خرید ارزان سیمانکاری در حفاریهای چاههای نفت و گاز

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل : Word (..docx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )
تعداد صفحه : 32 صفحه

قسمتی از متن Word (..docx) :

تقدیم به عزیزترین کسانم؛ پدرم مادرم برادرم قدردانی سپاس خدائی را که آفریننده همه ی خوبی هاست، خدائی که مقام علم را هم پایه ی تقوا می شمرد. خدائی که همه ی وجود ما از اوست. خدائی که در این نزدیکی است. به لطف خداوند منان، پروژه ی اینجانب با موضوع : معرفی سیمان چاه نفت و ارزیابی استانداردهای ایران با API آمریکاه به پایان رسید. اما در انجام این مهم، عزیزان دیگری مرا یاری نموده اندکه وظیفه دارم از ایشان قدردانی و تشکر بنمایم. از استاد ارجمندم جناب مهندس مجید لطفی که با راهنمائی های ارزنده شان مرا در این مدت یاری رساندند، تشکر می کنم. از دوست خوبم جناب مهندس اسماعیل اصغرنیا که با تهیه ی مراجع و منابع کمک شایانی را به من نمودند، تشکر می کنم. در آخر نیز از عموی مهربانم جناب مهندس نقی ولی اللهی بیشه که ایده ی انجام این پروژه از ایشان بوده و همچنین با زحمات پدرانه شان مرا در انجام هر چه بهتر این مهم یاری رساندند، سپاسگزارم. با تشکر بابک ولی الهی بیشه آبان ماه 85 چکیده : امروزه کارخانه های سیمان دنیا، نُه کلاس سیمان چاه نفت را می سازند. که همگی این سیمانها مشتقاتی از سیمان پرتلند می باشند. این سیمانها را به ترتیب حروف الفبا H, G, F, E, D, C, B, A و J (سیمان حرارت بالا) نامگذاری کردند، که در استاندارد API و isiri سیمان J گنجانده نشده است. ( به دلیل مصرف کم آن) عواملی که باعث بروز تفاوت بین سیمانهای نه گانه ی فوق می شوند، عبارتند از : ترکیبات مواد خام میزان نرمی دانه های سیمان میزان و نوع افزودنیهای سیمان افزودنیهای سیمان بر چند نوعند : تند کننده ها accelerators کند کننده ها retarders سبک کننده ها extenders که هر کدام از این افزودنیها وظائفی خاص و خواصی ویژه را به دوغاب سیمان می دهد و زمان نیم بندش و استحکام تراکمی آن را تنظیم می کند. بعداً با هر کدام از این مفاهیم بیشتر آشنا می شوید. واژه های کلیدی : کلاس های سیمان چاه نفت، نرمی سیمان، زمان نیم بندش، استحکام تراکمی، استاندارد API ، افزودنیهای سیمان. فهرست : علائم و اختصارات مقدمه فصل اول تاریخچه ترکیبات سیمان پرتلند تعیین درصد ترکیبات اکسیدی سیمان سیمانهای کندبند سیمان ضد سولفات فصل دوم کلاسهای مختلف سیمان چاه نفت استحکام و تنزل استحکام زمان نیم بندش دوغاب سیمان افزودنیهای سیمان انواع افزودنیهای سیمان ارزیابی جداول استاندارد 8087 ایران و API آمریکا فصل سوم تند کننده های سیمان کلسیم کلراید سدیم کلراید آب دریا براکس فصل چهارم کند کننده های سیمان کلسیم لیکنوسالفونیت CMHEC براکس سدیم کلراید فصل پنجم دوغابهای سبک وزن سیمان سیمانهای بنتونایتی پوزوانها و سیمانهای پوزولانی خاک دو اتمی پرولایت گیلسونایت فصل ششم کاربرد نانومواد در سیمانکاری نتیجه گیری منابع و مراجع علائم و اختصارات انیستیتو نفت آمریکا (American petroleum Institute) API  انجمن آمریکایی آزمایش مواد (American society for testing and material) ASTM  روانی بر حسب واحد بردن (Bearden-BC) BC  دمای گل حفاری در حال گردش ته چاه (Bottom Hole circulating Temperature) BHCT  دمای گل حفاری ثابت ته چاه (Bottom Hole static Temperature) BHST  درجه سانتی گراد (Celsius) 
 کربوکسی متیل هیدروکسی اتیل سلولز (Carboxy methyl hydroxy ethyl cellulose) CMHEC  سانتی پوند (واحد ویسکایستی) (Centi poise) CP  استحکام فشاری (Compressive Strength) CS  درجه فارنهایت (Fahrenheit) 
 گالن (1gal=3.78541lit) (gallon) gal  سیمان مقاومت بالا در برابر سولفات (High Sulfate Resistant) HSR  مرکز خدمات فنی بوستون (Huston Technical Service Center) HTSC  موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران (Institute of Standard and Industrial Research of Iran) Isiri  سیمان مقاومت متوسط در برابر سولفات (Moderate Sulfat Resistand) MSR  سیمان نوع معمولی (Ordinary type) O-type  پوند بر فوت مکعب (Pound Per Cubic Foot) PCF  پونیر (پواز) 
Poise  قسمت در میلیون (Part Per million) ppm  واحد فشار (Pound per Squarinch) psi  وزن مخصوص (Specific gravity) S.G  کیسه، گونی (Sack) SK  جامد محلول (Solid Solution) SS  زمان بندش (بر حسب min یا hr ) (Setting time) ST  نسبت وزنی آب به سیمان در دوغاب (Water Ceman Ratio) WCR  انتظار برای بندش دوغاب سیمان (Wait on cement) WOC   مقدمه : در میان کلیه خدمات حفاری یک چاه نفت یا گاز، لوله گذاری (casing) و سیمان کاری (cementing) را یقیناً می توان مهمترین خدمت دانست. عمر چاه و مدت بهره برداری آن به مقدار وسیعی به درجه موفقیت این خدمات بستگی دارد. درعملیات لوله گذاری، چاه لخت بوسیله یک رشته لوله فولادی مخصوص پوشیده می شود و متعاقب آن در عملیات سیمانکاری، فضای حلقوی بین لوله و دیواره ی چاه، از یک دوغاب با ترکیبات معین، پر می گردد. دوغاب سیمان با گذشت زمان می بندد و سخت می شود و سنگ سیمان حاصل چون غلافی محکم، لوله های پوششی را در بر می گیرد. [1] از آنجا که بخش عظیمی از این عملیات توسط شرکتهای آمریکائی صورت می گیرد، متاسفانه تا کنون کمپانی های ایرانی موفقیت چندانی در این زمینه کسب نکرده اند، لذا در همین راستا کارخانه های سیمان کشور نیز در تولید سیمانهای چاه نفت تلاشی را انجام نداده اند. تنها دو کارخانه ی سیمان تهران و سیمان کرمان به تولید سیمان چاه نفت پرداخته اند که کارخانه ی سیمان تهران تنها در اوج کارهای حفاری کمپانی هالیبرتون با این شرکت همکاری داشته و بخش اعظم سیمان سیمان مورد نیاز این کمپانی را تولید می کرده، ولی اکنون با پایان گرفتن کار این کمپانی کارخانه ی سیمان تهران تولید خود را متوقف کرده است. اما کارخانه ی سیمان کرمان با تولید تنها کلاس G سیمان چاه نفت تنها پرچمدار کارخانجات سیمان ایران، کشوری سوار بر اقیانوس نفت، می باشد که جای بسی تاسف دارد. پروژه ی حاضر به معرفی سیمانهای مختلف چاه نفت و افزودنی های آن و مقایسه ای اجمالی بین استاندارد API و isiri-8087 ایران پرداخته است. در فصل اول مختصری راجع به چگونگی تولید سیمان و فازهای تشکیل دهنده آن پرداخته و در ادامه، در فصل دوم، به معرفی کلاسهای مختلف سیمان چاه نفت پرداخته است. در فصول سوم و چهارم و پنجم به بحث در مورد افزودنیهائی که خواص تند کنندگی و کند کنندگی به بندش دوغاب سیمان می دهند و همچنین به تشریح دوغابهای سبک وزن سیمان پرداخته است. و سرانجام در فصل آخر بطور خیلی مختصر درباره ورود افزودنیهائی نو و تازه رس را در صنعت سیمانکاری نوید داده و دورنمائی بهتر را برای این صنعت حیاتی حفاری های نفت و گاز متصور شده است. و در پایان نتیجه ی کلی را در خصوص این پروژه ارائه نمودم. تاریخچه : پیدایش سیمان بزمانی مربوط می شود که بشر نخستین بار « سنگ آهک» را بمنظور تهیه «آهک زنده» پخت، پختن یا (کلسیناسیون) سنگ آهک خالص با لایمستون
در دمای
900 منجر به تجزیه آن و تولید کلسیم اکسید یا آهک زنده
و دی اکسید کربن یا گازکربنیک
می شود. کلسیناسیون سنگ آهک :
از ترکیب اکسید کلسیم با آب، هیدروکسید کلسیم با آهک مرده به فرمول
بوجود می آید، که بدواً جسمی است فاقد سختی و استحکام، اما اگر آنرا با مقدار کافی آب ممزوج کرده و از آن خمیری درست کنیم و به مخلوط حاصل فرصت دهیم تا رطوبت خویش را از دست داده و خشک شود، آنگاه جسمی نسبتاً سخت با بافتی محکم بنام ساروج بوجود می آید.

از این جسم، قرنها بعنوان ملاط ساختمان برای پیوند دادن سنگها و آجرها به یکدیگر استفاده شده است و شاید قبل از آنکه بشر آنرا کشف کند، بجای آن از مخلوط خاک رس و آب استفاده می شد. خاک رس نیز چون با آب آمیخته گردد و فرصت یابد تا خشک شود، تبدیل به ملاط ضعیفی می گردد که می تواند واحدهای ساختمانی را تا اندازه ای بهم پیوند دهد. تهیه ملاط خاک رس برای انسان ساده تر از تهیه ملاط آهک مرده بوده است، زیرا خاک رس در طبیعت به مقدار فراوان و در همه جا یافت می شد، و احتیاج به پرسینگ هم نداشته ، اما برای تهیه آهک، بشر نیازمند به سنگ آهک و کوره مخصوص بوده است. سخت شدن ساروج بخاطر تبخیر آب آن و کریستالایز شدن دانه هایش می باشد و با گذشت زمان که ملاط، گازکربنیک هوا را هم جذب می کند، سخت تر نیز می شود. کلسیناسیون انواع مختلف سنگ آهک بتدریج بشر را متوجه این نکته کرد که اگر نوع سنگ آهک ناخالص باشد ( یعنی سنگ آهک مخلوط با مقداری خاک باشد)، پس از پخته شدن، آهکی حاصل می شود که چون با آب مخلوط گردد جسمی به مراتب سخت تر و محکم تر از آهک مرده بوجود می آید. کشف این نکته سرآغاز تولید سیمان مصنوعی ( یا artificial cement ) توسط انسان است. در سال 1824، جوزف آسپدین (joseph aspdin) انگلیسی، مخلوطی از سنگ آهک و خاک رس را پخت و جسمی را که بدین ترتیب بدست آورد « سیمان پرتلند» نامید. سیمان پرتلند محصولی است هیدرولیک. یعنی اگر آنرا با مقدار معینی آب مخلوط کنند و دوغاب حاصل را بحال خویش بگذارند، پس از مدتی دوغاب تبدیل به جسمی سخت و بسیار محکم خواهد شد که بتن ( ) یا کانکریت نام دارد. کانکریت چون از سایر ملاطهای قبل از خود محکمتر خواهد شد و بعلاوه در زیر آب نیز دوام بیشری داشت و حتی با گذشت زمان محکمتر هم می شد، بزودی جانشین ملاطهای مختلف شد و بعنوان یکی از مهمترین مصالح ساختمانی بویژه در ساختن پایه های پل ها و تاسیسات زیر آب مورد استفاده قرار گرفت. در آغاز، کارخانه های سیمان را در مناطقی بر پا می کردند که نزدیک به معادن سنگ آهک ناخالص باشد، زیرا سنگ آهک ناخالص می توانست بعنوان ماده خام، سیمانی با ترکیب مورد نظر را بوجود آورد. بعدها به تدریج سنگ آهک ناخالص را بوسیله مخلوطی ازچند ماده دیگر جانشین کردند، بطوریکه امروزه ماده خامیکه بعنوان خوراک کارخانه های سیمان مصرف می شود، عمدتاً مخلوطی است از مواد calcareous (آهکی) و مواد argillaceous (رسی) مواد آهکی مثل : limestone (سنگ آهک) oyster shell (گوش ماهی) و marl (کربنات کلسیم طبیعی محتوی خاک رس، مواد آلی و کربنات منیزیم) مواد رسی مثل : Clay (خاک رس)، Shale (پلمه سنگ)، Slate (نوعی سنگ رسی متامورفیک)، و Blast furnace slag (محصول فرعی از کوره بلند ذوب آهن که عمدتاً متشکل از سیلیکات های کلسیم است). سیمان پرتلند نخست در کوره هائی بنام battle kilns ساخته شد. اما امروزه آنرا در کوره های دوار یا ratary kiln می سازند. روش کار این کوره های به این ترتیب است که مخلوطی از مواد آهکی و رسی را که به نرمی کوبیده شده ، بعنوان ماده خام وارد آنها می کنند. کامپوزیشن این مخلوط بر حسب نوع سیمانی که می خواهند تولید کنند، فرق می کند. این مواد همچنان که در کوره پیش می روند، ابتدا در دمای
212 آب آزاد و فیزیکی از دست می دهند و خشک می شوند. در نواحی داغ تر کوره دما
900 تا
1000 می رسد، combined water (یا آب درون مولکولی) رسها از آنها جدا می شود. وقتیکه دما به حدود
1600 می رسد، کربناتها تجزیه شده و دی اکسید کربن آنها از کوره خارج می گردد. در درجه حرارتهای بیش از این، واکنش اصلی صورت می گیرد، یعنی کلسیم (Cao) مانده از تجزیه بالا به تدریج با
ترکیب می شود تا اینکه مخلوط به نواحی بسیار داغ کوره که دمای آن بین 2600 تا 2800 درجه فارنهایت است، می رسد. در اینجا واکنش های فوق تکمیل می شوند و محصول در حالیکه به میزان 25 درصد بصورت مذاب درآمده، آماده خروج از کوره می گردد. ذرات جامد محصول که در اثر غلتیدن های مداوم در کوره بصورت گلوله درآمده اند، از نظر اندازه با یکدیگر بسیار تفاوت دارند و قطر آنها از پنج سانتی متر تا چند میکرون متغیر است. این گلوله ها را Cement clinker می نامند. کلینکر سیمان به همراه بخش مذاب خود، پس از خروج از کوره، برای سرد شدن وارد کولرهای دواری می شود که بوسیله هوا کار می کنند. در این کولرها جریانی از هوای سرد بداخل محصول دمیده می شود تا آنرا quench ( یعنی دمای محصول را سریعاً و بطور ناگهانی پائین بیاورد). در این پروسه قسمتی از کلینکر مذاب سیمان، کریستالیزه می شود و قسمت دیگر آن بصورت glass (شیشه) باقی می ماند. بررسی های میکروسکوپیک نشان داده است که حتی کلینکرهائیکه بخوبی quench شده اند، دارای 10 تا 15 درصد شیشه هستند. بعد از air quenching ، محصول را برای مدتی در سیلوها یا Bin های مخصوصی نگهداری می کنند تا در مرحله بعد آنرا در آسیاب خورد کرده و بصورت پودر درآورند. در اینجاست که پودر سیمان را با 5/1 تا 3 درصد وزنی خویش گچ
می آمیزند تا سرعت بندش دوغاب آن را کند کرده و در عوض استحکام بتن حاصل از دوغاب را افزایش دهند. سیمانی را که به این ترتیب بدست می آید، جهت بسته بندی در کیسه های 94 پوندی یا سیلوهای بزرگ چند هزار پوندی به packing house (یا قسمت بسته بندی) کارخانه می فرستند. [1] در شکل یک نمائی شماتیک از فرآیند پخت مواد اولیه و تولید سیمان پرتلند آورده شده است.
شکل 1-1 : نمائی از پروسه تولید سیمان پرتلند [2] ترکیبات سیمان پرتلند : در کلینکر سیمان پرتلند چهار فاز کریستالی وجود دارد : « فرمول شیمیایی» « علامت اختصاری» « نام شیمیایی»  

(آلیت) 1) Tricalcium Silicate  

(بلیت) 2) Dicalcium Silicate  

(آلومنیات) 3) Tricalcium Aluminate  

(فریت) 4) Teracalcuim Alumino Ferrite  فازهای کریستالی زیر نیز می توانند در کلینکر سیمان پرتلند موجود باشد :
(جامد محلول سولفاتهای قلیائی) 5) Solid Solution Alkali Sulfates    6) Magnesia (Mgo)   (آهک آزاد) 7) Free lime   (افزودنیهای مجاز) 8) Special Additive  چهار فاز کریستالی نخست، مواد اصلی تشکیل دهندۀ سیمان پرتلند می باشند که یا خود متبلور شده و مستقیماً جسم سختی را بوجود می آورند و یا آنکه به ایجاد و پیدایش چنین جسم سختی کمک می کنند. سولفاتهایی قلیائی معمولاً سرعت تبلور سیمان را افزایش می دهند. اکسیدهای منیزیم و کلسیم با آب ترکیب می شوند و هیدروکسیدهای مربوطه را بوجود می آورند. این هیدروکسیدها نه بطور مشخص روی سرعت تبلور سیمان اثر می گذارند و نه بطور محسوس توسعه ی استحکام بتن را افزایش می دهند.
شکل 1-2 : فازهای کریستالی کلینکر سیمان [2] Tricalcuim Silicate : این کانی که میزان متوسط آن در سیمان پرتلند بین 45 تا 65 درصد است، ( برای سیمانهائی که استحکام نخستین آنها خیلی زیاد است (High early strengthcement) این مقدار به حداکثر 67 درصد هم می رسد) عامل عمده ایجاد استحکام در تمام مدت عمر سنگ سیمان – بوِیژه در 28 روز اول – می باشد. بهنگام تبلور سه مولکول آهک آزاد می کند. این آهک آزاد شده هیچگونه ضرری به سیمان نمی زندو بصورت یک پرکننده خنثی (inert filler) در آن باقی می ماند. اگر سیلیکا
ی کوبیده شده و بسیار نرم به چنین سیمانهایی افزوده گردد و اندکی هم حرارت به آنها داده شود، آهک با سیلیکاتی نرم ترکیب شده و به این ترتیب سیلیکاتهای کلسیم زیادتری در سیمان به وجود می آید. این سیلیکاتها نیز بنوبۀ خود متبلور شده و موجبات استحکام زیادتر سیمان را فراهم می کنند. دلیل افزودن پوزولنها به سیمانها نیز همین است [1]. مطابق «شکل دو» رنگ تری کلسیم سیلیکات (آلیت) خالص سفید می باشد و هیدراتاسیون این فاز سریع است. [7] Dicalcium Silicate (بلیت) : این کانی که میزان متوسط آن در سیمان پرتلند بین 25 تا 35 درصد می باشد و به شکلهای کریستالی مختلفی وجود دارد، کندتر از بقیۀ کانی های سیمان متبلور می شود و به همین دلیل روی زمان بندش دوغاب سیمان اثر محسوسی ندارد. کارخانه ها در ساختن سیمانهائیکه برای چاههای عمیق و داغ بکار می روند، از این جسم به میزان نسبتاً زیادتری استفاده می کنند. در اینگونه سیمانها مقدار این کانی ممکن است به چهل درصد و حتی بیشتر هم برسد. بلیت همچنین عامل ایجاد استحکام تدریجی و دراز مدت در سنگ سیمان است. [1] رنگ بلیت خالص نیز سفید می باشد. [7] Tricalcium Aluminate (آلومینات) : این کانی قابلیت تبلور زیادی دارد و مسئول تولید گرمای تبلوری است که سیمان به هنگام آمیخته شدن با آب از خود بروز می دهد. هر یک درصد از این جسم که در یک گرم سیمان پرتلند موجود باشد، پس از تبلور می تواند ظرف مدت سه روز تقریباً دو کالری حرارت تولید کند. این کانی سریعتر از بقیۀ کانی های سیمان پرتلند می بندد و وجود آن در سیمان سبب بندش سریع دوغاب می شود، اما چون با آبهای خورنده (یا corrosive water) مثل آبهای سولفاته ترکیب می شود، منبسط می گردد و این انبساط سبب خراب شدن سنگ سیمان می شود. البته با تقلیل درصد این کانی در سیمان پرتلند، هم می توان بندش دوغاب سیمان را کندتر کرد و هم مقاومت سنگ آنرا در برابر آبهای سولفاته افزایش داد. یک دلیل برای اینکه بعضی از سیمانهای ساختمانی را که در مجاورت آبهای خورنده قرار می گیرند، در کارخانه ها با بخار آب عمل می آورند (Steam curing) اینست که بخار آب موجب می شود مواد شیشه ای سیمان که hydrogarnet خوانده می شوند، بصورت فیلم یا غشاء نازکی به ذرات
کشیده شوند و آنها را از تهاجم آبهای خورنده محافظت کنند. البته وجود مقدار کمی از این کانی در سیمان چاه نفت خالی از فایده هم نیست، زیرا همین جسم است که در برابر افزودنیهای سیمان از خود فعالیت شدید نشان می دهد و چون زودتر از بقیه ی کانی های سیمان متبلور می شود، بنابراین بندش دوغاب را بعهده گرفته و هدایت می کند.[7] اگر چه این کانی تا اندازه ای هم می تواند به سنگ سیمان استحکام بدهد ، لیکن در مجموع باید آنرا در سیمان یک عنصر نامطلوب به حساب آورد. طبق مشخصات استاندارد تعیین شده از سوی API میزان درصد این کانی در سیمان های مختلف باید به شرح زیر باشد : 15 درصد برای سیمان High early strength ، نوع معمولی 3 درصد برای سیمان High sulfate Resistance (سیمان پرمقاومت در برابر سولفات) Tera calcium alumino ferrite :