Zaczyny cementowe od uszczelniania otworów wiertniczych na Niżu Polskim w trudnych warunkach geologiczno-technicznych

• Autorzy: Rzepka Marcin , Kędzierski Miłosz

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.02.03

Warianty tytułu

EN

Cement slurries for sealing boreholes in the Polish Lowlands in difficult geological and technical conditions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł omawia zagadnienia związane z uszczelnianiem kolumn rur okładzinowych na obszarze Niżu Polskiego. W części wstępnej publikacji omówiono uwarunkowania geologiczno-techniczne panujące podczas wykonywania prac wiertniczych w głębokich otworach Niżu Polskiego oraz trudności jakie mogą wystąpić podczas realizowania wierceń. W części badawczej zaprezentowano wyniki testów receptur zaczynów cementowych prowadzonych w warunkach HPHT. Badania laboratoryjne wykonywano w Zakładzie Technologii Wiercenia w Instytucie Nafty i Gazu – Państwowym Instytucie Badawczym. Ramowe składy receptur zaczynów cementowych opracowane zostały w INiG – PIB przy współpracy z Serwisem Cementacyjnym działającym przy firmie Exalo należącej do grupy PGNiG. Testy zaczynów cementowych wykonywane były zgodnie z normami: Przemysł naftowy i gazowniczy – Cementy i materiały do cementowania otworów – Część 1: Specyfikacja (PN-EN ISO 10426-1:2009) oraz Przemysł naftowy i gazowniczy – Cementy i materiały do cementowania otworów wiertniczych – Część 2: Badania cementów wiertniczych (PN-EN ISO 10426-2:2003). Zaczyny cementowe sporządzano na bazie 10% lub 20% solanki NaCl. W testowanych recepturach jako spoiwo wiążące zastosowano cement wiertniczy G HSR o wysokiej odporności na siarczany. Do uszczelniania kolumn rur o średnicy 9⅝” zaproponowano dwa rodzaje zaczynów: „lekkie” oraz o „normalnej” gęstości, które badano w temperaturze 80°C. Dla kolumny rur o średnicy 7” zamieszczono propozycję ciężkich zaczynów cementowych (o regulowanej gęstości) testowanych w 95°C i 120°C. Z kolei dla kolumn rur o średnicy 5” opracowano receptury o „normalnej” gęstości dla temperatur 130°C i 160°C. Wprowadzenie do zaczynu dodatków obniżających gęstość (w przypadku zaczynu górnego dla rur o średnicy 9⅝”) pozwoliło na uzyskanie receptur o regulowanej gęstości od około 1500–1650 kg/m3 . Z kolei dodatek obciążający (dodawany do receptur proponowanych do uszczelniania rur 7”) pozwolił na opracowanie zaczynów o gęstości w granicach od około 2060 do około 2350 kg/m3 . Zastosowanie odpowiednio dobranych opóźniaczy wiązania nowej generacji, umożliwiło sporządzanie receptur dla bardzo wysokich temperatur (do 160°C). Opracowane receptury zaczynów mogą znaleźć zastosowanie w procesie cementowania kolumn rur okładzinowych podczas prac prowadzonych na Niżu Polskim w trudnych warunkach geologiczno-technicznych.

EN

The article discusses issues related to casing pipe columns sealing in the Polish Lowlands. The introductory part of the publication presents geological and technical conditions prevailing during drilling the deep boreholes in the Polish Lowlands and difficulties that may occur during drilling. The authors present the results of cement slurries recipies tests conducted under HPHT conditions. Laboratory tests were carried out at the Drilling Technology Department in Oil and Gas Institute – National Research Institute. Slurry recipes had been developed in the Oil and Gas Institute – NRI in collaboration with the Cementing Service operating at the Exalo company belonging to the PGNiG group. Cement slurry tests were carried out in accordance with the following standards: Petroleum and natural gas industries – Cements and materials for well cementing – Part 1: Specification (PN-EN ISO 10426-1:2009) and Petroleum and natural gas industries – Cements and materials for well cementing – Part 2: Testing of well cements (PN-EN ISO 10426-2:2003). Cement slurries were prepared with 10% or 20% NaCl brine as a base. The G HRS cement with high sulfate resistance was used as a binder. Two types of slurry were proposed for sealing 9⅝” casing: “lightweight” and “normal” density, which were tested at 80°C. High-density cement slurries (with adjustable density) tested at 95°C and 120°C were proposed for 7” casing column. In turn, for 5” casing column recipes with “normal” density were developed for temperatures of 130°C and 160°C. The application of density-reducing additives to the slurry (in the case of lead cement slurry of 9⅝” casing) allowed us to obtain formulations with adjustable density from 1500 to 1650 kg/m3 . In turn, the weighting material added to the slurries for sealing 7” casings allowed us to develop slurries with a density ranging from 2060 to 2350 kg/m3 . The use of appropriately selected new generation setting retarders made it possible to prepare formulations for very high temperatures (up to 160°C). The developed cement slurry formulations can be used in the process of cementing casing columns in boreholes in the Polish Lowlands in difficult geological and technical conditions.

Słowa kluczowe

PL

zaczyn; cement; kamień cementowy; temperatura wysoka; wysokie ciśnienie; cementowanie

EN

cement; slurry; set cement; high temperature; high pressure; cementing

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 2
• Strony: 91--100
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz.

Twórcy

autor

Rzepka Marcin

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Kędzierski Miłosz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Anjos M.A.S., Martinelli A.E., Melo D.M.A., Renovato T., Souza P.D.P., Freitas J.C., 2013. Hydration of oil well cement containing sugarcane biomass waste as a function of curing temperature and pressure. Journal of Petroleum Science and Engineering, 109: 291–297. DOI: 10.1016/j.petrol.2013.08.016.
• Bensted J., 1991. Retardation of Cement Slurries to 250°F. Society of Petroleum Engineers. DOI: 10.2118/23073-MS.
• Boul P.J., Ellis M., Thaemlitz C.J., 2016. Retarder Interactions in Oil Well Cements. American Association of Drilling Engineers AADE, Houston, TX: 1–7.
• Brylicki W., 2001. Czynniki determinujące trwałość betonu i iniekcyjnych zaczynów cementowych. Sympozjum Naukowo-Techniczne „Cementy w budownictwie, robotach wiertniczych i inżynieryjnych oraz hydrotechnice”, Piła–Płotki: 57–79.
• Dębińska E., 2012. Ocena działania dodatków opóźniających czas wiązania zaczynów cementowych na podstawie badań laboratoryjnych. Nafta-Gaz, 4: 225–232.
• Gonet A., Stryczek S., Pinka J., 2004. Analysis of Rheological Models of Selected Cement Slurries. Acta Montanistica Slovaca, 9(1): 16–20.
• Herman Z., Migdał M., 1998. Problemy cementowania rur okładzinowych na Niżu Polskim. Nafta-Gaz, 12: 542–553.
• 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.
• Nelson E.B., 1990. Well Cementing. Schlumberger Educational Service, Houston, TX, USA.
• Rzepka M., Kremieniewski M., 2017. Zaczyny cementowe do uszczelniania głębokich otworów wiertniczych. Oil and Gas Engineering, Poltava National Technical University, 2: 43–56.
• Rzepka M., Kremieniewski M., Dębińska E., 2012. Zaczyny cementowe przeznaczone do uszczelniania eksploatacyjnych kolumn rur okładzinowych na Niżu Polskim. Nafta-Gaz, 8: 512–522.
• 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.
• Salim P., Amani M., 2013. Special considerations in cementing high pressure high temperature wells. International Journal of Engineering and Applied Sciences, 1(4): 120–146.
• Souza P.P., Soares R.A., Anjos M.A., Freitas J.O., Martinelli A.E., Melo D.F., 2012. Cement slurries of oil wells under high temperature and pressure: the effects of the use of ceramic waste and silica flour. Brazilian Journal of Petroleum and Gas, 6(3): 104–113. DOI:10.5419/bjpg2012-0009.
• Stryczek S., Gonet A., 2001. Wymagania odnośnie zaczynów uszczelniających stosowanych w technologiach wiertniczych. Sympozjum Naukowo-Techniczne „Cementy w budownictwie, robotach wiertniczych i inżynieryjnych oraz hydrotechnice”, Piła–Płotki: 31–41.
• Akty prawne i normatywne
• PN-EN ISO 10426-1:2009 Przemysł naftowy i gazowniczy – Cementy i materiały do cementowania otworów – Część 1: Specyfikacja.
• PN-EN ISO 10426-2:2003 Przemysł naftowy i gazowniczy – Cementy i materiały do cementowania otworów wiertniczych – 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).