تسميت الآبار النفطية | Well Cementing

تسميت الآبار النفطية | Well Cementing


بعد الانتهاء من حفر تجويف البئر تظهر الحاجة الى تدعيم تجويف للحفاظ عليه من الظروف المحيطة، لذا يتم انزال البطانة (casing) ولغرض تثبيت البطانة تجري عمليات تسميت الآبار وهي عملية يتم فيها ضخ الاسمنت خلف البطانة في المجال الحلقي بين جدار البئر والبطانة لتوفير حماية اضافية لجدار البئر من الطبقات.

الهدف من تسميت اعمدة البطانة

الهدف من عملية تسميت البطانة (Casing) هو:
  • عزل الطبقات المحفورة وتحديد حركة الموائع بين الطبقات ذات النفاذية ضمن نفس البئر.
  • تامين دعم ميكانيكي لاعمدة البطانة واستلام الحملات المحورية.
  • حماية البطانة من التآكل من قبل مياه التكوينات الغنية بالكبريتات.
  • يعمل التسميت على اسناد جدار تجويف البئر بالتعاون مع البطانة لمنع تهدم الجدار ومنع تدفق حبيبات الرمال مع الموائع المنتجة.
  • حماية اعمدة البطانة من التردي اثناء التثقيب والانتاج.

اصناف وانواع الاسمنت

صنف معهد البترول الامريكي (API) تسعة انواع من الاسمنت على اساس عمق وظروف البئر الذي يتم تسميته:
  1. صنف (A): وخصص لاستعمالة من السطح ولغاية عمق 6000 قدم عمق وعندها لا تتطلب خواص معينه للاسمنت.
  2. صنف (B): مخصص لاستعماله من السطح ولغاية (6000) قدم عمق في ظروف تتطلب مقاومة متوسطة الى عالية ضد الكبريتات.
  3. صنف (C): مخصص للاستعمال من السطح ولغاية (6000) قدم عمق وفي ظروف تتطاب مقاومة مبكرة عالية.
  4. صنف (D): مخصص للاستعمال من عمق (6000) قدم الى (10000) قدم في ظروف متوسطة وعالية الحرارة والضغط متوفر بنوعية المتوسط والعالي المقاومة ضد الكبريتات.
  5. صنف (E): ومخصص للاستعمال من عمق (10000) قدم ولغاية (14000) قدم في ظروف متوسطة وعالية الحرارة والضغط. متوفر بنوعية المتوسط والعالي المقاومة للكبريتات.
  6. صنف (F): مخصص للاستعمال من عمق (10000) قدم ولغاية (16000) قدم في ظروف حرارة وضغط عاليين جدا. متوفر بنوعية المتوسط والعالي المقاومة للكبريت.
  7. صنف (G): مخصص للاستعمال في السطح والى عمق (8000) قدم بموجب خواص التصنيع، الى انه بالامكان تغطية مجال واسع من العمق ودرجة الحرارة في حالة اضافة معجلات او مؤخرات التصلب. عند تصنيع هذا الصنف من الاسمنت يضاف الجبس او الماء او کليهما الى الكلينكر ولا تضاف اي مادة اضافية اخرى متوفر بنوعية المتوسط والعالي المقاومة للكبريتات.
  8. صنف (H): مخصص للاستعمال في السطح والى عمق (8000) قدم بموجب خواص التصنيع، الا انه بالامكان استعمال معجلات او مؤخرات التصلب لتغطية مجال واسع من الحرارة والعمق ولا يضاف سوى الجبس او الماء او كليهما الى الكلينكر، متوفربنوعية المتوسط والعالي المقاومة للكبريتات.
  9. صنف (J): مخصص للاستعمال حسب التصنيع من عمق (12000) قدم لغاية (16000) في ظروف حرارة وضغط عاليين جداً، وكذلك بالامكان استعمال معجلات او مؤخرات التصلب لتغطية مجال واسع من الحرارة والعمق ولا يستعمل معة كمؤخر سواء كبريتات الكالسيوم او الماء اوكليهما الى الكلينكر عند تصنيع هذا الصنف.

فحص نوعية تصنيع الاسمنت في الابار النفطية

يجب فحص كل وجبة اسمنت مصنعة قبل استعمالها لتسميت الآبار ويتم الفحص على اسمنت نقي بدون أي مواد اضافة (Additive) ويمكن تقييم نوعية السمنت بصورة غير مباشرة عن طريق القياسات التالية:
  1. وقت التصلب البدائي (initial setting time).
  2. وقت التصلب النهائي (final setting time).
  3. نعومة الاسمنت (cement Fineness).
  4. الوزن النوعي لملاط الاسمنت (specific Gravity of cement slurry).
  5. الماء الطليق (الاستقرارية) (Free Water - Stability).
  6. ترشيح ملاط الاسمنت (Filtration of cement slurry).
  7. المقاومة الميكانيكية لصخرة الاسمنت (Mechanical strength of cement Rock)

وقت التصلب البدائي (initial setting time)
يتم قياس وقت التصلب البدائي بواسطة جهاز يدعى (Vicat Needle) وذلك بقياس عمق اختلاط ابرة قطر (1ملم) ووزن (300 غرام) لملاط اسمنت مكون من الماء واسمنت بنسبة وزنية (0.5) في ظروف درجة حرارة قدرها (140) درجة فهرنهايت. ان وقت التصلب البدائي هو الوقت اللازم الذي بعده يمتلك بلاط الاسمنت تماسكية معينة بحيث ان ابرة الجهاز لا تخترق النموذج كلياً وانما تبقى (3-5) ملم فوق القاعدة السفلى. يعتبر الاسمنت ذو نوعية جيدة اذا كان وقت تصلبه البدائي (95-140) دقيقة اعتبارا من بدء تحضير ملاط الاسمنت. ويعطي هذا القياس مؤشرات مباشرة حول الوقت الذي بامكان ملاط السمنت ان يبقى قابل للضخ في بار درجة حرارته بحدود (١٤٠) درجة فهرنهايت، وللامان يجب ان يكون الوقت المستغرق لعملية التسميت بحدود (0.75) من وقت التصلب البدائي.

وقت التصلب النهائي (final setting time)
يقاس وقت التصلب النهائي بنفس الجهاز اعلاه وهو (Vicat Needle) ويعطي مؤشرات حول وقت تصلب ملاط الاسمنت بحيث يكون بالامكان اعادة استمرار عمليات حفر البئر. ويعرف وقت التصلب النهائي بالوقت المستغرق من بدء تحضير الاسمنت لحين وصوله الى حالة يتعذر على الابرة اختراق ملاط السمنت. يعتبر الاسمنت جيد اذا كان وقت تصلبه النهائي بعد (45) دقيقة كحد اقصى بعد وقت التصلب البدائي. من ناحية عملية يتم استئناف العمل داخل البئر بعد (12-24) ساعة من اكمال عملية التسميت.

نعومة الاسمنت (cement Fineness)
تعرف نعومة الاسمنت بالمساحة السطحية بالسنتمتر المربع/غرام واحد اسمنت تقاس بواسطة جهاز (Wagner Turbid meter) على اساس معدل او قابلية اسقرار الجسيمات الكروية المعلقة في النفط الابيض. الاسمنت ذو النعومة العالية يكون ذو مقاومة مبكرة عالية وقابل للضخ لفترة قصيرة نسبياً تحت اي ظروف في البئر. ان الاختلاف في المساحة السطحية بسبب اختلاف بسيط في الوزن النوعي للاسمنت ويؤثر على كثافة ملاط الاسمنت القصوى والدنيا (نسبة ماء - اسمنت واطئة او عالية). يعتبر الاسمنت جيداً اذا المساحة السطحية اكبر (2800) سم2 لكل غرام من الاسمنت. كما بالامكان قياس نعومة السمنت بواسطة غربال (Screen) ويعتبر الاسمنت جيدا اذا لم يبقى منه اكثر من (1%) في غربال ذو (30000) فتحة للانج المربع الواحد.

الوزن النوعي لملاط السمنت (specific Gravity of cement slurry)
يعتبر الاسمنت جيد اذا كان الوزن النوعي لملاط سمنت مكون من ماء واسمنت بنسبة وزنية قدرها (0.5) تتراوح بين (1.80) و (1.84).

الماء الطليق (الاستقرارية) (Free Water - Stability)
يتم تقيم الماء الطليق او الاستقرارية بموجب نسبة الماء المنفصل عن ملاط الاسمنت مكون من الماء والاسمنت بنسبة وزنية قدرها (0.5) وموضوع في انبوب حجمه يساوي (250) سم3، يعتبر الاسمنت جيد اذا كانت كمية الماء المفصولة لا تزيد عن (1%) من حجم المعجون الكلي (2.5) سم3 بعد ترك الملاط هادئاً لفترة ساعتين وتحت ظروف المختبر.

ترشيح ملاط الاسمنت (Filtration of cement slurry)
يقاس ترشيح ملاط الاسمنت بنفس اسلوب قياس ترشيح سائل الحفر ويعتبر الاسمنت جيد اذا كان حجم الراشح لملاط الاسمنت مكون من ماء واسمنت بنسبة (0.5) لا يزيد عن (850) سم3 مقاس بجهاز (بارويد) في زمن (30) دقيقة و(100) باوند/انج مربع. يجب ان يكون الترشيح قليلاً لكي لا يؤثر على الطبقات الانتاجية ولكي لا يؤدي الى حدوث تماسكية عالية لملاط الاسمنت، الامر الذي يؤدي الى زيادة الضغط في المضخات وفي بعض الاحيان الى ايقاف الدوران لذا من الضروري معالجة ملاط الاسمنت بمقللات الترشيح.

المقاومة الميكانيكية لصخرة الاسمنت (Mechanical strength of cement Rock)
يتم تقيم المقاومة الميكانيكية لصخرة الاسمنت اما بواسطة مقاومة الانضغاط ( Compressive strength) او بواسطة مقاومة الشد (Tensile strength) ويعتبر الاسمنت جيد اذا قام بتكوين صخرة اسمنت ذات مقاومة انضغاط لا تقل عن (500) باوند على عقدة مربعة خلال الثمان ساعات الاولى.

تسميت الآبار النفطية | Well Cementing
شكل (1) ملخص لأنواع الفحوصات التي تجري على الاسمنت مع اسم الجهاز الذي يقيس الفحص.


تسميت الآبار النفطية | Well Cementing
شكل (2) اجهزة قياس فحوصات الاسمنت.


المواد المضافة الى الاسمنت

معجلات الاسمنت (Cement Accelerators)
تضاف المعجلات لتقليل وقت التثخن لملاط الاسمنت اي ان المعجل يسستعمل لتعجيل تهلم (Gelling) ملاط السمنت وهذا يفترض الحصول على مقاومة انضغاط (عادة 500 باوند/عقدة مربعة) في وقت قصير. ان المعجل السائد الاستعمال في الصناعة النفطية هو كلوريد الكالسيوم (CaCl2) كما ويستعمل كلوريد الصوديوم (Nacl) لنفس الغرض ولكن بدرجة اقل. هذه الاملاح تعجل وقت التصلب للاسمنت بواسطة زيادة الصفة الايونية (lonic character) للطور المائي الامر الذي يؤدي الى تميأ المكون الرئيسي للسمنت (C3S , C3S) و (C3A) وتحرير هايدروكسيد الكالسيوم بسرعة. وعند ذلك تتكون بسرعة هايدرات سيليكات الكالسيوم التي تحقق ارتفاق في المقاومة المبكرة لصخرة الاسمنت. تستعمل ملاطات الاسمنت المعجلة لتسميت اعمدة البطانة السطحية اي ان وقت انتضار الاسمنت (Waiting on cementing time (WOC) المطلوب منخفض جدا.

مؤخرات الاسمنت (Cement Retarders)
تستعمل المؤخرات عادة لتاخير تصلب ملاط الاسمنت ليكون هناك وقت كافي لوضع ملاط الاسمنت في المكان المقرر من البئر. معضم المؤخرات المستعملة هي عضوية ومتوفرة على شكل مسحوق وسائل وتشمل المؤخرات:
  • مشتقات السيليلوز
  • مشتقات السكر
  • العضويات

بالامكان قياس زمن التثخن بواسطة العديد من الاجهزة:
  1. جهاز فحص زمن التثخن لشركة ساندر اويل - كالفورينا (Standard Oil Company of California Thickening Time Tester).
  2. جهاز الهاليبرتون لقياس التماسكية (Halliburton Cement consist meter).
  3. جهاز قياس زمن التثخن نوع بان امریکان (pan American Thickening - Time Tester).

كثافة ملاط الاسمنت (Density of Cement Sherry)
تعرف كثافة ملاط الاسمنت مثل كثافة اي مادة وهي كتلة وحدة الحجوم ويمكن قياسها بواسطة مكثاف الطين (Mud Balance) بنفس اسلوب قياس كثافة سائل الحفر، او بوزن اي حجم معلوم ومن ثم حساب وزن وحدة حجم قياسية.

تسميت الآبار النفطية | Well Cementing
شكل (3) جهاز mud balance لقياس كثافة الطين.



يمكن التعبير عن كثافة معجون الاسمنت كما يلي:

(Slurry Density) = (LB cement + LB water + LB additive)/(gal.cement + gal.water + gal.additive)

ان الحجوم المطلقة لكثافة المكونات تفترض بانها جمعية (مضافة) (Additive) (خاصية مخصصة للمحاليل المثالية) الا انه يجب التمييز بين الحجم الظاهر (Bulk Volume) والحجم المطلق (Absolute Volume) للمواد الصلبة التي تجهز عادة على شكل مسحوق او حبيبات، فمثلا الحجم الفعلي المشغول من قبل جسيمات الاسمنت هي (0.48) قدم3 فقط وان الحجم الفارغ والمشغول من قبل الهواء والموجود بين جسيمات الاسمنت يساوي (0.52) من الحجم الضاهر، ولهذا في حالة مزج 1 قدم3 من الحجم الظاهر للاسمنت مع (0.70) قدم3 من الماء فأن حجم ملاط الاسمنت الناتج سيكون (1.18) قدم3 فقط اي ان الحجم المطلق هو عبارة عن مضافات.

ان كثافة الاسمنت الظاهرية هي (94) باوند/قدم3، اما الكثافة المطلقة فتساوي (195.8) باوند/قدم3. وان الوزن النوعي المطلق للاسمنت يساوي (3.14)، وعليه ان الحجم المطلق لمعجون الاسمنت يحسب كما يلي:

(الحجم المطلق بالغالونات) = (وزن المواد بالبواند)/( 8.33 باوند/غالون) (الوزن النوعي للمواد)

بالامكان الحصول على كثافات عالية لملاط الاسمنت عن طريق تقليل حجم الماء المستعمل للمزوج او باضافة مواد ذات وزن نوعي عالي. أما الملاطات ذات الكثافة المنخفضة فتكون مطلوبة في بعض الاحيان لتقليل خطر فقدان دورة المعجون الذي يكون نتيجة للضغط الهايدروستاتيكي العالي لعمود ملاط الاسمنت. بالامكان تحضير ملاطات اسمنت ذات كثافة منخفضة باستعمال مواد اضافية ذات وزن نوعي منخفض. تتوفر العديد من المواد التي تستعمل اما لتقليل الكثافة او لزيادتها.

(أ) مضافات تقليل الكثافة

تسميت الآبار النفطية | Well Cementing
شكل (4) مضافات تقليل الكثافة.


 
(ب) مضافات زيادة الكثافة
نحتاج في بعض الاحيان الى ملاط اسمنت ذو كثافة اعلى من تلك الممكن الحصول عليها من الاسمنت النقي، من المفروض ان تكون كثافة ملاط الاسمنت اكبر من كثافة سائل الحفر بهدف تقليل ميل ملاط الاسمنت لعمل قنوات داخل سائل الحفر ولتقليل احتمالية مخاطر الانفجار. تستعمل المواد المدرجة ادناه بهدف الحصول على كثافات تزيد على (17) باوند/غالون والتي تكون مطلوبة للسيطرة على الضغوط العالية في المناطق الحاوية على النفط والغاز اثناء عمليات الحفر وتشمل:
  1. البارايت (Barite): هو كبريتات الباريوم (BaSO4) ذو وزن نوعي (4.3) ويزيد كثافة ملاط الاسمنت بسبب وزنه النوعي العالي. يقلل البارايت وقت التثخن لذا من الضروري اضافة مؤخرات الى ملاط الاسمنت.
  2. المينايت (LLmenite): وهو اوكسيد تيتايت الحديد (FeTiO3) ذو وزن نوعي (4.5 - 4.7) ويستعمل عند الحاجة الى معجون اسمنت ذو كثافة عالية.
  3. هیمتایت (Hematite): وهو اوكسيد الحديديك الاحمر (Fe2O2) ذو وزن نوعي (5.02) ويفضل على استعمال الالمنيات لطلبه الاقل الى ماء وتاثيرة الاقل على الخواص الأخرى لملاط الاسمنت، كما ان استعمالة يؤدي الى تكوين صخرة اسمنت ذات مقاومة انضغاط.

معدات التسميت

اولاً: المعدات السطحية (الخاصة بتحضير الاسمنت) surface equipment's
وهي المعدات التي يتم من خلالها خلط وتحضير الاسمنت في موقع الحفر قبل اجراء عملية التسميت، لاحظ الشكل (5):

تسميت الآبار النفطية | Well Cementing
شكل (5)



ثانيا: معدات التسميت تحت السطحية (sub-surface equipment's)
وهي المعدات التي يتم استخدامها في رأس البئر وداخل البئر لغرض تنفيذ عملية تسميت البطانات (cement the casing)، حيث ان هذه المعدات هي:
  1. رأس التسميت (cementing Head).
  2. الحذوة الدليلية (Guide Shoe).
  3. طوق الطفو (Float collars).
  4. طوق التسميت على مراحل ((stage cement (DV.
  5. مركزات البطانة (casing centralizers).
  6. الفاشطات (scratchers.
  7. اطواق او حلقات التوقف (Stop Collars or Rings).
  8. سدادات المسح (wiper plug).
تسميت الآبار النفطية | Well Cementing
شكل (6) معدات التسميت تحت السطحية. 



رأس التسميت (cementing Head)
توجد عدة أنواع من رؤوس التسميت لتحقيق الربط بين أنابيب مضخات الاسمنت ومضخات سائل الحفر من جهة وعمود البطانة المطلوب تسميته من جهة أخرى ولتأمين مدخل لإنزال سدادات التسميت (top plug & Bottom plug)، يحتوي رأس التسميت على غطاء سريع التسميت بحيث يمكن فتحه أو إبعاده إذا طلب إطلاق أو إسقاط السدادات (top plug & Bottom plug) يدويا ويربط رأس.التسميت في الجهة العليا من البطانة المراد تسميتها.

الحذوة الدليلية (Guide Shoe)
ويتم وصلها بمقدمة أنابيب التغليف Casing ومهمتها هي توجيه الأنابيب داخل البئر ومنع تخبطها بجدران البئر الخشنة. ويمكن أن تحتوي على صمام كروي لمنع عودة الأسمنت داخل الـ Casing بعد ضخه وتسمى في هذه الحالة float shoe. ويجب أن يصنع من مواد قابلة للحفر Drillable مثل الألمنيوم حيث يتم حفرها بعد الانتهاء من أعمال الأسمنت والبدء في حفرة جديدة New Hole.

طوق الطفو (Float collars)
يوضع (Float Collars) أعلى من (Guide shoes) بأنبوب أو أنبوبين تغليف والغرض منه منع لأسمنت من العودة داخل الأنابيب بعد انتهاء عملية ضخ الأسمنت ومنع مائع الحفر من دخول أنابيب التغليف أثناء إنزال البطانة(Casing).

طوق التسميت على مراحل (Division Valve)
ان استعمال الـ (DV) يسمح بتسميت عمود بطانة طويل على مرحلتين أو أكثر الأمر الذي يساعد على تقليل تلوث الاسمنت خلال المقطع الذي يتم تسميته وتقليل احتمال فقدان دورة الاسمنت بسبب الضغط الهايدروستاتيكي العالي ويصنع الـ (DV) من نفس نوعية الحديد التي تصنع منه البطانة. كما توجد فتحات جانبية في جسم الـ (DV) والتي تكون مغلقة في البداية بواسطة سداد الإغلاق (closing plug) ويتم فتحها بواسطة دفع سداد الاغلاق الى الاسفل عن طريق قذيفة الفتح (opening bomb).

ممركزات البطانة (casing centralizers)
وتستخدم لضبط أنابيب التغليف داخل حفرة البئر (تجعلها
في وسط الحفرة) ومنعها من الاتكاء على أحد جوانب حفرة
البئر لزيادة كفاءة العملية.

سدادات المسح (wiper plug)
وتكون على نوعين (top plug & Bottom plug)، ومهمتها الأساسية هي:
  1. عزل الأسمنت عن مائع الحفر أثناء الضخ.
  2. کشط وتنظيف جدران أنابيب التغليف من الأسمنت.
  3. التحكم في كمية الأسمنت المضغوطة وعدم الحاجة لمليء كامل الأنابيب بالأسمنت.
تصنع Cement Plugs من المطاط ومن الالمنيوم ويوجد منها نوعين وهما الـ (Bottom Plug) ويتم ضخها أولاً وتحتوى على طبقة غير سميكة من المطاط تتمزق أثناء ضخ الأسمنت، والأخرى هي (Top Plug) وهي مصنعه من المطاط المصمت ويتم ضخها بعد ضخ كمية الأسمنت المطلوبة.


أنواع عمليات التسيمت

  1. عمليات تسميت اولية (primary cementing).
    • التسميت بمرحلة واحدة (single stage cementing).
    • التسميت المتعدد المراحل (Multi-Stage Cementing).
    • تسمیت عمود البطانة القاعي (Liner cementing).
    • التسميت من خلال عمود الحفر (cementing through drilling string).
    • تسميت عمود بطانة مع مرشح (cementing of casing with filter).
    • التسميت بواسطة الدوران العكسي ( Cementing by reverse circulation).
  2. عمليات التسميت الثانوية (Secondary Cementing).
    • التسميت من خلال حذوة البطانة (cementing through casing shoe).
    • التسميت من خلال الثقوب (cementing through perforation).
  3. عمليات التسميت الخاصة (Special cementing).
    • التسميت تحت الضغط (Squeeze cementing).
    • عمليات السداد التراجعي (Plugging Back Operation).

عمليات التسميت الاولية

التسميت بمرحلة واحدة
  1. يتم أولأ عمل تدوير (Circulation) لمائع الحفر داخل البئر لتنظيف حفرة البئر وللتأكد من عدم وجود عوائق تسمح بضخ الأسمنت ثم يتم عمل اختبار لوصلات الضخ (Pressure Test) للتأكد من صحة الوصلات.
  2. ضخ مادة (Wash) مناسبة وتليها (Spacer) مناسب في البطانه (casing).
  3. يتم إسقاط سداد المسح السفلي (Bottom Plug).
  4. ضخ مخلوط الأسمنت بالكمية المطلوبة.
  5. إسقاط سداد المسح العلوي (Top Plug) وضخ مائع الحفر فوقها لعمل الازاحة (Displacement).
  6. تتم الإزاحة إلى أن يتوقف سداد المسح السفلي (Bottom Plug) أمام (Float Collar) ويظهر ذلك من خلال ارتفاع ضغط سائل الحفر أثناء الضخ.
  7. يقوم الأسمنت باختراق سداد المسح السفلي (Bottom Plug) والمرور من أنابيب البطانة (casing) إلى الفراغ الحلقي.
  8. يستمر الضخ حتى تتوقف الـ (Top Plug) أعلى الـ (Bottom Plug) ويظهر ذلك من خلال ارتفاع ضغط مائع الحفر وبذلك تنهي عملية الضخ.
يمنع الصمام الموجود في الـ (Float Collar) الأسمنت من العودة مرة أخرى لداخل أنابيب البطانة (casing) بسبب وزنه الهيدروستاتیکي.



التسميت المتعدد المراحل
تسميت الآبار النفطية | Well Cementing
شكل (7) طريقة التسميت بمرحلة واحده.

تستعمل هذه الطريقة في تسميت اعمدة البطانة الطويلة بهدف:
  1. تقليل ضغط الضخ الكلي عند تسميت الابار العميقة التي تتطلب كميات كبيرة من ملاط الاسمنت. في هذه الحالة اذا كان معدل الضخ قليل فأن الوقت اللازم لانجاز عملية التسميت يتجاوز الحد الأعلى لوقت التثخن (Thickening Time) أما إذا استعمل معدل ضخ عالي فان ذلك يؤدي إلى سرع كبيرة للسوائل في الفراغ الحلقي الأمر الذي يتطلب ضغط عالي على مضخات الضخ الذي بالإمكان أن يؤثر سلبيا على جدار البئر وقد يسبب فقدان دورة ملاط الاسمنت، وبالإضافة إلى ذلك فان الضغط العالي يتطلب مضخات ذات قابلية ضخ كبيرة وان عمود البطانة في جهته العليا يكون تحت تأثير الضغط الداخلي الذي ربما يتجاوز مقاومة عمود البطانة للمطاوعة الداخلية.
  2. تقليل الضغط الهايدروستاتيكي الناتج من عمود ملاط الاسمنت على الطبقات الضعيفة والقابلة للتشقق وبهذا تقلل من احتمالية تشقق هذه الطبقات.
  3. السماح بالتسميت الانتقائي (selective cementing) للتكوينات كما هو الحال في الآبار التي يتم فيها تسميت عمود البطانة الإنتاجي في مناطق معينة فقط، حيث توجد عدة طبقات منتجة من أعماق مختلفة وبينما توجد طبقات لا تتطلب التسميت.
  4. السماح بتسميت جميع طول عمود البطانة.
  5. امكانية تسميت الابار التي من المتوقع ان يصادف فيها درجات حرارة عالية التي تقلل من وقت التثخن (Thickening Time).

المرحلة الأولى:
يتم تنفيذ المرحلة الأولى من عملية التسميت بنفس أسلوب تنفيذ عملية التسميت بمرحلة واحدة ولكن قمة عمود ملاط الاسمنت تنتهي تحت الـ (DV) مباشرة.

المرحلة الثانية:
في هذه المرحلة سيتم استخدام معدات التسميت على مراحل تشمل استخدام المعدات التالية:
  • صمام التقسيم (Division valve (DV))
  • قذيفة فتح (opening plug)
  • قذيفة الغلق (Closing plug)
  • Opening Cone

  1. تبدأ المرحلة الثانية من عملية التسميت بإسقاط قذيفة فتح (opening plug) من السطح يسمح لها بالتحرك او الانجذاب إلى مقعد الفتح الموجود في الـ (DV).
  2. بعد جلوس قذيفة الفتح على مقعد الفتح يسلط ضغط بحدود (psi 1200-1500) إضافة إلى ضغط التدوير بهدف قص مسامير الحجز (الإرجاع) (Bottom sleeve) للسماح للكم ألقاعي (Retaining pins) للتحرك نحو الأسفل وهذا التحرك يكشف الفتحات وبذلك يحقق اتصال بين داخل البطانة وخارجها في الفراغ الحلقي.
  3. بعد ذلك يباشر بتدوير سائل الحفر بهدف تجانسه ولتهيئة البئر قبل المباشرة بتسميت المرحلة الثانية. أثناء فترة المرحلة الثانية يفترض بان معجون الاسمنت في المرحلة الأولى قد بدأ بالتصلب واكتسب مقاومة اكبر.
  4. وهنا يباشر بضخ حجم ملاط الاسمنت اللازم للمرحلة الثانية وبعد إكمال ضخ حجم ملاط الاسمنت يتم إنزال سداد الغلق (upper sleeve) يمر ملاط الاسمنت من خلال الفتحات الموجودة في طوق التسميت على مراحل الـ (DV) باتجاه الفراغ الحلقي آخذاً موقعه خلف البطانة.
  5. عند وصول سداد الغلق إلى الـ (DV) يسلط عليه ضغط مقداره (psi 1500) إضافة إلى الضغط اللازم لتدوير ملاط الاسمنت الذي يؤدي إلى دفع الكم العلوي نحو الأسفل من قبل سداد الإغلاق، وبهذا يغطي الكم العلوي الفتحات ويمنع الاتصال بين داخل البطانة (casing) والفراغ الحلقي وعليه يتم تسميت جميع عمود البطانة بانتهاء تسميت المرحلة الثانية.
تسميت الآبار النفطية | Well Cementing
شكل (8) طريقة التسميت متعدد المراحل.



تسمیت عمود البطانة القاعي
نعني بعمود البطانة القاعي (Liner) هو ذلك العمود القصير الذي لا يصل الى السطح ويعلق من نهاية عمود البطانة الذي قبله بواسطة اداة تعلیق (Hanger). ان طول تدخل (overlap) عمود البطانة القاعي داخل العمود الذي قبله بحدود (200-500) قدم. ينزل عمود البطانة القاعي بواسطة عمود الحفر (Drill string) ويتم تسميته بواسطة ضخ ملاط الاسمنت من خلال عمود الحفر وعمود البطانة القاعي وفي النهاية تتم ازاحته خلف عمود البطانة القاعي (Liner) وفق اداة التعليق (Liner hanger) مباشرة.

تسميت الآبار النفطية | Well Cementing
شكل (9) عمود البطانه القاعي (Liner)



ان الاهمية من استعمال عمود البطانة القاعي ( Liner) هو:
  • لتبطين الجزء المفتوح من البئر اسفل عمود البطانة الوسطي الطويل اثناء الاكمال الاولي للبئر او كنتيجة لتعميق البئر.
  • لتبطين الجزء المفتوح من البئر والمتبقي كنتيجة لاستعصاء البطانة على مسافة من قاع البئر.
  • لتبطين الجزء المفتوح من البئر سبق وان تم اكماله مع جزء مفتوح بهدف السيطرة على الماء، او الغاز او الرمل.
  • لتبطين مناطق فقدان الدورة او المناطق ذات الضغط العالي التي تصادف اثناء عمليات الحفر.

معدات تسمیت عمود البطانة القاعي (Liner Equipment)
  1. حذوة الطفو (Float shoe).
  2. طوق الطفو (Float Collar).
  3. طوق الارساء (Landing collar).
  4. اداة تعليق البطانة القاعية (Liner hanger).
  5. کم ترکیب البطانة القاعية (Liner setting sleeve).
  6. مجموعة المبرام وسداد مسح البطانة القاعية (Swivel Assembly and liner wiper plug).
  7. سداد الضخ السفلي (pump down plug).

تنفيذ عملية تسميت عمود البطانة القاعي (Liner)
بعد وصول عمود البطانة القاعي (Liner) الى العمق المقرر، يباشر بتدوير سائل الحفر (drilling fluid) بهدف تجانسه داخل البئر ولضمان الدورة قبل تعليق البطانة القاعية. بعد ذلك تشغل المزالق (Slips) كما بينا سابقا بهدف تعلق البطانة القاعية ومن ثم يتم فتح آلة الربط (Setting tool) عند الـ (liner) عن طريق دوران عمود الحفر (Drill string) الذي هو عمود التنزيل من (10-12) مرة بأتجاه اليمين، يباشر بسحب عمود الحفر نحو الاعلى ببطئ للتأكد من فتح آلة الربط عن البطانة القاعية (Liner). بالامكان ملاحظة هذا الفتح من على السطح عن طريق ملاحظة انخفاض حمولة الخطاف (Hook) بسبب فقدان وزن عمود البطانة القاعي. بعد التأكد مما جاء اعلاه يباشر بعملية التسميت بعد اعادة شد آلة الربط بالبطانة القاعية وكما يلي:

يتم ضخ ملاط الاسمنت (cement Slurry) المحضر من خلال عمود الحفر (drill string)، آلة الربط، مجموعة اداة التعليق (liner hanger) والبطانة القاعية (Liner) ومن ثم يخرج من حذوه البطانة القاعية الى الفراغ الحلقي. بعد اكمال ضخ جميع حجم ملاط الاسمنت، يتم اطلاق سداد الضخ السفلي (pump down plug) من على السطح ومن ثم يباشر بضخ طين الحفر (Drilling fluid)، عند وصول سداد الضخ السفلي الى سداد المسح (wiper plug)، نلاحظ زيادة كبيرة في ضغط الضخ.

استمرار الزيادة في الضغط تؤدي الى قصر مسامية التثبيب سداد المسح (wiper plug) بآلة الربط او بالمبرم (Swivel) او في القمة العليا من البطانة القاعية للسماح لكلا السدادين بالمرور الى اسفل البطانة القاعية كمجموعة واحدة. يبدء سداد المسح (wiper plug) بأزاحة ملاط الاسمنت حول الـ (liner) في الفراغ الحلقي لحين جلوسه على طوق الطفو (Float Collar)، الامر الذي يلاحظ من على السطح من الخلال الزيادة الكبيرة في ضغط الضخ، ويؤشر ذلك بانه تم وضع جميع كمية ملاط الاسمنت حول البطانة القاعية (Liner). بعد ذلك تشغل مزالق اداة تعليق البطانة القاعية، كما وصف اعلاه، ويتم فتح آلة الربط عن البطانة القاعية (liner) بدوران عمود الحفر (drill string (12-10) دورة ومن ثم يتم رفع عمود الحفر لأبعاد آلة الربط كلياً عن البطانة القاعية ويتم ملاحظة ذلك من على السطح في حمولة الخطاف (Hook) بسبب فقدان وزن البطانة القاعية (Liner). 

بالامكان ابعاد ملاط الاسمنت (cement Slurry) الفائض الموجود داخل عمود الحفر(drill string) بواسطة الدوران العكسي بعد رفع آلة الربط فوق اداة التعليق (Liner hanger)، أي يتم ضخ الماء من خلال الفراغ الحلقي (حول عمود الحفر).

ان نجاح عملية تسميت البطانة القاعية تعتمد بالدرجة الاولى على فعالية ازاحة سائل الحفر (drilling fluid) من قبل ملاط الاسمنت (cement slurry). كما ان للمركزات (centralizers) دورها في انجاح عملية التسميت عن طريق ايصال ملاط الأسمنت الى الموضع المقرر.

بالرغم من الحذر والاحتراز في تنفيذ عملية التسميت البطانة القاعية، فأن النتائج غالباً ما تكون غير مرضية بسبب التسرب الذي يوجد في كثير من الاحيان وخاصةً قرب قمة البطانة القاعية. تعزى مشاكل تسميت البطانة القاعية الى ما يلي:
  • عدم وجود حيز مناسب للفراغ الحلقي.
  • فرق درجة الحرارة العالية بين قمة وقاع البطانة القاعية.
  • عدم امكانية تحريك البطانة القاعية اثناء عملية التسميت.
  • عدم امكانية ضخ الاسمنت (cement Slurry) بمعدلات عالية (المطلوبة للحصول على جریان مضطرب) بسبب ضغط التدوير العالي او لحماية الطبقات الضعيفة من التشقق.
  • هجرة غاز التكوين باتجاه قمة ملاط الاسمنت الامر الذي يؤدي الى تكوين قنوات داخل ملاط الاسمنت.
تسميت الآبار النفطية | Well Cementing
شكل (10) عملية تسميت عمود البطانه القاعية (Liner cementing)



التسميت من خلال عمود الحفر
بالامكان تنفيذ عملية التسميت الاولية لبطانة كبيرة القطر اما باستعمال الطريقة التقليدية او باستعمال عمود انابيب داخلي. عندما يكون قطر البطانة كبير كما هو الحال بالنسبة لعمود البطانة السطحي (Surface casing)، تستعمل هذه الطريقة بهدف التقليل الى الحد الادنى من تلوث ملاط الاسمنت بطين الحفر، وكذلك التعجيل في اكمال عملية التسميت، في هذه الطريقة يستعمل عمود حفر (drill string) لازاحة الاسمنت خلف عمود البطانة. يجهز عمود الحفر في اسفلة بآلة ربط (Stinger) التي تدخل في كم مانع للتسرب (Sealing sleeve) الموجودة اصلا في الحذوة الدليلية (Float shoe).

قبل المباشرة بعملية التسميت ينزل عمود الحفر (drill string) مع آلة الربط داخل البطانة (casing) ويربط عمود الحفر من نهايته السفلي بالحذوة الدليلية (Float shoe) ومن ثم يتم تدویر سائل الحفر (drilling Fluid) لغرض تجانسة وبعدها يتم ضخ الفاصل المائي (Spacer) وملاط الاسمنت على التوالي من خلال عمود الحفر لحين وصول ملاط الاسمنت في موضعه حول عمود البطانة.

ان اختيار احد الطريقتين اعلاه، الطريقة التقليدية او استعمال عمود الحفر للتسميت يعتمد بصورة كبيرة على القوى الناتجة من عملية التسميت، حيث الطريقة التي تنتج اعلى عامل امان بالنسبة للشد (اي نسبة مقاومة المطاوعة على حمولة الشد) هي التي يتم اختيارها.

عمليات التسميت الثانوية

التسميت من خلال حذوة البطانة
اذا كانت عملية التسميت في الجزء الاسفل من الفراغ الحلقي غير ناجحة نتيجة لخطأ في الحسابات عند التسميت بدون سدادات او سبب مطاوعة صخرة الاسمنت نتيجة للاستمرار في عمليات الحفر وهذا غالبا ما يحدث لصخرة الاسمنت في اسفل البطانة السطحية (surface casing او الوسطية( Intermediate casing)، يعاد الى اعادة تسميت المنطقة المجاورة لحذوة البطانة (Float shoe) بارتفاع عشرات الاقدام فوق الحذوة ولمسافة كافية بحيث تحقق نجاح عملية التسميت. بعد ذلك يتم تنزيل عمود الحفر (drill string) وفي طرفه السفلي عازل مانع للتسرب (Packer) الذي يثبت داخل البطانة بين المنطقة المثقبة (perforation) وحذوة البطانة (Shoe). ومن ثم يتم ضخ سائل تحت ضغط عالي بهدف غسل المنطقة المطلوب تسميتها بحيث يحقق دورة من خلال الفراغ الحلقي بين حذوة البطانة والثقوب، بعد تأمين دورة اعتيادية للسائل وغسل المنطقة جيداً، يتم ضخ كمية من ملاط الاسمنت مناسبة لملئ الفراغ الحلقي المعني وبعد ذلك نباشر بضخ سائل الازاحة الذي يؤمن وضع ملاط الاسمنت في المنطق المطلوبة. بعد ذلك يتم فتح عمود الحفر عن العازل (packer) الذي يترك داخل البئر لمنع عودة ملاط الاسمنت داخل البطانة. يتم حفر العازل بعد اكمال تصلب ملاط الاسمنت. بالامكان استعمال الطريقة اعلاه في حالة عدم امكانية تنفيذ عملية تسميت اولية بسبب عدم امكانية تحقيق دورة بعد تنزيل البطانة بسبب حدوث ردم في الجهة العليا من البئر او بسبب امساك الانابيب نتيجة لضيق قطر البئر من الجهة العليا من البئر.

التسميت من خلال الثقوب
بهدف تصليح بعض عمليات التسميت الغير ملائمة في مناطق معينة من البئر او اكمال لاحق لرفع مستوى الاسمنت في الفراغ الحلقي (خلف البطانة). تستعمل طريقة التسميت من خلال الثقوب لتنفيذ هذه الطريقة يتم تثقيب عمود البطانة فوق وتحت المنطقة المطلوب تسميتها. بعد ذلك يتم تنزيل عمود حفر وفي طرفه السفلي عازل مانع التسريب (Packer) الذي يثبت داخل البطانة بين منطقتي التثقيب ومن ثم يستمر بعملية التسميت بنفس اسلوب الطريقه السابقة.

عمليات التسميت الخاصة

التسميت تحت الضغط
تعرف عملية التسميت تحت الضغط، بعملية حقن ملاط الاسمنت (ضخ تحت ضغط عالي) داخل منطقة محصورة حول عمود البطانة. وتجري هذه العمليات اما اثناء عملية الحفر والاکمال او اثناء اعمال الصيانة وفي:
  • بعض التكوينات من خلال بئر مفتوح.
  • قنوات خلف عمود البطانة.
  • خلال ثقوب مستحدثة اصلا في البطانة لهذا الغرض.

تستعمل طريقة التسميت تحت الضغط في الحالات التالية:
  1. لايقاف فقدان الدورة (losses) في البئر المفتوح خلال عمليات الحفر.
  2. لتصليح عمليات التسميت الاولية الفاشلة بسبب الابعاد الغير كافي لكيك الطين (mud cake) او الازاحة الغير كافية لطين الحفر الامر الذي يؤدي الى تكوين قنوات (channels) من الطين خلف البطانة.
  3. لتقليل نسب (ماء – نفط ، ماء – غاز ، غاز – نفط) عن طريق سد ثقوب البطانة المجاورة لمنطقة الماء او الغاز.
  4. لغلق الطبقات الغير منتجة او مستنزفة (ذات الانتاجية القليلة جداً).
  5. لعزل منطقة ما قبل التثقيب بهدف الانتاج.
  6. لتصليح العطب مثل التسرب في وصل الربط، تشقق البطانة، تآكل البطانة وغيرها.
  7. لاكمال عمليات التسميت الاولية حول عمود البطانة او البطانة القاعية (liner) عند فشل ملاط الاسمنت بالوصول الى الارتفاع المطلوب في الفراغ الحلقي.

ان نجاح أية عملية تسميت تحت ضغط يعمتد بالدرجة الاولى على الوضع الصحيح لملاط الاسمنت في الثقوب او المنطقة المطلوب تسميتها. كما أن هذا النجاح يعتمد على تهيئة سطوح الثقوب المطلوب غلقها. بالامكان تهيئة سطوح الصخور عن طريق الغسل بالحامض (acid Matrix) او بواسطة حامض الهايدروكلوريك (HCI) او حوامض اخرى ملائمه، حيث يتفاعل الحامض مع كيك الطين (mud cake) ومع الرواسب المتجمعة الأمر الذي يسهل ابعادها بواسطة تدوير سائل نظيف داخل البئر.

تستعمل ثلاث انواع من طريقة التسميت تحت الضغط وهي:
  1. طريقه رأس الانابيب (Braden Head Method)
  2. طريقة تسميت تحت الضغط باستعمال عازل (Packer Squeeze Method)
  3. طريقة تسميت تحت ضغط ترددي (Hesitation squeeze method)

طريقه رأس الانابيب
في هذه الطريقه يتم تنزيل عمود الحفر (drill string) فوق الثقوب او المنطقة المطلوب تسميتها مباشرة. بعد ذلك يتم ضخ وازاحة ملاط السمنت من خلال عمود الحفر لتغطية جميع المنطقة ومن ثم يتم غلق الفراغ بين عمود الحفر والبطانة بواسطة واقيات الاندلاع (pipe rams) ويسلط ضغط محسوب مسبقا من السطح لقسر ملاط السمنت في الثقوب المفتوحة، من الملاحظ في هذه الطريقة لا يوجد حاجة لمعدات خاصة.

تستعمل هذه الطريقة عند عدم الحاجة اى تسليط ضغوط عالية، بحيث لا يوضع عمود البطانة في خطر من ناحية تأثير الضغط الداخلي، حيث في هذه الطريقة جميع عمود البطانة ( casing) خاضع لتاثير الضغط الداخلي. كما ان على آلة غلق الفراغ الحلقي (pipe rams) ان تقاوم ضغط الضخ، تعتبر عملية التسميت منتهية في اللحضة التي بعد غلق الفراغ الحلقي، تم ضخ حجم من سائل الازاحة مساوي لحجم ملاط الاسمنت الذي تم ضخه داخل البئر، وعندما يصبح ضغط الضخ من الكبر بحيث لا يمكن تحمله من قبل عمود البطانة او من قبل آلة سد الفراغ الحلقي.

تسميت الآبار النفطية | Well Cementing
شكل (11) طريقة التسميت برأس الانابيب.



طريقة تسميت تحت الضغط باستعمال عازل (Packer Squeeze Method)
تستعمل في هذة الطريقة عازل مانع للتسرب (Packer) ذو تصميم معين يدعى حاجز الاسمنت (Cement Retainer) ويكون على نوعين:
  • قابل للاسترجاع (Retrievable Packer).
  • غير قابل للاسترجاع (قابل للحفر) (Drillable Packer).
ان مميزات هذه الطريقة هي حمايه عمود البطانة من تأثير الضغط الداخلي في المنطقة التي تقع فوق حاجز الاسمنت، الامر الذي يسمح باستعمال ضغوط ضخ عالية.

يتم تنزيل حاجز الاسمنت القابل للاسترجاع (Retrievable Retainer) مع عمود الحفر ويوضع بين عمود الحفر وحاجز الاسمنت صمام دوران (Circulation Valve) عند وصول حاجز الاسمنت فوق المنطقه المطلوب تسميتها مباشرة، يباشر بغسلها عن طريق تدویر سائل نظيف وبعد ذلك يتم تثبيت حاجز الاسمنت على البطانه. في كثير من الحالات لاتستلم الطبقات المطلوب تسميتها ملاط الاسمنت بصوره مرضيه، ولهذا قبل ضخ ملاط الاسمنت يصار الى تشقيق البطانه، ويتم ذلك عندما يكون صمام الدوران مغلق وحاجز الاسمنت مثبتا على البطانه، يباشر بضخ الماء في الطبقه، وعند ذلك تلاحظ زياده مستمرة في ضغط الضخ لغايه حدوث التشقق، حينذاك يهبط الضغط بسرعة، من هذه اللحظة يفتح صمام الدوران عن طريق ضغط عمود الحفر نحو الاسفل بهدف السماح للماء بالدخول في الفراغ الحلقي بين عمود الحفر والبطانة لحماية عمود البطانة من تأثير الضغط الخارجي وحماية عمود الحفر من تأثير الضغط الداخلي. 

عند لحظة فتح صمام الدوران يباشر بضخ ملاط الاسمنت وسائل الازاحة. عند وصول ملاط السمنت الى صمام الدوران يتم غلق الاخير برفع عمود الحفر نحو الاعلى ويستمر بالضخ حيث ينزل ملاط الاسمنت تحت حاجز الاسمنت ويدفع داخل الطبقة. 

عودة ملاط الاسمنت الى داخل البطانة تكون معاقة من قبل صمام حاجز الاسمنت، بعد دفع ملاط الاسمنت داخل الطبقة يتم فتح صمام الدوران بهدف غسل عمود الحفر من ملاط الاسمنت الذي قد بقي في داخله بواسطة الدوران العكسي.

في النهاية يتم اخراج المجموعة (عمود الحفر، صمام الدوران، حاجز السمنت) الى السطح وفي حالة استعمال حاجز الاسمنت قابل للحفر (غير قابل للاسترجاع) يتم اخراج عمود الحفر وصمام الدوران فقط، اما حاجز الاسمنت فيتم حفره بعد تصلب ملاط السمنت. 

كما بالأمكان استعمال طريقة تسميت مبسطة باستعمال حاجز تسميت قابل للاسترجاع حيث يتم تنزيل عمود الحفر وحاجز الاسمنت (A) الذي بالامكان تثبيته وفتحه على ومن البطانة بطريقة ميكانيكية سهلة. بعد ذلك يباشر بوضع ملاط الاسمنت مقابل الطبقة المطلوب تسميتها او الثقوب المطلوب سدها (B) وبعد ضخ جميع حجم ملاط الاسمنت يتم رفع عمود الحفر وملاط الاسمنت الى الاعلى بحيث النهاية السفلى لعمود الحفر تكون فوق الثقوب. وحينذاك يتم ضخ سائل الازاحة تحت ضغط عالي بهدف ادخال ملاط الاسمنت قسرأ داخل الثقوب لغلقها. بعد ذلك يتم فتح حاجز الاسمنت من على البطانة ويباشر بالدوران العكسي بواسطة الماء لغسل حاجز الاسمنت وعمود الحفر من ملاط الاسمنت المتبقي فيهما.

كما بالامكان تنفيذ عملية تسميت تحت الضغط باستعمال حاجز اسمنت قابل للحفر (غير قابل للاسترجاع) و (Stinger) في هذا الاسلوب ينزل حاجز الاسمنت القابل للحفر بواسطة حبل ويتم تثبيته على البطانة بواسطة معدة خاصة (Kit Special) حيث تستعمل شحنة متفجرة لتحريض مزالق (Slips) الحاجز التي بواسطتها يتم التثبيت. بعد ذلك ينزل عمود الحفر وفي اسفله الـ(Stinger). يتم ضخ ملاط الاسمنت عند وصول الاسمنت الى حذوة الـ(Stinger نجبر الاخيرة للولوج داخل الفتحة الموجودة في حاجز الاسمنت ومن ثم يباشر بضخ سائل الازاحة تحت الضغط العالي. بعد ضخ جميع كمية ملاط الاسمنت، يتم ابعاد الملاط الفائض من داخل عمود الحفر والـ(Stinger) عن طريق الدوران العكسي لسائل التنظيف، حيث يتم سحب الـ(Stinger) من داخل حاجز السمنت اولاً ومن ثم يباشر بالدوران العكسي.

تسميت الآبار النفطية | Well Cementing
شكل (12) طريقة التسميت تحت الضغط بإستعمال عازل.



طريقة تسميت تحت ضغط ترددي (Hesitation squeeze method)
تستعمل هذه الطريقة بصورة خاصة لغلق المناطق ذات النفاذية العالية. حيث يستعمل عمود حفر لوضع ملاط الاسمنت عبر المنطقة المطلوب تسميتها، بعد وضع ملاط الاسمنت يباشر بضخه بصورة متناوبة او ترددية اي مرة يتم الضخ ومرة يتوقف لفترة قصيرة ومن ثم يعاد الضخ ثانية وهكذا. ان الغرض من التردد في الضخ هو تشجيع ترسيب كعكة الترشيح (كيك الاسمنت) على المساحات المعرضة من المنطقة المفتوحة لملاط الاسمنت.

عملیات السد التراجعي (Plugging Back Operations)
تتضمن عملية السد التراجعي وضع ملاط الاسمنت عبر منطقة او مناطق من البئر بهدف غلقها او تركها. سدادات الاسمنت التراجعية تستعمل عادة للاغراض التالية:
  • ترك المناطق المستنزفة التي تقع في اسفل البئر.
  • غلق او ترك بئر ما او جزء من البئر المفتوح.
  • لتكوين قاعدة او نقطة انطلاق لتعليمات الحفر الجانبي بهدف تجنب القطع الساقطة داخل البئر او لاي سبب آخر.
  • غلق مناطق فقدان دورة السائل في البئر المفتوح.

يوجد نوعين من عمليات السد التراجعي وهما:
  1. طريقة السد المتوازن (Balanced plug Method).
  2. طريقة افراغ منزحة التسميت (Dump Bailer Method).

طريقة السد المتوازن (Balanced plug Method)
يتم تنفيذ هذه الطريقة بواسطة عمود الحفر فقط وعادة تضخ كمية من الماء قبل وبعد ضخ ملاط الاسمنت يتضمن مبدأ هذه الطريقة وضع الماء الذي سبق ضخه قبل ملاط الاسمنت وجزء من ملاط الاسمنت في الفراغ الحلقي (خارج عمود الحفر) بحيث ان ارتفاع الملاط في الفراغ الحلقي يصبح مساويا لإرتفاع الملاط داخل عمود الحفر بهدف الحصول على ضغط الهايدروستاتي متساوي داخل عمود الحفر وفي الفراغ الحلقي، بعد اكمال وضع ملاط الاسمنت في الوضع اعلاه يتم سحب عمود الحفر الى الاعلى بهدوء وبذلك يسقط ملاط الاسمنت المتبقي فيه ليحجز حجم الحيز الذي كان مشغولا من قبل جدار عمود الحفر وبذلك يتم تكوين سداد متوازن. بالامكان ازاحة جزء من سداد الاسمنت بواسطة الدوران العكسي بهدف الحصول على الارتفاع المطلوب للسداد التراجعي. يستعمل حاجز مائي يضخ بعد ملاط الاسمنت لتحقيق عمود مساوي في الارتفاع لعمود الماء الذي يتم ضخه قبل ملاط الاسمنت للحفاظ على توازن اعمدة السوائل.

تسميت الآبار النفطية | Well Cementing
شكل (13) طريقة التسميت بالسد المتوازن.



طريقة افراغ منزحة التسميت (Dump Bailer Method)
يستعمل في هذه الطريقة عازل مانع للتسرب (Packer)، حيث ينزل بواسطة حبل ويثبت فوق المنطقة المطوب سدها مباشرة. ان فتحة العازل نكون مغلقة بواسطة سداد (plug) الذي يعطي العازل اسم مميز يدعى سداد الجسر (Bridge plug) يوضع في المنزحة حجم محسوب من ملاط الاسمنت وتنزل بواسطة حبل داخل البئر باتجاه العازل وعند ارتطامها بالعازل تتكسر الصفيحة الزجاجية الموجودة في اسفل المنزحة وبذلك يخرج ملاط الاسمنت من داخل المنزحة، تستعمل هذه الطريقة عادة في الآبار المبطنة لغلق الطبقات ذات الضغط المنخفض.

تقييم الاسمنت

تعتبر مجسات الاسمنت احد أنواع مجسات التجويف المبطن (Cased hole logging) التي يتم انزالها بعد اجراء عملية تسميت البطانه (casing) لغرض التأكد من جوده الاسمنت خلف البطانه و هل الاسمنت جيد ام متوسط ام رديئ ام free pipe.

لماذا يتم تقييم السمنت؟
  1. بالنسبة لمهندس التسميت يعطي تصور عن نجاح او فشل عملية التسميت وبرنامج التسميت من حيث حجم الاسمنت الذي تم استخدامه و مواصفاته وطريقة التسميت.
  2. بالنسبة لمهندسي المكامن والإنتاج يعطي تصور عن جودة الاسمنت خلف البطانه، وهل يحتاج الاسمنت الى معالجة (Remedial Cement) بسبب ردائة الاسمنت او وجود (cement channeling) قبل عملية التثقيب او لا، لتتم معالجته قبل ان يدخل البئر للإنتاج لتجنب حدوث مشاكل إنتاجية مستقبلا وهي كثيرة ومنها (ارتفاع القاطع المائي (water cut) و مشاكل الـ cross flow و اضافه الى مشاكل تشوه البطانه مستقبلا (casing deformation) نتيجة الضغط العالي للطبقات ....الخ).
للإطلاع على الصور الخاصة بتقييم الاسمنت يرجى تحميل الملف في المصادر

قبل ان يتم انزال مجس الاسمنت داخل البئر لتقييم عملية التسميت خلف البطانه هنالك بعض الأمور التي يجب اجراءها قبل وبعد انزال مجسات الاسمنت:

قبل انزال مجس الاسمنت (Pre- logging operation) يتم اجراء التالي:
  • اختيار نوع مجس الاسمنت هل هو CBL او نوع آخر.
  • تحديد طريقة انزال مجس الاسمنت اعتماداً على نوع البئر هل هو عمودي او مائل او افقي لان هذا الموضوع له علاقه باختيار الطريقة المناسبة هل هي (wireline, tractor, PCL, Coiled tubing).
  • انتظار تصلب الاسمنت (24-72) ساعة وحسب المواد المضافه للاسمنت من معجلات او مؤخرات تصلب الأسمنت.
  • حفر ملحقات ومعدات عملية التسميت الجوفية (Float collar, Float shoe, DV, top plug, bottom plug).
  • اجراء قشط للبطانه (casing scraper) ان تطلب ذلك.

بعد انزال مجس السمنت (After logging operation):
  • اجراء عملية تقييم مجس الاسمنت (cement evaluation).
  • اجراء عملية المعالجة للاسمنت الرديء (Remedial plan) ان تطلب الامر.

أنواع مجسات الاسمنت
هنالك عدة أنواع من مجسات تقييم الاسمنت خلف البطانه ومنها لا للحصر مبيئه بالجدول ادناه:

No. Log Full name Company
1 CBL Cement Bond Log Many companies
2 SBT Segmented Bond Tool Backer Hughes
3 URS Ultrasonic Redial Scanner Weatherford
4 RIP Radius Incremented Bond AWALCO
5 RBT Radial Bond Tool Halliburton
6 CAST Circumferential Acoustic Scanning Tool Halliburton
7 USIT Ultrasonic Image Tool Schlumberger
8 SCMT Slim Cement Mapping Tool Schlumberger

مجس الاسمنت نوع (CBL" Cement Bond Log")
ان هذا النوع من المجس يتم انزالة كـ full set داخل البئر ويتضمن (CBL, VDL, GR, CCL) حيث ان:
  • CBL: cement bond log
  • VDL: Variable Density log 
  • GR: Gamma Ray (يستخدم لعملية تصحيح العمق)
  • CCL: casing collar locator (تحديد الحد الفاصل بين البطانات)
يحتوي مجس ال CBL, VDL على مرسل واحد (transmitter) ومستقبلات (receivers) عدد اثنان لاحظ الشكل (14):

تسميت الآبار النفطية | Well Cementing
شكل (14)



يمثل تسجيل ( CBL) زمن وصول الموجة على بعد ثلاثة اقدام (ft 3) من جهاز الارسال ويسجل سعة الموجة الانكسارية الأولى Amplitude of first (arrival mv)). فتكون البطانات المستمه بصوره جيده ذات سعه موجه قصيرة بينما المناطق الرديئة التسميت تكون ذات سعه موجية طويله يمثل تسجيل (VDL) الموجات المتنقله خلال البطانة (casing) والتكوين (formation)، وتكون على شكل اشرطة ملونه بالاسود والأبيض ويسجل أيضاً سعة الموجة الانكسارية الثانية (Second arrival time in ms)، حيث يكون تقييم الاسمنت وفقا للـ VDL من جهتين: 
  1. الأولى ترابط الاسمنت بين البطانة والاسمنت (casing and cement).
  2. الثانية ترابط الاسمنت بين الاسمنت والتكوين (cement and formation).

تقييم مجس الـ CBL, VDL
قبل اجراء عملية تقييم مجس الاسمنت يجب اجراء جودة القراءات (Quality control) من خلال:
  • هل تم معايرة مجس الاسمنت (Is the tool calibrated).
  • هل تم اجراء القراءات الرئيسية واعاده القراءه (Repeat Log & Main Log).
  • هل المجس متمركز داخل البطانه اثناء انزاله (Is the tool properly centered).
  • هل تم قياس قيمه الانبوب الحر (free pipe) لاحظ القيم بالجدول ادناه.
Formation arrival
(VDL)
Casing arrival
(VDL)
CBL amplitude Type of bond
Very weak or none Large High Free pipe
Strong Weak Low Good casing -
to - Cement -
to - Formation
Weak or none Weak Low Good casing bond
Poor formation bond
Moderate Moderate High Microannulus channeling
Thin cement sheath
Strong Absent High Fast formation arrivals

يتم تقييم مجس الاسمنت CBL, VDL من خلال سعه الموجة الخاصة بال CBL وسلوك الـ VDL وكما في ادناه:

التقييم عن طريق سعة الموجه الخاصة بالـ CBL
عادة يكون مقياس الـ CBL اما بالـ mv من 0 الى 100 فإذا كانت سعة الموجة تساوي او اقل من 10 mV يعتبر الاسمنت جيد اذا كان نوع الاسمنت Tail وتساوي او اقل من 20 mV يعتبر الاسمنت جيد اذا كان نوع الاسمنت Lead مع الاخذ بنظر الاعتبار التغيرات الخاصة بمجس VDL.

التقييم عن طريق دليل الصلابه (Bond index)
يتم حساب دليل الصلابة (Bond Index "BI") من خلال المعادلة ادناه:
حيث ان :
BI = [log10 (Emeas/Efree)]/[log10 (E100%/Efree)]

  • E100% : amplitude for 100% bond
  • EFree : Free pipe amplitude
  • Emeas : Measured amplitude

اذا كانت قيمة Bond Index اكبر او يساوي 80% والاشارات المستلمة عن طريق المجس متغيرة الكثافة (VDL) يكون تقييم الاسمنت خلف البطانه جيد.

مجس السمنت نوع (Segmented Bond Tool (SBT
هو احد أنواع مجسات الاسمنت التي تعطي صوره (image) للاسمنت من خلف البطانه يتكون هذا المجس من ستة اذرع لقياس الاسمنت خلف البطانه بزاوية 360 درجة، كل ذراع يقس بزاوية 60 درجة. يمكن لهذا النوع من المجسات ان يعطي تصور لوجود قناه بالاسمنت خلف البطانه (Channel behind casing).

ان هذا النوع من المجسات يتم انزالة كـ full set داخل البئر ويتضمن (DT, VDL , GR, CCL, Map) حيث ان:

  • DT : sonic
  • CBL (optional) : يكون خياري حسب طلب مالكي الحقول
  • VDL : Variable Density log
  • GR : Gamma Ray (يستخدم لعملية تصحيح العمق)
  • CCL : casing collar locator (تحديد الحد الفاصل بين البطانات)
  • Map : تعطي صوره للاسمنت خلف البطانه
  • Attenuation Array : توضح الست اذرع
  • AVTAV : يكون بمقياس من صفر الى 20 ويحدد مقدار جوده السمنت خلف البطانه حسب المعايير ادناه :
    • Free pipe (0 to ≤ 2) db/ft
    • Poor cement (> 2 to ≤ 6) db/ft
    • Medium cement (> 6 to ≤ 10)db/ft
    • Good cement (> 10 to ≤ 12) db/ft
    • Very Good cement (> 12 to 20) db/ft

مبدأ العمل (SBT - Operation)
يتم تثبيت مرسلات الصوت على ست اذرع (Pads) تكون هذه الاذرع ملامسة للجدار الداخلي للبطانه لتوفير تعويض قياسات التوهين (Attenuation) يتم قياس التوهين الصوتي (Acoustic attenuation) بأتجاهين باستخدام ترتيب جهازي الإرسال و جهازي استقبال على أربعة أذرع مستمرة. القياسات هي مجتمعة لاشتقاق قيمة تعويضية لا تعتمد على حساسيات جهاز الاستقبال أو قوة جهاز الإرسال هذا القياس تتكرر المعالجة لكل جزء من الأجزاء الستة.


المصادر

  1. عباس راضي عباس. 2022. تسميت الآبار النفطية  pdf. تم الإسترجاع 2022-9-17.

إقرأ ايضا




وضع القراءة :
حجم الخط
+
16
-
تباعد السطور
+
2
-