漏洩坑の解決策として鋼チューブの機械的な拡張
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
坑井セメントの機械的操作を行うために使用される拡張具をシミュレート複合シリンダー：報告された実験手順は極めて重要である2つの主要な構成要素を有している。
坑井は地下流体（水、油、ガス、または蒸気）の製造と同様に種々の流体を注入するための主要なゲートウェイである。かかわらず、その機能の、坑井が生成/注入された流体の制御された流れを提供するために必要である。掘削および完成：坑井の建設は、2つの異なる事業を展開しています。坑井のセメント、補完手順の一部は、主に帯状の分離、金属パイプ（ケーシング）の機械的支持、及び腐食性流体からの金属成分の保護を提供する。これらには、妥協のない、完全に機能する坑井の不可欠な要素です。坑井のセメントシースの完全性は、cの形状、水和セメントの化学的および物理的特性の関数であるよくASED、及び周囲の形成/形成の特性は、2,3、流体。それは岩及び/又は金属との界面での強い結合の形成を妨げるので、掘削流体の不完全な除去が貧弱な帯状の分離になります。セメントシースは、井戸の寿命の間に障害の多くの種類を行うことができる。完成と生産の操作によって生じる圧力と温度振動はセメントマトリックス内骨折の発展に貢献する。剥離は、圧力および/ または温度変化やセメント水和収縮4,5,6によって引き起こされる。その発生の初期または寿命の年後に検出することができるが、結果は、ほとんど常にmicroannular流体の流れの存在である。
ヒースマンとベック（2006）は、流体移行するための優先的な経路をもたらす可能性がセメントクラックの見える剥離、開始を示し、100を超える圧力と温度繰返し荷重にさらさ接合ケーシングのモデルを作成した<SUP> 7。フィールドには、坑井の金属成分の伸縮は、セメントシースの透過性の増加につながる、microannulusの界面剥離と形成を引き起こす、セメント及び石のものと一致しないであろう。引張応力は材料8の引張強度を越えると、増設筐負荷がセメントマトリックス内の半径方向のクラックの伝播を引き起こす可能性がある。上記のセメントの障害のすべては、ガス移行、SCPの発生、および長期的な環境リスクにつながるマイクロチャネリングをもたらすことができる。
SCPとの生産と放棄された井戸の相当数は、連続天然ガス放出9の潜在的な新しいソースを構成している。アルバータ州、カナダで315,000石油、ガス、および注入井戸のワトソンとバチュー（2009）が行った分析も坑井偏差、ウェルタイプ、放棄方法、およびセメントの品質が重要な要因の共同であることを示したウェル10の浅い部分でのポテンシャル井戸漏れntributing。既存の救済操作はコストがかかり、失敗した。スクイズセメント、最も一般的に使用される救済技術の一つは、わずか50〜11％の成功率を有している。
本論文では、漏洩坑井12,13のための新たな浄化技術として拡張ケーシング·テクノロジー（ECT）の評価について報告する。 ECTは、新規または既存の井戸14に適用することができる。この技術の最初の商用インストールは、1999年11月15にメキシコ湾の浅瀬でよく上シェブロンによって行われた。拡張可能なチューブラー用の現在の動作包絡線は205℃までの垂直、温度から100°の傾斜をカプセル化し、 2.37グラム/ cm 3であり、8763メートル、160.6 GPaでの静水圧と筒の長さ2092メートル16の深さまで泥の重み。固体膨張チューブラーの典型的な膨張率であるpproximately 2.4メートル/ 17分。
この研究は、SCPのための新たな修正操作としてECT技術の適応へのユニークなアプローチを提供しています。鋼管の膨張は界面におけるガス流の閉鎖をもたらし、ガス漏れをシールするであろうセメントを圧縮する。したがって、我々は唯一のリーキー坑の原因として、その焦点を当て、この研究の焦点は、既存のmicroannularガス流のシールであることを言及することが重要である。この目的のために、新たに適応技術の有効性を試験するために、我々は、既存のmicroannular流と坑井モデルを設計した。これは、セメント水和の際に内管を回転させることによって得られる。これは任意のフィールドの操作をシミュレートするためではなく、単に早送りする坑井の熱と圧力荷重の数十年後に何が起こるかではありません。
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
著者は、彼らの助けとサポートのために、以下の人々や機関に感謝したいと思います：ウィリアム·ポルタスとジェームズヒースマン（産業·アドバイザーズ、シェルE＆P）、リチャード·リトルフィールドとロドニーペニントン（シェルWesthollow技術センター）、ダニエレ·ディ·クレシェンツォ（シェルリサーチさてエンジニア）、ビル·カールーザーズ（ラファージュ）、ティム·カーク（現シェブロン付き）、ジェリーMastermanとウェイン·マヌエル（LSU PERTTラボ）、リック·ヤング（LSU岩石力学研究室）、およびSEERラボ（AROME Oyibo、タオタオのメンバー、および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 |
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