تصميم العمليات الإسمنتية - ( الجزء الأول )

  مقدمة ^ :

&يتم تعيين كمية المادة التي تستهلك والأجهزة الضرورية والزمن الذي تستغرقه عملية الإسمنت ( بحيث يكون أقل أو على الأكثر مساوية لزمن بدء التكاثف) قبل وقت كاف من البدء بتنفيذ العملية. وفيما يلي نبين كيفية حساب عملية السمنة بمرحلة واحدة ثم بمرحلتين.&

1 -** حساب عملية السمنتة بمرحلة واحدة** :

&يشمل حساب عملية السمنتة بمرحلة واحدة تحديد العناصر الآتية:

ارتفاع الإسمنت في الفراغ الحلقي- كمية مسحوق الإسمنت. . حجم سائل الإزاحة. - عدد أجهزة الضخ اللازمة. نبين فيما يأتي كيفية حساب كل من هذه العناصر :

- تعيين ارتفاع الإسمنت في الفراغ الحلقي:

يحدد ارتفاع الإسمنت في الفراغ الحلقي تبعا لنوعية الجزء المفتوح من البئر، بحيث يتم إغلاق وعزل الطبقات التي تحوي موائع طبقية ( نفط، غاز، مياه)، وتلك التي يمكن أن تعرض مواسير التغليف لاحقا الإجهادات تفوق مقدرتها ( بسبب انهيار جدران البئر مقابلها) أي تعزل الطبقات التي تتأثر ثبوتيتها ولو قليلا بوجود سائل الحفر.

يعرف ارتفاع الإسمنت في الفراغ الحلقي المحدد وفقا للعمود الليتولوجي للبئر بالارتفاع الجيولوجي Hcg ، ولكن قبل اعتماد هذا الارتفاع الجيولوجي يجب أن يتم التحقق من توافقه مع مواسير التغليف، بحيث تتمكن هذه الأخيرة من تحمل الإجهادات التي سوف تتعرض لها خلال مرحلة العمل الآتية ( بعد تثبيت المواسير بالإسمنت من الأسفل وتعليقها بالمواسير السابقة على السطح ). ويعين لهذا الهدف ارتفاع نظري Hct للإسمنت في الفراغ الحلقي أخذين في الاعتبار مقاومة مواسير التغليف. يعتمد في حسابات عملية السمنة الارتفاع الأكبر من Hcg أو Hct ولا يحسب الارتفاع النظري عندما تتم سمنتة كامل الفراغ الحلقي خلف مواسير التغليف ( من القاع حتى السطح ). ويجب أن نعلم - عند تحديد الارتفاع النظري للإسمنت في الفراغ الحلقي - أن الجزء الحر(غير المسمنت) من مواسير التغليف قد يتعرض لاحقة لضغط داخلي كبير، وذلك في حال ضخ سوائل تحت ضغط في الطبقة لعزل مجال معين منها، وخاصة إذا كانت درجة حرارة السوائل أقل من درجة حرارة البئر. يتعرض الجزء الحر في مثل هذه الحالات لقوی شد ناتجة عن ثقله وتقلصه بفعل الحرارة المنخفضة، إضافة إلى الضغط الداخلي الذي يؤثر كجهد شد من خلال محصلته المماسية على السطح الداخلي لمواسير التغليف.

يحدد ارتفاع الإسمنت النظري انطلاقا من تحديد الشرط الاتي: مجموع قوى الشد التي يتعرض لها الجزء الحر من مواسير التغليف أقل أو على الأكثر يساوي المقاومة الحدية للجزء الأضعف منه ( Fad ) ( القسم الأقل سماكة للجدار أو ذو النوعية الأقل جودة للمعدن )، والذي يكتب رياضية على النحو الآتي:

حيث إن:

 Fc - قوة الشد الناتجة عن نقل الجزء الحر من مواسير التغليف وتحسب بدورها بالعلاقة الآتية:

H- عمق البئر ( طول مواسير التغليف المنزلة في البئر بالمتر).

Hc - ارتفاع الإسمنت في الفراغ الحلقي وفق المتطلبات الفنية لمواسير التغليف.

gm - وزن واحدة الطول الوسطية لمواسير التغليف في الجزء الحر منها (kgf / m ).

Fpi- قوة الشد التي تتعرض لها مواسير التغليف عند ارتفاع الضغط الداخلي، وهي تحدد بالعلاقة الأتية :

Wm- وزن واحدة الطول الوسطية لمواسير التغليف، (m/ Kgf).

tm- سماكة الجدار الوسطية لمواسير التغليف، (mm).

AP- الضغط الداخلي (Kgf / cm2 ) ،( ( ΔP = Pi - Pe

 D- القطر الخارجي لمواسير التغليف، ( mm ).

Ft- قوة الشد التي تظهر على الجزء الحر من مواسير التغليف عند استبدال السائل الموجود في ال بئر بسائل مبرد ( قوة الشد الناتجة عن التقلص )، وهي تحدد بالعلاقة الآتية :

Δt- التغير الحراري.

Ft- قوة الشد الإضافية الناجمة عن تغير درجة الحرارة.

باستبدال قوة الشد FC من العلاقة  الأولى نحصل على قيمة ارتفاع الإسمنت النظري خلف مواسير التغليف على النحو الآتي:

نفترض القيم الآتية من أجل الضغط الداخلي ودرجات الحرارة في حال عدم تحديدها :

Δt = 25 - 30 °C                                                         Pi = 150 ... 200 kgf/cm2

&

-حساب كمية المسحوق الإسمنتي وحجم الماء اللازمين لتحضير الخلطة الإسمنتية:

&يجب تعيين حجم السائل الإسمنتي لملأ الفراغ الحلقي خلف مواسير التغليف وحتى الارتفاع المقرر (Hg او Hc)،  وذلك للتمكن من حساب كمية المسحوق الإسمنتي وحجم الماء اللازمين لعملية السمنتة.

يعين حجم السائل الإسمنتي بالعلاقة:

الشكل يبين نهاية عملية السمنتة بفاصلين 

حيث إن:

Vfc - حجم السائل الإسمنتي، ³m

Db - قطر البئر، المفترض أنه يساوي قطر رأس الحفر، m