Dynamic Aspects Governing Cement-Plug Placement in Deepwater Wells

Abstract

Summary Plug cementing is still considered to be a critical operation, and cases of failure eventually happen. A large annular gap and eccentricity, typical of these operations, are factors that may promote unstable flows, resulting in cement-slurry contamination. Deepwater conditions enhance chances of free fall, and, consequently, low displacement velocities can occur in the annulus. This article presents a parametric study of the role of rheological properties of fluids (drilling fluid, spacers, and cements slurries), string rotation, and flow rates (including free-fall effects) in the displacement quality of cement plugs. Analyses are based on two different simulation tools. Conventional cement-pumping software defines flow-rate profiles at the annulus entrance, accounting for free-fall effects, and computational fluid dynamics (CFD) simulates the interface propagation and contamination levels. The main issues addressed by the simulations are What are the maximum yield stresses that guarantee nonstagnation regions while circulating the drilling fluid?How can one optimize density and rheology hierarchy, which minimizes contamination and avoids channeling?What is the role of string rotation on the displacement efficiency? The compilation of simulation results into useful guidelines and procedures for displacing cement plugs in vertical, inclined, and horizontal offshore wells is presented.

The Effects of Density Difference on Displacement Interface in Eccentric Annulus During Horizontal Well Cementing

“…There is no doubt that a bad annular cementing quality can lead to any of the following problems or disasters: blowout, leakage at surface, destruction of subsurface ecology, potential contamination of freshwater, delayed or failed abandonment, as well as loss of revenue. Many factors can affect the displacement interface shape [1][2][3][4][5][6][7][8][9], such as:…”

Posicionamento De Tampões Em Poços De Petróleo: Uma Investigação De Escoamentos De Inversão Por Gravidade

“…Alguns trabalhos (92,93,148,118,127,103,83,9) atestam que o processo de deslocamento de fluidos em poço vertical é governado principalmente pelas razões de viscosidade e densidade, propriedades dos fluidos, geometria do poço (dimensões, excentricidade do espaço anular entre a coluna e o revestimento e inclinação) e vazão. Abdu (1) e Deawwanich (58) apresentam análises e discussões acerca da influência de cada um desses parâmetros na eficiência de deslocamento.…”

“…O módulo de armazenamento também é conhecido como módulo elástico e o módulo de dissipação também é denominado módulo viscoso ou de perda. Tais módulos são definidos como (3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16) sendo ω a freqüência, τ a a amplitude de tensão e γ a = {γ(t)/ sin(ωt) a amplitude de deformação, τ (t) = τ a sin(ωt + δ) = τ a sin(ωt) + τ a cos(ωt) a tensão senoidal aplicada, A principal função deste teste é delimitar a região viscoelástica linear, ou seja, a região em baixas amplitudes caracterizada pela dependência linear entre a tensão e a deformação. Esse teste permite correlacionar a microestrutura com a resposta linear mecânica (30).…”

“…Este determina a correspondência entre as dimensões reais do plano do escoamento ∆y e as dimensões em pixels na imagem. Logo, Cal = ∆y px (3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17) sendo ∆y = D. Para cada teste realizado, utiliza-se as marcações ao longo do eixo vertical do tubo como fator de calibração. A Figura 3.11 ilustra um exemplo desta correlação.…”

“…Step f ps (3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)(20)(21)(22) onde f Step é a taxa de leitura dos quadros do vídeo e f ps é o número total de quadros por segundo registrado pela câmera fotográfica. Observe que para vídeos curtos f Step = f ps, indicando que todos os quadros do vídeo são processados.…”