02.06.2008

Сравнение методик тестирования времени схватывания цементных растворов по ГОСТ и API

Методика симулирование скважинных условий по стандарту API «Well Simulation Testing» по сравнению с мелодикой тестирования времени схватывания.

Цементирование нефтяных и газовых скважин требует точного симулирования в лаборатории скважных условий, для получения адекватных данных по характеристикам и качеству цементного камня. Симулирование включает в себя создание давления, температурных и сдвиговых нагрузок на цементный раствор, а также понимая времени, в течения которого они воздействуют. Для оценки качества раствора мы проводим следующие тесты: Оценка реологических свойств раствора, время загустевания по стандарту AP, и проведение ультразвукового теста для оценки прочности цемента и скорости ее набора.

Для измерения времени загустевания раствора по методике API мы используем консистометр высокого давления и температуры. В этом тесте мы симулируем условия, которые воздействуют на раствор в процессе его закачивания в скважину, что включает в себя: симулирование процесса набора температуры, увеличения давления, и сдвиговые нагрузки на цемент. Величина значений температуры и давления зависит от глубины скважины, объема затрубного пространства, размера труб и скорости закачивания цементного раствора.

В процессе проведения теста на запустевание цементный раствор перемешивается со скоростью 150 об/мин. Эта скорость рассчитана как худший сценарий закачивания цементного раствора, когда цемент проходит через цементные помпы и через трубное оборудование, которое может быть у него на пути.

Все эти условия заложены в процесс тестирования по стандарту API, по результатам которого мы можем оценить время, в течение которого цемент может быть прокачан. Концентрация добавок, таких например как диспергатор, замедлитель или ускоритель позволяет достичь требуемого времени загустевания цементного раствора. То есть чем быстрее время закачивания цементного раствора, тем меньшее количество замедлителя требуется, и наоборот. Чтобы не выполнять тестирование для каждой отдельно взятой скважины, мы берём запас по времени для предотвращения загустевания цемента в случае задержки с проведением работ. Время загустевания обычно считается по формуле, время проведения работы плюс 1-2 часа для безопасности.
Теперь, когда мы получили цементный раствор, который удовлетворяет нас по времени загустевания (по методики API), мы начинаем определять момент когда раствор начнет набирать прочность при скважинных условиях. Т.е. проводим симуляцию скважных условий, выполняя тестирование на ультразвуковом анализаторе цемента.

Для этого мы делаем следующее:
1.
Предварительно прогреваем ультразвуковой анализатор до забойной статической температуры.
2. Программируем консистометр, используя те же параметры давления и температуры как и при выполнении теста на запустевание по API. После набора температуры и давления мы продолжаем кондиционирование раствора в течение еще 30 минут.
3. Программируем UCA для симуляции скважинных условий. Ставим скорость набора температуры от динамической до статической в течение 15 минут. Устанавливаем пластовое давление.
4. При выполнении п.3 переносим цементный раствор в уже предварительно прогретый ультразвуковой анализатор и начинаем тест.

Касательно теста на время схватывания, который вы обычно проводите у себя в лаборатории: этот тест не симулирует скважинные условия и не дает реалистичной картины периода, в течение которого цемент в скважине будет затвердевать. Для цементных растворов, которые применяются при строительстве скважин, для проведения такого измерения необходимо использовать два прибора: API консистометр и API ультразвуковой анализатор. Тест же на время загустевания, в ходе которого цементный раствор после замешивания в миксере помещается его в форму, находящуюся в горячей воде, позволяет адекватно оценить время схватывания цементного раствора в случае его применения в строительстве фундамента здания или, например, опор моста. Для анализа же цементных растворов, которые используются при строительстве скважин, такой тест не дает реальной картины процесса схватывания цемента.

Причиной, по которой тест на время схватывания не отображает реально картины процесса, служит то, что он не отображает время реального процесса закачивания раствора, т.е точку с момента которой должен начинаться набор прочности цементного камня. Этот тест не симулирует процесс набора температуры и давление и, самое главное, он не симулирует сдвиговых нагрузок, которые воздействуют на цемент в процессе его размещения в скважине. Это очень важно, т.к., как уже отмечено ранее, эти параметры воздействуют на цемент и именно с их воздействием на него мы определяем срок, в течение которого цементный раствор будет достаточно пластичен, чтобы быть закаченным.

Симулирование пластовых условий критично, потому что:
1. Температура влияет на вязкость  цемента и как следствие на время, в течение которого его можно закачать.
2. Давление снижает время загустевания и повышает скорость набора прочности.
3. Сдвиговые нагрузки влияют на количество соприкосновения частиц цемента в растворе, что влияет на скорость загустевания и регулируется количеством замедлителя, ускорителя и диспергатора для контроля его вязкости, т.е. на силы трения во время его закачивания.
В результате проведения теста по стандарту API мы получаем возможность контролировать точку во времени, в которой начинается набор прочности цементного камня и ее скорость.