Çatlak kuyularda Çözümüne olarak Çelik Boru Mekanik Genişleme
Summary
This article reports on a laboratory scale investigation of an existing field procedure and its adaptation for sealing of leaky wellbores. It consists of mechanical expansion of metal pipe, which results in an improved metal/cement bond, ultimate sealing of hydraulic pathways and prevention of gas leaks caused by the presence of a microannular channel.
Abstract
Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe (casing), and protects metal components from corrosive fluids. These are essential for uncompromised wellbore integrity. Cements can undergo multiple forms of failure, such as debonding at the cement/rock and cement/metal interfaces, fracturing, and defects within the cement matrix. Failures and defects within the cement will ultimately lead to fluid migration, resulting in inter-zonal fluid migration and premature well abandonment. Currently, there are over 1.8 million operating wells worldwide and over one third of these wells have leak related problems defined as Sustained Casing Pressure (SCP)1.
The focus of this research was to develop an experimental setup at bench-scale to explore the effect of mechanical manipulation of wellbore casing-cement composite samples as a potential technology for the remediation of gas leaks.
The experimental methodology utilized in this study enabled formation of an impermeable seal at the pipe/cement interface in a simulated wellbore system. Successful nitrogen gas flow-through measurements demonstrated that an existing microannulus was sealed at laboratory experimental conditions and fluid flow prevented by mechanical manipulation of the metal/cement composite sample. Furthermore, this methodology can be applied not only for the remediation of leaky wellbores, but also in plugging and abandonment procedures as well as wellbore completions technology, and potentially preventing negative impacts of wellbores on subsurface and surface environments.
Introduction
Kuyularda ve çimentonun mekanik manipülasyon yürütmek için kullanılan genleşme fikstür simüle kompozit tüpler: bildirdi deneysel prosedür kritik iki ana bileşeni vardır.
Kuyuda yer altı sıvılar (su, petrol, gaz veya buhar) üretiminin yanı sıra çeşitli sıvıların püskürtülmesi için ana geçit bulunmaktadır. Ne olursa olsun, fonksiyonu, kuyu deliği üretilen / enjekte sıvıların kontrollü akışını sağlamak için gereklidir. Sondaj ve tamamlama: kuyu yapımı, iki ayrı operasyonları vardır. Kuyu deliği çimento, tamamlamaları prosedürünün bir parçası, temel olarak bölgesel izolasyon, metal boru (kılıf) mekanik destek ve aşındırıcı akışkanlar metal bileşenleri koruma sağlar. Bu ödün, tam işleyen bir kuyuda temel unsurlarıdır. Kuyu deliği çimento kılıfın bütünlüğü hidratlanmış çimento kimyasal ve fiziksel özelliklerinin bir fonksiyonu, c geometrisiiyi ased ve çevreleyen bir oluşum / oluşumun özelliklerini 2,3 sıvıları. Bu kaya ve / veya metal arayüzlerde kuvvetli bağların oluşumunu engellediği için sondaj sıvısının tam olmayan şekilde ayrılması kötü bölgesel izolasyon neden olur. Çimento kılıflar bir kuyunun ömrü boyunca yetmezliği birçok türde tabi tutulabilir. Tamamlama ve üretim işlemleri neden olduğu basınç ve sıcaklık salınımları çimento matrisi içinde kırıklarının gelişimine katkıda; burada bağ açıcı basınç ve / veya sıcaklık değişimleri ve çimento hidratasyon büzülme 4,5,6 neden olur. Oluşması erken ya da hizmet ömrü yıl sonra saptanabilir sonucu, hemen hemen her zaman microannular sıvı akış varlığıdır.
Heathman ve (2006) Beck <, görünür ayrılmaya gösterdi sıvıyı göç için tercihli yollar yaratabilecek çimento çatlak başlaması 100'ün üzerinde basınç ve sıcaklık döngüsel yüklere maruz çimentolu kasanın bir model oluşturdusup> 7. Alanında, genleşme ve bir sondaj kuyusu metal bileşenlerin kasılması çimento kılıfın geçirgenlikte bir artışa yol açan, ara yüzey kimyasal bağdan çıkarma ve microannulus oluşumuna neden, çimento ve kaya ile çakışmamaktadır olacaktır. Çekme gerilmeleri malzemenin 8 gerilme mukavemetini aşan bir kez bir ek kaplama yükleme çimento taşı matrisindeki radyal çatlaklarının yayılmasının neden olabilir. Yukarıda belirtilen çimento başarısızlıklarının tüm gaz göç, SCP ortaya çıkması ve uzun vadeli çevresel risklere neden mikro-kanalize, neden olabilir.
SCP ile üreten ve terk edilmiş kuyuların önemli bir kısmı sürekli doğal gaz emisyonu 9 potansiyel yeni bir kaynak oluşturmaktadır. Watson ve 315.000 petrol, gaz, ve Alberta enjeksiyon kuyuları Bachu (2009) tarafından yapılan analizler, Kanada da kuyuiçi sapma, kuyu tipi, terk yöntem ve çimento kalitesi önemli faktörler işbirliği olduğunu gösterdiKuyunun 10 sığ bölümünde potansiyeli iyi sızıntı ntributing. Mevcut düzeltici operasyonlar pahalı ve başarısız; sıkmak çimentolama, en sık kullanılan iyileştirici tekniklerden biri, sadece 50% 11 başarı oranına sahiptir.
Bu yazıda sızdıran kuyuda 12,13 için yeni bir iyileştirme tekniği olarak Genişletilebilir Gövde Teknolojisi (EKT) değerlendirilmesi hakkında rapor. ECT yeni veya mevcut kuyuların 14 uygulanabilir. Bu teknolojinin ilk ticari kurulum Kasım 1999 15 Meksika Körfezi'nin sığ sularda bir kuyu üzerinde Chevron tarafından gerçekleştirildi. Genişletilebilir boruları için mevcut işletim zarf 205 ° C kadar dikey, sıcaklığı 100 ° 'lik bir eğim kapsüller, 2.37 g / cm3, 8.763 m, 160.6 GPa hidrostatik basınç ve boru şeklinde bir uzunluğu 2092 m, 16 derinliğe kadar çamur ağırlığı. Katı genişletilebilir boruları için tipik bir genişleme oranı birpproximately 2.4 m / 17 dak.
Bu çalışma SCP için yeni bir iyileştirme operasyonu olarak EKT teknolojinin adaptasyonu için benzersiz bir yaklaşım sunuyor. Çelik borunun genişletilmesi ara yüzeyde gaz akışının kapatılmasına neden ve gaz kaçak sızdırmaz olur çimento sıkıştırır. Bu nedenle biz sadece sızdıran kuyuda olası bir nedeni olarak bunun üzerinde duruldu, bu çalışmanın odak noktası mevcut microannular gaz akışının sızdırmazlık olduğunu belirtmek önemlidir. Bu amaç için yeni adapte teknolojinin etkinliğini test etmek için, var olan bir microannular akışına sahip bir kuyu deliği modeli oluşturulmuştur. Bu çimento hidratasyon sırasında iç boru döndürülerek elde edilir. Bu bir sondaj kuyusu termal ve basınç yüklenmesi yıl sonra ne olacağını ileri sarmak için sadece herhangi bir saha operasyonları simüle, ama değil.
Protocol
Representative Results
Discussion
The reported experimental procedure has two main components that are critical: composite cylinders that simulate wellbores and the expansion fixture that is used to carry out mechanical manipulation of cement. When designing wellbore models (cement/pipe composite cylinders), it is critical to choose adequate cement density, store samples under total humidity conditions (100% RH) and establish pipe-cement debonding before cement slurry completely sets. Failing to achieve this would make the entire gas flow experiment impo…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar yardım ve destek için aşağıdaki kişi ve kurumlara teşekkür etmek istiyorum: William Portas ve James Heathman (Endüstri Advisors, Shell E & P), Richard Littlefield ve Rodney Pennington (Shell Westhollow Teknoloji Merkezi), Daniele di Crescenzo (Shell Araştırma Şey Mühendisi ), Bill Carruthers'ın (LaFarge), Chevron ile şimdi Tim Quirk (), Gerry Masterman ve Wayne Manuel (LSU PERTT Lab), Rick Young (LSU Kaya Mekaniği Laboratuarı) ve SEER Lab üyeleri (Arome Oyibo, Tao Tao, ve Iordan Bossev).
Materials
| ASTM A53 Grade B ERW Schedule 40 Steel pipe – OD=10.16 cm, ID=10.04 cm, L=59.7 cm | Baker Sales | BPE-4.00BB40 | |
| ASTM A53 Grade B ERW Schedule 10 Steel pipe – OD=6 cm, ID=5.94 cm, L=61 cm | Service Steel | n/a | |
| Expansion Cones – AISI D2 grade alloy steel (60 RC hardness) | Shell | Custom-made | |
| Pipe coupling – OD=6.35 cm, ID=6 cm, L=4.4 cm | LSU | Custom-made | |
| Steel plate ring – OD=10.16 cm, ID=5.76 cm, thickness=6.35 mm | Louisiana Cutting | Custom-made | |
| Class H Cement | LaFarge | 04-16-12 / 14-18 | |
| Defoaming agent – D-Air 3000L | Halliburton | n/a | |
| Bentonite clay | LSU | n/a | |
| Calcium hydroxide | LSU | n/a | |
| Expansion Fixture | Shell | Custom-made | |
| Pressure transducers | Omega | PX480A-200GV | |
| Teflon tubing | Swagelok | PB0754100 | |
| Union tee | Swagelok | SS-400-3 | |
| Elbow union | Swagelok | SS-400-9 | |
| Female elbow | Swagelok | SS-400-8-8 | |
| Port connector | Swagelok | SS-401-PC | |
| Forged body valve | Swagelok | SS-1RS4 | |
| Tube adapter | Swagelok | SS-4-TA-1-2 | |
| Pipe lubricant | E.F. Houghoton & Co. | 71323998 | |
| Instant Galvanize Zinc Coating | CRC | 78254184128 |
References
- King, G. E. Well Integrity: Hydraulic Fracturing and Well Construction – What are the Factual Risks. SPE Wellbore Integrity Webinar. 5, (2013).
- Taylor, H. F. . Cement Chemistry. , (1997).
- Thiercelin, M. J., Dargaud, B., Baret, J. F., Rodriguez, W. J. Cement design based on cement mechanical response. SPE Drill & Compl. 13 (4), 266-273 (1998).
- Nelson, E. B., Guillot, D. . Well Cementing. , (2006).
- Carter, L., Evans, G. A Study of Cement-Pipe Bonding. Paper SPE 164 presented at the California Regional Meeting. , 24-25 (1964).
- Goodwin, K., Crook, R. Cement Sheath Stress Failure. SPE Drill Eng. 7 (4), 291-296 (1992).
- Heathman, J., Beck, F. E. Finite Element Analysis Couples Casing and Cement Designs for HP/HT Wells in East Texas. Paper SPE 98869 presented at the IADC/SPE Conference. , (2006).
- Boukhelifa, L., et al. Evaluation of Cement Systems for Oil and Gas Well Zonal Isolation in a Full-Scale Annular Geometry. Paper SPE 87195 presented at the IADC/SPE Drilling Conference. , (2004).
- Duan, S., Wojtanowicz, A. A Method for Evaluation of Risk of Continuous Air Emissions from Sustained Casinghead Pressure. Paper SPE 94455 presented at SPE/EPA/DOE Exploration and Production Environmental Conference. , (2005).
- Watson, T. L., Bachu, S. Evaluation of the potential for gas and CO2 leakage along wellbores. SPE Drill & Compl. 24 (1), 115-126 (2009).
- Wojtanowicz, A. K., Nishikawa, S., Xu, R. Diagnosis and remediation of SCP in wells. Final report submitted to US Department of Interior MMS. , (2001).
- Kupresan, D., Heathman, J., Radonjic, M. Experimental Assessment of Casing Expansion as a Solution to Microannular Gas Migration. Paper SPE 168056 presented at IADC/SPE Drilling Conference and Exhibition. , (2014).
- Kupresan, D., Heathman, J., Radonjic, M. Application of a New Physical Model of Expandable Casing Technology in Mitigation of Wellbore Leaks. CETI Journal. 1 (5), 21-24 (2013).
- Demong, K., Rivenbark, M. Breakthroughs using Solid Expandable Tubulars to Construct Extended Reach Wells. Paper SPE 87209 presented at the IADC/SPE Drilling Conference. , (2004).
- Grant, T., Bullock, M. The evolution of Solid Expandable Tubular Technology: Lessons Learned Over Five Years. , (2005).
- Jennings, I. Dynamic formations rendered less problematic with solid expandable technology. , (2008).
- Fanguy, C., Mueller, D., Doherty, D. Improved method of cementing solid expandable tubulars. , (2004).
- American Petroleum Institute. Appendix C (tentative), Fluid Density Balance. Recommended Practice for Testing Oilwell Cements and Cement Additives. , (1971).
- Nelson, E. B. . Well cementing. , (1990).
