Fagstoff

Kravene til sementen

Publisert: 02.05.2017

Sammenligning av sementeringsresulat i brønn. Illustrasjon.


Hver casing-seksjon i en brønn sementeres og er en del av barrierene som hindrer utstrømning av olje eller gass til det ytre miljøet. Det betyr at sementen må tilfredsstille minimumskravene som er gitt i NORSOK standard nummer D-010.

“Formålet med casing-sementen er å danne en sammenhengende, varig og tett barriere langs hullet på utsiden av casingen. Den skal hindre strømning av formasjons-fluider, motstå trykk fra oversiden og undersiden og forsterke casingen mot ytre krefter.” – NORSOK D-010

Sementeringsprogrammet

En viktig forutsetning før en sementeringsjobb igangsettes, er å lage et sementprogram for hver sementjobb. Programmet bør inneholde en oversikt av både utstyr og metoder som benyttes i sementeringsoperasjonene. I standarden NORSOK D-010 beskrives kravene og anbefalinger som skal følges.

Fôringsrørene skal støpes fast med sement på utsiden. For at sementen skal komme til rundt hele røret, skal det brukes sentralisatorer på utsiden av rørene. Det må beregnes og opplyses i programmet hvor tett sentralisatorene skal stå.

 Sentralisator for rør. Foto.Sentralisator for fôringsrør 

For å forhindre forurensing av sementblandingen under sirkulasjon av sement og borevæske anbefales det å bruke skille-væsker (spacer) mellom borevæsken og sementen. Oppskriften, volumet og viskositeten i skillevæsken skal oppgis i sementeringsprogrammet.

Det hydrostatiske trykket av den tunge sementen må ikke være høyere enn trykkgrensen for formasjonen. Det skal også beregnes hvor høyt trykk som oppstår under pumping av sementen på grunn av økt friksjon (ECD). Begge verdiene skal føres inn i sementeringsprogrammet.

En annen risiko som er i fokus, er faren for tapt retur av væske (lost circulation). Risikoreduserende tiltak for dette problemet må være beskrevet i programmet.

NORSOKs krav til sementen

Testing av sementblandingen (Laboratorietesting)

Sementoppskriften skal testes i laboratoriet før bruk. Det er viktig at testene tilsvarer forholdene i brønnen, og at det benyttes produkter (sement og tilsetningsstoff) fra den samme beholdningen som skal brukes til blandingen offshore.

Den herdede sementen skal være slik at den danner en tett og sterk isolasjon mot det ytre miljøet. Den skal tåle endringer i temperatur uten å miste isoleringsevnen. Den skal hindre gassmigrasjon.

Casing-sementlengder og -høyder

Sementen skal plasseres slik at det er mulig å utføre sidestegsboring (sidetrack), re-komplettering og sikring av forlatt brønn (P/A P/A:  Plug and Abandon. Når BOP eller ventiltre skal fjernes fra brønnen (etter borefase eller produksjonsfase), må brønnen sikres med to plugger: en dyp og en grunn. I noen tilfeller er det en midlertidig plugging (temporary abandonment), andre ganger er det en permanent plugging. ).

Et generelt krav er at det skal være minimum 100 m MDMD; engelsk Measured Depth. Målt lengde/dybde. Brønnens lengde fra RKB til bunnen i hullet. sement over fôringsrørskoen (casing shoe).

Sementering av conductoren bestemmes ut fra omgivelsene. Dersom massen er veldig løs, må conductoren sementeres fast, slik at den ikke kommer ut av posisjon sideveis eller i høyden når resten av brønnen bygges, eller når brønnen er i produksjon. Dersom massen er slik at conductoren kan hamres på plass, vil massen ligge tett inntil røret, slik at det ikke er plass til sementering.

Sementering av surface casing skal sikre at den kan bære lasten av ventiltreet og BOP og resten av brønnen som skal belaste brønnhodet. Det krever beregninger for å finne ut hvor høyt sementen skal gå, men vanligvis sementeres den helt til toppen av brønnen.

Det er to krav til sementeringshøyde over bunnen av production casing. Sementen skal minimum gå 200 meter over skoen, og dersom den er satt gjennom en bergart som inneholder hydrokarboner, må den sementeres minimum 200 meter fra toppen av bergarten. I noen tilfeller må man støpe hele åpent-hull-lengden og 200 meter opp i annulus mellom to casinger.

Ventetid

Sementblandingen bør stå uforstyrret til den har nådd tilstrekkelig styrke gjennom herdeprosessen. Ventetiden (wait on cement - WOC) kan vare fra noen timer til flere dager. Til oppskriften er det utarbeidet en størkne- og herdetidstabell som må følges.

For å bekrefte at sementen holder tett, må det gjennomføres en trykktest som heter formasjonsintegritet-test (FITFIT; Formation Integrity Test. En trykktest som tester om formasjonen tåler et tilført trykk uten å lekke. FIT skal ikke teste ved hvilket trykk formasjonen sprekker.). Den utføres når neste seksjon skal bores, rett etter at casing-skoen er gjennomboret og ny formasjon er tilgjengelig under den sementerte seksjonen.

Spesielle krav til komplekse brønner

For brønner med HPHTHPHT; high pressure high temperature. Brønner der poretrykket er over 690 bar og temperaturen er høyere enn 150 °C. Noen brønner kan være enten HP eller HT.-forhold, og for komplekse brønner der foam-sement (skum) skal brukes, må sementprogrammet vurderes og verifiseres av en annen part (internt eller eksternt). Utførelsen av sementeringsjobben skal være med kvalifisert personell.

Sementhøyden skal bekreftes

Det kan brukes to ulike metoder til å bekrefte (verifisere) hvor toppen av sementen er.

Bonding log

Cement Bonding Log (CBLCBL er en forkortelse for Cement Bond Log. Loggen viser toppen av sementen, om det er hull i sementen eller mangler sement i noen områder. Loggen utføres på kabel og bruker lydsignaler (acoustic sonic log) som loggemedium.) er en loggemetode der loggeverktøy kjøres ned i brønnen med wireline etter at sementen er herdet. Et kjent prinsipp er å bruke en akustisk logg, som viser skillet mellom toppen av sementen og åpent hull bak casingen. Bonding log regnes som den beste metoden til å bekrefte sementkvaliteten og høyden.

Måling av fortrengingsvolum

Volumene i brønnen, på utsiden av casingen, i pumpeutstyret og i overflateutstyret, beregnes. Det volumet som skal plasseres på utsiden av casingen og i nederste del av brønnen, regnes om til antall pumpeslag.

Pumpedata, som antall slag og returvolum, følges nøye under sementoperasjonen. Dersom det er avvik fra kalkulasjonene utført i programmet, vil det indikere at sementen ikke er kommet høyt nok på utsiden av casingen. Da kreves det i tillegg en FITFIT; Formation Integrity Test. En trykktest som tester om formasjonen tåler et tilført trykk uten å lekke. FIT skal ikke teste ved hvilket trykk formasjonen sprekker. eller LOTLOT; Leak Off Test. Trykktest av formasjonsstyrken. Trykket økes til formasjonen begynner å lekke. Trykket som oppnås er grenseverdien for belastning mot formasjonen og skal ikke overskrides i videre operasjon i brønnen. for å identifisere om sementeringen er god nok.

Logging av sementkvalitet. Illustrasjon.Cement Bond Logging 

Logging av sementkvaliteten

Noen av seksjonene skal logges etter sementering for å bekrefte at sementen er jevnt fordelt og har god kontakt (binding) med formasjonen og casingen. Til dette brukes også Cement Bond Log (CBL).

Kravet er at produksjonsrøret (liner) og produksjonscasingen skal logges dersom de er satt inn i eller går gjennom en reservoarformasjon. Disse seksjonene skal også logges dersom sementen er del av både primær- og sekundærbarriere i et område, selv om de ikke går inn i en reservoarsone.

I injeksjonsbrønner skal sementen logges dersom injeksjonstrykket kommer til å overstige formasjonsstyrken til takbergarten.