Wpływ kwaśnych gazów zatłaczanych do otworów na odporność cementów wiertniczych – stan badań

• Autorzy: Labus M.

Warianty tytułu

EN

Drilling cements resistance to the influence of acid gas injected into the wellbores – state of the art

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono specyfikę deterioracji materiałów uszczelniających, a także przegląd najnowszych badań eksperymentalnych dotyczących problematyki zachowania się cementów wiertniczych w warunkach zatłaczania kwaśnych gazów odpadowych. Problemem, któremu poświęca się obecnie wiele uwagi, jest stan uszczelnienia otworów wiertniczych, mogących służyć celom zatłaczania gazów odpadowych, w tym opracowanie technologii wytwarzania cementów wiertniczych trwale odpornych na działanie kwaśnych środowisk. W celu wyjaśnienia mechanizmów niszczenia cementów wiertniczych prowadzone są liczne badania laboratoryjne, które można podzielić na dwie grupy: eksperymenty statyczne i dynamiczne. W przypadku eksperymentów statycznych migracja kwaśnych płynów i produktów reakcji jest ograniczona do dyfuzji w masie cementowej. Eksperymenty dynamiczne uwzględniają przepływ płynów porowych, który jednak może być ograniczony w nienaruszonej próbce cementu, ze względu na jego niską przepuszczalność. Pomimo zakrojonych na szeroką skalę badań wydaje się, że wiedza na temat fizycznych i chemicznych zmian zachodzących w cementach wiertniczych w warunkach sekwestracyjnych jest wciąż niewystarczająca. Wskazuje się tu zwłaszcza na niedostatek informacji w zakresie zmian porowatości i przepuszczalności cementu pod wpływem zachodzących reakcji, a także na temat procesów zachodzących na kontakcie cementów i skał budujących górotwór.

EN

This paper presents specific nature of the deterioration of sealing materials, as well as an overview of recent experimental studies on the problem of wellbore cement behavior in case of acid gas injection. The problem, which now is given a lot of attention, is the well integrity in the boreholes which could serve the purposes of the waste gas injection. In order to examine the degradation mechanisms of drilling cement there are carried out a number of laboratory tests, which can be divided into two groups: static and dynamic ones. In the case of the static experiments, migration of fluids and acidic reaction products is limited to diffusion in the cement mass. The dynamic experiments include pore fluid movement, but it also may be limited in an intact sample of cement, due to its low permeability. Despite extensive research, reporting the geochemical and mineralogical alteration of well cement by acid gases (mostly CO2) under geologic sequestration conditions, the pore structure and permeability change of cement is still poorly understood. There are also poorly recognized the changes within the cement-formation interface, especially in dynamic experiments.

Słowa kluczowe

PL

cement wiertniczy; sekwestracja kwaśnych gazów; deterioracja

EN

wellbore cement; acid gas sequestration; deterioration

• Wydawca: Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego
• Rocznik: 2013
• Tom: nr 456 Hydrogeologia z. 14/1
• Strony: 349--353
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys.

Twórcy

autor

Labus M.

• Politechnika Śląska, Instytut Geologii Stosowanej, ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] BACHU S., BENNION D.B., 2009 — Experimental Assessment of Brine and/or CO2 Leakage Through Well Cements as Reservoir Conditions, Int. J. Greenhouse Gas Control, 3: 494–501.
• [2] BARLET-GOUEDARD V., RIMMELE G., PORCHERIE O., QUISEL N., DESROCHES J., 2009 — A solution against well cement degradation underCO2 geological storage environment, Int. J. Greenhouse Gas Control, 3: 206–216.
• [3] BOBROWSKI A., GAWLICKI M., ŁAGOSZ A., NOCUŃ-WCZELIK W. (red.), 2010 — Cement. Metody badań. Wybrane kierunki stosowania, Wyd. AGH Kraków.
• [4] BRANDL A., CUTLER J., SEHOLM A., SANSIL M., BRAUN G., 2011 — Cementing Solutions for Corrosive Well Environments, SPE Drilling & Completions, 26, 2: 208–219.
• [5] CAREY J.W., LICHTNER P.C., 2011 — Computational Studies of Two-Phase Cement/CO2/Brine Interaction in Wellbore Environments, SPE Journal, 16, 4: 940–948.
• [6] CAREY J.W., WIGAND M., CHIPERA S.J., WOLDEGABRIEL G., PAWAR R., LICHTNER P.C., WEHNER S.C., RAINES M.A., GUTHRIE Jr. G.D., 2007 — Analysis and performance of oil well cement with 30 years of CO2 exposure from the SACROC Unit, West Texas, USA; Int. J. Greenhouse Gas Control, 1, 75–85.
• [7] CELIA M.A., BACHU S., NORDBOTTEN J.M., GASDA S.E., DAHLE H.K., 2004 — Quantitative Estimation of CO2 Leakage from Geological Storage: Analytical Models, Numerical Models, and Data Needs, Proc.GHGT-7Meeting, Vancouver.
• [8] CHAKMAA., 1997 — Acid gas re-injection – a practical way to eliminate CO2 emissions from gas processing plants, Energy, Conversion and Management, 38: 205–209.
• [9] CONNEL L., HERYANTO D., LUPTON N., 2012 — Integrity of Wellbore Cement in CO2 Storage Wells. State of the Art, Advanced Coal Technology, www.csiro.au
• [10] CONNOCK I., 2001 — Acid gas re-injection reduces sulphur burden, Sulphur, 272: 35–41.
• [11] CROW W., CAREY J.W., GASDA S., BRIAN WILLIAMS D., CELIA M., 2010 — Wellbore integrity analysis of a natural producer, Int. J. Greenhouse Gas Control, 4, 2: 186–197.
• [12] DUGUID A., RADONJIC M., SCHERER G., 2005 — Degradation of well cements exposed to carbonated brine. In: Fourth Annual Conference on Carbon Capture & Sequestration, Alexandria,VA.
• [13] DUGUID A., SCHERER G., 2010 — Degradation of oilwell cement due to exposure to carbonated brine, Int. J. Greenhouse Gas Control, 4: 546–560.
• [14] GHERARDI F., AUDIGANE P., GAUCHER E.C., 2012 — Predicting long-term geochemical alteration of wellbore cement in a generic geological CO2 confinement site: tackling a difficult reactive transport modeling challenge. J. Hydrogeol., 420: 340–359.
• [15] GUNTER W.D., WIWCHAR B., PERKINS H., 1997 — Aquifer disposal of CO2-rich greenhouse gases: extension of the time scale of experiment for CO2-sequestring reactions by geochemical modelling, Mineralogy and Petrology, 59: 121–140.
• [16] JACQUEMET N., PIRONON J., CAROLI E., 2005 — A new experimental procedure for simulation of H2S+CO2 geological storage. Application to well cement aging, Oil & Gas Science and Technology – Rev., IFP, 60, 1: 193–206.
• [17] KASZUBA J.P., JANECKY D.R., SNOW M.G., 2003 — Carbon dioxide reaction processes in a model brine aquifer at 200 oC and 200 bars: implications for geologic sequestration of carbon, Applied Geochemistry, 18: 1065–1080.
• [18] KRILOV Z., LONCARIC B., MIKSA Z., 2000 — Investigation of a long-term cement deterioration under a high-temperature, sour gas downhole environment, SPE Int. Symp. Formation Damage Control, 23–24 February 2000, Lafayette, Louisiana.
• [19] KURDOWSKI W., 2010 — Chemia cementu i betonu, PWN, Warszawa.
• [20] KUTCHKO B.G., STRAZISAR B.R., DZOMBAK D.A., LOWRY G.V., THAULOW N., 2007 — Degradation of well cement by CO2 under geologic sequestration conditions. Environmental Science & Technology, 41: 4787–4792.
• [21] KUTCHKO B.G., STRAZISAR B.R., HAWTHORNE S.B., LOPANO C.L., MILLER D.J., HAKALA J.A., GUTHRIE G.D., 2011 — H2S-CO2 reaction with hydrated class H well cement: Acid gas injection and CO2-co-sequetration, Int. J. Greenhouse Gas Control, 5, 4: 880–888.
• [22] KUTCHKO B.G., STRAZISAR B.R., HUERTA N., LOWRY G.V., DZOMBAK D.A., THAULOW N., 2009 — CO2 reaction with Hydrated Class H well cement under geologic sequestration conditions: Effects of Flyash admixtures, Environmental Science & Technology, 43: 3947–3952.
• [23] LUBAŚ J., STOPA J., 2003 — Doświadczenia i osiągniecia górnictwa naftowego w zakresie zatłaczania gazów kwaśnych do stref złożowych, Polityka Energetyczna, 6, 2: 345–355.
• [24] ONAN D.D., 1984 — Effects of supercritical carbon dioxide on well cements, SPE Journal, Permian Basin Oil and Gas Recovery Conference, Midland, Texas
• [25] PEARCE J.M., HOLLOWAY S., WACKER H., NELIS M.K., ROCHELLE C., BATEMAN K., 1996 — Natural occurences as analogues for the geological disposal of carbon dioxide, Energy, Conversion and Management, 37, 6–8: 1123–1128.
• [26] PIRONON J., JACQUEMET N., LHOMME T., TEINTURIER S., 2007 — Fluid inclusions as micro-samplers in batch experiments: A study of the system C-O-H-S-cement for the potential geological storage of industrial acid gas, Chem. Geol., 237, 3: 264–273.
• [27] PN-EN ISO 10426-1:2009: Przemys3 naftowy i gazowniczy – Cementy i materia3y do cementowania otworów – Część 1: Specyfikacja.
• [28] RAOOF A., NICK H.M., WOLTERBEEK T.K.T., SPIERS C.J., 2012 — Pore-scale modeling of reactive transport in wellbore cement under CO2 storage conditions, Int. J. Greenhouse Gas Control [in press]. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijggc. 2012.09.012.
• [29] RIMMELE G., BARLET-GOUEDARD V., PORCHERIE O., GOFFE B., BRUNET F., 2008 — Heterogeneous porosity distribution in Portland cement exposed to CO2-rich fluids. Cement & Concrete Research, 38: 1038–1048.
• [30] UM W., JUNG H.B., MARTIN P.F., MCGRAIL B.P., 2011 — Effective Permeability Change in Wellbore Cement with Carbon Dioxide Reaction, PNNL-20843, Pacific Northwest National Laboratory, Richland, WA.