Niekonwencjonalne zaczyny cementowe z dodatkiem nanokrzemionki

• Autorzy: Dębińska E.

Warianty tytułu

EN

Unconventional cement slurries with nanosilica

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wysokie temperatury i ciśnienia panujące w otworze wiertniczym, a także występujące dopływy gazu bardzo często wymagają stosowania szczególnie odpornych zaczynów cementowych, zawierających zaawansowane technologicznie dodatki pomagające uzyskać odpowiednią izolację międzystrefową. W artykule zaprezentowano wyniki badań trzech nowo opracowanych zaczynów cementowych z dodatkiem nanokrzemionki. Badania prowadzono dla temperatur: 25°C, 60°C i 90°C. Do zaczynów dodawano 0,1 lub 1,0% nanokrzemionki. Zaczyny przeznaczone do temperatur 25 i 60°C bazowały na cemencie portlandzkim 32,5R, natomiast zaczyny dla temperatury 90°C na cemencie wiertniczym G. Opracowane zaczyny charakteryzowały się dobrymi parametrami technologicznymi. Uzyskane z nich kamienie cementowe posiadały niską porowatość, a rozkład ich porów charakteryzował się niewielką ilością porów o średnicach powyżej 100 nm (średnio w granicach 1,3÷2,5%), co świadczy o ich zwartej strukturze i niskiej przepuszczalności. Ponadto stwardniałe zaczyny wykazywały nieznaczną przepuszczalność dla gazu. Na uwagę zasługuje również fakt, że kamienie cementowe uzyskane z badanych zaczynów charakteryzowały się wysokimi wartościami wytrzymałości na ściskanie i zginanie, a także przyczepności do rur – w porównaniu z kamieniami z zaczynu bazowego, co było spowodowane dodatkiem nanocząsteczek krzemionki.

EN

High temperature and high pressure conditions in the borehole often require the use of highly resistant cement slurries containing technologically advanced additives to help obtain proper zonal isolation. The paper presents the results of newly developed cement slurries with the addition of silica nanoparticles. Studies were carried out for temperatures 25°C, 60°C and 90°C. To the slurries 0.1 or 1.0% of nanosilica was added. Slurries for temperatures 25°C and 60°C were based on Portland cement 32.5R, and the slurry for the temperature of 90°C on drilling cement G. Developed slurries were characterized by good technological parameters. The obtained set cement slurries had low porosity and their pore distribution were characterized by a small number of pores with diameters greater than 100 nm, in the range 1.3÷2.5%, which prove their compact structure and low permeability. Moreover they exhibited low gas permeability. Noteworthy is the fact that the set cements were characterized by high values of compressive strength and flexural strength as well as adhesion to pipes – compared with basic cement stone, which was caused by the addition of silica nanoparticles.

Słowa kluczowe

PL

nanokrzemionka; zaczyn cementowy; stwardniały zaczyn cementowy; wytrzymałość mechaniczna

EN

nanosilica; cement slurry; set cement; mechanic strength

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 71, nr 5
• Strony: 290--300
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., il.

Twórcy

autor

Dębińska E.

• Zakład Technologii Wiercenia. Instytut Nafty i Gazu — Państwowy Instytut Badawczy ul. Lubicz 25A 31-503 Kraków

Bibliografia

• [1] Adamson K., Birch G., Gao E., Hand S., Macdonald C., Mack D., Quadri A.: High-Pressure, High-Temperature Well Construction. Oilfield Review, Summer 1998, pp. 36-49.
• [2] Birgisson B., Beatty C. L.: Nanomodified Concrete Additive and High Performance Cement Paste and Concrete Therefrom. International Patent Application, PCT/US2007/073430.
• [3] Campillo I., Guerrero A., Dolado J. S., Porro A., Ibanez J. A., Goni S.: Improvement of Initial Mechanical Strenght by Nanoalumina in Belite Cements. Materials Letters 2007, vol. 61, pp.1889-1892.
• [4] Czarnecki L.: Nanotechnologia w budownictwie, www.inzynierbudownictwa.pl/drukuj,4234 (dostęp: kwiecień 2014).
• [5] Debinska E.: Ocena dzialania dodatkow opozniajacych czas wiazania zaczynow cementowych na podstawie badan laboratoryjnych. Nafta-Gaz 2012, nr 4, s. 225-232.
• [6] Debinska E.: Wplyw nanokrzemionki na parametry mechaniczne kamienia cementowego. Nafta-Gaz 2014, nr 4, s. 229-235.
• [7] Guskos N., Zolnierkiewicz G., Typek J., Blyszko J., Kiernozycki W., Narkiewicz U.: Ferromagnetic Resonance and Compressive Strength Study of Cement Mortars Containing Carbon Encapsulated Nickel and iron Nanoparticles. Reviews on Advanced Materials Science 2010, vol. 23, pp. 113-117.
• [8] Jankiewicz B. J., Choma J., Jamiola D., Jaroniec M.: Nanostruktury krzemionkowo-metaliczne. Wiadomości Chemiczne 2010, vol. 64, pp. 11-12.
• [9] Kelsall R. W., Hamley I. W., Geoghegan M.: Nanotechnologie. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 2008.
• [10] Li H., Xiao H., Ou J.: A Study on Mechanical and Pressure-Sensitive Properties of Cement Mortar with Nanophase Materials. Cement and Concerne Research, 34 (2004), pp. 435-438.
• [11] Li H., Xiao H., Ou J.: Microstructure of Cement Mortar with Nano-Particles. Composites: Part B, 35 (2004), pp. 185-189.
• [12] Mijowska S., Sikora P.: Wybrane wlasciwosci zapraw cementowych modyfikowanych nanomaterialami. Praca inżynierska. Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie. Szczecin 2012.
• [13] Patil R., Deshpande A.: Use of Nanomaterials in Cementing Applications. Conference materials: SPE International Oilfield Nanotechnology Conference and Exhibition, Noordwijk, The Netherlands, 12-14 June 2012, pp. 120-123.
• [14] Rogers M. J., Dillenbeck R. L., Eid R. N.: Transition Time of Cement Slurries, Definitions and Misconceptions, Related to Annular Fluid Migration. Conference materials: SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Houston, Texas, 26-29 September 2004, SPE-90829-MS.
• [15] Rzepka M., Stryczek S.: Laboratoryjne metody oceny trwalosci stwardnialych zaczynow cementowych stosowanych do uszczelniania otworow wiertniczych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz 2007, tom 24, zeszyt 1, s. 443-449.
• [16] Rzepka M.: Zaczyny cementowe do uszczelniania kolumn rur okladzinowych w glebokich otworach wiertniczych, w temperaturze dynamicznej do ok. 120°C. Nafta-Gaz 2010, nr 4, s. 274-279.
• [17] Santra A., Boul P. J., Pang X.: Influence of Nanomaterials in Oilwell Cement Hydration and Mechanical Properties. Conference materials: SPE International Oilfield Nanotechnology Conference and Exhibition, Noordwijk, The Netherlands, 12-14 June 2012, pp. 177-189.
• Akty prawne i normatywne
• [18] Norma PN-EN ISO 10426-6 Przemysl naftowy i gazowniczy. Cementy i materialy do cementowania otworow. Czesc 6: Metody okreslania statycznej wytrzymalosci strukturalnej zaczynow cementowych, 2012.

Uwagi

PL

Artykuł powstał na podstawie pracy statutowej pt. Badania nad opracowaniem nowych rodzajów zaczynów cementowych z dodatkiem nanokrzemionki - praca INiG - PIB na zlecenie MNiSW; nr archiwalny: DK-4100-30/2014, nr zlecenia: 0030/14/01.