Wpływ tlenku grafenu na właściwości zaczynów cementowych

Jamrozik, A.; Wiśniowski, R.; Stryczek, S.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Wpływ tlenku grafenu na właściwości zaczynów cementowych

Autorzy

Jamrozik A. , Wiśniowski R. , Stryczek S.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

http://www.cementwapnobeton.pl/

Identyfikatory

Warianty tytułu

Effect of graphene oxide on properties of cement slurries

Języki publikacji

PL EN

Abstrakty

W pracy zbadano wpływ zawiesiny wodnej tlenku grafenu dodawanej w ilościach 0,05 %, 0,10 % oraz 0,15 % masy cementu, na właściwości zaczynów cementowych z cementu portlandzkiego CEM I 42,5 R. Dodatek zawiesiny tlenku grafenu powoduje zmniejszenie filtracji zaczynów nawet o około 40%. Czas wiązania zaczynów ulega skróceniu o ponad 50% przy niewielkim wpływie na początek czasu wiązania, co jest szczególnie korzystne przy cementowaniu otworów gazowych. Tlenek grafenu zwiększa lepkość zaczynów, bez zmiany ich modelu reologicznego. Wszystkie zaczyny były płynami nienewtonowskimi, rozrzedzanymi ścinaniem, opisywanymi modelem Hershela-Bulkley’a. Tlenek grafenu zwiększa wytrzymałość zaczynów, przy czym największą wytrzymałość miały zaczyny z dodatkiem 0,10 % zawiesiny, których wytrzymałość zwiększyła się o około 40%.

Paper presents the results of the investigations on the influence of graphene oxide water suspension addition on the properties of cement slurries made of CEM I 42.5R ordinary Portland cement. The graphene oxide suspension was added in 0.05 %, 0.10 % and 0.15 % by mass of cement. This addition was resulting in the decreased of the cement slurry filtration by about 40%. Setting duration of slurries was decreased by over 50%, with only slight influence on the initial setting time. This is especially important in cementing gaseous wells. Graphene oxide addition increases viscosity of the slurries, however it does not change rheological model of slurries. All cement slurries had non-Newtonian properties of fluids diluted by shearing, and described with the Herschel-Bulkley model. Addition of graphene oxide suspension resulted in significant increase of strength; 0.10 % addition was found to be the most efficient, with strength gain of about 40%.

Słowa kluczowe

technologia wiertnicza zaczyn cementowy skład modyfikacja nanomateriał tlenek grafenu właściwości

drilling technology cement slurry composition modification nanomaterial graphene oxide properties

Wydawca

Fundacja Cement, Wapno, Beton

Czasopismo

Cement Wapno Beton

Rocznik

2018

Tom

R. 21/83, nr 1

Strony

59--66

Opis fizyczny

Bibliogr. 28 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Jamrozik A.

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu, Katedra Wiertnictwa i Geoinżynierii, Kraków

autor

Wiśniowski R.

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu, Katedra Wiertnictwa i Geoinżynierii, Kraków

autor

Stryczek S.

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu, Katedra Wiertnictwa i Geoinżynierii, Kraków

Bibliografia

1. S. Stryczek, A. Gonet, R. Wiśniowski, „Wpływ temperatury na właściwości technologiczne zaczynów uszczelniających stosowanych do prac geoinżynieryjnych”, Wiertnictwo Nafta Gaz 24, 519-534 (2007).
2. St. Stryczek, A. Gonet, R. Wiśniowski, „Wpływ współczynnika wodno-cementowego na parametry technologiczne świeżych zaczynów cementowych sporządzonych na osnowie cementów wieloskładnikowych”, Wiertnictwo Nafta Gaz 22, 325-332 (2005).
3. J. Bensted, J.R. Smith „Oilwell cements. Part 9. Aspects of well cementing rheology” Cement Wapno Beton 78, 92-100 (2011).
4. J. Bensted, J.R. Smith „Oilwell cements. Part 7. Cements for slimhole wells” Cement Wapno Beton 76, 122-132 (2009).
5. T. M. Mendes, D. Hotza, W. L., Repette, “Nanoparticles in cement based materials: A review”. Rev. Adv. Mater. Sci. 40, 89-96 (2015).
6. R., C., Patil, A. Deshpande, “Use of Nanomaterials in cementing applications”. Conference materials: SPE International Oil-field Nanotechnology Conference and Exhibition, Noordwijk, 2012. 120–123 (2012).
7. A. Balza, Y. Perera, J. Brito, A. Hurtado, G. Quercia, O. Corona, A. Colina, ”Nanoparticles usage tendencies in cementing systems for hydrocarbon wells”. Cementing a sustainable future-XIII International Congress on The Chemistry of Cement, Madrid, (2011).
8. A. Jamrozik, St. Stryczek, R. Wiśniowski, A. Gonet, R. Wójcik, “An application of organic nanosilica to cement slurries based on Portland Cement”, AGH Drilling, Oil, Gas 23, 747-758 (2015).
9. D. Kong, X. Du, S. Wei, H. Zhang, Y.Yang, S.P. Shah, “Influence of nano-silica agglomeration on microstructure and properties of the hardened cement-based materials”. Constr. Build. Mat. 37, 707–715 (2012).
10. S. Ridh, U. Yerikania, “The Strength Compatibility of Nano-SiO2 Geopolymer cement for oil well under HPHT conditions”. J. Civ. Eng. Res. 5, 6-10 (2015).
11. G. Quercia, et al., “Influence of olivine nano-silica on hydration and performance of oil-well cement slurries” Mat. Des. 96, 162-170 (2016).
12. M. Li, X. Qian, H. Peng, Z. Wu “The influence of silicon dioxide nanoparticles on microstructure and properties of autoclaved aerated concrete” Cement Wapno Beton 84, 320-327 (2017).
13. M. Kremieniewski, S. Stryczek, R. Wiśniowski, A. Gonet, “Reduction of the porosity in hardened oilwell cement slurries by the usage of fi negrained additives” Cement Wapno Beton 83, 325-335 (2016).
14. R. Zhang, X. Cheng, p. Hou, Z. Ye, “Influences of nano-TiO2 on the properties of cement-based materials: Hydration and drying shrinkage” Constr. Build. Mat. 81, 35-41 (2015).
15. M. Murtaza, M., K. Rahman, A., A. Al-Majed, “Mechanical and microstructural studies of nanoclay based oil well cement mix under high pressure and temperature application” International Petroleum Technology Conference, Thajland (2016).
16. A., K. Santra, P. J. Boul, J., X. Pang, “Influence of nanomaterials in oil well cement hydration and mechanical properties”, SPE International Oilfield Nanotechnology Conference and Exhibition The Netherlands (2012)
17. N. Jafariesfad, M. Khalifeh, P. Skalle, M. R. Geiker “Nanorubber-modified cement system for oil and gas well cementing application” J. Nat. Gas. Sci. Eng. 47, 91 - 100, (2017).
18. K. Sobolev, I. Flores, R. Hermosillo, l., M. Torres-Martinez, “Nanomaterials and Nanotechnology for high-performance cement composites”. Nanotechnology of Concrete: Recent Development and Future Prospectives, Denver, USA (2006).
19. V. Ershadi, T. Ebadi, A. R. Rabani, L. Ershadi, “The effect of nanosilica on cement matrix permeability in oil well to decrease the pollution of receptive environment” Inter. J. Envi. Sci. and Devel. 2, 128-132 (2011).
20. Y. Zhu, S. Murali, W. Cai, X. Li, J., W. Suk, J., R. Potts, R., S. Ruoff, “Graphene and graphene oxide: synthesis, properties, and applications” Adv. Mat. 22, 3906-3924 (2010).
21. Z. Pan, Li He, L. Qiu, A. Habibnejad Korayem, G. Li, J. Wu Zhu, F. Collins, D. Li, W. Hui Duan, M. Chien Wang, “Mechanical properties and microstructure of a graphene oxide cement composite”. Cem. Concr. Comp. 58, 140-147 (2015).
22. M. Aleksandrzak, Badania nad syntezą i funkcjonalizacją grafenu i tlenku grafenu. Praca doktorska, Szczecin (2015).
23. D. Konios, M., M. Stylianakis, E. Stratakis, E., Kymakis, “Dispersion behavior of graphene oxide and reduced graphene oxide”. J. Colloid Interface Sci. 430, 108–112 (2014).
24. A. Laskowska, M. Lipińska, M. Zaborski, „Zastosowanie grafenu w kompozytach polimerowych”, Przemysł Chemiczny 91, 1000 - 1004 (2012).
25. F. Babak, H. Abolfazl, R. Alimorad, G. Parviz, “Preparation and mechanical properties of graphene oxide: cement nanocomposites”. Scient. World J. (2014),
26. R. Wiśniowski, K. Skrzypaszek, „Komputerowe wspomaganie wyznaczania modelu reologicznego cieczy- program Flow-fluid Coef”. Nowoczesne Techniki i Technologie Bezwykopowe, 2-3, 72–77 (2001).
27. L. Shenghua, Z. Jia, Z. Linlin, J. Chunmao Jia “Preparation of cement composites with ordered microstructures via doping with graphene oxide nanosheets and an investigation of their strength and durability” Materials, 9, 11-22 (2006)
28. H. Abolfazl, F. Babak, R. Alimorad, G. Parviz “The influence of graphene oxide on mechanical properties and durability increase of concrete pavement” International Journal of Transportation Engineering, 2, 119 - 130 (2014).

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-0b6d28a1-86af-4400-904e-71704d69c111