Wpływ perlitu pylistego na własności technologiczne zaczynu cementowego

• Autorzy: Kremieniewski M. , Rzepka M.

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2017.12.05

Warianty tytułu

EN

Effect of perlite admixture on technological properties of cement slurry

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wpływ domieszki perlitu pylistego na parametry zarówno świeżego, jak również stwardniałego zaczynu cementowego. Obecność perlitu w technologiach budowlanych znana jest już od dłuższego czasu, jednak w przemyśle naftowym nie był on wykorzystywany. Dlatego też postanowiono poddać badaniom zaczyny cementowe z domieszką najdrobniejszych frakcji perlitu, który określa się mianem perlitu pylistego bądź perlitu filtracyjnego. Środka tego użyto w celu regulacji parametrów technologicznych świeżego zaczynu cementowego oraz poprawy mikrostruktury płaszcza cementowego. Drobne frakcje dodatków i domieszek umożliwiają z reguły wypełnienie przestrzeni międzyziarnowych, dzięki czemu możliwe jest uzyskanie szczelnej matrycy płaszcza cementowego. Wspomnieć należy, iż dodatkowa cecha perlitu, którą jest jego bardzo niski ciężar właściwy, umożliwia zaprojektowanie zaczynu cementowego o obniżonej gęstości. Jest to korzystne na przykład podczas uszczelniania horyzontów wykazujących prawdopodobieństwo ucieczek podczas prac rekonstrukcyjnych lub posiadających niskie gradienty szczelinowania. Jednak w tym celu stosowane są znacznie większe ilości tego środka. W trakcie realizacji prac badawczych, których celem było określenie wpływu domieszki perlitu na parametry technologiczne zaczynu cementowego, zastosowano perlit pylisty 0,5% w stosunku do ilości masy cementu. W celu wychwycenia zmian w parametrach zaczynów sporządzono receptury kontrolne. Określone zostały takie właściwości zaczynu jak: parametry reologiczne, filtracja, czas gęstnienia, odstój wody, stabilność sedymentacyjna. Dla próbek stwardniałych zaczynów określono wpływ domieszki na parametry mechaniczne (wytrzymałość na ściskanie) i parametry fizykomechaniczne (przyczepność do rur stalowych i przyczepność do formacji skalnej). Dodatkowo stwardniały zaczyn cementowy poddano badaniom opisującym mikrostrukturę próbki i wykonano badania porowatości oraz przepuszczalności. W celu określenia wpływu domieszki perlitu pylistego na parametry zaczynu i powstałego z niego stwardniałego zaczynu, badania przeprowadzone zostały dla receptur przeznaczonych do uszczelniania otworów w warunkach otworowych o temperaturze od 30°C do 90°C oraz ciśnieniu od 5 MPa do 35 MPa.

EN

The article presents the effect of perlite admixture on the parameters of fresh and set cement slurry. The presence of perlite in construction technologies has been known for a long time, however, in the oil industry, perlite has not been used. Therefore, it was decided to undertake research on cement slurries with the admixture of the finest fractions of perlite, which are called perlite dust or filter perlite. This agent was used to adjust the technological parameters of fresh cement slurry and enhance the microstructure of cement sheath. Fine fractions of filler additives and admixtures usually fill the intergranular space, which makes it possible to obtain a sealed matrix of the cement sheath. It should be mentioned that an additional feature of perlite, which is its very low specific gravity, is that it allows the design of a low density cement slurry. This is an advantage when, for example: sealing the horizons with probability of leakage during reconstruction work or low pressure gradient. However, much larger amounts of this agent are used for this purpose. During research, which were aimed at investigating the effect of perlite admixture on the technological parameters of the cement slurry, perlite dust was used in a specified (0.5%) amount to weight of cement. In order to detect the changes in the parameters of slurries, base cement slurry was prepared. The properties of the cement slurry such as: rheological parameters, fluid loss, thickening time, free water and sedimentation stability were determined. For samples of hardened cement slurry, the effect of the admixture on mechanical parameters (compressive strength), physico-mechanical parameters (adhesion to steel pipes and adhesion to rock formation) were determined. In addition, the set cement slurry was subjected to microstructure analysis and porosity and permeability tests were also performed. In order to determine the effect of dust perlite on the parameters of fresh and hardened cement slurry, tests were conducted for cement slurries designed to seal wells under hole conditions of 30°C to 90°C and pressure from 5 MPa to 35 MPa.

Słowa kluczowe

PL

zaczyn cementowy; perlit ekspandowany; własności technologiczne zaczynu cementowego; szczelność płaszcza cementowego; drobne frakcje; stabilność sedymentacyjna

EN

cement slurry; expanded perlite; technological properties of cement slurry; tightness of cement sheath; fine fractions; sedimentation stability

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 73, nr 12
• Strony: 943--952
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kremieniewski M.

• Zakład Technologii Wiercenia. Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy ul. Lubicz 25 A 31-503 Kraków

autor

Rzepka M.

• Laboratorium Zaczynów Uszczelniających w Zakładzie Technologii Wiercenia. Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy ul. Lubicz 25 A 31-503 Kraków

Bibliografia

• [1] Aguilera R., Cordell G., Ng M.G., Nicholl G.W., Runions G.A.: Horizontal Wells. Gulf publishing Company, Houston 1991.
• [2] Armessen P., Jourdan A.P., Mariotti Ch.: Horizontal drilling gas negative and positive factors. PennWell Publishing Comp. 1988.
• [3] Bandrowski J., Merta H., Zioło J.: Sedymentacja zawiesin. Zasady i projektowanie. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1995.
• [4] Barron A.R.: Hydratation of Portland Cement; http://cnx.org/content/m16447/latest/ (dostęp: 26.01.2010).
• [5] Bhatty J.I., Banfill P.F.G.: Sedimentation behaviour in cement pastes subjected to continuous shear in rotational viscometers. Cement and Concrete Research 1982.
• [6] Carpenter R.B.: Matrix Control Cementing Slurry. U.S. Patent No. 4.569.395, 1986.
• [7] Chatterji S.: On the properties of freshly made Portland cement paste. Part 2. Sedimentation and strength of flocculation. Cement and Concrete Research 1988.
• [8] Dębińska E.: Ocena działania dodatków opóźniających czas wiązania zaczynów cementowych na podstawie badań laboratoryjnych. Nafta-Gaz 2012, nr 4, s. 225-232.
• [9] Dohnalik M., Zalewska J.: Korelacja wyników laboratoryjnych uzyskanych metodą rentgenowskiej mikrotomografii, jądrowego rezonansu magnetycznego i porozymetrii rtęciowej. Nafta-Gaz nr 2013, nr 10, s. 735-743.
• [10] Kątna Z. i in.: Badania modelowe wpływu odstoju wody, sedymentacji i początkowego skurczu zaczynu cementowego na jakość uszczelniania rur w otworach odchylonych od pionu i poziomych w temperaturach do 85°C. Praca naukowo-badawcza INiG, Kraków 1997.
• [11] Kremieniewski M., Rzepka M., Stryczek S., Wiśniewski R., Kotwica Ł., Złotkowski A.: Korelacja przepuszczalności i parametrów opisujących strukturę stwardniałych zaczynów cementowych stosowanych do uszczelniania otworów w rejonie Basenu Pomorskiego. Nafta-Gaz 2015, nr 10, s. 737-746, DOI: 10.18668/NG2015.10.04.
• [12] Kremieniewski M., Stryczek S., Kotwica Ł.: Zmiany w mikrostrukturze płaszcza cementowego w zależności od warunków hydratacji zaczynu. Nafta-Gaz 2014, nr 12, s. 918-926.
• [13] McNaught A.D., Wilkinson A.: IUPAC. Compendium of Chemical Terminology (Gold Book). Wyd. 2. Oksford: Blackwell Scientific Publications, 1997. Wersja internetowa: Nic M., Jirat J., Kosata B.: Colloidal dispersion (ang.), aktualizowana przez Jenkins A., DOI: 10.1351/goldbook.C01174.
• [14] Neville A.M.: Właściwości betonu. Kraków 2000.
• [15] Perlit ekspandowany. Zastosowanie. Opracowanie Zakładów Górniczo-Metalowych „Zębiec" w Zębcu S.A., Starachowice; http://www.zebiec.pl/pliki/zastosowanie_perlitu.pdf (dostęp: 06.2017).
• [16] Praca zbiorowa: Rzeczpospolita łupkowa. Studium wiedzy o gazie z formacji łupkowych. Prace Naukowe INiG 2012, nr 183.
• [17] Rzepka M., Stryczek S.: Laboratoryjne metody określania parametrów technologicznych świeżych zaczynów uszczelniających przed zabiegiem związanym z procesem uszczelniania kolumn rur okładzinowych w otworach wiertniczych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz 2008, t. 25, z. 2, s. 625-636.
• [18] Sawicki J.: Perlit ekspandowany - arcymistrz termoizolacji; http://www.altex.pl/pdf/perlit.pdf chrzanow.pl (dostęp: 06.2017).
• [19] Stryczek S., Gonet A., Wiśniowski R.: Wpływ wybranego dodatku mineralnego na własności technologiczne zaczynów cementowych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz 2005, t. 22, z. 1, s. 333-341.
• [20] Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A., Złotkowski A.: The influence of time of rheological parameters offresh cement slurries. AGH Drilling, Oil, Gaś 2014, vol. 31, s. 123-133.

Uwagi

PL

Artykuł powstał na podstawie pracy badawczej pt.: Analiza możliwości poprawy stabilności sedymentacyjnej zaczynów cementowych - praca INiG - PIB na zlecenie MNiSW; nr zlecenia: 36/KW/16, nr archiwalny: DK-4100/36/16.