بهینه‌سازی ترکیب سیمان چاه‌های نفت و گاز با استفاده از لاتکس پلیمرنانوذرات سیلیکا به منظور جبران پدیده ترک و میکرو آنالوس در غلاف سیمان

تولید پایدار از منابع هیدروکربنی امری بسیار مهم در ثبات اقتصادی، حفظ توان تولیدی و عمل به تعهدات صادراتی دولت‌ها در زمینه فراهم کردن منابع انرژی از سوخت‌های هیدروکربنی است. برای دست یافتن به اهداف تولید پایدار از ذخائر نفت و گاز لازم است تا چاه‌های نفت و گاز به‌عنوان مجراهای تولیدی، به ایمن‌ترین و کارآمدترین روش‌های ممکن حفاری و تکمیل شوند. یکی از تهدیدات تولید پایدار از مخازن نفت و گاز، از دست‌دادن یکپارچگی ساختار چاه و عدم تحقق تفکیک لایه‌های مختلف زیرزمینی از فضای درونی چاه است که مشکلات متعددی از جمله تولید زود هنگام آب از چاه‌های نفت و گاز، نشت گاز یا شورآب از حاشیه باند سیمانی پیرامون چاه یا لبه آستری فولادی محافظ دیواره چاه است. برای دست یافتن به اهداف تفکیک لایه‌های زیرزمینی و کنترل جریان دلخواه سیال هیدروکربنی به مجرای تولیدی، عملیات سیمان کاری به‌عنوان یک سد جداکننده در برابر لایه‌هایی با محتوای سیال و فشار منفذی متفاوت و ایجاد غلاف یکپارچه جدا کننده چاه از محیط خارجی استفاده می‌شود. این غلاف سیمانی که پس از راندن جداری‌های فولادی به فضای پشت آنها پمپ می‌شود، پس از استقرار و سخت شدن به استحکام سازه چاه و پایداری آن در برابر فشارهای خارجی می‌انجامد. این تحقیق به‌طور خلاصه عوامل موثر بر ایجاد پیوند ضعیف سیمانی به سازند و جداره فولادی، تشکیل فضای میکروآنالوس در حاشیه باند سیمانی، بهینه‌سازی ترکیبات سیمان جهت تقویت مشخصات مکانیکی آن، مهاجرت گاز درون سیمان و راه‌کارهای موثر بر کنترل این پدیده زیان بار تمرکز دارد. در آزمایشات انجام شده اثر نانوذرات سیلیکا در بهبود مقاومت تراکمی سیمان، کاهش تخلخل و نفوذپذیری موثر در مهاجرت گاز به‌خوبی مشخص گردیده است. همچنین، لاتکس پلیمری با توسعه خواص سیکسوتروپیک در دوغاب و کاهش پنجره زمانی حالت گذرا کمک شایانی به دوغاب سیمانی می‌کند تا احتمال مهاجرت گاز در زمان بحرانی که سیمان قادر به مقاومت موثر در برابر آن نیست را به حداقل رسانده و فرصت لازم برای تهاجم سیالات و خلل در ساختار غلاف سیمانی را به کمترین مقدار کاهش دهد.

Optimization of Oil and Gas Wells Cement Composition Using Polymer Latexsilica Nanoparticles to Compensate the Microannulus Phenomenon in Cement Bond

Sustainable production from hydrocarbon resources is very important in economic stability, maintaining production capacity, and fulfilling the export commitments of governments in providing energy sources from hydrocarbon fuels. Drilling and completing oil and gas wells in the safest and most efficient manner is possible in order to meet sustainable production objectives from oil and gas reserves. One of the threats to sustainable production from oil and gas reservoirs is the wellbore integrity failure and missing isolation for various underground layers from the inner space of the well. Alternatively, the leakage of gas and saltwater from the liner lap or casing shoe due to the microannulus phenomenon at the margin of the cement bond is another threat to oil and gas wells. To fulfill the aims of separating subsurface layers and directing the appropriate flow of hydrocarbon fluid to the production duct, the cement sheath acts as a sealing barrier against formation layers with varying fluid content and pore pressure. Cement slurry is pumped to the annular space after driving the steel casing. Improving the properties of cement structures is a continuous technicalengineering effort to increase the durability of structures and prevent the destruction or occurrence of problems related to weakness in these structures. Cement design requirements for oil and gas wells are accompanied by perfect sealing of the well. This research seeks to provide an efficient solution to cover the gas and fluid migration issues due to cement sealing inefficiency. Combining the superior rheological properties of latexes in cement with the strength properties of silica nanoparticles is an idea that has been developed in this research. In experiments, the effect of silica nanoparticles on improving the compressive strength of cement, reducing porosity, and effective permeability in gas migration has been well established. Polymer latex also helps cement slurry by developing thixotropic properties in the slurry and reducing the transient time window to minimize the gas migration possibility in critical times when the cement column is not able to effectively resist the formation fluids and restrict the opportunity for formation fluid invasion.