.jpg){kind=small}
حسابات خلطة الأسمنت (Cement Slurry Design)
مقدمة: كيمياء التبطين
الأسمنت في الحفر مش مجرد "رملة ومية". ده علم دقيق (Chemistry) بنحسب فيه كل مادة بالجرام عشان نوصل للكثافة واللزوجة المطلوبة. أي غلطة هنا ممكن تخلي الأسمنت "يشك" جوه المواسير (Flash Set) أو ما ينشفش خالص.
1. حساب الإضافات (Additives Calculation)
قبل ما نخلط، لازم نعرف الشيكارة الواحدة (وزنها القياسي 94 رطل) محتاجة مية وإضافات قد إيه.
المعادلات الأساسية:
- وزن الإضافة (lb/sk): نسبة الإضافة × 94 رطل.
- حجم الخليط (Yield) ft³/sk: (مجموع أوزان المواد) ÷ (مجموع أحجام المواد بالجالون × 8.33) × تحويل للقدم المكعب.
- الكثافة (Density) lb/gal: الوزن الكلي ÷ الحجم الكلي بالجالون.
مثال عملي (من الماتريال):
أسمنت Class A مع 4% بنتونيت.
- مية الأسمنت = 5.1 جالون/شيكارة.
- مية البنتونيت = 2.6 جالون (لأن البنتونيت "عطشان" للمية).
- الكثافة النوعية للأسمنت (SG) = 3.14
- الكثافة النوعية للبنتونيت (SG) = 2.65
الخطوات:
1. وزن البنتونيت: 0.04 × 94 = 3.76 lb.
2. إجمالي المية: 5.1 + 2.6 = 7.7 gal/sk.
3. حجم الخليط (Yield):
- حجم الأسمنت المطلق = 94 ÷ (3.14 × 8.33) = 3.59 جالون.
- حجم البنتونيت المطلق = 3.76 ÷ (2.65 × 8.33) = 0.17 جالون.
- حجم المية = 7.7 جالون.
الحجم الكلي بالجالون = 3.59 + 0.17 + 7.7 = 11.46 gal/sk.
الـ Yield بالقدم المكعب = 11.46 ÷ 7.48 = 1.53 ft³/sk.
4. كثافة الخليط (Slurry Density):
الوزن الكلي = 94 (أسمنت) + 3.76 (بنتونيت) + (7.7 × 8.33 مية) = 161.9 رطل.
الكثافة = 161.9 ÷ 11.46 = 14.13 lb/gal (ppg).
2. كم شيكارة أسمنت نحتاجها؟ (Sacks Required)
بعد ما صممنا الخلطة (وعرفنا إن الـ Yield هو 1.53 ft³/sk)، نشوف البير محتاج كام شيكارة. بنحسب حجم الفراغ الحلقي (Annular Volume) ونضربه في معامل "زيادة" (Excess) عشان الحفر المفتوح مش منتظم.
بيانات البير:
- قطر البير 17-1/2 بوصة، وكيسنج 13-3/8 بوصة.
- طول عمود الأسمنت المطلوب = 2000 قدم (Lead Cement).
- نسبة الزيادة (Excess) = 50%.
- الـ Yield للأسمنت = 1.59 ft³/sk.
الحساب:
1. سعة الفراغ الحلقي (Annular Capacity):
(17.5² - 13.375²) ÷ 183.35 (للتحويل لـ ft³/ft) = 0.6946 ft³/ft.
2. الحجم المطلوب (مع الزيادة):
2000 قدم × 0.6946 × 1.50 (50% زيادة) = 2083.8 ft³.
3. عدد الشكاير:
2083.8 ÷ 1.59 (Yield) = 1311 شيكارة.
3. سدادة الأسمنت المتوازنة (Balanced Plug)
لما بنحتاج نقفل البير أو نعمل Kick-off، بنضخ سدادة أسمنت. التحدي هنا إننا نضمن إن ارتفاع الأسمنت جوه المواسير يساوي ارتفاعه بره المواسير (Balanced) عشان ما يهربش (U-Tube).
المعادلة الذهبية (لحساب طول السدادة):
Length = (عدد الشكاير × Yield) ÷ (سعة الفراغ + سعة الماسورة)
مثال سريع:
- 129 شيكارة، Yield 1.15.
- سعة الفراغ 0.3272، سعة الماسورة 0.0417.
- الطول = (129 × 1.15) ÷ (0.3272 + 0.0417) = 148.35 ÷ 0.3689 = 402 قدم.
في حسابات الـ Balanced Plug، لازم تضخ كمية مية (Spacer) ورا الأسمنت محسوبة بدقة عشان توازن عمود المية اللي ضخيته قدام الأسمنت. المعادلة بتقول:
Spacer Behind = Spacer Ahead × (Annular Cap ÷ Pipe Cap).
ملخص القوانين
| المطلوب | المعادلة المختصرة |
|---|---|
| Slurry Yield | Total Volume (gal) ÷ 7.48 |
| Sacks Required | Volume Required (ft³) ÷ Yield |
| Displacement | Casing Capacity (bbl) × Depth |
الخلاصة
حسابات الأسمنت مافيهاش "تقريب". الشيكارة الزيادة فلوس، والشيكارة الناقصة كارثة. لازم تحسب الـ Yield بدقة المعمل، وتحسب حجم البير بزيادة الـ Excess المناسبة (عادة 20-50% حسب الـ Caliper).