Бурение, как и многие другие промышленные операции, состоит из целого комплекса различных технологий. Бурение тесно связано с применением цемента, попробуйте пробурить скважину без него.
Исторические аспекты цемента
В древности в Ассирии, Вавилоне и Ханаане использовали различные клеи. Во время поездки в Иерихон наш гид рассказывал нам, что археологи определили состав раствора, скрепляющего камни знаменитых стен. В действительности этот известковый раствор приготавливался из материала, добытого на близлежащих холмах. В настоящее время мы знаем, что это могло иметь катастрофические последствия.
Позже египтяне стали добавлять в известковый раствор гипс. Такой раствор применялся при строительстве пирами, храмов, дворцов и домов. Римляне также использовали аналогичный состав. Они смешивали гашеную известь с вулканической золой и заливали состав водой. В римской империи этот состав использовался для строительства дамб и портовых сооружений. Некоторые из этих сооружений существуют до сих пор.
В средневековье рецепт приготовления этого скрепляющего раствора был утерян. С тех пор все ученые, особенно химики, пытались его восстановить. Многие неизвестные ученые, незнакомые с химией, нагревали компоненты, входящие в состав скрепляющего раствора. Как ни странно, но нагревание является именно тем важным процессом, который используется в современной технологии приготовления цемента.
Археологи так же рассказали нам, что многие из древних городов строились на развалинах. Это не удивительно. Многие города строились из известняка, мягкой породы, которая легко обрабатывалась при помощи бронзового или железного инструмента. Кроме того, это материал белого цвета, который отражает солнечные лучи, благодаря чему в домах сохраняется прохлада. Для поддержания крыши использовалось дерево, которое применялось также для дверных и оконных проемов.
На протяжении веков города атаковались, разрушались и сжигались. Когда век известняка и скрепляющего раствора закончился, стали применять, догадайтесь что, водный цементный раствор. Наступило время строительства других городов.
В середине 1700-х гг. британские ученые нашли новый рецепт приготовления водного цементного раствора. В состав нового раствора входил кальций, кремний, железо и алюминий, обеспечивая особенные свойства. Со временем британскими учеными был разработан состав портландцемента. Свое название этот цемент получил за свой цвет, потому что готовится из твердой породы, добытой на о-ве Портленд, расположенном недалеко от побережья Англии. Порошок, приготовленный из этой породы, стал основным компонентом при приготовлении бетона, использующегося при строительстве таких сооружений как мосты, туннели и другие, где необходимо добиться особой прочности конструкции. Этот состав широко используется в США, Великобритании и Европе.
Оптимизация состава цемента
Нефтяная отрасль, особенно сектор бурения, тесно связана с горнодобывающей отраслью. В древние времена колонны изготавливались следующим способом. В земле выкапывалась узкая яма. В пространство между стенками ямы спускалось бревно, и в свободное пространство заливался жидкий раствор. Когда раствор застывал, бревно извлекалось, и использовалась для приготовления других колонн. В этот жидкий цементный раствор добавлялись клеи, известняк и зола. Напоминает закрепление обсадной колонны, не правда ли? Римляне использовали золу, которая применяется и в современной технологии. Удивительно, но историки поведали нам, как приготовить буровой раствор и закрепить обсадную колонну.
Почему мы все еще закачиваем в скважину цементный раствор? По многим причинам. Во-первых, цемент имеет существенные преимущества по сравнению с другими технологиями и широко используется на протяжении многих десятилетий. Состав цементного раствора постоянно оптимизируется.
В настоящее время в состав цемента, использующегося в отрасли, входят присадки для предотвращения утечки бурового раствора, наполнители, пеногасители, материалы, которые предотвращают образование пустот при затвердении и другие компоненты.
Во-вторых, цемент достаточно недорогой материал. Возможно, что другие материалы могли бы лучше закреплять обсадную колонну в скважине и иметь значительно больший срок службы, но при этом эти материалы значительно дороже цемента. Рассмотрим следующий пример. Возьмем многокомпонентные эпоксидные составы. Они могут закачиваться в скважину, поддерживать обсадную колонну, предохранять ее от ударов. Эти растворы легко закачиваются и имеют длительный срок службы. Однако затраты на эти составы могут разорить любой банк, если закачивать их ежедневно в таких же объемах как цемент.
В-третьих, отрасль может полностью положиться на цемент, как на наиболее долго используемый материал. Итак, как «работает» цемент? Попробуйте разрезать или вытащить обсадную колонну, которая была зацементирована, скажем, в течение 50 лет. Вы не сможете сделать это, или, по крайней мере, это будет достаточно трудно. Любое регулирующее агентство мира предписывает устанавливать на закрывающиеся скважины цементные пробки, несмотря на то, что разработаны и другие технологии, такие как мостовые пробки и пакеры. Это означает, что предпочтение, тем не менее, отдается цементу.
И, в заключение, цемент представляет собой сравнительно нейтральный материал. Как и многие другие, я имею свой собственный опыт работы с цементом, попадающим внутрь бурильной колонны, хотя я пытался предотвратить это. И, несмотря на это серьезных проблем не возникло. Конечно, некоторые проблемы могут иметь место. Например, такие как повышение давления нагнетания, незначительное снижение скорости потока и другие. В результате необходимо просто «послушать скважину», как сказал бы Макс Холл.
Что еще нового мы можем узнать о цементе? Жидкий цементный раствор легко приготавливается и нагнетается. Несложно смешать сухую порошковую смесь и воду. Итак, раствор готов, теперь необходимо закачать его в скважину. Добавим в смесь пустотелых шариков, чтобы цемент был легче воды. Застыв, такая конструкция может быть плавучей. Этот состав может также изолировать скважину и предотвращать утечку бурового раствора. Вот это да!
Я думаю, я бы здорово удивил строителей Иерихона и египтян, продемонстрировав им свойства современного цемента!
