ریز باشند سطح مخصوص آنها نیز زیادتر اند واکنش این نوع سیمان در مجاورت آب بسیار سریع و بدین ترتیب زمان پمپاژ سیمان نیز کوتاه خواهد شد. سیمانهایی که ذرات آن به خوبی ریز و نرم نشده اند و ذرات درشت دارند به دلیل عدم جذب کافی و کامل شدن فعل و انفعالات بین سیمان و آب زمان پمپاژ زیاد و چه بسا سیمان فاقد کارایی لازم شوند.