Rola plastyfikatora w projektowaniu zaczynu lekkiego o podwyższonej stabilności sedymentacyjnej

• Autorzy: Kremieniewski Marcin

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2019.09.06

Warianty tytułu

EN

The role of plasticizer in the design of lightweight slurry with increased sedimentation stability

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Stosowanie zaczynu cementowego o obniżonej gęstości jest niezbędne podczas uszczelniania otworów wierconych w strefach występowania skał chłonnych czy w warstwach sypkich. Zmniejszenie gęstości zaczynu możliwe jest do uzyskania poprzez wprowadzenie do jego objętości lekkich dodatków wypełniających. Obecność dodatkowych lekkich frakcji wymusza zastosowanie większej ilości wody. Ze względu na zróżnicowane gęstości ziaren cementu i ziaren wypełniacza lekkiego – struktura płynnego zaczynu może ulegać rozwarstwieniu w momencie, gdy pozostanie on w warunkach statycznych. Aby uzyskać odpowiednią stabilność sedymentacyjną zaczynu cementowego, należy dążyć do możliwie mocnego wypełnienia objętości wody zarobowej frakcjami cementu i pozostałych domieszek i dodatków. Jest to możliwe między innymi poprzez zmniejszenie ilości wody. Jednak zaczyn taki będzie wykazywał znacznie gorszą przetłaczalność, co wiąże się z koniecznością użycia wyższych wydatków tłoczenia, czego efektem może być rozszczelinowanie strefy skał chłonnych i ucieczka cementu powodowana wzrostem ciśnienia w przestrzeni pierścieniowej. Aby wyeliminować to niekorzystne zjawisko, objawiające się pogorszeniem parametrów reologicznych na skutek zmniejszenia ilości wody w zaczynie, korzystne jest zastosowanie wybranych środków dyspergujących, które umożliwiają obniżenie współczynnika wodno-cementowego przy zachowaniu optymalnych wartości parametrów reologicznych, co zostało omówione w niniejszej publikacji. Działanie takie pozwala wyeliminować frakcjonowanie zaczynu, w wyniku czego uzyskuje się homogeniczną strukturę zarówno płynnego, jak i stwardniałego zaczynu cementowego. W artykule omówione zostały wyniki badań zaczynów, które zostały poddane modyfikacjom w celu poprawy stabilności sedymentacyjnej. Na potrzeby publikacji zestawiono trzy receptury zaczynów: pierwszy zaczyn to receptura kontrolna, a dwa kolejne to modyfikacje, w których uzyskano najbardziej zadowalające wyniki. Podczas prac badawczych skoncentrowano się na obniżeniu współczynnika wodno-cementowego w recepturze zaczynu lekkiego oraz na odpowiednim doborze ilościowym, a także jakościowym środka dyspergującego. Zaprojektowano receptury zaczynów dla warunków otworowych z temperaturą około 30°C i ciśnieniem około 5 MPa. Przedstawione nowe receptury to jeden zaczyn bezlateksowy oraz jeden zaczyn lateksowy. W publikacji omówiono wyniki badań stabilności sedymentacyjnej projektowanych zaczynów oraz wyniki badań parametrów decydujących o efektywności uszczelniania. Na próbkach stwardniałych zaczynów wykonano badania porowatości oraz przepuszczalności, na podstawie czego zweryfikowano korzyści modyfikacji wprowadzonych w składach zaczynów.

EN

The use of cement slurry with reduced density is indispensable for sealing off the boreholes that have been drilled in absorptive rock zones. The reduction in slurry density is possible due to the incorporation of light additives into its volume. The presence of light fractions enforces the use of more water. Due to the varying density of cement grains and light filler grains, the structure of the liquid slurry can be delaminated when it remains in static conditions. In order to obtain the appropriate sedimentation stability of cement slurry, one should strive to fill the entire volume of the mixing water with cement and other fractions and additions. This is possible, inter alia, by reducing the amount of water. However, such slurry will demonstrate poorer pressability, which is associated with the necessity of using higher pressing gain, the effect of which can be the fracturing of the absorptive zone and the escape of cement due to the increase in pressure in the annular space. In order to eliminate this unfavorable phenomenon manifested by the deterioration of rheological parameters due to the reduction of the amount of water in the slurry, it is advantageous to use selected dispersing agents that allow lowering the water-cement ratio while maintaining the optimal rheological parameters, as discussed in this publication. Such action allows eliminating slurry fractionation as a result of which a homogeneous structure of both liquid and hardened cement slurry is obtained. The article discusses the test results for slurries that have been subjected to modifications to improve sedimentation stability. For the purposes of the publication, 3 slurries formulas were compiled, of which the first slurry is a control recipe and the two other are modifications in which the most satisfactory results were obtained. During the research work, the focus was on reducing the water-cement ratio in the lightweight slurry and on the appropriate quantitative and qualitative selection of the dispersing agent. The leaven formulations were designed for borehole conditions with a temperature of approx. 30°C and a pressure of approx. 5 MPa. The presented new formulas are one latex free slurry and one latex leaven slurry. The publication discusses the results of the sedimentation stability tests for the designed slurries as well as the results of testing of the parameters determining the sealing efficiency. Porosity and permeability tests were carried out for samples of hardened slurries, based on which the benefits of the introduced modifications in the composition of slurries were verified.

Słowa kluczowe

PL

zaczyn cementowy; zaczyn lekki; plastyfikator; stabilność sedymentacyjna; parametry reologiczne; współczynnik wodnocementowy

EN

cement slurry; lightweight slurry; plasticizer; sedimentation stability; rheological parameters; water-cement ratio

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 75, nr 9
• Strony: 571--578
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Kremieniewski Marcin

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Dohnalik M., Zalewska J., 2013. Korelacja wyników laboratoryjnych uzyskanych metodą rentgenowskiej mikrotomografii, jądrowego rezonansu magnetycznego i porozymetrii rtęciowej. Nafta-Gaz, 10: 735–743.
• Hanna E., Luke K., Perraton D., Aitcin P.-C., 1989. Rheological Behavior of Portland Cement in the Presence of a Super Plasticizer. Journal of the American Concrete Institute, 119: 171–188.
• Jordan A., Pernites R., Albrighton L., 2018. Low-density, lightweight cement tested as alternative to reduce lost circulation, achieve desired top of cement in long horizontal wells. Drilling Contractor, September/October: 62–64.
• Kamoun A., Jelidi A., Chaabouni M., 2003. Evaluation of the performance of sulfonated esparto grass lignin as a plasticizer–water reducer for cement. Cement and Concrete Research, 33(7): 995–1003.
• Kremieniewski M., 2017a. Poprawa stabilności sedymentacyjnej zaczynów cementowych. Prace Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, 216: 1–191.
• Kremieniewski M., 2017b. Poprawa stabilności sedymentacyjnej zaczynu cementowego. Nafta-Gaz, 4: 242–249. DOI: 10.18668/NG.2017.04.04.
• Kremieniewski M., 2017c. Wpływ perlitu pylistego na własności technologiczne zaczynu cementowego. Nafta-Gaz, 12: 943–952. DOI: 10.18668/NG.2017.12.05.
• Kremieniewski M., 2018. Poprawa wczesnej wytrzymałości mechanicznej płaszcza cementowego powstałego z zaczynu lekkiego. NaftaGaz, 8: 599–605. DOI: 10.18668/NG.2018.08.06.
• Kremieniewski M., 2019. O konieczności prowadzenia serwisowych badań parametrów technologicznych zaczynów uszczelniających. Nafta-Gaz, 1: 48–55. DOI: 10.18668/NG.2019.01.07.
• Kremieniewski M., Rzepka M., 2018. Wpływ superplastyfikatora na hydrofilowość zaczynów cementowych. Nafta-Gaz, 10: 10–16. DOI: 10.18668/NG.2018.10.06.
• Kremieniewski M., Stryczek S., Wiśniowski R., Rzepka M., Gonet A., 2017. Influence of bentonite addition on parameters of fresh and hardened cement slurry. AGH Drilling, Oil, Gas, 34(2): 323–334.
• Nelson E.B. (ed.), 1990. Well Cementing. Schlumberger Educational Service, Houston, Texas, USA.
• Peng Y., Jacobsen S., 2013. Influence of water/cement ratio, admixtures and filler on sedimentation and bleeding of cement paste. Cement and Concrete Research, 54: 133–142. DOI: 10.1016/j.cemconres.2013.09.003.
• Półchłopek T. (kier. zespołu), 1993. Zaczyny cementowe do cementowania otworów kierunkowych i poziomych oraz technologia ich zatłaczania. Praca INiG, Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• Stryczek S., Gonet A., Wiśniowski R., 2005. Wpływ wybranego dodatku mineralnego na własności technologiczne zaczynów cementowych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 22(1): 333–341.
• 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: 123–133. DOI 10.7494/drill.2014.31.1.123.
• 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 AGH, Kraków.
• Wiśniowski R., Stryczek S., Skrzypaszek K., 2007. Kierunki rozwoju badań nad reologią płynów wiertniczych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 24: 595–607.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).