Korelacja skuteczności działania środków dyspergujących o różnym mechanizmie upłynniania

• Autorzy: Kremieniewski Marcin

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.11.07

Warianty tytułu

EN

Correlation of the effectiveness of dispersing agents with different liquefaction mechanisms

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Efektywne uszczelnienie otworu wiertniczego zależy od wielu właściwości zaczynu cementowego. Do ważniejszych należą parametry reologiczne. Zaprojektowanie zaczynu o wymaganych wartościach lepkości plastycznej, granicy płynięcia czy współczynnika konsystencji przyczynia się do sprawnego przeprowadzenia zabiegu cementowania i pozwala efektywnie wypełnić cementowaną przestrzeń pozarurową. W celu dostosowania parametrów reologicznych do wymagań technologicznych wykorzystuje się środki dyspergujące. Działanie tych upłynniaczy bądź superplastyfikatorów związane jest z ich budową chemiczną, która ma wpływ na mechanizm upłynniania. Dlatego też w celu odpowiedniego doboru środka upłynniającego korzystne jest zaznajomienie się z jego mechanizmem działania, dzięki czemu możliwe będzie zastosowanie optymalnych ilości dla danej receptury zaczynu. W publikacji omówiona została skuteczność działania środków dyspergujących w zależności od ich mechanizmu upłynniania. Realizowane prace badawcze polegały na modyfikacji zaczynu cementowego za pomocą soli sodowych polikondensatów formaldehydowych kwasów naftalenosulfonowych oraz dyspergatora polimerowego na bazie karboksylanów. Zastosowano ilości środka dyspergującego w zakresie od 0,05% (bwoc1 ) do 1,0% (bwoc). Przeprowadzono badania parametrów reologicznych opisywanych za pomocą pięciu modeli reologicznych, tj. Newtona, Binghama, Ostwalda de Waele’a, Cassona, Herschela-Bulkleya. Głównym celem prac opisanych w artykule było przeprowadzenie analizy korelacyjnej zmiany parametrów reologicznych zaczynów modyfikowanych środkami dyspergującymi należącymi do różnych grup w zależności od ich mechanizmu upłynniania. Dzięki temu możliwe było wskazanie efektywności działania dodatków dyspergujących w zależności od zastosowanej ilości upłynniacza należącego do danej grupy. Zrealizowane prace są pomocne przy określeniu optymalnej ilości środka dyspergującego danego rodzaju (o danym mechanizmie działania).

EN

Effective borehole sealing depends on many properties of the cement slurry. The rheological parameters are the most important. Designing the cement slurry with the required values of plastic viscosity, yield point or consistency coefficient contributes to the efficient performance of the cementing procedure and allows for effective filling of the cemented space outside the tubing. In order to adjust rheological parameters to technological requirements, dispersants are used. The operation of these plasticizers or superplasticizers is related to their chemical structure, which determines their liquefaction mechanism. Therefore, in order to properly select a fluidizing agent, it is beneficial to become familiar with its mechanism of operation, thanks to which it will be possible to use the optimal amounts for a given cement slurry recipe. The publication discusses the effectiveness of dispersing agents depending on their liquefaction mechanism. The research work carried out consisted in the modification of the cement slurry with the use of sodium salts of polycondensates of naphthalene sulfonic acids and a polymer dispersant based on carboxylates. Amounts of dispersant ranging from 0.05% (bwoc) to 1.0% (bwoc) were used. The rheological parameters described by means of five rheological models, i.e. Newton, Bingham, Ostwald de Waele, Casson and Herschele-Bulkley, were tested for the cement slurries. The main goal of the work presented in the article was to conduct a correlation analysis of the change in rheological parameters of slurries modified with dispersants belonging to different groups depending on their liquefaction mechanism. Thanks to this, it was possible to indicate the effectiveness of the dispersing additives depending on the amount of the fluid used belonging to a specific group. The work carried out is helpful in determining the optimal amount of dispersing agent depending on its type (mechanism of action).

Słowa kluczowe

PL

zaczyn cementowy; parametry reologiczne; skuteczność uszczelnienia otworu; cementowanie otworu wiertniczego

EN

cement slurry; rheological parameters; borehole sealing efficiency; well cementing

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 11
• Strony: 816--826
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz.

Twórcy

autor

Kremieniewski Marcin

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Ali M., Jarni H.H., Aftab A., Ismail A.R., Saady N.M.C., Sahito M.F., Keshavarz A., Iglauer S., Sarmadivaleh M., 2020. NanomaterialBased Drilling Fluids for Exploitation of Unconventional Reservoirs: A Review. Energies, 13: 3417. DOI: 10.3390/en13133417.
• Dębińska E., 2013. Wyznaczanie statycznej wytrzymałości strukturalnej i wczesnej wytrzymałości mechanicznej zaczynów cementowych. Nafta-Gaz, 2: 134–142.
• Jasiczak J., Mikołajczyk P., 1997. Technologia betonu modyfikowanego domieszkami i dodatkami. Przegląd tendencji krajowych i zagranicznych. Wydaw. Politechniki Poznańskiej, Poznań.
• Kremieniewski M., 2018. Wpływ środków regulujących czas wiązania na parametry reologiczne zaczynu cementowego. Nafta-Gaz, 11:828–838. DOI: 10.18668/NG.2018.11.07.
• Kremieniewski M., 2019. Rola plastyfikatora w projektowaniu zaczynu lekkiego o podwyższonej stabilności sedymentacyjnej. Nafta-Gaz, 9:571–578. DOI: 10.18668/NG.2019.09.06.
• Kremieniewski M., 2020a. Recipe of Lightweight Slurry with High Early Strength of the Resultant Cement Sheath. Energies, 1(7): 1583. DOI: 10.3390/en13071583.
• Kremieniewski M., 2020b. Ultra-Lightweight Cement Slurry to Seal Wellbore of Poor Wellbore Stability. Energies, 13(12): 3124. DOI:10.3390/en13123124.
• Kremieniewski M., 2020c. Zmiana parametrów reologicznych zaczynu lateksowego pod wpływem dodatku mikrosfery. Nafta-Gaz, 1: 37–45. DOI: 10.18668/NG.2020.01.05.
• Kremieniewski M., 2020d. Zmiana wczesnej wytrzymałości na ściskanie pod wpływem wybranych środków poprawiających stabilność sedymentacyjną. Nafta-Gaz, 7: 466–473. DOI: 10.18668/NG.2020.07.05.
• Kremieniewski M., Stryczek S., 2019. Zastosowanie cementu wysokoglinowego do sporządzania zaczynów uszczelniających w technologiach wiertniczych. Cement Wapno Beton, 3, 215–226.
• Kremieniewski M., Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A., 2016. Zmniejszanie porowatości stwardniałych zaczynów wiertniczych poprzez wprowadzenie dodatków drobnoziarnistych. Cement Wapno Beton, 5: 325–335.
• Kurdowski W., 2010. Chemia cementu i betonu. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
• Łukowski P., 2013. Rola chemii budowlanej w kształtowaniu współczesnego betonu. Materiały Budowlane, 11: 96–97.
• Sitarz M., Urban M., Hager I., 2020. Rheology and Mechanical Properties of Fly Ash-Based Geopolymer Mortars with Ground Granulated Blast Furnace Slag Addition. Energies, 13(10): 2639. DOI: 10.3390/en13102639.
• Skrzypaszek K., Stryczek S., Wiśniowski R., 2015. Wpływ współczynnika wodno-cementowego na rodzaj modelu reologicznego zaczynu cementowego. Nafta-Gaz, 1: 18–23.
• Stryczek S. (red.), Małolepszy J., Gonet A., Wiśniowski R., Kotwica Ł., 2011. Wpływ dodatków mineralnych na kształtowanie się właściwości technologicznych zaczynów uszczelniających stosowanych w wiertnictwie i geoinżynierii. Wydawnictwo S.C.M.R. Wioska z Chorzowa, Kraków.
• Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A., 2007. Wpływ plastyfikatorów na właściwości reologiczne zaczynów uszczelniających do prac geoinżynieryjnych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 24(1): 535–552.
• Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A., Ferens W., 2009. Parametry reologiczne świeżych zaczynów uszczelniających w zależności od czasu ich sporządzania. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 1–2(26): 369–382.
• Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A., Złotkowski A., 2010. Wpływ rodzaju cementu na właściwości reologiczne zaczynów uszczelniających stosowanych w technologiach wiertniczych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 27(4): 721–739.
• Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A., Złotkowski A., 2014. The influence of time of rheological parameters of fresh cement slurries. AGH Drilling, Oil, Gas, 31(1): 123–133.
• Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A., Złotkowski A., Ziaja J., 2013. Influence of polycarboxylate superplasticizers on rheological properties of cement slurries used in drilling technologies. Archives of Mining Sciences, 58(3): 719–728.
• Stryczek S., Wiśniowski R., Kumala B., 2008. Wpływ superplastyfikatora na parametry technologiczne zaczynów uszczelniających sporządzonych na osnowie cementów portlandzko-popiołowych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 25(2): 717–731.
• Tahir M., Hincapie R.E., Ganzer L., 2020. Influence of Sulfate Ions on the Combined Application of Modified Water and Polymer Flooding – Rheology and Oil Recovery. Energies, 13: 2356. DOI: 10.3390/en13092356.
• Tao C., Kutchko B.G., Rosenbaum E., Massoudi M., 2020. A Review of Rheological Modeling of Cement Slurry in Oil Well Applications. Energies, 13: 570. DOI: 10.3390/en13030570.
• Tao C., Kutchko B.G., Rosenbaum E., Wu W.-T., Massoudi M., 2019. Steady Flow of a Cement Slurry. Energies, 12: 2604. DOI:10.3390/en12132604.
• Wiśniowski R., 2001. Metodyka określania modeli reologicznych cieczy wiertniczej. Zeszyty Naukowe AGH. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 18(1): 247–261.
• Wiśniowski R., Skrzypaszek K., 2006. Analiza modeli reologicznych stosowanych w technologiach inżynierskich. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 23(1): 523–532.
• Wiśniowski R., Skrzypaszek K., Małachowski T., 2020. Selection of a Suitable Rheological Model for Drilling Fluid Using Applied Numerical Methods. Energies, 13: 3192. DOI: 10.3390/en13123192.
• Wiśniowski R., Stryczek S., Skrzypaszek K., 2007. Kierunki rozwoju badań nad reologią płynów wiertniczych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 24(1): 595–607.
• Akty prawne i dokumenty normatywne
• PN-EN 934-2 Domieszki do betonu, zaprawy i zaczynu. Cz. 2: Domieszki do betonu. Definicje, wymagania, zgodność, oznakowanie i etykietowanie.
• PN EN ISO 10426-1 Przemysł naftowy i gazowniczy. Cementy i materiały do cementowania otworów. Część 1: Specyfikacja.
• PN-EN 10426-2 Przemysł naftowy i gazowniczy. Cementy i materiały do cementowania otworów. Część 2: Badania cementów wiertniczych.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).