NO144432B - Fremgangsmaate ved sementering av et borehull. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører sementering av borehull, f.eks. borehull som bores for å finne olje, gass eller vann. Slik sementering kan både være såkalt primærsementering,

dvs. sementering av foringen i borhullet, eller sekundærsementering, dvs. avsluttende sementeringer, f.eks. reparer-ing av lekkasjer eller avtetting av tapsoner eller høyttrykk-soner.

Sementblandinger som brukes ved sementering av borehull har man hittil vanligvis fremstilt ved kontinuerlig å blande tørr sement med vann. De respektive delmengder styres ved hjelp av automatisk utstyr som reagerer på blandingens tetthet, slik at det tilveiebringes en sementblanding med en bestemt tetthet eller sammensetning. Det er også kjent å sette til retardasjonsmidler til den tørre sementen før sammenblandingen med vannet. Selv små variasjoner i prosentandelen av retardasjonsmiddel eller andre additiver i blandingen, eller små variasjoner i retardasjonsmidlets fordeling i den tørre sement, kan påvirke blandingens kvalitet. Gale mengder av additiver kan føre til alvorlige problemer, såsom f.eks. redusert avbindingstid, flash-herding, tap av kompre-sjonsstyrke osv. Det er kjent fremgangsmåter for bestemmelse av prosentandelen av additiver i en tørrsementblanding. Det skal her eksempelvis vises til US patentskrift nr. 3 565 553. Et sporstoff blandes med additivet og det hele settes så til tørrsementen. En prøve blandes med en væske for å løse opp sporstoffet og ved hjelp av en spektrofotometrisk analyse kan man så bestemme prosentandelen av sporstoffet og derved også prosentandelen av additivet i tørrsementblandingen.

US patentskrift nr. 3 615 223 beskriver også en fremgangsmåte for bestemmelse av prosentandelen av tilsatte additiver. Fordelingen av et retardasjonsmiddel i de tørre komponentene i en sementblanding bestemt for en oljeborings-brønn, bestemmes ved at en prøve av blandingen blandes med et middel som reagerer med eller løser opp retardasjonsmidlet.

Med spektrofotometrisk analyse kan man så bestemme prosentandelen av retardasjonsmidlet i blandingen.

Det har også vært foreslått å løse opp et sement-additiv i vann slik at det fremkommer en løsning som deretter blandes med tørrsement for tilveiebringelse av sementblandingen.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe

en fremgangsmåte hvormed prosentandelen av additiver i blandingen kan styres nøyaktig under fremstillingen av blandingen, under hvilken fremstilling væsken og de tørre komponenter blandes kontinuerlig, fortrinnsvis med automatisk styring i samsvar med blandingens tetthet.

Ifølge oppfinnelsen er det derfor tilveiebragt

en fremgangsmåte som angitt i krav 1. Ytterligere trekk ved fremgangsmåten er angitt i underkravene.

Tetthetsmålingen i blandings- og lagersonen ut-nyttes for bestemmelse av de til den andre blandesone til-førte mengde av additiv-vannblanding og tørrsementingredienser. Derved unngår man den mulighet for feilaktig tetthetsmåling som kan foreligge når man ikke tar hensyn til den etterfølg-ende blanding, slik tilfellet er ved den kjente teknikk,

fordi man der ikke er sikret jevn dispergering av tørr-sementen i hele additiv-vannblandingen.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere, med klar-gjøring av dens fordeler, i forbindelse med den etterfølgende beskrivelse av to foretrukne fremgangsmåter.

På tegningene viser

fig. 1 et blokkdiagram for en^utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser et blokkdiagram av en annen utfør-elsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og

fig. 3 viser en grafisk kurve opptegnet med et spektrofotometer som arbeider med en gitt bølgelengde.

Et vannforråd er i fig. 1 betegnet med 10, 11 betegner et forråd av et flytende additiv, og 12 betegner et forråd av tørr sement i bulk. I en blandetank 13 blandes vann og flytende additiv for dannelse av en additiv-vannblanding eller - løsning. Vannet går i fra forrådet 10 til blandetanken 13 gjennom en ledning 14 hvor det er anordnet en ventil 15. Flytende additiv fra forrådet 11 føres til innløpet i en fortrengningspumpe 16 gjennom en ledning 17, hvor det er anordnet en ventil 18. Det flytende additiv måles av pumpen 16 og går til blandetanken 13 gjennom en ledning 19. Målingen av det flytende additiv med pumpen 16 styres av en motor- og sats-styreenhet 21 som påvirkes av en operatør. På denne måten kan pumpen gi en bestemt mengde av flytende additiv ved hver påvirkning av styreenheten.

Operatøren kan lage et ønsket volum av en løsning av flytende additiv i vann med en gitt konsentrasjon av additiv ved å la vann i fra forrådet 10 strømme inn i tanken 13 opp til et kalibreringsmerke som angir det ønskede vannvolum, og deretter måle inn i tanken det beregnede volum av flytende additiv ved hjelp av fortrengningspumpen 16. Tanken 13 kan forsynes med et røreverk for å gi en skikkelig blanding i tanken.

Blandingen i tanken 13 blandes med den tørre sementen i en primærblander 22.. Primærblanderen kan være en hvilken som helst egnet innretning, f.eks. den som er vist og beskrevet i US patentskrift nr. 3 542 342.

Den pulverformede sementen transporteres pneumatisk fra forrådet 12 gjennom en ledning 23, hvor det er eh ventil 24, og til en beholder 25. Fra denne beholderen går sementen gjennom en ledning 27 til en sementmater 26. Sementmateren kan f.eks. være en stjernehjulmater som vist i det sistnevnte US patentskrift. Sementen går fra materen gjennom en ledning 3 0 og til primærblanderen med en hastighet som styres av motor- og styreenheten 28.

Løsningen av flytende additiv i vann i beholderen 13 går gjennom den ventilstyrte ledning 29 til en sentrifugalpumpe 31 som drives av en motor 32. Pumpen sender løsningen gjennom en ledning 33, en lukket forsinkelsesbeholder 34,

en ledning 35, en måleventil 36, og en ledning 37 til primærblanderen 22 hvor løsningen blandes med tørrsementen for dannelse av sementblandingen. En styreenhet 3 8 påvirker måleventilen 3 6 for styring av den løsningsmengde som leveres til primærblanderen.

Sementblandingen går så til blandeinnretningen 39, sojti i hovedsaken er en åpen beholder. Sementblandingen går fra primærblanderen 22 gjennom en ledning 41 og inn i blanderen 3 9. En sentrifugalpumpe 42, som drives av en motor 40, mottar sementblanding fra blanderen 39 gjennom en ventilstyrt ledning 43. Pumpen leverer blandingen til en utløpsledning 44. Fra utløpsledningen kan blandingen resirkuleres til blanderen 39 gjennom en resirkulasjonsledning 45, hvor det er en ventil 46. En del av blandingen går gjennom en densimeterledning 47, med en ventil 48, og frem til et densimeter 49. Derfra går blandingen til blanderen gjennom en densimeterutløpsledning 51. Et egnet densimeter er f.eks. det som er vist og beskrevet i US patentskrift nr. 3 541 863.

Sementblandingen går til en triplexpumpe 52 gjennom en ledning 53 med en ventil 54, og sendes av triplexpumpen ned i borehullet 55. Ved primærsementering pumpes sementblandingen ned i foringsrøret og opp i rommet mellom forings-røet og selve borhullsveggen. Som nevnt kan sementblandingen også benyttes for sekundærsementering, f.eks. sementering av defekte steder, foringer osv.

De relative hastigheter hvormed løsningen av additiv i vann og tørrsement mates til primærblanderen 22, styres i samsvar med tettheten til den tilveiebragte blanding. Det utgående signal fra densimeteret 49 føres til en automatisk styreenhet 56, som antydet med den stiplede linje 57. Et signal fra den automatiske styreenhet går til motor- og styreenheten 2 8 for tørrsementen 26, som antydet med den stiplede linje 58. Et annet signal fra den automatiske styreenhet går til styreenheten 38 for måleventilen 36 som regulerer strømmen av løsning til primærblanderen 22. Denne signal-giving er antydet med den stiplede linje 59. Den automatiske styreenhet stilles f.eks. inn for levering av løsning gjennom måleventilen 3 6 med en bestemt hastighet, og for, i samsvar med densimetersignalet, å regulere strømningsmengden av tørr-sement til primærblanderen, slik at man får en sementblanding med en gitt tetthet. Styreenheter for utførelse av de be-skrevne funksjoner er velkjente og skal derfor her ikke nærmere omtales. En konvensjonell nivåføler 61 avføler nivået for blandingen i blanderen 39 og sender et signal til den automatiske styreenhet 56, som antydet med den stiplede linje 60. Dette signal tjener til å stoppe strømmen av løsning og sement til primærblanderen når blandingsnivået, i blanderen 39

når en bestemt høyde.

For overvåking og styring bestemmes konsentrasjonen av additiv i additiv-vannløsningen. Fortrinnsvis foretas denne bestemmelse kontinuerlig ved at en prøve av løsningen kontinuerlig trekkes ut i fra løsningsstrømmen fra blandetanken 13 og til primærblanderen 22. En prøveledning 62 er forbundet med ledningen 33 og går gjennom en ventil 63 til et spektrofotometer 64 som kontinuerlig bestemmer konsentrasjonen. Den behandlede prøve går gjennom, en ledning 65 til blanderen 39, slik at ikke noen del av løsningen går tapt. Prøvevolumet er lite sammenlignet med det totale volum av løsningen og vil derfor ikke i vesentlig grad påvirke sement-blandingens sammensetning.

Som eksempel på et spektrofotometer som kan benyttes, skal nevnes den type som markedsføres under betegn-elsen "Spectronic 88".

Kurven i fig. 3 er satt opp etter målinger med

et slikt spektrofotometer. Løsninger av kalsiumlignosulfonat, et sementretardasjonsmiddel, i vann fremstilles med konsen-trasjoner opp til 5 volum% kalsiumlignosulfonat på løsnings-basisen. Prøver av disse løsninger ble analysert i spektrofotometeret, idet det ble brukt lys med en bølgelengde på

750 my. Når konsentrasjonen av kalsiumlignosulfonat i en prøve av en vandig oppløsning av kalsiumlignosulfonat skal bestemmes, måles prøvens prosentuale lysgjennomslippelighet ved 750 my, og den tilsvarende konsentrasjon kan så avleses i fig. 3.

Et eksempel på en primærsementeringsprosess skal beskrives i det etterfølgende. Beregnet ut i fra borehullets størrelse, finner man f.eks. at det er nødvendig med 13 m<3 >sementblanding. Med en bunnhulistemperatur på 78°C, og med bruk av klasse K portlandsement i en sementblanding med 44% vann, og med kalsiumlignosulfonat som retardasjonsmiddel, finner man at sementblandingen bør sammensettes av 400 sekker sement klasse J, 150 1 kalsiumlignosulfonat, og 7500 1 vann. Denne blandingen gir 13 m 3 sementblanding med en tetthet påo ca. 2 kg/l, og med en avbindingstid på ca. 4 timer og 22 minutter, når den pumpes med i borerøret og opp i ringrommet mellom foringsrøret og borehullet. Denne sementblandingen vil herde og gi en trykkstyrke etter 24 timer på ca. 7 0,5 kp/ cm^ ved en temperatur på 93°C.

Under henvisning til blokkskjemaet i fig. 1 betyr det at 7500 1 vann føres inn i beholderen 13 fra vannforrådet 10, og at 150 1 kalsiumlignosulfonat innmåles i beholderen 13 fra forrådet av flytende additiv 11. Kalsiumlignosulfonat og vann blandes godt. Den beregnede konsentrasjon av kalsium-lignosulf onat i løsningen er to volum%. Av fig. 3 ser man at en løsning med denne konsentrasjon vil gi 63% lysgjennomgang ved 750 my. Forsøk har vist at det kan tillates en variasjon på pluss eller minus 0,1% i konsentrasjonen av kalsiumligno-sulf onatløsningen. I foreliggende eksempel er det derfor ønskelig å holde løsningskonsentrasjonen mellom 1,9% og 2,1%, svarende til henholdsvis 64% og 62% lysgjennomgang etter kurven i fig. 3.

Etterat løsningen av additiv i vann er ferdig-gjort i beholderen 13, pumpes løsningen med sentrifugalpumpen 31 til primærblanderen 22 hvor den blandes med 400 sekker portlandsement klasse H som tas fra forrådet 12. Strømningsmengdene av løsning og tørr sement styres slik at man oppnår den ønskede tetthet på ca. 2 kg/l i blandingen. Under fremstillingen av blandingen kan ventilen 54 lukkes og ventilen 4 6 åpnes slik at man får en resikulasjon av blandingen og en god jevnhet i blandingen. Når sementblandingen er ferdig, åpnes ventilen 54, slik at blandingen kan leveres til triplexpumpen 52 og pumpes ned i borehullet og opp i ring-r<p>mmet, under utnyttelse av de vanlige forskyvningsfluider. Sementblandingen tillates å herde i ringrommet for å gi den ønskede sementering av foringsrøret i borehullet.

Under fremstillingen av blandingen åpnes prøve-ventilen 63 og spektrofotometeret 64 aktiveres slik at det kontinuerlig kan måle sammensetningen i løsningen av kalsium-lignosulf onat i vann. Hvis lysgjennomgangsprosenten ligger mellom 62% og 64% vil operatøren vite at løsningskonsentra-sjonen er innenfor de ønskede grenser. Viser spektrofotometer-analysen en konsentrasjonen utenfor disse grenser, så vil operatøren likeldes vite at løsningen er utilfredsstillende. Han vil da treffe de nødvendige tiltak for å korrigere konsentrasjonen og løsningsvolumet. Slike tiltak kan f.eks. være at man stopper blandingen av sementvellingen og rekonstituerer den vandige løsning av kalsiumlignosulfonat. For oversiktens skyld er det i fig. 1 bare vist en beholder 13 for blanding av additivløsningen. Naturligvis kan det benyttes f.eks. to slike beholdere når det er nødvendig å fremstille større volum av sementblandingen. Begge beholdere kan da fylles med løsning og den første beholder benyttes da for å fremstille

et første sementblandingstrinn, mens den andre beholder benyttes ved et andre sementblandingstrinn. Når den andre beholderen benyttes kan en tredje løsningsmengde fremstilles i den første beholderen, til bruk i et tredje sementblandingstrinn. På denne måten kan man veksle mellom beholderne i takt med sem-entblandings trinnene, alt etter de behov som foreligger ved sementering av meget dype borehull. Spektrofotometeret benyttes for å bestemme konsentrasjonen i hver løsningsbeholder og en løsningsbeholder som ikke er tilfredsstillende kan korrigeres eller kobles ut før en vesentlig del av løsningen innføres i sementblandingen.

I fig. 2 blir vann og flytende additiv kontinuerlig blandet, under kontroll av et spektrofotometer,slik at det dannes en løsning av flytende additiv i vann. Løsningen blandes kontinuerlig med tørr sement for dannelse av sementblandingen, idet forholdet mellom ingrediensene bestemmes i samsvar med blandingens tetthet.

Fra vannforrådet 10 føres vannet gjennom en ledning 66, med en ventil 67, til sugesiden av en fortrengningspumpe 68. Denne pumpen drives av en motor og styreenhet 69 slik at vannet leveres til ledningen 71 på en styrt måte. Flytende additiv fra forrådet 11 leveres til sugesiden av

en annen fortrengningspumpe 16 gjennom en ledning 17, hvor det er innkoplet en ventil 18. Pumpen 16 drives på en styrt måte av en motor- og styreenhet 21' slik at også flytende additiv leveres på styrt måte, i dette tilfelle gjennom ledningen 72. Ledningene 71 og 72 går sammen i en manifold 73-hvor vann og flytende addtiv blandes. Manifolden er forbundet med sugesiden til en sentrifugalpumpe 31 som drives

av en motor 32. Mellom manifolden 73 og sentrifugalpumpen 31 er det anordnet en ventil 74. En ledning 75 går fra sentrifugalpumpen og til primærblanderen 22.

Tørr sement tas fra forrådet 12 og føres til primærblanderen 22 på samme måte som i fig. 1. Resten av blokkskjemaet svarer stort sett til det som er vist i fig. 1.

Densimeteret 49 og nivåføleren 61 virker som i fig. 1. Som antydet med den stiplede linje 76 styrer den automatiske styreenhet 56' motor- og styreenheten 69. Det kan her foretas innstillinger slik at fortrengningspumpen 68 kan levere den ønskede vannmengde til manifolden 73. Den automatiske styreenhet 56' styrer motor- og styreenheten 28 slik at sementmateren 26 kan levere sementen til primærblanderen med den ønskede hastighet, i samsvar med et signal fra densimeteret 49.

Gjennom ledningen 75 og 62 tas kontinuerlig lit en prøve av løsningen. Denne prøven føres til spektrofotometeret 64 som kontinuerlig analyserer prøven. Spektrofotometeret sender et signal, stiplet linje 77, til motor- og styreenheten 21' for derved å bevirke levering av flytende additiv fra fortrengningspumpen 16 til manifolden 73 på en slik måte at løsningen i manifolden får den ønskede, på forhånd bestemte additivkonsentrasjon.

Den vannmengde som leveres fra fortrengningspumpen 68 er en uavhengig variabel. Den mengde av flytende additiv som leveres av fortrengningspumpen 16, og den mengde sement som leveres av sementmateren 26, er avhengig variable som kontinuerlig reguleres i samsvar med den uavhengige variable for å gi den ønskede sementblanding, dvs. en sementblanding som har det ønskede forhold mellom sement, additiv og vann. Istedenfor at vannet er den uavhengige variable, kan naturligvis en av de andre komponentene velges som uavhengig variabel, idet de to andre komponenter da gjøres til avhengige variable.

De to utførelseseksempler er naturligvis ikke ut-tømmende. Istedenfor kalsiumlignosulfonater kan det benyttes andre additiver som er egnet i forbindelse med sementen, f.eks. akselleratorer, friksjonsreduksjonsmidler, dispergeringsmidler, fluidbindende.additiver og lignende, enten i fast eller flytende form. Additiv-vannblandingen kan eksempelvis være en løs-ning, en dispersjon eller en suspensjon. Istedenfor det be-skrevne prøveinstrument kan man naturligvis benytte andre egnede instrumenter, avhengig av karakteren til additiv-vannblandingen . Som eksempel skal her nevnes et kolorimeter,

et turbidimeter osv. Radioaktive sporstoffer eller fargespor-stoffer kan blandes med additivet for å tjene som basis for analysen av additiv-vannblandingen. Det tørre sementmaterialet som går inn i blandingen kan innbefatte et hvilket som helst av de vanlig brukte vektmaterialer eller andre additiver som endrer blandingens fysikalske eller kjemiske karakter. Som sement kan det eksempelvis brukes en hvilket som helst av de egnede og vanlige portlandsementer, og som vann kan det brukes ferskvann eller saltvann etter behov. Det kan naturligvis også benyttes andre egnede instrumenter istedenfor det be-skrevne densimeter.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved sementering av et borehull, hvor vann og et sementmodifiserende additiv blandes i en første blandesone for dannelse av en additiv-vannblanding, denne additiv-vannblanding føres til en andre blandesone og tørre sementingredienser også føres til den andre blandesone, og additiv-vannblandingen blandes med sementingrediensene i den andre blandesone for dannelse av en sementblanding, karakterisert ved at en prøve av additiv-vannblandingen tas ut mellom den første og andre blandesone, for kontinuerlig bestemmelse av konsentrasjonen av additiv i prøven, og at blandingsforholdet additiv/vann reguleres ut fra prøve-resultatet, at sementblandingen føres til en sementblandings-og lagersone, at sementblandingen resirkuleres gjennom blandings- og lagersonen for oppnåelse av en homogen blanding, idet tettheten til sementblandingen i blandings- og lagersonen måles under resirkuleringen og de til den andre blandesone tilførte mengder av såvel additiv-vannblandingen som tørr-sementingrediensene reguleres i samsvar med tetthetsmålingen av sementblandingen i blandings- og lagersonen, og at sementblandingen deretter føres til sementeringsstedet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at additiv-vannblandingsforholdet reguleres ved regulering av tilførselen av additiv.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at forholdet mellom additiv-vannblandingen og tørre sementingredienser reguleres ved regulering av tilførselen av tørre sementingredienser.

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at additivet er farget og at konsentrasjonen av additiv i prøven bestemmes spektrofotometrisk.