Wpływ drobnoziarnistej krzemionki na parametr czasu oczekiwania na cement – WOC

• Autorzy: Kremieniewski Marcin

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2019.11.03

Warianty tytułu

EN

The effect of fine-grained silica on the waiting on cement (WOC) parameter

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podczas projektowania zaczynu cementowego przeznaczonego do uszczelniania kolumny rur okładzinowych jego parametry dobierane są w zależności od występujących warunków geologiczno-technicznych. Właściwości świeżego zaczynu powinny pozwalać na odpowiednie przetłoczenie go przez kolumnę rur w uszczelniany interwał przestrzeni pierścieniowej lub pozarurowej przy możliwie maksymalnym wyparciu płuczki oraz odpowiednim usunięciu pozostałości osadu. Czas gęstnienia oraz wiązania dobiera się w taki sposób, aby zaczyn rozpoczął wiązanie po wtłoczeniu go w uszczelnianą przestrzeń pierścieniową lub pozarurową. Po związaniu zaczynu następuje budowanie wczesnej wytrzymałości mechanicznej, a czas niezbędny do związania zaczynu określany jest mianem WOC (z ang. waiting on cement – „czas oczekiwania na cement”). Wymaga się, aby wartość tego parametru była możliwie niska, co umożliwi wcześniejsze przystąpienie do dalszych prac i wiercenia kolejnego interwału. W związku z tym uzyskanie krótkiego czasu WOC jest bardzo korzystne z ekonomicznego punktu widzenia i trwają prace, aby parametr ten był skracany do minimum. Ze względu na powyższe wymagania, które są stawiane zaczynom cementowym wykorzystywanym do uszczelniania otworów wiertniczych, istnieje konieczność ciągłego doskonalenia stosowanych receptur, dlatego też badaniom poddawane są coraz nowsze materiały. Jednym z takich dodatków jest dwutlenek krzemu o bardzo dużej powierzchni właściwej, dzięki czemu wykazuje on korzystny wpływ na parametry technologiczne zaczynu. Ten właśnie rodzaj mikrokrzemionki został poddany badaniom, podczas których określono wpływ SiO2 na szybkość osiągnięcia wartości WOC, co zostało omówione w niniejszej publikacji. W trakcie realizacji prac badawczych, których celem było określenie wpływu drobnoziarnistej krzemionki na szybkość osiągnięcia wartości 3,5 MPa, czyli parametru WOC, wykonano badania dla czterech receptur zaczynów. Jedna z receptur to zaczyn kontrolny, który służył za punkt odniesienia, kolejne trzy zaczyny to składy zawierające odpowiednio 10%, 20% i 30% drobnoziarnistej mikrokrzemionki SBC. Podczas badań wstępnych określono wpływ stosowanego dodatku na parametry technologiczne świeżego zaczynu. Następnie skoncentrowano się na wartościach wczesnej wytrzymałości mechanicznej stwardniałego zaczynu. Badania prowadzono za pomocą metody nieniszczącej przy użyciu UCA w warunkach otworopodobnych (temperatura 30°C i ciśnienie 5 MPa). Określono wytrzymałość na ściskanie po upływie ustalonego czasu (12, 42, 48 godzin) oraz czas, po jakim uzyskano wymagane wartości wytrzymałości na ściskanie (3 MPa, 3,5 MPa, 4 MPa, 10 MPa). Na podstawie otrzymanych wyników określono wpływ dodatku drobnoziarnistej mikrokrzemionki na parametr WOC, czyli na szybkość osiągnięcia wartości wytrzymałości 3,5 MPa.

EN

When designing a cement slurry for sealing a column of casing pipes, its parameters are selected depending on the geological and technical conditions. The properties of the fresh cement slurry should be that it can be properly forced through the column of pipes into the interval of the annular space being sealed with the possible maximum removal of the drilling mud. The thickening and setting time is selected in such a way that the cement slurry begins to set after being pressed into the annular space being sealed. When the slurry is set, early mechanical strength starts to build up. The time needed for the cement slurry to set is called WOC (waiting on cement). The value of this parameter should be as short as possible, thus allowing for earlier commencement of further work and drilling of the next interval. Therefore, obtaining a short WOC time is very beneficial from an economic point of view and work is underway to keep this parameter to a minimum. Due to the above requirements, which are posed by cement slurries used to seal boreholes, it is necessary to continuously improve the recipes used, which is why newer materials are being tested. One of such additions is silicon dioxide with a very large specific surface area, thanks to which it has a beneficial effect on the technological parameters of the cement slurry. This type of microsilica has been studied and the effect of SiO2 on the rate of reaching WOC value has been determined, which is discussed in this publication. During the research works aimed at determining the effect of fine-grained silica on the rate of reaching 3.5 MPa, or the WOC parameter, tests were carried out for four cement slurries formulas. One of the recipes was a control slurry that served as a reference point, the next three slurries were compositions containing 10%, 20% and 30% of SBC fine-grained microsilica, respectively. During the preliminary tests, the effect of the applied additive on the technological parameters of the fresh cement slurry was determined. Then we focused on the values of early mechanical strength of the hardened cement slurry. The tests were carried out by non-destructive method using UCA under borehole-like conditions (temperature of 30°C and pressure of 5 MPa). We determined the compressive strength after a specified time (12, 42, 48 hours), and the time after which the compressive strength values were obtained (3 MPa, 3.5 MPa, 4 MPa, 10 MPa). On the basis of the obtained results, the effect of fine-grained microsilica addition on the WOC parameter was determined, i.e. on the rate of reaching the strength value of 3.5 MPa.

Słowa kluczowe

PL

receptura; zaczyn cementowy; czas oczekiwania; cement; wytrzymałość na ściskanie; mikrokrzemionka; dodatek drobnoziarnisty; ultradźwiękowy analizator cementu

EN

recipe; cement slurry; cement; compressive strength; microsilica; fine-grained addition; ultrasonic cement analyzer

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 75, nr 11
• Strony: 683--690
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz.

Twórcy

autor

Kremieniewski Marcin

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Bensted J., 2004. Cementy wiertnicze. Cz. 2. Stosowanie cementów wiertniczych do cementowania odwiertów. Cement Wapno Beton, 2: 61–72.
• Bensted J., Smith J.R., 2008. Cementy wiertnicze z historycznej perspektywy. Cement Wapno Beton, 3: 124–135.
• Dębińska E., 2013. Wyznaczanie statycznej wytrzymałości strukturalnej i wczesnej wytrzymałości mechanicznej zaczynów cementowych. Nafta-Gaz, 2: 134–142.
• Floyd Farris R., 1946. Method for Determining Minimum Waiting-on-cement Time. Society of Petroleum Engineers. DOI: 10.2118/946175-G.
• Gawlik P., Szymczak M., 2006. Migracje gazowe w przestrzeniach międzyrurowych otworów realizowanych na przedgórzu Karpat. NaftaGaz, 7–8: 349–358.
• Habrat S., Raczkowski J., Zawada S., 1980. Technika i technologia cementowań w wiertnictwie. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa: 1–498.
• Jordan M.E., Shepherd R.A., 1985. Cement Bond Log: Determining Waiting-on-Cement Time. Society of Petroleum Engineers. DOI: 10.2118/14200-MS.
• Kremieniewski M., 2016. Ograniczenie ekshalacji gazu w otworach wiertniczych poprzez modyfikację receptur oraz kształtowanie się struktury stwardniałych zaczynów uszczelniających. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, 199: 1–400.
• Kremieniewski M., 2017. Poprawa stabilności sedymentacyjnej zaczynu cementowego. Nafta-Gaz, 4: 242–249. DOI:10.18668/NG.2017.04.04.
• Kremieniewski M., 2018a. Poprawa wczesnej wytrzymałości mechanicznej płaszcza cementowego powstałego z zaczynu lekkiego. NaftaGaz, 8: 606–612. DOI: 10.18668/NG.2018.08.06.
• Kremieniewski M., 2018b. Wpływ środków regulujących czas wiązania na parametry reologiczne zaczynu cementowego. Nafta-Gaz, 11:828–838. DOI: 10.18668/NG.2018.11.07.
• Kremieniewski M., 2018c. Zmiana parametrów technologicznych zaczynu cementowego pod wpływem przeciwsedymentacyjnego dodatku żywicy ksantanowej. Nafta-Gaz, 12: 927–937. DOI: 10.18668/NG.2018.12.07.
• Kremieniewski M., 2019a. O konieczności prowadzenia serwisowych badań parametrów technologicznych zaczynów uszczelniających. Nafta-Gaz, 1: 48–55. DOI: 10.18668/NG.2019.01.07.
• Kremieniewski M., 2019b. Korelacja wyników badań filtracji i wczesnej wytrzymałości mechanicznej zaczynów cementowych z dodatkiem mączki krzemionkowej. Nafta-Gaz, 7: 394–403. DOI: 10.18668/NG.2019.07.03.
• Kremieniewski M., Rzepka M., 2016a. Korelacja parametrów charakteryzujących strukturę porową kamieni cementowych badanych za pomocą porozymetrii rtęciowej oraz mikrotomografii komputerowej. Nafta-Gaz, 12: 1076–1083. DOI: 10.18668/NG.2016.12.10.
• Kremieniewski M., Rzepka M., 2016b. Przyczyny i skutki przepływu gazu w zacementowanej przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego oraz metody zapobiegania temu zjawisku. Nafta-Gaz, 9, 722–278. DOI: 10.18668/NG.2016.09.06.
• Kremieniewski M., Rzepka M., 2017. Celowość prowadzenia prac badawczych nad nowymi środkami obniżającymi filtrację zaczynów cementowych. Nafta-Gaz, 8: 583–590. DOI: 10.18668/NG.2017.08.05.
• Kremieniewski M., Rzepka M., 2018. Poprawa szczelności płaszcza cementowego za pomocą innowacyjnych dodatków antymigracyjnych. Nafta-Gaz, 6: 8–15. DOI: 10.18668/NG.2018.06.06.
• Kremieniewski M., Rzepka M., Stryczek S., Wiśniowski R., Kotwica Ł., Złotkowski A., 2015. Korelacja przepuszczalności i parametrów opisujących strukturę stwardniałych zaczynów cementowych stosowanych do uszczelniania otworów w rejonie Basenu Pomorskiego. Nafta-Gaz, 10: 737–746. DOI: 10.18668/NG2015.10.04.
• Kremieniewski M., Stryczek S., 2019. Zastosowanie cementu wysokoglinowego do sporządzania zaczynów uszczelniających w technologiach wiertniczych. Cement Wapno Beton, 3: 215–226.
• Kudowski W., 2010. Chemia cementu i betonu, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa: 1–700.
• Maier L.F., 1965. Understanding Surface Casing Waiting-on-Cement Time. PETSOC-65-03-05. DOI: 10.2118/65-03-05.
• Nelson E.B. et al., 1990. Well Cementing, Schlumberger Educational Service, Houston, Texas, USA.
• Rzepka M., Stryczek S., 2008. Laboratoryjne metody określania parametrów technologicznych świeżych zaczynów uszczelniających przed zabiegiem związanym z procesem uszczelniania kolumn rur okładzinowych w otworach wiertniczych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 25(2): 625–636.
• Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A., Ferens W., 2009. Parametry reologiczne świeżych zaczynów uszczelniających w zależności od czasu ich sporządzania. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 26(1–2): 369–382.
• 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. (red.), Wiśniowski R., Uliasz-Misiak B., Złotkowski A., Kotwica Ł., Rzepka M., Kremieniewski M., 2016. Studia nad doborem zaczynów uszczelniających w warunkach wierceń w basenie pomorskim. Wydawnictwa Akademii Górniczo-Hutniczej, Kraków.
• Wiśniowski R., Stryczek S., Skrzypaszek K., 2007. Kierunki rozwoju badań nad reologią płynów wiertniczych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 24: 595–607.