Identyfikatory
Warianty tytułu
Assessment of the influence of carbonate corrosion on hardened cement slurries sealing wells intended for CO2 sequestration
Języki publikacji
Abstrakty
Zanieczyszczenie środowiska oraz wzrost emisji dwutlenku węgla do atmosfery stanowią obecnie główne problemy dotyczące nie tylko gospodarki światowej, ale w szczególności krajowej. Istnieje wiele źródeł zanieczyszczeń, jednak w naszym kraju jako główne wymienia się elektrownie, w których wytwarzanie energii odbywa się dzięki paliwom kopalnym, co prowadzi do wysokiej emisyjności CO2. Obecnie głównym aspektem jest nie tylko ograniczenie emisji dwutlenku węgla do atmosfery, ale i możliwość jego skutecznego wychwytywania i trwałego magazynowania. Jedną z możliwości jest wykorzystanie do składowania CO2 wyeksploatowanych złóż ropy i gazu oraz poziomów solankowych. Przemysł naftowy w naszym kraju do uszczelniania kolumny rur okładzinowych stosuje konwencjonalne zaczyny cementowe na bazie cementu portlandzkiego lub wiertniczego „G” wraz z innymi dodatkami lub/i domieszkami regulującymi parametry zaczynów i kamieni cementowych. Powszechnie używane zaczyny cementowe pod wpływem rozpuszczonego w wodzie CO2 mogą ulegać tzw. korozji węglanowej. Działanie dwutlenku węgla w stwardniałym zaczynie polega na wyługowywaniu z matrycy cementowej związków wapnia: najpierw portlandytu (Ca(OH)2), a następnie uwodnionych glinianów i krzemianów wapniowych. Tworzący się w tych reakcjach kwaśny węglan wapniowy jest łatwo rozpuszczalny i ulega wymywaniu ze stwardniałego zaczynu cementowego. Przy wysokim stężeniu CO2 zachodzą dalsze niekorzystne reakcje chemiczne rozkładu uwodnionych glinianów wapniowych i fazy CSH. Celem badań laboratoryjnych była analiza wpływu korozji węglanowej na zmianę parametrów technologicznych stwardniałego zaczynu w funkcji czasu jego sezonowania. Badaniom laboratoryjnym poddano stwardniałe zaczyny cementowe wykonane z receptur powszechnie stosowanych w krajowym przemyśle naftowym podczas uszczelniania kolumny rur okładzinowych w temperaturach od 60°C do 80°C. Badania prowadzono na zaczynach cementowo-lateksowych. Próbki stwardniałego zaczynu cementowego powstałe po utwardzeniu zaczynów przechowywane były w środowisku wodnym nasyconym CO2 w ustalonych warunkach ciśnienia i temperatury. Próbki stwardniałego zaczynu okresowo badano. Analizowany był wpływ dwutlenku węgla na zmiany parametrów mechanicznych stwardniałego zaczynu w funkcji czasu jego sezonowania. Przeprowadzone wstępne badania oraz otrzymane wyniki pokazały wpływ korozji węglanowej na zmiany parametrów mechanicznych stwardniałego zaczynu cementowego oraz pokazały możliwość zastosowania wyeksploatowanych otworów wiertniczych do ewentualnego magazynowania dwutlenku węgla. Z wybranych zaczynów cementowych sporządzono próbki stwardniałych zaczynów cementowych. Zaczyny cementowe wiązały przez 48 h w ustalonej temperaturze i ciśnieniu (warunki otworopodobne). Otrzymane próbki stwardniałego zaczynu cementowego poddano badaniu: wytrzymałości na ściskanie, wytrzymałości na zginanie, przyczepności do rur stalowych.
Environmental pollution and the increase in carbon dioxide emissions into the atmosphere are currently the main problems affecting not only the global economy, but especially the domestic one. There are many sources of pollution, however, in our country, the main ones are power plants, in which we obtain energy due to fossil fuels, which leads to high CO2 emissions. Currently, the main aspect is not only the reduction of carbon dioxide emissions into the atmosphere, but also the possibility of its effective capture and permanent storage. One of the possibilities is the use of depleted oil and gas deposits and aquifers for CO2 storage. The oil industry in our country uses conventional cement slurries based on Portland cement or “G” drilling cement together with other additives and/or admixtures regulating the parameters of cement slurries and stones to seal the column of casing. Commonly used cement slurries under the influence of CO2 dissolved in water may undergo the so-called “carbonate corrosion”. The action of carbon dioxide in the hardened cement slurry is based on leaching calcium compounds from the cement matrix: first, Ca(OH)2 portlandite, and then hydrated aluminates and calcium silicates. The calcium bicarbonate formed in these reactions is easily soluble and is washed out of the hardened cement slurry. At high CO2 concentrations, further unfavorable chemical reactions of the decomposition of the hydrated calcium aluminates and the CSH phase take place. The aim of the laboratory tests was to analyze the influence of carbonate corrosion on the change of technological parameters of hardened cement slurry over time. Recipes commonly used in the petroleum industry for sealing casing columns at temperatures from 60 to 80°C were tested in the laboratory. The research was carried out on cement-latex slurries. Hardened cement slurry formed after the hardening of the slurries were stored in a CO2-saturated water environment under set conditions of pressure and temperature. Hardened cement slurry samples were tested periodically. The influence of carbon dioxide on changes in mechanical parameters of hardened cement slurry over time was analyzed. The conducted tests and the results obtained have shown the influence of carbonate corrosion on changes in the mechanical parameters of hardened cement slurry and the possibility of their use in depleted oil and gas deposits intended for carbon dioxide storage. Hardened cement slurry samples were prepared from selected cement slurries. Cement slurries were bonded for 48 hours at the set temperature and pressure (borehole-like conditions). The obtained hardened cement slurry samples were tested: compressive strength, bending strength, adhesion to steel pipes.
Słowa kluczowe
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
44--51
Opis fizyczny
Bibliogr. 10 poz., rys.
Twórcy
Bibliografia
- Dębińska E., 2012. Ocena działania dodatków opóźniających czas wiązania zaczynów cementowych na podstawie badań laboratoryjnych. Nafta-Gaz, 68(4): 225–232.
- Gonet A., Stryczek S., 2001. Reologia wybranych zaczynów uszczelniających wykonanych z cementów Górażdże Cement S.A. Sympozjum Naukowo-Techniczne „Cementy w budownictwie, robotach wiertniczych i inżynieryjnych oraz hydrotechnice”, Piła-Płotki.
- Kremieniewski M., Rzepka M., 2009. Wpływ procesu ogrzewania na reologię modyfikowanych zaczynów cementowych. Nafta-Gaz,65(10): 775–781.
- Lubaś J., Krępulec P., 2005. Polski przemysł naftowy pionierem sekwestracji CO2 w Europie. Konferencje i referaty, Szejk.
- Nalepa J., 2001. Problemy związane z cementowaniem głębokich otworów wiertniczych. Sympozjum Naukowo-Techniczne „Cementy w budownictwie, robotach wiertniczych i inżynieryjnych oraz hydrotechnice”, Piła-Płotki: 95–103.
- Rzepka M., Kątna Z., 2006. Zaczyny cementowe z dodatkiem mikrocementu do uszczelniania rur okładzinowych w warunkach wysokich temperatur i ciśnień złożowych. Nafta-Gaz, 62(7–8):364–369.
- Rzepka M., Kremieniewski M., 2017. Zaczyny cementowe do uszczelniania głębokich otworów wiertniczych. Oil and Gas Engineering, Poltava National Technical University, 2: 43–56.
- Tarkowski R., Stopa J., 2007. Szczelność struktury geologicznej przeznaczonej do podziemnego składowania dwutlenku węgla. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 23(1): 129–137.
- Uliasz-Bocheńczyk A. (red.), 2012. Zaczyny cementowe w technologiach wiertniczych geologicznego składowania CO2. Praca zbiorowa. Studia,Rozprawy, Monografie, nr 176. Wydawnictwo Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków.
- Akty prawne i dokumenty normatywne
- PN-EN ISO 10426-2 Przemysł naftowy i gazowniczy – Cementy i materiały do cementowania otworów – Część 2: Badania cementów wiertniczych.
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-3b422c78-cc7e-4011-a732-0956705dcfef
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.