CEMENT IN HET BOOR- EN WINNINGSBEDRIJFVAN DE PETROLEUMINDUSTRIE (I)door Ir. Ph. H. Huisman en J. G. Stuve(Koninklijke/Shell-Laboratorium, Amsterdam)De grootste boorinstallatie ter wereld isvan de Shell Oil Company in Texas;de boortoren is 65 m hoog. (Shell-foto)1. Bij het schrijven van dit artikel hebben wij ge-meend te mogen veronderstellen, dat degenen die be-langstelling hebben voor de cement-industrie, hetzijbij de fabricage of bij de toepassing van cement in debouwnijverheid, ongetwijfeld ook interesse zullen heb-ben voor de speciale toepassing van dit materiaal inde aardolie-industrie, n.l. de toepassing in boorgaten.Het doel van dit artikel is dan ook, om aan deze toe-passing grotere bekendheid te geven, vooral omdataan het cement, dat in het boorbedrijf wordt gebruikt,speciale eisen moeten worden gesteld. Terecht wordtdaarom een onderscheid gemaakt tussen bouw- enboorcement.Alvorens de feitelijke toepassingen van cement in hetboorbedrijf te bespreken, lijkt het gewenst hieraaneen korte beschrijving van dit bedrijf te laten vooraf-gaan.2. Het valt buiten het kader van dit artikel allerleigeologische problemen over het ontstaan en voor-komen van aardolie of aardgas in d?tail te behande-len. Hiervoor verwijzen wij naar de korte litteratuur-opgave aan het eind van het artikel. Wij mogen er-mede volstaan er hier op te wijzen, dat het de taak enhet streven van de petroleum-geoloog en zijn mede-werkers is, gebieden op te sporen, die gunstig lijkenvoor het voorkomen van aardolie of aardgas, om dandoor verdere exploratie in die gebieden structuren tevinden, waar deze waardevolle producten zich even-tueel kunnen hebben opgehoopt.Het is echter slechts door het slaan van een boorgat --een z.g. exploratieboring -- mogelijk om uit te ma-ken, of een dergelijke structuur inderdaad olie of gasbevat. Meestal blijkt dan, dat de onderzochte struc-tuur geen aardlagen bezit, die voldoende poreus zijnom olie of gas te bevatten of wanneer dergelijke lagenal worden gevonden, dat deze watervoerend zijn.Wanneer evenwel een olievoerende laag wordt ont-dekt, zijn tal van boorgaten nodig om de betrokkenstructuur verder te exploreren en uiteindelijk te ex-ploiteren. Het slaan van exploratie- en exploitatie-boringen behoort tot de taak van het boor- en win-ningsbedrijf der aardolie-industrie.Hierboven kwam reeds naar voren, dat een bepaaldestructuur ??n of meer poreuze lagen kan bevatten.Een dergelijk poreus gesteente kan b.v. bestaan uitgrof zand, fijn zand, zandsteen of kalksteen. Meestalbevat een structuur verschillende van dergelijke po-fig. 1. doorsnede van een oliehoudende structuurreuze gesteenten laagsgewijze boven elkaar, geschei-den door een dichte laag klei of kleisteen.Wij zagen reeds, dat dergelijke poreuze gesteentenmeestal watervoerend zijn, terwijl slechts in enkelegevallen ??n of meer poreuze lagen van een structuurolie en/of gas bevatten. Hoewel het voorkomt, dateen poreuze formatie geheel is opgevuld met aardolie,komt deze meestal tezamen met gas en water in eendergelijke formatie voor. Onder invloed van dezwaartekracht zijn ze dan gescheiden in afzonderlijkelagen, waarbij uit de aard der zaak het gas boven deolie staat, terwijl de olie als het ware op het waterdrijft. In fig. 1 is schematisch de dwarsdoorsnede vaneen structuur getekend, die naast andere ook een olie-85fig. 2. opstelling van een boorinstallatievoerend gesteente bevat. De figuur geeft slechts ??nuit vele mogelijke structuren aan.De inhoud van poreuze gesteenten kan naar gelangvan allerlei omstandigheden onder hoge druk staan,terwijl deze drukken zelfs in de poreuze gesteentenvan ??n structuur onderling veel kunnen verschillen.3. Wij zeiden reeds, dat wanneer de geoloog een veel-belovende structuur heeft gevonden, de exploitatie-ingenieur en de boormeester door het slaan van eenboorgat moeten vaststellen of een dergelijke structuuroliehoudende gesteenten bevat.Voordat men echter tot het slaan van een boorgat kanovergaan, moeten tal van voorbereidende werkzaam-heden worden uitgevoerd. Meestal moeten wegen enbruggen worden geconstrueerd, allerlei leidingen wor-den gelegd en tenslotte moet de boorinstallatie wordenopgezet en ingericht.Voor het een en ander zijn grote hoeveelheden cementnodig. Uit de aard der zaak wordt hiervoor normaalbouwcement gebruikt.Ter illustratie is in fig. 2 schematisch de opstelling vaneen boorinstallatie aangegeven.Wat het boren zelf betreft, zullen wij ons beperkentot een korte beschrijving van het tegenwoordig toe-gepaste systeem van roterend boren. De boorinstalla-tie, die bij dit boorsysteem wordt gebruikt, bestaat uiteen boortoren, waarin het boorgereedschap hangt aaneen blok, dat op zijn beurt hangt aan een kabel, dieeen bepaald aantal malen is ingeschoren over dekroonwielen van de boortoren, terwijl het ene eindvan de kabel met een hijskraan is verbonden. Met be-hulp van deze hijskraan kan het blok in de toren open neer worden gereden en dus ook het boorgereed-schap worden gehesen of neergelaten. Op de boorvloerin het midden van de toren, staat de z.g. draaiboor-tafel, waarin een vierkante, holle meeneemstang past.Onderaan deze stang, ook wel de kelly genoemd, zijnde holle boorstangen en vervolgens de beitel ge-schroefd. Indien nu de tafel in beweging wordt gezet,wordt de beitel dus door middel van de kelly even-eens in een roterende beweging gebracht.Wanneer de beitel roterende in de aarde wordt ge-drukt, zal deze met een bepaalde snelheid, afhanke-lijk van het gewicht van het gereedschap boven debeitel, de aardlagen binnendringen. De beitel zou zichechter spoedig vastwerken in het losgeboorde boor-86sel, wanneer dit niet continu werd afgevoerd door deboorspoeling, die in een spoelkop, aangebracht bovende kelly, in het holle boorgereedschap wordt gepompten door de spoelgaten van de beitel weer naar buitentreedt. Deze spoeling, die de beitel schoon houdt en desnelheid van het boren bevordert door een spuitendewerking, voert het losgeboorde gesteente tussen hetboorgereedschap en de wand van het boorgat met zichmede naar boven. Bovengronds wordt de spoeling vanhet boorgruis gezuiverd, waarna deze weer geschikt isvoor hercirculatie.De boorvloeistof heeft echter nog een andere taak. Hetdient als het ware als een tijdelijke bekleding van hetboorgat. Door zorg te dragen dat de circulerende spoe-ling een bepaald soortelijk gewicht heeft, voorkomtmen dat de inhoud van poreuze lagen zich kan uit-storten in het boorgat, terwijl tevens ook losse aard-lagen voldoende tegendruk ondervinden om instortenen n?vallen te voorkomen.In verband met grondwater en losse bovenlagen magmen echter met het zetten van de definitieve bekle-ding bovenin het boorgat niet al te lang wachten.Daarnaast doet deze bekleding ook dienst als een soortfundament, waaraan later de nog op grotere diepte inte bouwen verhuizingen kunnen worden opgehangenen waarop allerlei afsluiters kunnen worden gemon-teerd, waarmede het boorgat zonodig kan worden af-gesloten. Ook dient deze bekleding als een soort ge-leider voor het boorgereedschap bij het dieper boren.De aan te brengen bekleding bestaat uit een stalenverbuizing, met een kleinere diameter dan het ge-boorde gat, die als een serie aaneengeschroefde buizenin het boorgat wordt ingelaten. In het geval van deeerste verbuizing spreekt men vaak van de opper-vlakteserie. Bij voorkeur zal men deze serie zo diepzetten, dat losse en zachte oppervlaktelagen een eldersdagzomende waterlagen gepasseerd zijn en men dezezodoende achter de serie krijgt. Men draagt zorg, dathet uiteinde van de serie, of beter gezegd de schoen,in een stevige formatie, b.v. een harde kleilaag, komtte hangen.Nadat de serie tot op de gewenste diepte is ingebouwd,wordt deze gecementeerd. Het cementeren van eenserie wordt een seriecementatie genoemd en bestaatuit het aanbrengen van een dikke, maar nog goed ver-pompbare, brij van cement in water in de ruimte tus-sen de verbuizing en de wand van het boorgat. Dezecementbrij bindt na een bepaalde tijd af en verhardt.Hoewel het meestal niet nodig is de gehele serie vanbodem tot top op te cementeren, wordt dit voor eenoppervlakteserie wel altijd gedaan. Men moet n.l. bijdeze belangrijke verbuizing voldoende zekerheid heb-ben, dat ze spoedig vast komt te zitten en al het opper-vlaktewater afsluit.De techniek van het cementeren van een serie komtlater nog ter sprake.Na het verharden van het cement wordt het borenvoortgezet met een kleinere maat beitel. Daar hetboorgereedschap tijdens het verder boren voortdurendtegen de gecementeerde serie slaat, is het duidelijk dathet cement, vooral rondom de schoen en een voldoen-de aantal meters daarboven, van zeer goede sterktemoet zijn.Het hangt van allerlei omstandigheden af, hoe diepmen boort, voordat de tweede serie wordt ingebouwden gecementeerd. In het algemeen zal men trachtenhet boorgat na het cementeren van de oppervlakte-serie z? diep te boren, dat de top van het olievoerendegesteente wordt bereikt, waarna de tweede verbuizingwordt ingelaten en gecementeerd. Bij de cementatievan deze verbuizing wordt in principe dezelfde werk-wijze gevolgd als bij het cementeren van de opper-vlakteserie. Meestal wordt bij deze series niet zo hoogopgecementeerd, d.w.z. het cement wordt slechts overeen bepaalde afstand, gewoonlijk enkele honderdenmeters gerekend vanaf de schoen van de serie, achterde verhuizing aangebracht. Dit hangt af van de aardvan de lagen, die achter de serie worden gebracht.Men tracht zoveel mogelijk te vermijden, dat poreuzeformaties op den duur met elkaar in contact kunnenkomen. Weliswaar blijft er boorvloeistof achter deserie staan, maar deze zal geen duurzame afsluitingkunnen bewerkstelligen. Het hangt dus mede van deaard der lagen af, hoe hoog een serie moet wordenopgecementeerd, maar primair is, dat de schoen goeden vrij van lekkage wordt vastgecementeerd in deformatie.Onder bepaalde omstandigheden, maar vooral in diepeboorgaten, is het meestal nodig enige series in te bou-wen en te cementeren, voordat de einddiepte van hetbetrokken boorgat is bereikt.Nadat de laatste serie boven de top van het oliezandis gecementeerd, wordt uit de aard der zaak weer metdat de diepere lagen met elkaar en met de bovenlig-gende olielaag in contact kunnen komen. Daartoeworden tegenover en boven die diepere lagen cement-pluggen in het boorgat aangebracht van voldoendelengte om onderlinge afsluiting van de verschillendelagen te bewerkstelligen. Ook worden dergelijke plug-gen wel aangebracht tegenover het onderste gedeeltevan een olievoerende laag om bodemwater af te slui-fig. 3. doorsnede van een afgewerkte boorputeen kleinere maat beitel het olievoerende gesteenteingeboord tot op de gewenste diepte, waarna het boor-gat verder wordt afgewerkt en voor het in productienemen in gereedheid wordt gebracht.In fig. 3 is schematisch aangegeven, hoe een boorgatvan geringe diepte er afgewerkt uitziet.Het komt in het exploitatiebedrijf nogal eens voor, datmen een olielaag voorbij boort, om eerst dieper lig-gende lagen te verkennen. Wanneer het boorgat dantoch uiteindelijk op de eerste olielaag wordt afgewerkt,moet onder alle omstandigheden worden voorkomen,fig. 4. afsluiting van bodemwaterten. De werkwijze voor het aanbrengen van een plug,die later nog nader zal worden besproken, wordt in deboortechniek het zetten van een cementplug genoemd.In fig. 4 wordt schematisch ge?llustreerd, hoe een ce-mentplug het water van een dieper liggende hogedruk waterlaag van een olielaag afsluit.Hoewel cement nog enkele andere toepassingen in hetboorgat vindt, zoals het inpersen van cement onderhoge druk op plaatsen waar lekkage in het boorgatoptreedt en het injecteren van cement in lagen diescheuren en spleten vertonen, waarin de circulerendeboorvloeistof wegloopt, zijn die van het cementerenvan series en het zetten van pluggen wel de belang-rijkste. Het zijn dan ook niet zozeer het aantal varia-ties in de toepassingen, alswel de variaties in de om-standigheden van temperatuur en druk en daardoorde tijdslimiet waarbinnen een cementatie moet wordenuitgevoerd, die de toepassing van cement in boorgatentot een speciale en moeilijke techniek heeft doen ont-wikkelen.In een volgend artikel zal nader worden ingegaan opde functies van cement in boorputten en de techniekvan het cementeren.Litteratuur:Petroleum Production .............................. W. F. CloudPetroleum Production Engineering..............L. Ch. UrenVol. I Oil Field DevelopmentVol. II Oil Field ExploitationDas Erd?l, III. Band, erster Teil............... Engler-H?ferPetroleum, zoeken en ontdekken .. Dr. Ir. F. J. FaberHOOGOVENSIJ M U I D De Koninklijke Nederlandsche Hoogovens en Staallabrieken NV,te IJmuiden vraagt voor spoedige indiensttredingenige bouwkundige tekenaars-constructeurmet ervaring in Burgerlijke en Utiliteitsbouw.Sollicitaties met beschrijving van levensloop en opleiding worden, vergezeld van een recemepasfoto en onder vermelding van ons nr, Cem 149, ingewacht bij de Sociale Afd. Princenhol.DIGEST -- SOMMAIREZUSAMMENFASSUNGA digest of the contents of this numberwill be published in number 7--8 of,,Cement".le sommaire de ce num?ro sera publi?dans le num?ro 7--8 de ,,Cement".Eine Zusammenfassung dieser Nummerwird erscheinen in Nummer 7--8 von,,Cement".87
Reacties