SADRŽAJ PRORAČUN VISINE DIZANJA CEMENTNE MEŠAVINE U KANALU BUŠOTINE KOLIČINA POTREBNOG SUVOG CEMENTA I VODE ZA CEMENTACIJU...

SADRŽAJ UVOD...1 I. CEMENTACIJE ZAŠTINIH CEVI...2 1. PRIMARNE CEMENTACIJE...5 1.1 JEDNOSTEPENA CEMENTACIJA...7 1.2. DVOSTEPENA CEMENTACIJA...9 1.3. CEMENTACIJA IZGUBLJENE KOLONE ZAŠTITNIH CEVI (LINER-a)... 11 1.4. SREDSTVA ZA PRIMARNU CEMENTACIJU... 15 1.4.1. CEMENTACIONI AGREGAT... 15 1.4.2. ČEPOVI ZA CEMENTACIJU... 15 1.4.3. GLAVA ZA CEMENTACIJU... 16 1.5. PRORAČUN PRIMARNE CEMENTACIJE... 17 1.5.1. PRORAČUN VISINE DIZANJA CEMENTNE MEŠAVINE U KANALU BUŠOTINE... 17 1.5.2. KOLIČINA POTREBNOG SUVOG CEMENTA I VODE ZA CEMENTACIJU... 20 1.5.3. KOLIČINA ISPLAKE ZA POTISKIVANJE CEMENTNE MEŠAVINE... 21 1.5.4. DINAMIKA PROCESA CEMENTACIJE NIZA ZAŠTITNIH CEVI... 22 1.6. OPREMANJE NIZA ZAŠTITNIH CEVI... 30 1.6.1. CEMENTACIONA PETA... 30 1.6.2. UDARNA PLOČA I KOLČAK... 32 1.6.3. CENTRALIZERI... 33 1.6.4. GREBAČl... 34 1.6.5. ZAUSTAVNI PRSTEN... 35 1.6.6. ŠEŠIR ZA CEMENTACIJU... 37 II. CEMENTACIJA POD PRITISKOM... 38 III. POSTAVLJANJE CEMENTNIH ČEPOVA I MOSTOVA... 39 IV. KARAKTERISTIKE CEMENTA ZA CEMENTACIJE... 40 4.1. API KLASIFIKACIJA CEMENTA... 41 4.2. PORTLAND CEMENT... 44 4.3. DODACI (ADITIVI) ZA CEMENTE... 45 4.3.1. UBRZIVAČI... 45 4.3.2. USPORIVAČI... 46 4.3.3. PODEŠAVAČI GUSTINE... 46

4.3.4. DISPERGATORI... 47 4.3.5. ADITIVI PROTIV FILTRACIJE... 48 4.3.6. MATERIJALIPROTIV GUBITKA CIRKULACIJE... 50 4.3.7. POMOĆNI ADITIVI... 52 4.4. SPECIJALNI CEMENTI... 52 V. FUNKCIJA CEMENTA PRI CEMENTACIJI... 55 5.1. OTPORNOST CEMENTNOG KAMENA NA OPTEREĆENJA NAPREZANJA... 55 5.2. IZOLACIJA PRODUKTIVNIH ILI INJEKCIONIH INTERVALA... 57 VI. PRIMER CEMENTACIJE ISTRAŽNE BUŠOTINE X1... 60 6.1. GEOLOŠKO-GEOFIZIČKE KARAKTERISTIKE OBJEKTA ISTRAŽIVANJA... 60 6.1.1. PROGNOZNI GEOLOŠKI STUB BUŠOTINE X1... 60 6.1.2. BUŠIVOST MATERIJALA... 60 6.1.3. POJAVE UGLJOVODONIKA... 61 6.4.1. OČEKIVANI SLOJNI PRITISCI... 61 6.1.5. OČEKIVANA MAKSIMALNA TEMPERATURA... 61 6.1.6. PROGRAM RADA... 61 6.2. TEHNOLOGIJA IZRADE (KANALA) BUŠOTINE PO FAZAMA... 63 6.2.1. FAZA 1... 66 6.2.2. FAZA 2... 67 6.2.3. FAZA 3... 69 VII. ZAKLJUČAK... 71 LITERATURA... 72

1 UVOD Cementacija je sastavni deo operacija u fazi izrade naftnih i gasnih bušotina.ona predstavlja završnu fazu u njihovoj izradi. Neuspešno izvedena cementacija može svesti na minimum sve uspehe prethodnih faza, a sa druge strane svi propusti iz prethodnih faza izrade bušotine uticaće na kvalitet izvedene cementacije. Cementacija je neponovljiva operacija. Iako traje relativno kratko, planiranju cementacije treba posvetiti posebnu pažnju, jer popravka neuspešne cementacije traje dugo, veoma je skupa, a ne garantuje uspeh. Cementacija ima veliki udeo u produktivnosti i proizvodnji bušotine kao i u troškovima. Ona se izvodi u cilju učvršćivanja ugrađene kolone zaštitnih cevi za formaciju, da bi se zaštile i izolacije pojedinih intervala i sprečio dotok fluida u bušotinu kao i gubitka isplake u probušene slojeve. Cementacije u naftnim i gasnim bušotinama mogu se podeliti na: primarne cementacije, cementacije pod pritiskom i postavljanje cementnih mostova i čepova.osnovna je primarna cementacija koja se vrši odmah nakon bušenja i ugradnje zaštitnih cevi. Veliku ulogu za uspešno izvedenu cementaciju imaju cementi. Za proces cementacije koriste se različiti cementi koji uz korišćenje određenih aditiva mogu da zadovolje najrazličitije uslove u bušotinama. Uspešno izvedena cementacija podrazumeva omogućavanje nesmetane proizvodnju i minimalno zagađenje pribušotinske zone, odnosno skin, kako ne bi morala da se primenjuje ni jedna dodatna operacija kao što su remontna (cementacija pod pritiskom) ili stimulativna operacija u cilju uklanjanja nedostataka primarne cementacije. To podrazumeva pažljivu pripremu operacije, od prvog do poslednjeg koraka.

2 I. CEMENTACIJE ZAŠTINIH CEVI Cementacija zaštitnih cevi je postupak utiskivanja cementne mešavine u prstenasti prostor između zaštitnih cevi i zidova kanala bušotine. Niz zaštitnih cevi (kolone) spuštene u kanal bušotine može se cementirati po celoj dužini, ili samo u jednom delu, zavisno od uslova u bušotini i o nameni zaštitne kolone u bušotini. Prema nameni i dubini ugradnje razlikujemo sledeće tipove ugrađenih zaštitnih cevi u bušotinu: uvodna kolona zaštitnih cevi, površinska kolona zaštitnih cevi, tehnička kolona zaštitnih cevi, izgubljena kolona zaštitnih cevi, eksploataciona kolona zaštitnih cevi. a) za normalne PP b) povišene PP Slika 1 Šeme konstrukcija zaštitnih cevi

3 Uvodna kolona Primarni zadatak je da prekrije i speči obrušavanje iz gornjih rasteresitih naslaga humusa, šljunka i peskova, i ova kolona se ugrađuje desetak metara do vrha. Površinska kolona Zadatak površinske kolone je: - Da prekrije vodonosne peskove - Da spreči obrušavanje iz gornjih rastresitih formacija - Da spreči gubitak isplake u gornje rastresite formacije - Da omogući ugradnju sigurnosnih uredaja (BOP) na ušću bušotine - Da nosi opterećenje svih ostalih ugrađenih tipova zaštitnih cevi osim izgubljene kolone Ugrađuje se do dubine od nekoliko l00m, u zavisnosti od konkretnih uslova u bušotini. Peta tj. dno površinske kolone uvek se ugrađuje u nepropusne formacije (gline, lapori) i ova kolona se obavezno cementira do vrha tj. do površine. Tehnička kolona U zavisnosti od uslova u bušotini mogu se ugraditi 1 ili 2 tehničke kolone, a primarni zadatak tehničke kolone je: - kontrola zona sa povišenim pornim pritiskom i ova kolona pokriva pliće slojeve sa normalnim pornim pritiskom. Velika gustina isplake za kontrolu povišenih pornih pritisaka može u plićim horizontima izazvati gubitak isplake ili zaglavu alata usled diferencijalnog pritiska - prekrivanje zona potencijalnih problema u bušotini (dugački intervali formacija sklonih bubrenju, obrušavanju itd.) Dubina ugradnje je u funkciji pornog pritiska i pritiska frakturiranja formacija. Cementacijom prekrivaju se zone sa ugljovodonicima i povišenim pornim pritiskom, iznad najmanje 150m ili preklop sa površinskom kolonom. Izgubljene kolone Ova kolona kao deo tehničke kolone prekriva samo deo kanala bušotine i ne proteže se do površine. Osnovni zadatak joj je: - da omogući dostizanje konačne dubine bušotine u uslovima kada postoji velika razlika u promeni pornog pritiska i pritiska frakturiranja - da u uslovima nepredviđenih teškoća, koje se mogu rešiti samo zacevljenjem omoguće dalje bušenje. Cementira se celom dužinom svoje ugradnje, a osnovna prednost je snižavanje troškova smanjenjem utroška čelika. Ekspoloataciona kolona Ugrađuje se kroz produktivne slojeve i služi za ispitivanje raskrivenih slojeva ili u proizvodnji. Osnovni zadatak je: - zaštita proizvodnih slojeva tj. formacija - da omogući ugradnju i zamenu proizvodne opreme u toku eksploatacijonog veka bušotine koji se kreće od 20 do 30 godina. Cementacijom se prekrivaju svi slojevi sa ugljovodonicima najmanje 150m iznad poslednjeg produktivnog sloja. Uobičajeno je da se cementira u preklop sa prethodnom kolonom najmanje 150m. Eksplataciona izgubljena kolona kao deo eksploatacione kolone ugrađuje se kada je pritisak frakturiranja nešto veći od pornog pritiska, jer je tada nemoguće cementirati kolonu ugradenu do površine zbog pritiska stuba cementne kaše. Osnovna namena cementacije zaštitnih cevi je sledeća:

4 - odvajanje pojedinih izbušenih slojeva i sprečavanje proticanja slojnih fluida prstenastim prostorom iza zaštitnih cevi. Pri tome je od izuzetnog značaja da cementni prsten odvoji proizvodne slojeve od zavodnjenih slojeva koji leže iznad i ispod proizvodnih; - sprečavanje korozivnog delovanja slojnih fluida na ugrađene zaštitne cevi; - učvršćenje kolone zaštitnih cevi u bušotini; - u fazi izvođenja bušotine sprečavanje dotoka slojnih fluida u bušotinu, ili gubitak isplake u probušene slojeve. Proces planiranja izbora cementacije zaštitnih cevi obuhvata sledeća razmatranja: - uslove u kanalu bušotine kao što su: temperatura, prečnik kanala bušotine, stabilnost zidova bušotine i dr, - tip i karakteristike tj. osobine isplake, - dizajniranje cementne mešavine; - proračun cementacije; - tehniku i tehonologiju potiskivanja cementne mešavine; - opremanje niza zaštitnih cevi; - sredstva za obavljanje cementacije. Nakon spuštanja zaštitnih cevi u kanal bušotine obave se sve potrebne pripreme tehničkih sredstava i ljudstva, koje će učestvovati u izvođenju cementacije. Zavisno od vrsti cementacije, odredi se broj cementacionih agregata i kontejnera. Nakon toga se pristupa montaži potisnih i usisnih vodova, kroz koji će cementacioni agregati dobijati ili potiskivati vodu, cementnu mešavinu ili isplaku. Voda potrebna za mešanje cementne mešavine ne sme biti zagađena i kontaminirana nikakvim hemijskim sredstvima, osim u slučajevima kada se u vodu dodaju prema potrebi odredeni hemijski dodaci. Isplačne (ispirme) pumpe na bušaćem postrojenju, koje osiguravaju vodu i isplaku moraju se prethodno pregledati, tako da u toku cementacije ne dođe do nepoželjnih zastoja. Vodovi se nakon montaže ispituju na pritisak, koji je oko 50% veći od najvećeg očekivanog pritiska u toku cementacije. Kada se završi ispiranje bušotine isplakom upumpava se cementna mešavina, koja potiskuje prvi čep pred sobom sve dok isti ne stigne do udare ploče na kojoj se zaustavlja. Porastom pritiska probija se dijafragma na čepu i cementna mešavina prolazi kroz udarnu ploču i petu u prstenasti prostor iza zaštitnih cevi. Nakon utiskivanja kompletne cementne mešavine u cev, spušta se drugi čep, koji se isplakom potisne do prvog čepa, čime je cementacija zaštitnih cevi završena. Cementacije u naftnim i gasnim bušotinama generalno se mogu podeliti na: 1. PRIMARNE CEMENTACIJE 2. CEMENTACIJE POD PRITISKOM, 3. POSTAVLJANJE CEMENTNIH MOSTOVA I ČEPOVA.

5 1. PRIMARNE CEMENTACIJE Pod primarnom cementacijom se podrazumijeva cementacija ugrađenog niza zaštitnih cevi u bušotini po celoj dužini ili samo u jednom delu, u zavisnosti od uslova u bušotini i nameni zaštitnih cevi. Osnovna namena kod primarne cementacije je: - izolacija problematičnih zona (sa gubicima isplake, obrušavanjima ili bubrenjem izbušenih slojeva) iza zaštitnih cevi da bi se nastavilo bušenje dubljih formacija (slika2a); Slika 2a - izolacija zona sa povišenim pornim pritiskom ispod zaštitnih cevi od zona sa normalnim pornim pritiskom iza zaštitnih cevi (slika 2b); Slika 2b

6 - izolacija cementnim kamenom, proizvodnih slojeva od zavodnjenih slojeva iznad ili ispod proizvodnih slojeva (slika 2c); Slika 2c - sprečavanje korodirajućeg delovanja slojnih fluida na ugrađene zaštitne cevi; - učvršćivanje kolone zaštitnih cevi u kanalu buštine. Za primarnu cementaciju neophodno je raspolagati sa sledećom opremom: - cementacionim agregatom, - cementacionom glavom, - kolone zaštitnih cevi ugađene u bušotinu treba opremiti sa: cementacionom petom u kojoj je protivpovratni ventil, udarom pločom sa protivpovratinim ventilom, centralizerima i grebačima. Primarna cementacija može biti: 1.1. JEDNOSTEPENA CEMENTACIJA, 1.2. DVOSTEPENA CEMENTACIJA, 1.3. CEMENTACIJA IZGUBLJENE KOLONE ZAŠTITNIH CEVI (LINER).

7 1.1 JEDNOSTEPENA CEMENTACIJA Slika 3 Jednostepena cementacija (izvođenje)

8 Jednostepena cementacija predstavlja podizanje cementne mešavine na planiranu visinu u međuprostoru zaštitnih cevi i zida bušotine jednom operacijom sledećim postupkom: - ispiranjem bušotine isplakom kroz cementacionu glavu sa dva čepa (slika 16A) nakon ugradnje zaštitnih cevi, čisti se kanal bušotine, odnosno iznosi glinena obloga koja je sa zidova bušotine skinuta grebačima i centralizerima u cilju ostvarivanja boljeg kontakta cement-zid buštotine. Po završetku ispiranja zatvara se ventil 1; - na cementnoj glavi se oslobađa prvi donji čep odvrtanjem zavrtnja A i utiskuje se cementna mešavina kroz vod s otvorenim ventilom 2 ( slika 16B) koja potiskuje prvi donji čep sve do udarne ploče, na kojoj se zaustavlja. Tada dolazi do porasta pritiska koji probija membranu na čepu i cementna mešavina prolazi kroz udarnu ploču, petu i ulazi u međuprostor (slika 3); - za vreme mešanja cementne mešavine obavezno se kontroliše specifična težina mešavine; - pošto je sva cementna mešavina utisnuta u cev, zatvara se ventil 2 (slika 16c), te se odvrtanjem zavrtnja B, oslobađa drugi čep, koji se isplakom (ili vodom), koja sada prolazi kroz ventil 3, potisne do prvog čepa. Uloga drugog čepa je čišćenje unutrašnjosti zaštitnih cevi od zaostale cementne mešavine i sprečavanje utiskivanja isplake ispod udarne ploče. Porast pritiska na površini znači da je drugi čep naseo na prvi, što predstavlja kraj jednostepene cementacije. U praksi se često primenjuje zadizanje i spuštanje niza zaštitnih cevi, zbog boljeg mehaničkog mešanja cementa i zapunjavanja prstenastog prostora cementnom mešavinom.

9 1.2. DVOSTEPENA CEMENTACIJA Slika 4 DV uređaj tipa Halliburton Slika 5 Šema izvođenja dvostepene cementacije Dvostepena cementacija se primenjuje u slučaju da se planirana visina podizanja ementne mesavine ( zbog prevelike dužine niza, zbog formacija sa nedovoljnim gradijentom flakturiranja ili zona u kojima su mogući gubici cementne mešavine, zbog visoke temperature u bušotini ili povišenih pomih pritisaka u gasnim slojevima) ne može obaviti jednom operacijom. Operacija izvođenja dvostepene cementacije se sastoji u tome da se u neprekidnom procesu prvo cementira jedan interval prstenastog prostora, a onda se iznad tog intervala cementira drugi interval.

10 Izvodi se pomoću posebnog DV uređaja (Diferential Valve Multiple Stage Cementer) koji se ugrađuje na određeno (proračunato) mesto u nizu zaštitnih cevi. DV uredaj (slika 4) se sastoji od tela, koje na sebi ima otvore i sedišta sa cilindrima za otvaranje i zatvaranje otvora. Kod dvostepene cementacije se primenjuju čepovi specijalne konstrukcije i to za svaki stepen dva čepa. Postupak izvođenja operacije dvostepene cementacije (slika 5): - iza donjeg čepa prvog stepena utiskuje se cementna mešavina za cementaciju zaštinih cevi od pete do određene visine ispod DV uredaja; - nakon utiskivanja cementne mešavine u zaštitne cevi, utiskuje se drugi mimohodni čep, koji kada stigne do udarne ploče predstavlja završetak cementacije prvog stepena (slika5a); - u kolonu zaštitnih cevi spušta se specijalni čep u obliku "bombe" kao otvarač koji se zaustavlja na obruču donjeg cilindra DV uređaja (slika 5b); - pritiskom isplake preseče se zavrtanj - utikač, da se donji cilindar potisne prema dole i oslobode otvori na DV uređaju- time se dobija cirkulacija isplake kroz DV uredaj; - treba izračunati vreme koje je potrebno da čep-otvarač dođe do DV uređaja, a to se proveri pritiskom; - izvrši se kompletna cirkulacija isplakom kroz DV uređaj, u cilju ispiranja cementa koji se eventualno podigao iznad DV uredaja. - utiskuje se cementna mešavina drugog stepena, koju potiskujemo na mesto pomoću čepa zatvarača (slika 5c); - kada čep zatvarač stigne na obruč gornjeg cilindra DV uređaja, on potisne prema dole gornji cilindar (prethodno preseče zavrtanj) koji zatvara otvore za cementaciju, čime je završena cementacija drugog stepena (slika 5d).

11 1.3. CEMENTACIJA IZGUBLJENE KOLONE ZAŠTITNIH CEVI (LINER-A) Cementacija lajnera (linera) je jedna od najtežih operacija koja je u vezi sa bušenjem i osvajanjem bušotine. Ako lajner nije uspešno cementiran, mogućnosti bušotine da proizvodi biće znatno smanjena i prednosti koje donosi ugradnja lajnera neće biti postignute. Izgubljena kolona zaštitnih cevi-lajnera je ustvari kolona kojom se oblaže deo kanala bušotine, koji je izbušen ispod već ugrađene kolone. U poslednje vreme, posebno kod dubokih bušotina ona se sve više upotrebljava, jer je cena koštanja izgubljene kolone znatno manja od kolone zaštinih cevi, koje se ugrađuju od površine do željene dubine. Zavisno od dužine izgubljene kolone kao i od tehničkih uslova u bušotini, izgubljena kolona se ili oslanja o dno bušotine ili se veša o dno već ugrađene kolone, pri čemu se za ugradnju upotrebljava različita oprema. Ova kolona zaštitnih cevi donjim delom dopire do dna bušotine ili nesto iznad, a gornjim se nalazi 90-150 metara unutar prethodne kolone. Ukoliko se izgubljena kolona oslanja na dno bušotine, u zavisnosti od uslova u kanalu bušotine, vrh izgubljene kolone opremljen je prelazima (adapterima) različitih konstrukcija: glatki prelaz; paker prelaz; paker prelaz sa prihvatnim klinovima Slika 6. Glatki prelaz Izgubljene kolone Glatki prelaz (slika 6) se primenjuje pri ugradnji izgubljene kolone zaštitnih cevi u bušotinama sa malim slojnim pritiscima, zbog kojih nije potrebno izolovanje donjeg dela kanala zacevljenog lajnerom. Paker prelaz (slika 7) se koristi pri ugradnji izgubljene kolone kojom se prekrivaju slojevi čiji su slojni tj. porni pritisci znatni, ali nisu tako veliki da mogu izgubljenu kolonu pomaknuti prema gore. Ugradnjom paker prelaza (i njegovog aktiviranja) odvaja se prstenasti prostor dela kanala ispod paker prelaza od dela kanala bušotine iznad njega. Nakon što se izgubljena kolona nasloni na dno bušotine, paker se aktivira opterećenjem. Paker prelaz sa prihvatnim klinovima (slika 8) se upotrebljava pri ugradnji izgbljene kolone u bušotini u kojoj vladaju visoki porni pritisci, koji bi je mogli pomeriti prema gore. Zbog toga je ovaj prelaz napravljen sa prihvatnim klinovima koji sprečavaju njeno pomeranje. Paker se aktivira na isti način kao i kod prethodnog paker prelaza. Klinovi se usled delovanja opterećenja prema dole, pomaknu iz gornjeg položaja pri čemu se rašire i zakline.

12 Slika 8 Prelaz s pakerom i klinovima za izgubljenu kolonu Slika 9 Izgubljena kolona (lajner) 1) Spojnica za ugradnju lajnera 2) Uređaj za vešanje lajnera, 3) Paker uređaj za vešanje, 4) Čeljusti uređaja za vešanje, 5) Zaštitne cevi, 6) Lajner, 7) Pakeri za ispiranje cementa u šipkama, 8) Držač čepa, 9) Donji čep, 10) Cementaciona peta. Ako se izgubljena kolona zaštitnih cevi veša o donji deo prethodno ugrtađene kolone, umesto prelaza, upotrebljava se uređaj za vešanje kolone (liner hcmger) različitih konstrukcija. Kompletno opremljena izgubljena kolona prikazana je na slici 9. Vrh kolone može biti opremljen jednim od sledećih uredaja:

13 a. ) Glatki uređaj za vešanje (slika 10) Glatki uređaj služi samo za vešanje izgubljene kolone bez izolacije prstenastog prostora dela bušotine ispod njega i dela bušotine iznad njega.uređaj se aktivira tako da se izgubljena kolona spusti nekoliko centimetara ispod zahtevane dubine, zatim se zadigne i okreće nekoliko okretaja ulevo, čime se oslobađaju klinovi. Nakon toga izgubljena kolona se lagano spušta, a klinovi se ukline. b. ) Paker uređaj za vešanje (slika 11) Ovaj tip uređaja za vešanje slične je konstrukcije kao i prethodni, samo ima paker koji zatvara prstenasti prostor između tela uređaja i prethodno ugrađene kolone. c. ) Paker uređaj za vešanje s prihvatnim klinovima (slika 12) Ovaj uređaj iste je konstrukcije kao i prethodni samo što ima prihvatne klinove (čeljusti), koji sprečavaju pomeranje izgubljene kolone (to pomeranje mogu izazvati visoki slojni pritisci). d. ) Spojnica za ugradnju izgubljene kolone (slika 13) Spojnica za ugradnju izgubljene kolone se upotrebljava u toku ugradnje kao i za oslobađanje izgubljene kolone zaštitnih cevi od niza bušaćih šipki sa kojima se ista spušta u bušotinu. Spojnica se pomoću levog trapeznog navoja navrće na prelaz ili uređaj za vešanje, što joj omogućava lagano spajanje i odvrtanje. Nakon ugradnje i cementacije izgubljene kolone spojnica se odvrće okretanjem bušaćih šipki (na kojima je spuštena kolona) za dvadeset obrtaja u desno uz opterećenje od 2 do 3 tone (prema dole). Slika 10 Glatki Slika 11 Paker Slika 12 Paker Slika 13 Spojnica uređaj za vešanje uređaj za vešanje uređaj za vešanje za ugradnju sa klinovima izgubljene kolone

14 Postupak kod cemetentacije izgubljene kolone zaštitnih cevi: - izgubljena kolona se spušta pomoću bušaćih šipki. Bušaće šipke i izgubljena kolona spajaju se preko spojnice sa levim trapeznim navojem; - cementacija izgubljene kolone se vrši preko pakera i dva čepa. Jedan se nalazi u cementacionoj glavi (puni čep na vrhu bušaćih šipki, slika 14a) i služi za potiskivanje cementne mešavine kroz bušaće šipke, a drugi je ugrađen na vrhu izgubljene kolone (šuplji čep, slika 14b); - nakon vešanja izbubljene kolone, aktiviranjem prihvatnih klinova, na vrh bušaćih šipki se navrće cementaciona glava, utiskuje se cementna mešavina u bušaće šipke koje zatim punimo čepom i isplakom potiskujemo; - cementna mešavina prolazi kroz šuplji čep na vrhu izgubljene kolone i u trenutku kada puni čep nasedne na šuplji čep pritisak se povećava. Taj pritisak oslobađa šuplji čep i čepovi međusobno spojeni istiskuju cementnu mešavinu iz izgubljene kolone; - u trenutku kada čepovi nasednu na cementacionu petu potiskivanje je završeno; - nakon cementacije aktivira se paker na vrhu izgubijene kolone i vrši se odvajanje bušaćih šipki sa spojnicom za ugradnju, ali pre izvlačenja bušaćih šipki sa spojnicom, potrebno je isprati cement koji se eventualno digao iznad pakera ili zaostao u bušaćim šipkama. Slika 14 Čepovi za cementaciju izgubljene kolene

15 1.4. SREDSTVA ZA PRIMARNU CEMENTACIJU U sredstva za primarnu cementaciju spadaju: 1.4.1. CEMENTACIONI AGREGAT 1.4.2. ČEPOVI ZA CEMENTACIJU 1.4.3. GLAVA ZA CEMENTACIJU 1.4.1. CEMENTACIONI AGREGAT To je posebno vozilo koje na sebi ima sve što je potrebno za izradu i utiskivanje cementne mešavine u bušotinu. Opremljen je sa dve pumpe visokog pritiska, rezervoarima i mlaznom mešalicom sa levkom. Pumpe bušaćeg postrojenja snabdevaju agregat vodom. Jedna pumpa cementacionog agregata crpi vodu iz rezervoara i potiskuje je u mlaznu mešalicu s levkom u koji se dodaje suvi cement i mešanjem stvara cementna mešavina, a druga pumpa utiskuje cementu mešavinu u bušotinu. 1.4.2. ČEPOVI ZA CEMENTACIJU Cementacija bušotine se izvodi pomoću dva čepa od gume pojačana sa livenim aiuminijumom. Uloga čepova je da: - čiste unutrašnje zidove zaštitnih cijevi od isplake; - odvajaju isplaku od cementne mešavine i onemogućavaju njihovo mešanje; - zajedno sa protivpovratnim ventilom sprečavaju povratak cementne mešavine natrag u zaštitne cevi. Da bi se sprečilo mešanje isplake i cementne mešavine prilikom potiskivanja ispred cementne mešavine se stavlja donji čep koji ima ugrađenu dijafragmu koja puca kod povećanog pritiska, kada čep stigne do udarne ploče. Na taj način cementna mešavina prolazi kroz čep. Iza cementne mešavine koja je utisnuta u kolonu pušta se gornji čep. Isplaka potiskuje gornji čep do udarne ploče i nasedanjem na udamu ploču,odnosno donji čep cementacija je završena. gornji čep donji čep Slika 15 Čepovi za cementaciju

16 1.4.3. GLAVA ZA CEMENTACIJU Glava za cementaciju se stavlja na vrh niza zaštinih cevi. Na nju se priključuju potisni vodovi pumpnih agregata, a služi i kao držač čepova za cementaciju. Cementaciona glava sa dva ugrađena čepa (slika 16) ima najširu primenu jer u koloni vlada vakuum nakon upumpavanja cementne mešavine (zbog veće gustine cementne mešavine) čime se sprečava ulazak vazduha i stvaranje vazdušnih mehurića u cementu. Pravilnim manipulisanjem ventilima i zavrtnjima koji drže čepove u cementacionoj glavi, čepovi se puštaju u kolonu zaštitnih cevi. A. cirkuliranje B. utiskivanje C. potiskivanje cementne isplakom cementne kaše kaše isplakom Slika 16 Šema cementacione glave sa dva čepa (objašnjenje na strani 8 i 9) Cementacije u naftnim i gasnim bušotinama pored primame cementacije mogu da se izvode i kao cementacije pod pritiskom ili postavljanje cementnih mostova i čepova (objašnjeno u II i III-em poglavlju).

17 1.5. PRORAČUN PRIMARNE CEMENTACIJE U proračun primarne cementacije spadaju izračunavanja, kojima je potrebno ustanoviti sledeće: 1.5.1. - visinu dizanja cementne mešavine u kanalu bušotine 1.5.2. - količinu potrebnog suvog cementa i vode za cementaciju 1.5.3. - količinu isplake za potiskivanje cementne mešavine, 1.5.4. - dinamiku procesa cementacije niza zaštitnih cevi. 1.5.1. PRORAČUN VISINE DIZANJA CEMENTNE MEŠAVINE U KANALU BUŠOTINE Proračun visine dizanja cementne mešavine odnosno visine stuba cementa u bušotini je jedan od osnovnih parametara za opredeljenje tj. izbor jednostepene ili dvostepene cementacije, a određuje se sledećim jednačinama: ρ c =ρ is +SFc [kg/dm 3 ]...(1) (G FK - ECT) * H k * 0,0981-0,0981 * [(ρ c * X) + (ρ is * Y)]....(2) gde su: ρ c - gustina cementa [kg/dm 3 ] ρ is - gustina isplake [kg/dm 3 ] SF c - sigurnosni faktor (0,2-0,8) [kg/dm 3 ] ECT uobičajno se kreće[0,02-0,06 ] [kg/m 3 ] X dužina stuba cementne mešavine [m] Y dužina stuba isplake [m] H dubina bušotine [m] G FK - gradijent frakturiranja na peti predhodno ugrađene kolone zaštitnih cevi ECT - ekvivalentna cirkulišuća težina tokom pumpanja cementne mešavine u međuprostor. Zavisi od gustine cementne mešavine ρ C drugih fizičkih osobina, od kapaciteta pumpanja, prečnika bušotine.

18 Slika 17 Optimalni odnos fizičkih osobina cementne mešavine i isplake gde gustina cementne mešavine treba da bude veća od gustine isplake za 0,2 do 0,8 kg/dm 3 što predstavlja sigurnosni faktor: ρ c > ρ is za 0,2-0,8 [kg/dm 3 ] plastični viskozitet: PVc > PV is za 4-8 [mpa] granica tečenja: YPc > YP is za 3-6 [Pa] Jednačina (2) prikazuje ravnotežu pritisaka za vreme cementacije na najslabijoj tački u kanalu bušotine, za koju se smatra da je peta prethodno ugrađene i cementirane kolone: pritisak frakturiranja na peti kolone - cirkulacioni pritisak jednak je hidrostatičkom pritisku od stuba cemente mešavine + hidrostatički pritisak od stuba isplake X = H k - Y [ m]...(3) Zamenom jednačine (3) u jednačinu (2) dobija se: Y = [m]...(4) Ako dobijemo negativnu vrednost (-Y) to znači da se cementna mešavina ρ c može podići do površine bez gubitka cirkulacije.

19 Ukupna dužina cementne mešavine u bušotini: H c = (H H k ) + X [m]...(5) U slučaju da se cementnom mešavinom ne želi preklop sa prethodnom ugrađenom kolonom, visina dizanja cementne mešavine se određuje: - dužina stuba isplake Y= [m]...(6) - dužina stuba cementne mešavine X = H c = H Y [m]...(7) Gde je: Slika 18 H - dubina bušotine ili dubina formacije sa najmanjim gradijentom frakturiranja G f [m] G f - gradijent frakturiranja na dubini H [kg/dm 3 ] h i - dužina od pete kolone do udarne ploče [m]

20 1.5.2. KOLIČINA POTREBNOG SUVOG CEMENTA I VODE ZA CEMENTACIJU a) Zapremina cementne mešavine koju treba utisnuti u bušotinu se izračunava jednačinom: V ck =k*[(d d 2 OD k 2 )*0.7854*(H c -X)+(ID kl 2 OD k 2 )*0.7854*X+ID k 2 )*0.7854*h i ][m]...(8) gde je: V ck - zapremina cementne mešavine [m 3 ] D d - nominalni prečnik dleta za bušenje kolone [m] OD k - spoljašnji prečnik zaštitnih cevi koje se cementiraju [m] ID kl - unutrašnji prečnik prethodno ugrađenje kolone [m] ID k - unutrašnji prečnik zaštitnih cevi koje se cementiraju [m] h i - dužina od pete kolone do udarne ploče [m] k - faktor korekcije, zavisi od proširenja uzduž kanala bušotine i popunjavanja pukotina i kaverni cementnom mešavinom. Ako ne postoji kavernogram (izmereni prečnik bušotine) računa se sa 5-20% proširenja pa je k = 1,0-1,20 Ako postoji kavernogram (poznati prečnici kanala bušotine), zapremina cementne mešavine koju treba utisnuti u bušotinu izračunava se: V ck = k * [(D l 2 OD k 2 ) * 0.7854 + H 2 * (D 2 2 OD k 2 ) * 0.7854 +... + H n * (D n 2 OD k 2 ) * 0.7854 + ID k 2 * 0.7854 * h i ] [m 3 ]...(9) gde su: - Di, D 2,... D n različiti (izmereni) prečnici kanala bušotine u intervalima dužine Hi, H2,...,H n. b) Količina suvog cementa se računa po jednačini: Q c =V ck *q c [t]...(10) q c =...(11)

21 gde su: ρ cs gustina suvog cementa je 3,15 [kg/dm 3 ] Q c ukupna količina suvog cementa [t] q c količina suvog cementa [t/m 3 ] ρ v gustina vode kreće se od 1,00-1,02 [kg/dm 3 ] w/c vodocementni faktor koji se kreće od 0,4-0,65 za 1 m 3 cementne mešavine Za različite tipove bušotinskog cementa i za određeni vodocementni faktor unapred se određuje faktor pretvaranja za određivanje količine suvog cementa (za klasu G faktor pretvaranja iznosi K = 1,22) uz vodocementni faktor w/c=0,5 pa je: Q C = V CK * 1.22. c) Potrebna količina vode je: V v = [m 3 ]...(12) 1.5.3. KOLIČINA ISPLAKE ZA POTISKIVANJE CEMENTNE MEŠAVINE Potrebna količina isplake za potiskivanje cementne mešavine može se izračunati putem sledeće jednačine: V is = ID 2 k *(H-h i )* 0.7854 + V P [m 3 ]...(13) gde je: V p - zapremina površinskih vodova

22 1.5.4. DINAMIKA PROCESA CEMENTACIJE NIZA ZAŠTITNIH CEVI U okviru razmatranja dinamike protoka fluida (cementne mešavine i isplake) izvršićemo i proračun uzlazne brzine cementne mešavine i konačni pritisak cementacije na površinu. Uobičajen uzrok neuspeha primarne cementacije je nepotpuno potiskivanje isplake. Najvažniji uslov za uspešnu cementaciju je što potpunija zamena isplake cementnom mešavinom. To se postiže turbulentnim uzlaznim proticanjem cementne mešavine i isplake u međuprostoru kanala bušotine i zaštitnih cevi. Dve osnovne sile koje su povezane sa potiskivanjem isplake za vreme primarne cementacije su: diferencijalni pritisak i sile smicanja cement-isplaka odnosno fluid-fluid. Da bi se uspešno potisnula isplaka, cementi za naftne bušotine moraju izdržati kombinaciju diferencijalnog pritiska i sile smicanja povećanih veličina, da prevaziđu sile otpora pri potiskivanju. Pritisak otpora je povezan sa osobinama isplake tj. gustinom i jačinom gela. Otpori usled sile smicanja su funkcija jačine gela isplake, viskoziteta i rastojanja između kolone i zida kanala bušotine. Osobine isplake i cementne mešavine variraju u kanalu bušotine zbog nedostataka ujednačenog dopunjavanja i uticaja temperature i pritiska. Anularna površina protoka takođe se menja kao rezultat necentrirane kolone, proširenja promena debljine isplačnog kolača, promene pravca kanala bušotine, zarušavanja formacije itd. Za većinu isplaka i cementnih mešavina, efektivna viskoznost (mera otpornosti fluida na protok) smanjuje se sa povećavanjem brzine protoka. Sa konstantnom brzinom potiskivanja, brzina protoka se menja sa promenama površine protoka. Takve promene brzine imaju značajan uticaj na potreban pritisak za održavanje protoka u ovom sistemu fluida. Slika 19 Protok tečnosti

23 Karakter fluida koji teče je opisan povezanošću između brzine protoka (brzina smicanja) i pritiska (naprezanje na smicanje) koji prouzrokuje kretanje (slika 19). Postoje dva osnovna tipa fluida: Njutnov i ne-njutnov. Njutnovi fluidi, kao što je voda, izloženi su pravolinijskoj zavisnosti izmađu brzine protoka (brzine smicanja) i pritiska (naprezanja na smicanje) dok je fluid u laminatnom području protoka. Njutnovi fluidi počinju da teku kada se primeni pritisak. Sa povećanjem pritiska povećava se brzina proticanja, od laminarnog, preko prelazne zone (delimično laminaran i delimično turbulentan), do potpunog ostvarivanja turbulentnog protoka. Ne-Njutnovi fluidi su mnogo kompleksniji. Oni mogu pokazivati otpor na protok (jačina gela) kada se primeni pritisak. Fluidi sa jačinom gela mogu proticati sa vrlo malim brzinama na način sličan čepu. Ne-Njutnovi fluidi zbog toga mogu imati tri područija tečenja: čep, laminarno i turbulentno, sa prelaznom zonom između svakog od njih. Isplaka za bušenje i cementna mešavina su ne-njutnovi fluidi. Detaljnim proučavanjem ostvareni su matematički modeli koji se mogu upotrebiti za predviđanje osobina protoka i odnosa pritisak-brzina za takve isplake i cemente. "Bingamov" plastični model i "Power-Law" model se najčešće upotrebljavaju. Jednačine "Power-Law" modela su tačnije od "Bingamov-og"modela. Kasnije objavljen pseudoplastični "Power-Law" model koji je teoretski bolji od prethodnih nije u širokoj upotrebi. Takvi modeli teže da opišu povezanost brzine smicanja i naprezanja na smicanje za isplaku i cementnu mešavinu. "Fann-ov" viskozimetar koristi se za merenje plastične viskoznosti, granice tečenja jačine gela isplake i cementnih mešavina. Modeli viskozimetara koji se koriste na terenu imaju dve brzine, da se postignu brzine smicanja pri 300 i 600 o/min. Laboratorijski model ima šest brzina pri 3, 6, 100, 200, 300 i 600 o/min, međutim, dve brzine kojima raspolaže terenski model su dovoljne za merenje plastičnog viskoziteta (μ p ) i granice tečenje (YP) što se koristi za određivanje pada pritiska i režima tečenja sa "Bingamovim" modelom, "Power-Law" model zahteva opis dve različite osobine fluida: indeks konzistencije (K') i indeks ponašanja toka (n') i takođe se određuje na osnovu očitavanja sa "Fann-ovog" viskozimetra. Obrtaja Brzina smicanja Očitavanje c p Naprezanje na smicanje 600 1022 30 0,3 300 511 25 0,25 200 341 23 0,23 100 170 19 0,19 6 10 10 0,01 3 5 8 0,008 Slika 20 Primer upotrebe Fann-ovog VG metra, sa očitavanjem i brzinom za izračunavanje indeksa ponašanja protoka (K') i indeksa konsistencije fluida (n') za upotrebu kod jednačina Power low modela.

24 Tečenja u obliku čepa, laminarao ili turbulentno kao i prelazna zona za bilo koji ne- Njutnov fluid su funkcija brzine i osobine fluida. Matematička određivanja brzine pri kojoj je utvrđena postupna turbulencija zasnivaju se na istom obliku Rejnoldsovog broja za oba modela. Kod "Bingamovog" modela Re 3000 je upotrebljeno za izvođenje kritične brzine, minimalne brzine koja će održavati potpuni turbulentni protok. Kod "Power-Law" modela Rejnoldsov broj varira od 2100 do 3000. Ove vrednosti se upotrebljavaju pri čemu je vrednost Re 3000 mnogo verovatnija. Uglavnom se upotrebljava vrednost zasnovana na indeksu ponašanja toka (n') na osnovu koje dobijamo vrednost Re, a onda faktor trenja (f') (slika 21). Ne-Njutnov fluid bilo u turbulentnom protoku ili u obliku čepa ima ravniji profil brzine, poprečno na površinu protoka, nego što je to kod laminarnog protoka.tada cement u turbulentnom protoku ili protoku u obliku čepa ostvaruje mnogo ujednačeniju silu istiskivanja isplake u međuprostoru kolona - kanala bušotine. Kod laminarnog protoka, cement ima profil brzine u obliku parabole na poprečnom preseku površine protoka, deluje kao teleskop kroz isplaku napuštajući premošćene kanale. Slika 21 Faktor trenja f za upotrebu kod jednačina "Povver Low" modela Poznavanje pritiska istiskivanja i kapaciteta protoka koji će držati cementnu mešavinu u turbulentnom protoku ili protoku u obliku čepa u međuprostoru je od suštinskog značaja za projektovanje primarne cementacije. Fizičke granice opreme za upumpavanje i čvrstoću formacije u kanalu bušotine moraju se uzeti u obzir kod određivanja režima tečenja koji će se održavati. Sile smicanja su drugi osnovni mehanizam koji potiskuje isplaku iz međuprostora kolonakanala bušotine. Sile smicanja koje pomažu istiskivanje postoje izmedu isplake i cementa tj. na ravnima kontakta fluid-fluid. Sile smicanja kod istiskivanje se povećavaju sa povećanjem brzine cementa na ravni kontakta i sa povećanjem pritiska izmedu isplake i cementa. Ove sile nastaju posle premošćavanja dela isplake i kada postoje ravni kontakta cement-isplaka u skladu sa pravcem protoka. Sile otpora na smicanje postoje na ravnima kontakta između isplake i zida kanala bušotine i između isplake i kolone. Kada kolona nije cementirana, uticaj sile otpora na smicanje neće biti ujednačen duž površine protoka u međuprostoru. Ova razlika se povećava sa decentralizovanjem i povećavaju se izgledi za premošćavanje isplake u suženoj strani međuprostora. Indikator stepena decentralizacije je procenat slobodnog dela i istraživanja pokazuju da slobodan deo povećava brzinu potrebnu za početak protoka isplake iz suženog dela međuprostora.

25 Sile otpora na smicanje imaju uticaj na uspešnost istiskivanja koja je takođe proporcionalna sa jačinom gela isplake, tj. veće čvrstoće gela povećavaju diferencijalnu otpornost na protok duž nekoncentrične površine poprečnog preseka međuprostora. Pod uslovima koji dovode do premošćavanja isplake u necentričnom međuprostoru sile smicanja na međuprostoru cement-isplaka prouzrokovaće eroziju sa premošćenom isplakom. Ova erozija smanjiće površinu kontakta između isplake i kolone i isplake i kanala bušotine. Ako su sile smicanja između cementa i isplake dovoljno velike da prouzrokuju eroziju isplakom, iako je vreme kontakta dovoljno dugo, potpuno uklanjanje isplake biće postignuto. Medutim, ovi uslovi imaju veće izglede da postoje kada cement ima odgovarajuće vreme kontakta sa velikom razlikom brzina između cementa i isplake postignitom samo sa turbulentnim protokom cementa. Vreme kontakta je definisano kao period za koji položaj u međuprostoru (uglavnom iznad zone interesovanja) ostaje u kontaktu sa cementnom mešavinom koja je u turbulentnom protoku. Kao što je već naznačeno bitan uslov za kvalitetnu cementaciju je dobro punjenje prstenastog prostora cementnom mešavinom što se postiže turbulentnim uzlaznim proticanjem cementne mešavine i isplake u prostoru iza zaštitinih cevi (između zaštitnih cevi i kanala bušotine). Ostali pokazatelji značajni za uspeh primarnih cementacija su vreme zgušnjavanja i vezivanja cementa, fizička svojsta cementnih mešavina i cementnog kamena, primena fizičkih i hemijskih sredstava kao i specifičnosti bušotinskih uslova. Da bi se ostvarila najbolja primarna cementacija potrebno je kontrolisati određene promenljive. Zahvaljujući promenama uticajnih promenljivih kao što su (reološka svojstva cementne mešavine i isplake, gustina cementne mešavine i isplake i prečnik kanala proticanja) u širokim granicama omogućeno je da se pri programiranju primarnih cementacija zadovolje svi navedeni pokazatelji, jer vrtložno proticanje zavisi od pravilnog postizanja i korišćenja vrednosti prisutnih promenljivih. Zbog toga široko područje Rejnoldsovih brojeva većih od 2100 (Re > 2100) možemo gotovo pri svim našim cementiranjima tehničkih i eksploatacionih nizova zaštitnih cevi u praksi postići menjanjem i primenom fluida pogodnih reoloških svojstava, a u zavisnosti od prečnika bušotine i bušaćih cevi. Merenjem naprezanja na smicanje za različite smicajuće brzine dobijamo vrednosti koje omogućavaju utvrđivanje kretanja ispitnog fluida. Instrument kojim vršimo merenja je "Fann-ov" viskozimetar. Kontstrukcija instrumenta omogućava da se odrede smicajna naprezanja između dva sloja fluida. Smicajna brzina (γ) [s -1 ] određuje jednačinom: gde je: γ =...(14) V f d diferencijalna brzina između dva sloja fluida razmak između dve ravni fluida Vrednosti naprezanja na smicanje (τ) izmerene radi određivanja vrednosti smicajnih brzina (γ) nacrtane u kordinatnom sistemu predstavljaće krive toka koje karakterišu vrstu fluida. S obzirom na oblik krive toka uobičajena je podela fluida na Njutnove i ne-njutnov (kao što je već navedeno) (slika 22).

26 Kod Njutnovih fluida postoji lineama zavisnost izmedu naprezanja na smicanje (τ) i smicajne brzine (γ) (slika 22a): τ = μ * γ...(15) a) b) Slika 22 Zavisnost brzine smicanja i sile smicanja Njutnovih i ne-njutnovih fluida Kod ne-njutnovih fluida, zbog građe i tiksotropnih svojstava dolazi do odstupanja od pomenutog odnosa (slika 22b). Zakonitost odnosa između naprezanja na smicanje i smicajne brzine može se za cementne mešavine i isplake koji su ne-njutnovi fluidi najvernije izraziti jednačinom prema modelu stepenog zakona ili "Power-Law" modela: τ = K' * γ n... (16) Logaritmovanjem ovog izraza dobija se jednačina pravca prikazanog u logoritamskom koordinatnom sistemu tj: log τ = log K' + n' log γ...(17) gde su: K' n' indeks konzistencije indeks toka Indeks konzistencije (K') je karakteristična veličina fluida, koja zavisi od njegove građe i od njegovih tiksotropnih svojstava, veličina indeksa konzistencije odgovara smicajnom naprezanju kod brzine smicanja od jedne recipročne sekunde.

27 Indeks toka (n') je nagib pravca smicajno naprezanje-smicajna brzina prikazanog u logoritamskom koordinatnom sistemu. Taj nagib prikazuje odnos promena (τ) i (γ) (slika 23a). n' =...(18) Slika 23a Zavisnost naprezanja na smicanje u Odnosu na brzinu smicanja K' i n' Slika 23b Zavisnosti od naprezanja na smicanje Da bi odredili režim protoka moramo da odredimo vrednost Rejnoldsovog broja (Re). Rejnoldsov broj karakteriše režim proticanja fluida. Kod cementacije i primene "Power-Law" modela ako je vrednost Rejnoldsovog broja veća od 2100 (Re >2100) režim protoka prelazi iz laminarnog u turbulentni. Veličina Rejnoldsovog broja određujese izrazom: N Re =...(19) gde su: N Re bezdimenzioni Rejnoldsov broj V brzina proticanja fluida u razmatranom kanalu ρ gustina fluida D prečnik protočnog kanala (međuprostora) D = D buš - D kol

28 Brzina kod koje proticanje prelazi iz laminarnog u turbulentno područje naziva se kritična brzina: V c =...(20) Kao što se iz izraza vidi, minimalna brzina za postizanje turbulentnog protoka zavisi od nekoliko pokazatelja. To su: reološke karakteristike fluida, veličina rastojanja izmedu kanala bušotine i zaštitnih cevi, i gustina fluida. Da bi se postiglo turbulentno proticanje, brzina uzlaznog toka cementne mešavine u prstenastom međuprostoru mora biti veća od kritične brzine. Da bi se tačno utvrdili uticaji pojedinih pokazatelja na veličinu kritične brzine možemo da izvršimo niz proračuna kritičnih brzina za različite vrednosti K', n', D i ρ. Na osnovu promena veličina ovih vrednosti može se odrediti potrebna vrednost kritične brzine da bi nastao turbulentni protok. Postizanje kritične brzine je za različite vrste cementnih mešavina vezano, uz ostalo, i za mogućnosti cementacionog agregata. Snaga potrebna za utiskivanje fluida kod cementacije zavisi od pritiska utiskivanja odnosno od maksimalno potrebnog pritiska u toku cirkulacije (P max ) P max = P 1 + P 2 [bar]...(21) gde su: P 1 - pritisak usled razlike gustine stuba isplake i cementne mešavine u zaštitnim cevima i prstenastom prostoru prema jcdnačini: P 1 =(H- Y h 1 ) (ρ c ρ is ) 0,0981 [bar]...(22) P 2 -hidraulički gubici pritiska usled trenja u zaštitnim cevima i prstenastom prostoru [bar] Kod postizanja P max mora se voditi računa o minimalnom potrebnom pritisku (da ne dođe do utoka fluida iz formacije u bušotinu) i o maksimalno dozvoljenom pritisku (da ne dođe do frakturiranja formacije i gubitka cirkulacije). Znači kod primarnih cementacija nastoji se da se postigne turbulentni protok cementne mešavine. U nekim slučajevima prisutni su elementi koje takvo proticanje onemogućavaju kao što su: velika proširenja kanala bušotine, neodgovarajući izbor cementne mešavine, ograničenje kapaciteta za brzinu istiskivanja (opreme za upumpavanje), ograničeni okviri pritiska za istiskivanje.

29 Veličina osnovnog pokazatelja Rejnoldsovog broja NR e = f(v, D, n', K', ρ) označava kako je kod datih uslova proticanje cementne mešavine, da li je ono turbulentno ili laminarno. Menjanjem veličine dimenzije prstenastog prostora, brzine uzlaznog toka i reoloških osobina cementne mešavine i isplake postiže se u širokim granicama željeno proticanje u prstenastom prostoru. Međutim sama tehnologija izrade bušotine u većini slučajeva isključuje mogućnost promene dimenzija bušotine, tako da ostale promenljive treba što boje iskoristiti. Primenu optimalnih reoloških pokazatelja ograničavaju delom bušotinski uslovi, a delom proces vezivanja i potrebna fizička svojstva cementnih mešavina i cementnog kamena. Najvažniji bušotinski činioci koji ograničavaju reološka svojstva cementne mešavine jesu: reološka svojstva isplake i temperatura duž kanala bušotine. Fluid kojim se istiskuje drugi fluid treba da ima veću efektivnu viskoznost od istiskivanog fluida, jer se time smanjuje mogućnost mešanja fluida. To znači da cementna mešavina treba da ima veću efektivnu viskoznost od isplake. Temperatura duž kanala bušotine u kombinaciji sa ostalim bušotinskim činiocima, kao što su produktivni slojevi, propusne zone i diferencijalni pritisak određuju optimalan proces zgušnjavanja i vezivanja cementne mešavine. Podešavanje vremena zgušnjavanja cementne mešavine u bušotini ima zbog posebnih uslova koji to zahtevaju uticaj na ostala svojstva cemente mešavine, pa ta dva zahteva veoma često traže suprotna svojstva cementne mešavine. Budući da je za trenutnu sigurnost bušotine vreme zgušnjavanja važnije, ono dobija prednost, mada su reološka svojstva cementne mešavine za budući kvalitet cementnog kamena i samog cementacije tj. izolacije slojeva, važnija. Ako ne možemo da postignemo željenu brzinu istiskivanja na cementacionom agregatu zbog ogrančenog kapacitela ili ako uslovi u kanalu bušetine ne mogu tolerisati visoke pritiske istiskivanja, onda možemo dodati disperzante cementoj mešavini da bi se smanjila jačina gela kako bi se postigao turbulentni protok pri manjim brzinama istiskvanja. Ovo može biti poželjno gde su potrebni veliki kapaciteti upumpavanja. Da bi se postiglo turbulentno proticanje, a time i najpotpunije istisnuće isplake cementnom mešavinom potrebno je osigurati sledeće optimalne vrednosti navedenih pokazatelja: - primeniti cementnu mešavinu najpovoljnijih reoloških svojstava uz - osiguravanje i ostalih odgovarajućih svojstava, - neposredno pre cementacije reološka svojstva isplake prilagoditi - reološkim svojstvima cementne mešavine, - osigurati potrebnu snagu cementacionih agregata. U slučaju da ne možemo da dobijemo turbulentni protok treba što je moguće bolje poboljšati istiskivanje kod laminamog protoka. Potiskivanje kod laminamog protoka može biti efikasno ako je cementna mešavina gušća (ima veću jačinu gela i plastični viskozitet) od isplake i ako se koriste povećane zapremine za dobijanje željenje visine cementa u međuprostoru. Takođe, granična čvrstoća cementa treba da bude veća od granične čvrstoće isplake, kao i primenom najvećeg mogućeg kapaciteta upumpavanja.

30 1.6. OPREMANJE NIZA ZAŠTITNIH CEVI U opremu niza zaštitnih cevi za primarnu cementaciju spada: 1.6.1. CEMENTACIONA PETA 1.6.2. UDARNA PLOČA I KOLČAK 1.6.3. CENTRALIZERI 1.6.4. GREBAČI 1.6.5. ZAUSTAVNI PRSTEN 1.6.6. ŠEŠIRZA CEMENTACIJU 1.6.1. CEMENTACIONA PETA Cementaciona peta sa zaobljenim čelom je mehanički uređaj koji se postavlja na dnu prve kolone kako bi pomogla vođenje cevi u bušotini.potrebno je da peta: olakša ugradnju i spuštanje kolone, omogući cementaciju, bude pogodna za bušenje. Peta mora proći najduži put kroz bušotinu, a budući da je na tom putu izložena raznim naprezanjima, treba da je izrađena od bešavnih cevi. Imamo nekoliko različitih tipova peta koje su nam na raspolaganju i koje imaju različite funkcije. Obično se upotrebljavaju: - Obična peta - Peta sa protivpovratnim ventilom - Peta sa bočnim otvorima - Samodopunjavajuća peta Obična peta (slika 24a) sastoji se od metalnog tela i betonske vodilice, koja pomoću žljebova čvrsto prianja uz telo pete.vodilica olakšava prolaz niza zaštitnih cevi kroz neravna mesta u bušotini, a otvor koji ima u sredini služi za prolaz isplake. Kada se koristi vodeća peta, mora se upotrebiti kolčak sa protivpovratnim ventilom za sprečavanje protoka cementa unazad u kolonu posle završetka posla. Peta sa protivpovratnim ventilom (slika 24b) se razlikuje od obične pete po tome, što u vodilici ima ugrađen bakelitni protivpovratni ventil, čije je sedište, takođe bakelitno, postavljeno na gumenom prstenu. Protivpovratni ventil omogućava izlaz isplake i cementne mešavine iz niza zaštitnih cevi, a sprečava njihov povratak, što je naročito važno na kraju cementacije, zbog velikih hidrostatičkih pritisaka u prstenastom prostoru iza niza zaštitnih cevi. Međutim, cevi se moraju dopunjavati posle spuštanja svakih nekoliko komada da bi se minimalizovala razlika pritiska između isplake van kolone i vazduha unutar kolone. S obzirom da isplaka za vreme spuštanja cevi ne može prodreti u niz zaštitnih cevi, omogućeno je "plivanje" zaštitnih cevi u isplaci, što znatno smanjuje opterećenje na kuki. Peta sa bočnim otvorima (slika 24c) se razlikuje od pete s ventilom u tome, što u betonskoj vodilici ima još i bočne otvore, koji omogućavaju bolje ispiranje bušotine. Ispiranje kroz te otvore može se obaviti u toku spuštanja kolone na kojoj god dubini je to potrebno, te se time mogućnost prihvata cevi svodi na minimum.

31 Samodopunjavajuća peta omogućava da se automatski na određenom diferencijalnom pritisku dopunjava i održava stalni nivo isplake u koloni, za vreme spuštanja u bušotinu. Ona takođe ne dozvoljava cementu da ponovo ulazi u zaštitne cevi posle završetka operacije cementacije. Posebna namena im je da smanje pulsiranje pritiska isplake tokom spuštanja, da obezbede neprekidno delimično dopunjavanje što smanjuje vreme ugradnje kolone i rizik od gnječenja kolone, kao i da zaštite slojeve od visokog pritiska pulsiranja tokom spuštanja kolone. Na slici 24d prikazana je jedna od najjednostavnijih samodopunjavajućih peta tipa "Baker", s ugrađenom dijafragmom, koja se automatski otvara, da uravnoteži brzinu dopunjavanja isplake s brzinom ugradnje. Prilikom potiskivanja cementne mešavine i isplake kroz petu, kuglica ventila prolazi kroz dijafragmu i oslobađa prolaz za cirkulaciju. Kada je potiskivanje završeno, kuglica s donje strane brtvi dijafragmu i onemogućuje povratak fluida u petu, odnosno u cev. Cementacione pete se ugrađuju u niz cevi u cilju vođenja cevi u bušotini i da ako nema kolčaka obezbede sedište za gumene čepove. Dubina i kompleksnost posla diktiraće tip potrebne pete. Na primer bušotina koja koristi isplaku koja nije saglasna sa cementom uvek će trebati petu sa protivpovratnim venitlom ili najmanje kolčak sa protivpovratnim ventilom i vodeću petu kako bi se sprečilo zagađivanje cementa. Slika 24 Cementacione pete a) Obična peta, b)peta s ventilom, c) Peta s bočnim otvorima, d) Samodopunjavajuća peta

32 1.6.2. UDARNA PLOČA I KOLČAK Udarna ploča se ugrađuje između spojnice prve i druge cevi, ili negde više u nizu zaštitnih cevi. Udarna ploča ima telo s muškim i ženskim navojem, a unutrašnjost joj je ispunjena betonom. Upotrebljavaju se: - obična udarna ploča (slika 25a), koja ima otvor samo u betonu za prolaz cementne mešavine i isplake; - kolčak s ugrađenim protivpovratnim ventilom (slika 25b), koji ima istu ulogu kao i ventil u peti kolone; - samodopunjavajući kolčak (slika 25c), koji se montira uz samodopunjavajuću petu. Udarna ploča ili kolčak ima zadatak da zaustavi gornji i donji čep kod cementacije. Protivpovratni ventil u kolčaku omogućuje "plivanje" kolone, a time prima i deo pritiska od ventila u peti. Ako se ošteti ventil u peti, onda ventil u kolčaku prima sav pritisak i u tom pogledu služi kao rezerva. Prilikom postavljanja udarne ploče ili kolčaka u niz zaštitnih cevi, treba paziti na položaj ventila, jer obrnuto postavljanje ventila može stvoriti nepredviđene teškoće u radu. Slika 25 Udarna ploča protivpovratni ventil a) Obična udarna ploča, b) Kolčak s protivpovratnim ventilom, c) Samodopunjavajući kolčak