بررسی بهبود ویژگی‌های سیمان مورداستفاده در سیمان‌کاری چاه‌های نفت و گاز با استفاده از نانوذرات متفاوت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی نفت و پتروشیمی، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

2 شرکت نفت فلات قاره، تهران، ایران

3 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه قم، قم، ایران

چکیده

سیمان‌کاری لوله‌های جداری از مهمترین قسمت‌های حفاری چاه‌های نفت و گاز به شمار می‌رود. امروزه با توجه به افزایش عمق چاه‌های نفت و گاز نیاز به استفاده از انواع افزودنی‌های متنوع سیمان بر حسب عمق و دمای چاه است. این افزودنی‌ها با اهداف متفاوتی از جمله مدیریت زمان بندش سیمان، کنترل مهاجرت و نفوذ گاز، افزایش استحکام سیمان و غیره به کار می‌روند. در این مطالعه نقش نانو سیلیکا، نانو گرافیتها، نانو ژئوپلیمرها، نانو سلولزها، نانو زیرکونیا، نانو منیزیم اکسید و نانو تیتانیم دی‌اکسید در ارتقاء ویژگی‌های متفاوت سیمان مورد بحث و بررسی قرار گرفته‌اند. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که افزودن مقدارهای بسیار کم از نانوذرات مذکور باعث بهبود بسیار زیادی در ویژگی‌های مطلوب سیمان حفاری شده و کاهش هزینه‌های عملیات را به دنبال دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

بررسی بهبود ویژگی‌های سیمان مورداستفاده در سیمان‌کاری چاه‌های نفت و گاز با استفاده از نانوذرات متفاوت

 
[1] Mangadlao, J.D., P. Cao, and R.C. Advincula, Smart cements and cement additives for oil and gas operations. Journal of Petroleum Science and Engineering, 129, 63-76, (2015)..
[2] قجری ع، م.م.، مجتهدی سم، طراحی و ساخت یک نمونه دوغاب سیمان بهینه به‌منظور جلوگیری از پدیده مهاجرت گاز از طریق دوغاب سیمان چاه‌های گازی خانگیران. پژوهش نفت 2014.
[3] حسنی ع، م.س.، مرتضوی سع بررسی تأثیر اندازه و سطح ویژه دانه‌های تشکیل‌دهنده سیمان بر روی ویژگی‌های دوغاب و سنگ سیمان چاه‌های نفت و گاز. پژوهش نفت 2014.
[4] Mangadlao, J.D., P. Cao, and R.C. Advincula, Smart cements and cement additives for oil and gas operations. Journal of Petroleum Science and Engineering, 129, 63-76, (2015).
[5] نصیرزاده ز، ج.ا.، بررسی و مطالعه کاربرد سدیم هگزا متا فسفات به‌عنوان افزایه کنترل‌کننده زمان‌بندش و پخش شدگی سیمان در چاه‌های نفت و گاز. ماهنامه علمی- ترویجی اکتشاف و تولید نفت و گاز، 2018.
[6] سلطانیان ح، ع.م.، خالو کاکائی ر، کاظم‌زاده عا، بررسی کارایی و اثر افزودنی مهارکننده مهاجرت گاز بر روی ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی سیمان حفاری در شرایط واقعی چاه. پژوهش نفت، 2016.
[7] Rai, S. and S. Tiwari, Nano silica in cement hydration. Materials Today: Proceedings, 5(3), 9196-9202, (2018).
[8] Al Wakeel, S., et al., The effect of introducing nanoparticles on the fracture toughness of well cement paste. International Journal of Greenhouse Gas Control, 84,147-153, (2019).
[9] پژوهنده و امین، روش‌های آزمایشگاهی آزمون سیمان کفی. ماهنامه علمی اکتشاف و تولید نفت و گاز، 2014. 1393(114): ص. 68-62
[10] Zhang, M.-H. and O.E. Gjørv, Effect of silica fume on cement hydration in low porosity cement pastes. Cement and Concrete Research, 21(5), 800-808, (1991)..
[11] Murthy, R.R., M. Chavali, and F. Mohammad, Synergistic effect of nano-silica slurries for cementing oil and gas wells. Petroleum Research, 5(1), 83-91, (2020).
[12] Wang, C., et al., Working mechanism of nano-SiO2 sol to alleviate the strength decline of oil well cement under high temperature. Natural Gas Industry B, 6(5), 517-523, (2019).
[13] Thakkar, A., et al., A comprehensive review of the application of nano-silica in oil well cementing. Petroleum, 2019.
[14] محمدی و دیگران، بررسی آزمایشگاهی تأثیر دانه‌بندی ذرات در بهبود ویژگی‌های سیمان چاه‌های نفت. ماهنامه علمی اکتشاف و تولید نفت و گاز, 2011. 1390(84): ص 56 تا 62.
[15] Tabatabaei, M., A. Dahi Taleghani, and N. Alem. Economic Nano-Additive to Improve Cement Sealing Capability. in SPE Western Regional Meeting. Society of Petroleum Engineers, (2019).
[16] Alkhamis, M. and A. Imqam. New cement formulations utilizing graphene nano platelets to improve cement properties and long-term reliability in oil wells. in SPE Kingdom of Saudi Arabia annual technical symposium and exhibition. 2018. Society of Petroleum Engineers.
[17] بصیر و دیگران، روش‌های بهینه‌سازی و افزایش بازده اسیدکاری در مخازن هیدروکربنی. اکتشاف و تولید نفت و گاز، 2017. 1396(149): ص. 60 تا 66.
[18] Ridha, S. and U. Yerikania. New nano-geopolymer cement system improves wellbore integrity upon acidizing job: Experimental findings. in SPE/IATMI Asia Pacific Oil & Gas Conference and Exhibition. Society of Petroleum Engineers, (2015).
[19] Ramasamy, J. and M. Amanullah, Ridha, S. and U. Yerikania. New nano-geopolymer cement system improves wellbore integrity upon acidizing job: experimental findings, 11, 106292, (2019).
[20] New nano-geopolymer cement system improves wellbore integrity upon acidizing job: experimental findings
[21] Ohno, T., et al., Morphology of a TiO2 photocatalyst (Degussa, P-25) consisting of anatase and rutile crystalline phases. Journal of Catalysis, 203(1), 82-86, (2001).
[22] Li, H., et al., Effects of particle size, crystal phase and surface treatment of nano-TiO2 on the rheological parameters of cement paste. Construction and Building Materials, 239,117897, (2020).
[23] Song, S., et al., The mechanical properties and electrochemical behavior of cement paste containing nano-MgO at different curing temperature. Construction and Building Materials, 164, 663-671, (2018).
[24] Nawrocki, J., et al., Chemistry of zirconia and its use in chromatography. Journal of Chromatography A, 657(2), 229-282, (1993).
[25] Behnia, B., et al., Positive effects of novel nano-zirconia on flexural and compressive strength of Portland cement paste. Polyhedron, 177,114317, (2020).
[26] Yu, W., et al., Preparation and mechanical properties of reinforced hydroxyapatite bone cement with nano-ZrO2. Ceramics International, 41(9), 10600-10606, (2015).
[27] Ruan, Y., et al., Mechanical behaviors of nano-zirconia reinforced reactive powder concrete under compression and flexure. Construction and Building Materials, 162, 663-673, (2018).
[28] Han, B., et al., Properties and modification mechanisms of nano-zirconia filled reactive powder concrete. Construction and Building Materials, 141, 426-434, (2017).