سیمانكاری لوله های درون چاهی یكی از اصلی ترین عملیاتهای انجام شده در طول حفاری یك چاه می باشد. سیمان عملكرد اساسی در نگهداری لوله های جداری و مغزی و تجهیزات سر چاهی دارد. همچنین سیمان یك سد غیر قابل نفوذ در برابر عبور گازها و سیالات سازند ایجاد می نماید و بدین ترتیب سازندها ایزوله می شوند. به منظور اطمینان از موفقیت در كلیه عملیاتهای سیمانكاری چاههای نفت و گاز، دوغابهای سیمان بر اساس شرایط چاه طراحی و آزمایش میگردند. آزمایشات زیر بصورت یك روال عادی در آزمایشگاه سیمان اداره کل حفاری (مناطق نفت خیز جنوب) صورت می پذیرد. كلیه آزمایشات با استفاده از تجهیزات مدرن و روشهای توصیه شده توسط API توسط نفرات متخصص و با تجربه انجام می گیرد:

1- آزمایش زمان بندش

 در این آزمایش افزایش گرانروی دوغاب سیمان با گذشت زمان در شرایط دمای گردشی و فشار ته چاه نمایش داده می شود. هنگامی كه گرانروی به 10000 سانتی پواز رسید، مدت زمان سپری شده همان زمان بندش دوغاب در نظر گرفته می شود. از یك دستگاه كانسیستومتر دما بالا- فشار بالا جهت انجام آزمایشات به روش API استفاده می گردد. هنگامی كه سیمانكاری در چاهی با دمای پایین انجام می شود، ممكن است بكارگیری یك افزایه تند كننده به منظور كاهش زمان بندش لازم باشد تا انتظار جهت بندش سیمان به حداقل برسد؛ از طرف دیگر هنگام سیمانكاری چاههای دما بالا احتمال استفاده از افزایه كند كننده زیاد است.

2- آزمایش استحكام تراكمی

 آزمایش استحكام تراكمی ، اندازه گیری فشار مورد نیاز جهت خرد كردن یك قالب سیمان با هندسه مشخص تحت تراكم نامحدود و یك محور می باشد.دوغابهای سیمان در قالبهای برنجی به اندازه دو اینچ مكعب بر اساس روش API و در شرایط دمای ساكن وفشار ته چاه در دستگاه curing chamber (عكس شماره ...) سخت می گردند. مكعبهای سخت شده سیمانی پس از گذراندن زمان معین، جهت تعیین استحكام با پرس (عكس شماره ...) خرد می گردند. پس از اینكه پمپاژ دوغاب متوقف گردید، لازم است مشخص گردد استحكام تراكمی سیمان به چه میزان و با چه سرعتی شكل می گیرد. سیمان سخت شده بایستی به اندازه ای استحكام داشته باشد تا لوله های جداری و مغزی را نگه دارد. معمولا استحكام تراكمی به میزان 100 پام برای نگهداشتن لوله های جداری كافی بوده و جهت ادامه حفاری معیار استحكام تراكمی 500 پام در نظر گرفته می شود.

1- دستگاه U.C.A. اولتراسونیک سمنت آنالایزر دستگاهی است که از چهار جزء ساخته شده است , كه با هم جهت تشكیل سیستم آنالایزر كار میكنند. این تجهیز می تواند استحكام تراكمی سیمان را بر اساس زمان و بصورت پیوسته اندازه گیری نماید و همچنین مدت زمان انتظار جهت بندش سیمان (WOC) دوغابهای مختلف را بر اساس زمان عبور امواج اولتراسونیك از ستون سیمان می سنجد. UCA می تواند در حداكثر فشار كاری 20000پام و حداكثر دمای كاری 400 درجه فارنهایت عمل كند.

2- دستگاه پرس در آزمایش استحکام تراکمی , اندازه گیری فشار مورد نیاز جهت خرد کردن یک قالب سیمان با هندسه مشخص تحت تراکم نامحدود و یک محوری می باشد که توسط دستگاه پرس صورت می گیرد .

3- آزمایش اندازه گیری میزان هرزروی عصاره دوغاب سیمان

در آزمایش هرزروی سیال، هرزروی آب یك دوغاب سیمان از خلال یك صافی نفوذپذیر ( مش 325 ) در دمای گردشی ته چاه (450 درجه فارنهایت) وبا حداكثر فشار نسبی2000 پام اندازه گیری میگردد. این آزمایش با استفاده از یك فیلتر پرس فشار بالا- دما بالا بر اساس روش API میزان هرزروی عصاره دوغاب سیمان اندازه گیری وشبیه سازی میگردد و مایع فیلتر شده در مدت زمان 30 دقیقه جمع آوری می شود. سیال می تواند از دوغاب سیمان بدرون سازند هرز رود. هرزروی آب بطور قابل ملاحظه ای نسبت سیمان به آب دوغاب و در نتیجه گرانرویر را تغییر می هد. در شرایط حاد این مساله می تواند باعث بندش سریع سیمان و غیر قابل پمپاژ كردن آن گردد. در دوغابهای سیمان، هرزروی كم سیال سیمان به منظور اطمینان از بندش سیمان و ممانعت از ایجاد آسیب به سازند و نفوذ گاز لازم و ضروری بنظر میرسد. معمولا هرزروی سیال دوغاب سیمان بایستی در محدوده 50 تا 100 میلی لیتر در 30 دقیقه باشد.

4- اندازه گیری خواص رئولوژیكی

رابطه بین تنش برشی و شدت برش با استفاده از گرانروی سنج FANN 35 كه یك گرانروی سنج دورانی است، تعیین میگردد. با ترسیم رایانه ای تنشهای برشی در شدتهای برشی متناظر، مدل رئولوژیكی ( نیوتونی، بینگهام پلاستیك و یا پاور لا) كه كاربرد بیشتری دارند، مشخص میگردد. هنگامیكه مدل مشخص گردید پارامترهای مربوطه مثلPV و YP در مدل بینگهام پلاستیك و یا اندیس رفتار جریان و اندیس گرانروی در مدل پاورلا می توانند محاسبه گردند. به منظور محاسبه رژیم جریان و فشار اصطكاكی از خواص سیال و هندسه لوله استفاده می شود.

5- آزمایش آب آزاد

زمانی كه دوغاب سیمان در شرایط ایستا باشد، ممكن است بر اثر رسوب ذرات سیمان آب آزاد ایجاد شود. این مساله در چاههای كج و افقی بحرانی و مشكل آفرین خواهد بود. آزمایش آب آزاد در یك استوانه مدرج 250 میلی لیتری انجام می شود. دوغاب سیمان تهیه شده بر اساس استاندارد API در یك گرانروی سنج تحت دمای استاتیك ته چاه به مدت 20 دقیقه بهم زده و درون یك استوانه ریخته می شود.

6- اندازه گیری چگالی دوغاب

چگالی دوغاب سیمان توسط یك ترازوی گل تحت فشار تعیین می گردد. نمونه دوغاب در یك فنجان با حجم ثابت تحت فشار ریخته شده و وزن آن اندازه گیری می شود. با فشرده كردن فنجان نمونه، هوای موجود به حجم ناچیزی فشرده شده و اندازه گیری چگالی دوغاب با دقت بیشتری صورت می گیرد. چگالی دوغاب سیمان باید به اندازه ای باشد كه فشار یك سازند نفوذپذیر كنترل گردد ولی در عین حال فشار هیدرواستاتیكی ایجاد شده نباید سازند های ضعیف را بشكافد.

7- سازگاری گل، جداكننده و دوغاب سیمان

سازگاری جداكننده با سیال حفاری و دوغاب سیمان با مقایسه خواص رئولوژیكی گل، جداكننده و دوغاب سیمان با خواص رئولوژیكی مخلوطهای جداكننده با گل و جداكننده با دوغاب سیمان در نسبتهای مختلف چك می شود. اثر جدا كننده بر زمان بندش دوغاب سیمان و تراكم استحكامی سیمان سخت شده در نسبتهای مختلف جداكننده/دوغاب مشخص می گردد.

8- كنترل كیفی سیمان و افزایه

كلاسهای API سیمانهای چاههای نفتی به 9 نوع تقسیم بندی می گردند.. متداولترین كلاس سیمان مصرفی در ایران، سیمان كلاس G می باشد. آزمایشات كنترل كیفی بصورت متداول بر روی سیمانهای مصرفی انجام می گردد تا از كسب نیازهای شیمیایی و فیزیكی داده شده در استاندارد API spec 10 اطمینان حاصل گردد. به منظور تضمین كیفیت مناسب افزایه های مصرفی در عملیاتهای سیمانكاری ، آزمایشات كنترل كیفی در یك روال جاری صورت می گیرد.

9- اندازه گیری قدرت ژله شدن دوغاب سیمان

با استفاده از تجهیز آزمایشگاهی SGS میتوان قدرت ژله شدن دوغاب سیمان و همچنین مدت زمان بندش آنرا تعیین كرد. نمونه دوغاب در یك فنجان استاندارد ریخته شده و پس از قرار گرفتن در دستگاه آزمایش میگردد. محدوده اندازه گیری تجهیز SGS با فرض جریان پلاگ نمونه دوغاب در شدت برشهای بسیار پایین مشخص می گردد.

10- اندازه گیری خواص رئولوژیكی در دما و فشار بالا

11- اندازه گیری میزان مهاجرت گاز در دوغاب سیمان

مهاجرت سیال و گاز از درون دوغاب سیمان یكی از دلایل عمده شكست عملیات سیمانكاری بوده و عملیاتهای درمان كننده بسیار پرخرج خواهد بود.آنالایزر مهاجرت گاز (FMA) دوغاب سیمان را از نظر هجوم سیالات سازند (گاز و آب نمك) پس از عملیات سیمانكاری شبیه سازی می نماید.این آنالایزر كلیه موارد مورد نیاز به منظور شبیه سازی واقعی پارامترهایی مثل دما، فشار هیدرولیكی، فشار سیال سازند و گرادیانهای فشار محرك جریان از خلال ستون سیمان را برآورده می نماید.