Performance of Saudi Bentonite and Nano clay Admixed Cement for HPHT Conditions

Abstract

ملخص الرسالة الاسم الكامل : أمجد سعيد أحمد بن ثعلب عنوان الرسالة : دراسه تأثيرخلط البنتونايت السعودي والنانو كلاي مع الإسمنت تحت ظروف درجة الحراره و الضغط العاليين التخصص : هندسة بترول تاريخ الدرجة العلمية : مايو 5102 من أجل مواكبة العالم من حيث الطلب على مادة البترول الخام, أخذت الشركات المنتجه للنفط والغاز على عاتقها عمليات إستكشاف و استخراج النفط الخام والغاز الطبيعي من مناطق جديدة لم تستكشف من قبل أو عن طريق حفر آبارعميقة في أماكن يعرف تواجد النفط فيها مسبق ا . ونتيجة لذلك توجب على هذه الشركات مواجهة بعض الظروف متمثلة في الحرارة والضغط العاليين في تلك المناطق ذات العمق الكبير. بالنسبه للبئر المحفور سوا كان بترولي او غاز طبيعي, ومن أجل ضمان سلامة البئر وتحقيق إنتاج نوعي ذو جدوى إقتصادية, يجب أن يكون البئر مغلف بغلاف أسمنتي جيد يضمن الفصل الجيد بين طبقات البئر ويحافظ على فترة إستمرارية أكبر للبئر. لذا فإن الخليط الإسمنتي يجب أن يصمم بحيث يحتوي الغلاف الإسمنتي على خصائص معينه مثل المتانة والمقدره على التغلب على هذه الظروف. يستخدم البانتونايت كماده إضافية موسعه عند خلطها بالإسمنت. وعند سمنتة الآبار ذات الطبقات الارضيه السفلى الضعيفة والعالية المساميه, فإن خلط البانتونايت مع الإسمنت يساعد في تخفيض كثافة الخليط الإسمنتي وبالتالي يؤدي إلى الحصول على عملية سمنتة ناجحة نتيجة إستخدام الإسمنت المقترح. كذلك يستخدم البانتونايت كمواد مانعة لفقدان السوائل عند خلطها بنسب قليله حيث انها تعمل على التخلص من مشكلة فقدان السوائل عند سمنتة التكوينات الي تمتاز بنفاديه كبيرة. من ناحية أخرى يساعد البانتونايت على تكوين طبقة هلامية أسمنتية عالية القوة تعمل على تكوين جل يتصلب عند دخوله الفتحات وانخفاظ سرعة دخوله حيث ان الهدف الرئيسي له هو منع هروب الغاز من خلال الطبقه الإسمنتيه. يتوفر البانتونيات السعودي بكثرة في منطقة الخليص والتي تبعد 07 كم شمال جده في المملكة العربية السعودية. ويعد البانتونايت السعودي من الأنواع التي تحتوي على الكالسيوم, حيث أنه يتميز بإحتوائه على نسبة كبيرة من السيليكا ونسبة قليلة من الصوديوم مقارنة بالبانتونيات التجاري المستورد مما يجعل البانتونايت السعودي ذو قابلية أقل للتضخم عندما يتعرض للماء لأكثرمن ليلة. في الآونة الأخيرة، أثبتت المواد الدقيقة الحجم، أو ما يعرف بالمواد النانونية، فعاليتها في مختلف المجالات، كالنسيج و الدفاع و الفضاء و الطاقة، و قد أثبتت هذه المواد جدارتها عند إضافتها إلى الإسمنت في مجال صناعات البناء والتشييد , حيث أن إضافة كميات قليلة من هذه المواد تساعد على تحسين الخواص xxiii الميكانيكية للخرسانه الإسمنتية المنتجه. كما إن إستخدام النانوكلاي في الصناعات البترولية أحرز تقدم ا ملحوظ ا في الآونه الأخيرة وساعد في تحسين العمليات الإسمنتية وصلابة الإسمنت الناتج. إن الإختبارات التى تمت في هذه الدراسه قد تركزت حول تقييم خصائص الإسمنت الفيزيائيه )الميكانيكيه( وخصائص جريان الإسمنت المستخدمة لسمنتة بئر في حقل نفطي في المملكه العربية السعوديه تحت ظروف الضغط والحراره ) 3%( بالنسبه لوزن الإسمنت ) 2 ,%2,% العاليتين وذلك عن طريق إضافه ) 1( البنتونايت السعودي بالنسب التاليه ) 1 1.0,1 %( لأفضل نسبه تم الحصول عليها عند اضافه البنتونايت السعودي للاسمنت من %, النانو كلاي بالنسب )% 7.0 التجارب السابقه ) 3( البنتونايت السعودي المعالج الذي تم تطويره عن طريق باحثين في جامعة الملك فهد للبترول والمعادن عند أستخدامه بنسبة 1.1 % من وزن الإسمنت لأنتاج خليط اسمنتي له كثافه منخفضه. إن الاختبارات التي تم اجرائها للإسمنت المنتج تحت ظروف الضغط والحرارة العاليتين تشمل زمن تصلب الإسمنت, لزوجة الإسمنت, وتقييم قوة وصلابة الإسمنت باستخدام اجهزة قياس الصلابة بالموجات الصوتية أو عن طريق سحق المكعب الإسمنتي, إختبار فقدان السوائل, إختبار قياس النفاديه والمساميه, إضافه الى تحليل المكونات النهائيه للصخرة الإسمنتية الناتجة. وتشير النتائج التى تم الحصول عليها الى أن إضافه البنتونايت السعودي و النانو كلاي إلى الخليط الإسمنتي تحت الظروف من ضغط وحراره عاليه يؤدي الي سرعة التفاعل الكيميائي وتحسن كبير في صلابة الإسمنت المنتج وتقليل الفجوات مما يسمح في زيادة التحكم في وقت التصلب للإسمنت وتقليص كمية الماء المفقود ومنع ترسب الإسمنت. كما تشير النتائج التي تم الحصول عليها الى أن إضافه البنتونايت السعودي المعالج إلى الخليط الإسمنتي تحت ظروف الضغط والحرارة العالتيين يعمل على تغطية كل المتطلبات التي يجب توفرها في البانتونيات الذي يستخدم كماده موسعه لتقليل الكثافه وجعل الإسمنت الناتج في حالة الإنتشار المتجانس بدون حصول ترسب للحبيبات الإسمنتية مقارنة بالإسمنت الناتج من خلط البانتونيات التجاري. التشابه في هذه الخواص للبانتونيات السعودي المعالج مع البانتونيات التجاري يوكد إمكانية إستخدام البانتونايت السعودي كبديل للبانتونايت التجاري في تلك التطبيقات المتعلقه بسمنتة الآبار النفطية.