Передовые технологии крепления скважин в геотермальной

Передовые технологии крепления скважин в
геотермальной энергетике
Колчанов П.О.
Содержание
― Цементирование скважин и основные цели
― Материал для цементирования скважин
― Особенности высокотемпературных скважин
― Требование к цементам для высокотемпературных скважин
― Программное обеспечение
― Специальные цементные системы
Excellence in Execution
Цементирование Скважин
― Неотъемлемая часть процесса строительства скважин
― Размещение цемента в пространстве за обсадной колонной
Пробуренная
скважина
Закачка цементного
раствора
Обсадная
колонна
Цементный раствор
размещен
Excellence in Execution
Цели Цементирования
― Обеспечение изоляции скважины для предупреждения
межпластовых перетоков
― Поддержка обсадной колонны
― Защита обсадной колонны от агрессивных жидкостей
Excellence in Execution
Портландцемент – Основной Материал
― Гидравлическое вяжущее вещество,
набирающее прочность в результате
процесса гидратации
― Применяется по всему Миру при бурении
скважин для добычи углеводородов
― Ограничен в применении при температурах
свыше 1100С
― Необходимо добавление кварцевой муки во
избежание регресса прочности
― Прочность на сжатие свыше 20 МПа
― Надежен в случае отсутствия циклических
нагрузок
Excellence in Execution
Особенности Высокотемпературных Скважин
― Высокие рабочие температуры
― Добыча или закачка жидкости высокой
температуры
― Необходимость осуществления
технологических остановок
― Циклические нагрузки на цементный камень
― Впервые столкнулись при бурении скважин
на вязкую нефть
― Паронагнетательные скважины (~ 2500С)
― Цикличность нагнетания пара
― Традиционные цементы не выдерживали и
нескольких циклов
Excellence in Execution
Влияние Температуры на Изоляцию
Температура
Порода
Excellence in Execution
Расширение колонны
Порода
Необходимые Свойства Цементов
―Повышение температуры: первоначальные
свойства материалов
Высокая механическая прочность
Высокая эластичность (низкое значение модуля Юнга)
8
Excellence in Execution
Необходимые Свойства Цементов
―Воздействие высокой температуры:
 Сохранение первоначальных свойств
9
Excellence in Execution
Необходимые Свойства Цементов
―Циклические изменения температуры:
Долговечность основных свойств
10
Excellence in Execution
Программное Обеспечение CemSTRESS*
― Предназначено для моделирования целостности
цементного камня за обсадной колонной в зависимости
от изменения нагрузок
Excellence in Execution
Определение Границ Целостности Цементного Кольца
Описание Интервала
Редактирование информации
касательно интересующего сечения
Условия эксплуатации
Описание динамических
изменений
Анализ нагрузок
- Анализ интервала
- Результаты в графике
- Характер разрушения
Границы Целостности
Определение границ целостности
цементного кольца исходя из
механических свойств цементного
камня: отношения прочности на
сжатие и на разрыв к модулю юнга
Excellence in Execution
Рекомендации
― Результат моделирования – рекомендации по
использованию цементной системы, способной
выдержать заданные нагрузки
Excellence in Execution
Подход к Выбору Эксплуатационных Характеристик
ШАГ № 1
Оценка уровня нагрузок
(Модель в CemSTRESS)
Целостность цемента обеспечивается:
Высокой прочностью
Эластичностью
Тепловой стабильностью
Предсказуемостью теплового расширения
ШАГ № 2
Выявление факторов, влияющих на
механические и тепловые свойства
Оценка
свойств
Excellence in Execution
Лабораторные
испытания
ШАГ № 3
Выбор рецептуры и
оптимизация
Спецификация для…
Свойств раствора
Механических характеристик
Тепловой долговечности
Цементирование геотермальных скважин
― FlexSTONE* HT (до 2500С)
― Низкий модуль Юнга
― “Расширяющийся” цемент
― Термоустойчивый цемент ThermaSTONE* (до 3500С)
― Низкий модуль Юнга
― “Расширяющийся” цемент
G+S
Цемент
Лёгкий Цемент
***(Ref: SPE 117709)
***(Ref: SPE 117709)
Excellence in Execution
Термоустойчивый
цемент
FlexSTONE* HT
― Трехкомпонентная система
― Обладает «гибкостью» за счет
малого значения Модуля Юнга
Cement
Цемент
Отличие
трехкомпонентной
системы от
традиционных цементов
Микро кварц
Excellence in Execution
Термостойкая добавка
FlexSTONE* HT
Плотность
SG
1.2
2.5
Модуль Юнга
Менее…
MPa
3000
Расширение
До...
Температуры, 0С
0%
2%
250
FlexSTONE HT
Excellence in Execution
ThermaSTONE* (коммерциализация 12/2011)
Excellence in Execution
Цементирование Геотермальных Скважин
― Вышесказанное особенно важно для геотермальных скважин
― Месторождения углеводородов разбурены тысячами скважин
― Потеря одной скважины поправима
― Геотермальные электростанции используют десятки скважин
― Потеря скважины влияет на производительности станции
― Каждая скважин на счету!
― Передовые технологии цементирования позволят
значительно увеличить срок службы скважин и
минимизировать потери тепла в вышележащие пласты
Excellence in Execution
Вопросы
Excellence in Execution