새는 Wellbores에 대한 해결책으로 스틸 튜브의 기계적 확장
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
wellbores과 시멘트의 기계적 조작을 수행하는 데 사용되는 확장기구를 시뮬레이션 복합 실린더 :보고 된 실험 절차는 중요한 두 가지 주요 구성 요소가 있습니다.
Wellbores는 지하 유체 (물, 기름, 가스, 또는 증기)의 생산뿐만 아니라 다양한 유체의 주입을위한 주요 관문입니다. 관계없이 그 기능의 유정이 생성 / 주입 유체의 제어 된 유동을 제공하도록 요구된다. 시추 및 완료 : 유정 건설은 두 가지 작업이 있습니다. 유정 시멘트, 완료 절차의 일부는, 주로 띠 분리, 금속 파이프 (케이싱)의 기계적 지지체, 및 부식성 유체로부터 금속 성분의 보호를 제공한다. 이러한 타협, 모든 기능을 wellbores의 필수 요소입니다. 유정 시멘트 외피의 무결성은 수화 된 시멘트의 화학적 및 물리적 특성의 함수, C의 구조입니다잘 ased 및 주변 형성 / 형성의 속성 2,3 체액. 그것은 바위 및 / 또는 금속 인터페이스에 강력한 결합의 형성을 방지하기 때문에 드릴링 유체의 불완전한 제거는 가난한 구역의 분리가 발생합니다. 시멘트 칼집은 웰의 수명 동안에 실패의 많은 유형을 실시 할 수있다. 완성 및 생산 작업에 의한 압력과 온도 진동은 시멘트 매트릭스 내의 골절의 발전에 기여; 탈는 압력 및 / 또는 온도 변화 및 시멘트 수화 수축 4,5,6에 의해 야기된다. 그 발생을 조기 또는 수명의 년 후에 검출 될 수 있지만, 결과는 거의 항상 microannular 유체 흐름의 존재이다.
Heathman과 (2006) 벡은 <가시 디 본딩을 보였다 유체를 마이그레이션하기위한 우선적 인 경로를 제기 할 수 있습니다 시멘트 균열의 개시 100 개 이상의 압력과 온도 반복 하중에 노출 시멘트 케이싱의 모델을 만들어SUP> 7. 필드 확장 및 유정의 금속 성분 수축 시멘트 시스의 투과성 증가로 이어지는 계면 탈 결합 및 microannulus의 형성을 야기 시멘트 바위의 번호와 일치하지 않을 것이다. 인장 응력은 재료 (8)의 인장 강도를 초과하면 추가 케이싱 로딩 시멘트 매트릭스 방사형 균열의 전파를 초래할 수있다. 상기 시멘트 실패 모두 발생 가스 회유, SCP의 발생, 장기 환경 위험에 이르게 마이크로 채널링, 초래할 수있다.
SCP와 생산 및 버려진 우물의 상당수는 지속적인 천연 가스 배출량 9 잠재적으로 새로운 소스를 구성한다. 왓슨과 315,000 석유, 가스, 알버타 주입 우물의 Bachu (2009)에 의해 수행 분석, 캐나다는 또한 유정 편차가 잘 유형, 포기 방법 및 시멘트의 품질이 핵심 요소 공동 있음을 보여 주었다웰 (10)의 얕은 부분의 포텐셜 웰 누설 ntributing. 기존 치료하는 작업은 비용이 많이 들고 실패하는; 스퀴즈 점착, 가장 일반적으로 사용되는 교정 방법 중 하나는, 단지 50 % (11)의 성공률을 갖는다.
본 논문에서 우리는 새는 wellbores 12, 13에 대한 새로운 치료 기술로 확장 케이스 기술 (ECT)의 평가를보고한다. ECT는 신규 또는 기존의 웰 (14)에 적용될 수있다. 이 기술의 최초의 상용 설치가 1999년 11월 15 멕시코만의 얕은 바다에서 잘에 셰브론에 의해 수행되었다. 확장 TUBULARS의 현재 운영 봉투가 205 ° C까지의 수직, 온도 100 °의 경사를 캡슐화, 2.37 g / cm 3, 8,763m, 160.6 GPa로의 수압 및 관 길이 2,092m (16)의 깊이에 진흙 무게. 고체 팽창성 TUBULARS위한 전형적인 팽창률 인pproximately 2.4 m / 17 분.
이 연구는 SCP를위한 새로운 수정 작업으로 ECT 기술의 적응에 대한 독특한 접근 방식을 제공합니다. 강관의 팽창이 계면에서의 가스 유동의 폐쇄 초래하고 가스 누출을 밀봉 할 시멘트를 압축한다. 따라서 우리는 새는 wellbores의 가능한 원인으로 그에 초점을 맞추고,이 연구의 초점은 기존 microannular 가스 흐름의 밀봉 것을 언급하는 것이 중요하다. 이 목적을 위해 새롭게 구성된 기술의 효과를 시험하기 위해, 우리는 기존 microannular 흐름 유정 모델을 설계했다. 이는 시멘트 수화 동안에 내관을 회전시킴으로써 얻어진다. 이 유정에 열 및 압력 하중의 수십 년 후에 무슨 일이 일어날 지 앞으로 단순히 어떤 분야의 작업을 시뮬레이션 할 수 있지만하지 않는 것입니다.
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…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 자신의 도움과 지원을 위해 다음과 같은 사람과 기관에 감사드립니다 : 윌리엄 Portas 제임스 Heathman (산업 자문, 쉘 E & P), 리처드 리틀과 로드니 페닝 턴 (쉘 Westhollow 기술 센터), 다니엘 디 크레센을 (쉘 연구 음 엔지니어 ), 빌 카루 더스 (라파즈), 쉐브론과 지금 팀 쿼크 (), 게리 Masterman 웨인 마누엘 (LSU PERTT 연구소), 릭 영 (LSU 암석 역학 실험실) 및 SEER 연구소의 회원 (Arome Oyibo, 타오 타오하고, 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 |
Referências
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