Poprawa stabilności sedymentacyjnej zaczynów cementowych

• Autorzy: Kremieniewski M.

Warianty tytułu

EN

An improvement the sedimentation stability of cement slurry

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Uszczelnienie kolumn rur okładzinowych w otworach kierunkowych i horyzontalnych stanowi swego rodzaju wyzwanie dla inżynierów z uwagi na specyficzne wymogi stawiane cieczom wiertniczym. Podczas projektowania zaczynów cementowych przeznaczonych do uszczelniania otworów horyzontalnych niezbędne jest uzyskanie odpowiednich parametrów technologicznych, ale przede wszystkim właściwej stabilności sedymentacyjnej zaczynu. Jest to związane z faktem, że na skutek braku stabilności sedymentacyjnej następuje nadmierne frakcjonowanie dodatków i domieszek obecnych w składzie zaczynu cementowego, który po związaniu wykazywał będzie anizotropię struktury rozpatrywanego ośrodka. Efekt powyższego stanowi obniżenie wartości parametrów płaszcza cementowego w górnych partiach uszczelnianego interwału. W celu wyeliminowania tego niepożądanego zjawiska realizowano pracę nad poprawą stabilności sedymentacyjnej zaczynów cementowych. W części ogólnej książki omawiającej zagadnienie poprawy stabilności sedymentacyjnej zaczynów cementowych przedstawiono studium literaturowe dotyczące zagadnień mających wpływ na wyeliminowanie frakcjonowania zaczynu. Przedstawiono również charakterystykę dodatków i domieszek przeciwdziałających frakcjonowaniu zaczynu cementowego. Część doświadczalna prezentuje wyniki badań laboratoryjnych, w których podczas badań wstępnych wytypowano grupę środków poprawiających stabilność zaczynu, a następnie, stosując odpowiednie ilości tych środków, opracowano nieulegające frakcjonowaniu zaczyny przeznaczone do stosowania w określonych warunkach otworowych (temperatura od 30°C do 90°C oraz ciśnienie od 5 MPa do 35 MPa). Kolejnym etapem badań było ustalenie wpływu sedymentacji zaczynu na anizotropię struktury płaszcza cementowego. Zrealizowane prace badawcze pozwoliły zdefiniować wpływ stosowanych dodatków i domieszek na stabilność sedymentacyjną zaczynu cementowego, a następnie wyeliminować jego frakcjonowanie. Na podstawie analizy uzyskanych wyników badań dobrano optymalne składy ilościowe i jakościowe dodatków i domieszek do zaczynów w celu wyeliminowania sedymentacji. W książce przedstawiono grupę receptur zaczynów cementowych nieulegających sedymentacji, przeznaczonych do uszczelniania otworów w określonych warunkach otworowych.

EN

Sealing of casing strings in directional and horizontal wells is a challenge for engineers due to the specific requirements of drilling fluids. When designing cement slurries for sealing horizontal wells, it is necessary to obtain the relevant technological parameters, but above all, appropriate sedimentation stability of cement slurry. This is related to the fact, that due to the lack of sedimentation stability, there is excessive fractionation of the additives and admixtures present in the cement slurry, which after binding, will exhibit anisotropy of the structure. The result is a reduction in the value of the cement sheath parameters in the upper sealed parts of the sealed interval. In order to eliminate this undesirable phenomenon, a research was carried out to improve the sedimentation stability of cement slurries. In the general part of book, the issue of improving the sedimentation stability of the cement slurry is discussed, and a literature study was presented on issues affecting the elimination of cement slurries fractionation. It also presents the characteristic of anti-fractionation additives and admixtures. The experimental section presents the results of laboratory tests, where, a group of additives to improve the stability of the cement slurry were selected during initial tests and then using certain amounts of these agents, the non-fractionated slurries intended for use in specific hole conditions (temperature of 30°C to 90°C and pressure from 5 MPa to 35 MPa) were developed. The next stage of the study was to determine the effect of cement slurry sedimentation on the anisotropy of the cement sheath structure. The research work allowed to determine the effect of the used additives and admixtures on the sedimentation stability of the cement slurry, and then eliminate the fractionation. Based on the analysis of the obtained results, optimum quantitative and qualitative compositions of additives and admixtures for slurry to eliminate sedimentation were chosen. The book presents a group on non-sedimented cement slurry recipes designed for the sealing of wells under specific hole conditions.

Słowa kluczowe

PL

zaczyny cementowe; stabilność sedymentacyjna; uszczelnianie

EN

cement slurries; sedimentation stability; sealing

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 216
• Strony: 1--156
• Opis fizyczny: Bibliogr. 46 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Kremieniewski M.

Bibliografia

• [1] Aguilera R. i in.: Horizontal Wells. Gulf publishing Company, Houston 1991.
• [2] Armessen P., Jourdan A. P., Mariotti Ch.: Horizontal drilling gas negative and positive factors. PennWell Publishing Comp., 1988.
• [3] Bandrowski J., Merta H., Zioło J.: Sedymentacja zawiesin. Zasady i projektowanie. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1995.
• [4] Barron A. R.: Hydratation of Portland Cement. http://cnx.org/content/ m16447/latest/ (dostęp: 26.01.2010).
• [5] Bhatty J. L, Banfill P. F. G.: Sedimentation behaviour in cement pastes subjected to continuous shear in rotational viscometers. Cement and Concrete Research 1982, vol. 12, s. 69-78.
• [6] Carpenter R. B.: Matrix Control Cementing Slurry. U.S. Patent No. 4.569.395, 1986.
• [7] Chatterji S.: On the properties of freshly made Portland cement paste. Part 2. Sedimentation and strength of flocculation. Cement and Concrete Research 1988, vol. 18, s. 615-620.
• [8] Dębińska E.: Ocena działania dodatków opóźniających czas wiązania zaczynów cementowych na podstawie badań laboratoryjnych. Nafta-Gaz 2012, nr 4, s. 225-232.
• [9] Dohnalik M., Zalewska J.: Korelacja wyników laboratoryjnych uzyskanych metodą rentgenowskiej mikrotomografii, jądrowego rezonansu magnetycznego i porozymetrii rtęciowej. Nafta-Gaz 2013, nr 10, s. 735-743.
• [10] Gawlik P., Szymczak M.: Migracje gazowe w przestrzeniach międzyrurowych otworów realizowanych na Przedgórzu Karpat. Nafta-Gaz 2006, nr 7-8, s. 349-358.
• [11] Giergiczny Z., Cement z dodatkami mineralnymi: rodzaje, właściwości i możliwości zastosowania w budownictwie. Poznań; Opole: Wydaw. Instytut Śląski, 1999.
• [12] Giergiczny Z., Rola popiołów lotnych wapniowych i krzemionkowych w kształtowaniu właściwości współczesnych spoiw budowlanych i tworzyw cementowych. Kraków: Wydawnictwo PK, 2006.
• [13] Giergiczny Z. Popiół lotny w składzie cementu i betonu. Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2013.
• [14] Harrison H. T.: Aqueous Cementing Composition Adaptable to High Turbulent Flow and Method of Cementing a Well Using Same. U.S. Patent No. 3.409.080, 1968.
• [15] Kątna Z.: Dobór optymalnych ilości nowego środka upłynniającego obciążone zaczyny cementowe i cementowo-lateksowe. Zlec. wew. IGNiG 597lKW Kraków, 2000.
• [16] Kątna Z. i in.: Badania modelowe wpływu odstoju wody, sedymentacji i początkowego skurczu zaczynu cementowego na jakość uszczelniania rur w otworach odchylonych od pionu i poziomych w temperaturach do 85°C. Praca naukowo-badawcza INiG, Kraków 1997.
• [17] Kremieniewski M.: Anizotropia mikrostruktury płaszcza cementowego aspekcie homogeniczności świeżego zaczynu cementowego. Nafta-Gaz 2016, nr 11, s. 919-925.
• [18] Kremieniewski M.: Modyfikacja przestrzeni porowej kamieni cementowych. Nafta-Gaz 2012, nr 3, s. 165-170.
• [19] Kremieniewski M.: 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 Nr 199, Kraków 2016.
• [20] Kremieniewski M., Rzepka M.: Wpływ procesu ogrzewania na reologię modyfikowanych zaczynów cementowych. Nafta-Gaz 2009, nr 10, s. 775-781.
• [21] Kremieniewski M., Rzepka M.: Zaczyny typu Gas-Stop przeznaczone do uszczelniania otworów kierunkowych i horyzontalnych. Wiadomości Naftowe i Gazownicze 2013, nr 9(185), s. 4-9.
• [22] Kremieniewski M., Rzepka M., Stryczek S., Wiśniowski R., Kotwica Ł., Złotkowski A.: Korelacja przepuszczalności i parametrów opisujących strukturę stwardniałych zaczynów cementowych stosowanych do uszczelniania otworów w rejonie Basenu Pomorskiego. Nafta-Gaz 2015, nr 10, s. 737-746.
• [23] Kremieniewski M., Stryczek S., Kotwica Ł.: Zmiany w mikrostrukturze płaszcza cementowego w zależności od warunków hydratacji zaczynu. Nafta- Gaz 2014, nr 12, s. 918-926.
• [24] Kurdowski W.: Poradnik technologa przemysłu cementowego. Warszawa, Wydawnictwo Arkady, 1981.
• [25] McNaught A. D., Wilkinson A.: IUPAC. Compendium of Chemical Terminology (Gold Book). Wyd. 2. Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1997. Wersja internetowa: Nic M., Jirat J., Kosata B.: http://goldbook.iupac. org (2006-); aktualizowana przez Jenkins A. DOI: 10.1351/goldbook.001174.
• [26] Mehta Kumar P., Monteiro P. J. M.: Concrete: Microstructure, Properties and Materials. 4th Edition, McGraw-Hill 2006.
• [27] Nelson E. B. i in.: Well Cementing. Schlumberger Educational Service, Houston, Teksas, USA, 1990.
• [28] Parcevaux P.: Gas Migration and GASBLOCK Technology. Drilling & Pumping, Aug. 1987, s. 11-22.
• [29] Peng Ya, Jacobsen S.: Influence of water/cement ratio, admixtures and filler on sedimentation and bleeding of cement paste. Cement and Concrete Research 2013, vol. 54, s. 133-142.
• [30] Półchłopek T. i in.: Zaczyny cementowe do cementowania otworów kierunkowych i poziomych oraz technologia ich zatłaczania. Praca INiG, Kraków 1993.
• [31] Prohaska M., Thonhauser G.: The importance of wellbore integrity for groundwater protection in shale gas well construction. http://www.shale- gas-information-platform. org/ categories/water-protection/knowl edge-base/ prohaska.html (dostęp: lipiec 2012).
• [32] Rzeczpospolita łupkowa. Studium wiedzy o gazie z formacji łupkowych, Prace INiG Nr 183, Kraków 2012.
• [33] Rzepka M.: Obciążone zaczyny polimerowe zapobiegające migracji gazu w warunkach występowania pokładów solnych. Praca naukowo-badawcza. Kraków 1999.
• [34] Rzepka M., Stryczek S.: Laboratoryjne metody określania parametrów technologicznych świeżych zaczynów uszczelniających przed zabiegiem związanym z procesem uszczelniania kolumn rur okładzinowyeh w otworach wiertniczych. Wiertnictwo Nafta Gaz 2008, t. 25, z. 2, s. 625-636.
• [35] Słomkowski S. i in.: Terminology of polymers and polymerization processes in dispersed systems (IUPAC Recommendations 2011). Pure and Applied Chemistry 2012, vol. 83, no. 12, s. 2229-2259. DOI: 10.1351/PAC- REC-10-06-03.
• [36] Stryczek S., Gonet A., Wiśniowski R.: Wpływ wybranego dodatku mineralnego na własności technologiczne zaczynów cementowych. Wiertnictwo Nafta Gaz 2005, t. 22, z. 1, s. 333-341.
• [37] Stryczek S., Gonet A., Wiśniowski R., Złotkowski A.: Zaczyny uszczelniające do wypełniania pustek w górotworze solnym. Wiertnictwo Nafta Gaz 2011, t. 28, z. 1-2, s. 391-400.
• [38] Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A., Ferens W.: Parametry reologiczne świeżych zaczynów uszczelniających w zależności od czasu ich sporządzania. Wiertnictwo Nafta Gaz 2009, t. 26, z. 1-2, s. 369-382.
• [39] Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A., Złotkowski A.: The influence of time of rheological parameters of fresh cement slurries. AGH Drilling, Oil, Gas 2014, vol. 31, s. 123-133.
• [40] Such P.: Przestrzeń porowa skał łupkowych. Nafta-Gaz 2012, nr 9, s. 561-565.
• [41] Szerafin J.: Badania próbek betonowych poddanych iniekcji cementowej. Inżynieria i Budownictwo 2010, nr 8, s. 451-454.
• [42] Szerafin J.: Dyspersje cementowe w procesie iniekcyjnej naprawy defektów betonu. Monografia Politechniki Lubelskiej, Lublin 2011.
• [43] Talabani S., Hareland G.: New cement additives that eliminate cement body permeability. SPE 29269, 20-22 March 1995, s. 169-176.
• [44] Woźnicka U. (red.): Nowe aplikacje w zakresie udostępniania i eksploatacji złóż węglowodorów otworami kierunkowymi i poziomymi. Prace INiG Nr 152, Kraków 2008.
• [45] Zarzycki B., Piasta W.: Wpływ objętości zaczynu cementowego na konsystencję mieszanek do wysokowartościowych betonów samozagęszczalnych i masywnych. Budownictwo i architektura 2015, nr 14 (2), s. 123-130.
• [46] Zima G.: Nowy rozkład płuczki wiertniczej do zastosowania w warunkach HTHP. Nafta-Gaz 2015, nr 8, s. 556-564.

Uwagi

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