הרחבה מכאנית של הפלדה Tubing כפתרון שלשיטה רותחת

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

יש הליך ניסיוני דיווח על שני מרכיבים עיקריים שהם קריטיים: בלונים מורכבים המדמים ששיטה ומתקן ההרחבה המשמש לביצוע מניפולציה מכאנית של המלט.

ששיטת השער העיקרי לייצור של נוזלים מתחת לפני הקרקע (מים, נפט, גז, או קיטור) וכן הזרקה של נוזלים שונים. ללא קשר לתפקידו, נדרש בור הקידוח על מנת לספק זרימה מבוקרת של נוזלים המופקים / הזריקו. יש בניית בור קידוח שתי פעולות נפרדות: קידוח והשלמה. מלט בור קידוח, חלק מהליך הגמר, בעיקר מספק בידוד אֵזוֹרִי, תמיכה מכאנית של צינור המתכת (מעטפת), והגנה על רכיבי מתכת מנוזלי מאכל. אלה הם מרכיבים חיוניים של ששיטה ללא פשרות, לתפקוד מלא. שלמות נדן מלט בור הקידוח היא פונקציה של התכונות כימיות ופיסיות של מלט התייבשות, הגיאומטריה של גased גם, ואת המאפיינים של ההיווצרות / המבנה מסביב נוזלי ^2,3. ההסרה חלקית של קידוח נוזלים תגרום לבידוד אֵזוֹרִי העני שכן הוא מונע היווצרות של קשרים חזקים בממשקים עם רוק ו / או מתכת. יכולים להיות נתונה נדני מלט לסוגים רבים של כישלון בחייו של באר. תנודות בלחץ והטמפרטורה שנגרמו על ידי פעולות השלמה והפקה לתרום לפיתוח של שברים בתוך המטריצה ​​של המלט; debonding נגרמת על ידי לחץ ו / או שינויי טמפרטורה ולחות ^4,5,6 הצטמקות מלט. התוצאה היא כמעט תמיד נוכחות של זרימת נוזל microannular, למרות התרחשותו ניתן לאתר מוקדם או לאחר שנים של חיי שירות.

Heathman ובק (2006) יצרו מודל של המעטפת ביצרו נתון מעל 100 עומסים מחזוריים לחץ וטמפרטורה, אשר הראו debonding הגלוי, ייזום של סדקי בטון שיכול להוות מסלולים מועדפים להעברת נוזל <sup> 7. בתחום, ההתרחבות וההתכווצות של רכיבי מתכת של בור קידוח לא יעלו בקנה אחד עם אלה של מלט ורוק, גורמים debonding והיווצרות microannulus interfacial, שהובילו לעלייה בחדירות של נדן המלט. טעינת מעטפת נוספת יכולה לגרום להתפשטות של סדקים רדיאליים במטריצה ​​של מלט פעם מאמצי המתיחה יעלו חוזק המתיחה של החומר ^8. כל כישלונות המלט האמורים עלולים לגרום למייקרו-תקשור, מה שמוביל להגירה גז, את המופע של SCP, וסיכונים סביבתיים לטווח ארוך.

מספר רב של בארות הפקה ונטושות עם SCP מהווה מקור פוטנציאלי חדש של פליטת גז טבעי רציף ^9. הניתוח שנערך על ידי ווטסון וBachu (2009) של 315,000 נפט, גז, ובארות הזרקה באלברטה, קנדה הראתה גם כי סטיית בור קידוח, גם סוג, שיטת נטישה, והאיכות של מלט הם גורמי מפתח במשותףntributing לדליפה גם פוטנציאל בחלק הרדוד של הבאר ^10. הפעולות מתקנים הקיימות הן יקרות ולא מוצלחות; המלט לסחוט, אחת טכניקות מתקנת הנפוצות ביותר, יש שיעור הצלחה של 50% ^-11.

במאמר זה אנו מדווחים על ההערכה להרחבה מעטפת הטכנולוגיה (ECT) כטכניקת תיקון חדשה שלשיטה דולפת ^12,13. ניתן ליישם ECT בבארות חדשות או קיימים ^14. ההתקנה המסחרית הראשונה של טכנולוגיה זו בוצעה על ידי שברון על גם במים הרדודים של המפרץ מקסיקו בנובמבר 1999 ^15. מעטפת התפעול השוטפת לtubulars הרחבה מתמצתת עד 205 מעלות צלזיוס נטייה של מהמצב אנכי, טמפרטורה 100 מעלות, משקל בוץ כדי 2.37 גרם / סנטימטר ^3, לעומק של 8763 מ 'בלחץ, ההידרוסטטי של 160.6 GPA ואורך צינור 2,092 מ' ^16. קצב התפשטות טיפוסי לtubulars הרחבה המוצק הואpproximately 2.4 מ '/ דקת ^17.

מחקר זה מציע גישה ייחודית להתאמה של טכנולוגית ECT כמבצע תיקון חדש לSCP. הרחבת צינור הפלדה דוחסת את המלט אשר יביא סגירת זרימת הגז בממשק ולאטום את דליפת הגז. חשוב להזכיר כי במוקד של מחקר זה הוא האיטום של זרימת גז microannular הקיימת, ולכן אנחנו מתמקדים רק בזה כסיבה אפשרית שלשיטה דולפת. על מנת לבחון את היעילות של טכנולוגיה מותאמת חדש למטרה זו, עיצבנו מודל בור קידוח עם זרימת microannular הקיימת. זה מתקבל על ידי החלפת הצינור הפנימי במהלך הידרציה מלט. אין בכך כדי לדמות כל פעולות שטח, אלא פשוט כדי להריץ קדימה מה יקרה אחרי עשרות שנים של טעינה תרמית ולחץ בבור קידוח.

Protocol

1. לדוגמא Composite (איור 1) הערה: רוב מקומות עבודה המלט במפרץ מקסיקו (ארה"ב) נעשים באמצעות מלט הכיתה H 18, לכן, אותו הסוג של בטון המשמשים לביצוע הניסויים במעבדה כדי לדמות תנאים כמו שדה-, התחולה הפוטנציאלית של טכנולוגיה זו לSCP תיקון ב…

Representative Results

בדיקות זרימה דרך גז טרום הרחבה על המדגם המורכב הראו הקלטה לחץ על מתמר הלחץ לשקע, המאשרת זרימת גז דרך microannulus-מיוצר מראש (איורים 7 ו -8). תנאים ראשוניים נשמרו באותו שבו לחץ בכניסה ראשונית היה 103 kPa וגז קצב הזרימה נשמר ב 85 מיליליטר / דקה לאותה תקופה. פער הזמן…

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…

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