Zmiana wczesnej wytrzymałości na ściskanie pod wpływem wybranych środków poprawiających stabilność sedymentacyjną

• Autorzy: Kremieniewski Marcin

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.07.05

Warianty tytułu

EN

Change of early compressive strength under the influence of selected agents improving sedimentation stability

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zaczyny o obniżonej gęstości są najczęściej stosowanymi recepturami w przypadku uszczelniania kolumn rur okładzinowych w warunkach obniżonego ciśnienia złożowego czy w strefach słabozwięzłych. Odpowiednio obniżona gęstość zaczynu pozwala na zredukowanie ciśnienia hydrostatycznego zaczynu cementowego, dzięki czemu nie zachodzi ryzyko ucieczki cementu w strefy słabo zwięzłe. Zaczyny lekkie mogą być również z powodzeniem stosowane do uszczelniania głębokich odwiertów, gdzie zachodzi konieczność wtłoczenia zaczynu na dużą głębokość. Wówczas stosowane są dwie receptury: pierwszym zaczynem jest zaczyn lekki, po którym tłoczony jest zaczyn o większej gęstości. W celu obniżenia gęstości zaczynu stosuje się różnego rodzaju lekkie dodatki wypełniające, których obecność w zaczynie powoduje zmniejszenie jego gęstości. Jednakże po zastosowaniu lekkich materiałów wypełniających zaczyn często ulega frakcjonowaniu, co objawia się oddzielaniem lekkich frakcji w górnej części cementowanej przestrzeni pierścieniowej lub pozarurowej oraz opadaniem w dolne partie ciężkich frakcji zaczynu. W celu wyeliminowania tego niepożądanego zjawiska stosuje się środki, które na skutek zwiększenia lepkości wody zarobowej, a następnie wzrostu wytrzymałości strukturalnej zaczynu powodują poprawę stabilności sedymentacyjnej opracowywanej receptury zaczynu. Jednakże obecność tych środków wpływa na zmianę wartości wczesnej wytrzymałości mechanicznej tworzącego się z zaczynu płaszcza cementowego, a parametr ten jest szczególnie istotny w przypadku tego rodzaju zaczynów. Ponadto środki przeciwsedymentacyjne powodują zmianę czasu wiązania zaczynu, który to parametr jest istotny z technologicznego punktu widzenia (dostosowanie czasu tłoczenia do czasu niezbędnego na przeprowadzenie zabiegu cementowania). W związku z powyższym w niniejszej publikacji poruszono zagadnienie zmiany wartości wczesnej wytrzymałości na ściskanie pod wpływem wybranych środków poprawiających stabilność sedymentacyjną. W artykule omówiono wyniki badań czterech rodzajów środków poprawiających stabilność sedymentacyjną. Przeprowadzone zostały badania dla zaczynów kontrolnych sporządzonych na bazie dwóch rodzajów cementów: cement klasy CEM I 42,5R oraz cement glinowo-wapniowy. Badaniom poddano głównie czas wiązania, czas przejścia od wartości początku wiązania do wartości końca wiązania oraz wytrzymałość na ściskanie po 24 godzinach hydratacji próbki. Na podstawie zrealizowanych badań określono wpływ środków poprawiających stabilność sedymentacyjną na wartość wczesnej wytrzymałości na ściskanie.

EN

Low density cement slurries are the most commonly used formulas for sealing casing pipe columns in conditions of reduced reservoir pressure or in low-density zones. Appropriately reduced cement slurry density allows the hydrostatic pressure of the cement slurry to be reduced, so that there is no risk of cement escaping into areas with poor compactness. Lightweight cement slurries can be also successfully used for sealing deep wells, where it is necessary to press the cement slurry to a great depth. Two recipes are used in such a case: the first cement slurry is lightweight slurry, followed by a cement slurry of higher density. In order to reduce the density of the slurry, various types of light fillers are used, whose presence in the slurry reduces its density. However, when lightweight filler materials are used, the slurry fractionates, which is manifested in the separation of light fractions in the upper part of the cemented annular or space between particular casing and settling to the lower parts of the heavy slurry fractions. In order to eliminate this undesirable phenomenon, agents are used which, due to the increase in the viscosity of the mixing water, followed by an increase in the structural strength of the stone, result in improved sedimentation stability of the developed cement slurry recipe. However, the presence of these agents changes the value of early mechanical strength formed from the cement slurry sheath, and this parameter is particularly important for this type of cement slurries. In addition, antisedimentation agents cause a change in the cement slurry setting time, and this parameter is important from a technological point of view (adjusting the circulating time to the time necessary to carry out the cementing operation). Therefore, this publication discusses the issue of changing the value of early compressive strength under the influence of selected agents improving sedimentation stability. The article discusses the results of testing four types of agents that improve sedimentation stability. Tests were carried out for control cement slurries prepared on the basis of two types of cement, CEM I 42.5R cement and aluminum-calcium cement. The tests included mainly the thickening time, transition time from the value of the thickening start to the value of the thickening end and compressive strength after 24 hours of sample hydration. Based on the research carried out, the impact of agents improving sedimentation stability on the value of early compressive strength was determined.

Słowa kluczowe

PL

zaczyn cementowy; stabilność sedymentacyjna; frakcjonowanie; czas wiązania; początek wiązania; koniec wiązania; wytrzymałość na ściskanie

EN

cement slurry; sedimentation stability; fractionation; setting time; start of setting; end of setting; compressive strength

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 7
• Strony: 466--473
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., rys.

Twórcy

autor

Kremieniewski Marcin

• Instytut Nafty i Gazu –Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Bensted J., 1978. Effect of Accelerator Additives on the Early Hydratation of Portland Cement. Il Cemento: 13–20.
• Bensted J., 2004. Cementy wiertnicze. Cz. 2. Stosowanie cementów wiertniczych do cementowania odwiertów. Cement Wapno Beton, 2: 61–72.
• Carathers K., Crook R., 1987. Surface Pipe Cement Gives High Earsly Strength With New Cement Additive. Proc. South-wester Petroleum Short Course, Lubbock. TX: 12–19.
• Falode O.A., Salam K.K., Arinkoola A.O., Ajagbe B.M., 2013. Prediction of compressive strength of oil field class G cement slurry using factorial design. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, 3(4): 297–302.
• Herianto A., Fathaddin M.T., 2005. Effects of additives and conditioning time on comprehensive and shear bond strengths of geothermal well cement. Proceedings of World Geothermal Congress, Antalya, Turkey: 1–7.
• 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. Drillingcontactor, September/October: 62–64.
• Kremieniewski M., 2017. Poprawa stabilności sedymentacyjnej zaczynu cementowego. Nafta-Gaz, 4: 242–249. DOI 10.18668/NG.2017.04.04.
• Kremieniewski M., 2018a. Poprawa wczesnej wytrzymałości mechanicznej płaszcza cementowego powstałego z zaczynu lekkiego. NaftaGaz, 8: 599–605. DOI: 10.18668/NG.2018.08.06.
• Kremieniewski M., 2018b. Wpływ środków regulujących czas wiązania na parametry reologiczne zaczynu cementowego. Nafta-Gaz, 11: 828–838. DOI: 10.18668/NG.2018.11.07.
• Kremieniewski M., 2018c. Zmiana parametrów technologicznych zaczynu cementowego pod wpływem przeciwsedymentacyjnego dodatku żywicy ksantanowej. Nafta-Gaz, 12: 927–937. DOI: 10.18668/NG.2018.12.07.
• Kremieniewski M., 2019a. Receptury zaczynów do uszczelniania kolumn rur posadowionych w otworach wierconych w skałach chłonnych. Nafta-Gaz, 8: 451–457. DOI: 10.18668/NG.2019.08.01.
• Kremieniewski M., 2019b. Rola plastyfikatora w projektowaniu zaczynu lekkiego o podwyższonej stabilności sedymentacyjnej. Nafta-Gaz, 9: 571–578. DOI: 10.18668/NG.2019.09.06.
• Kremieniewski M., 2019c. Korelacja wyników badań filtracji i wczesnej wytrzymałości mechanicznej zaczynów cementowych z dodatkiem mączki krzemionkowej. Nafta-Gaz, 7: 394–403. DOI: 10.18668/NG.2019.07.03.
• Kremieniewski M., 2019d. Receptury zaczynów do uszczelniania kolumn rur posadowionych w otworach wierconych w skałach chłonnych. Nafta-Gaz, 8: 451–457. DOI: 10.18668/NG.2019.08.01.
• Kremieniewski M., 2019e. Korelacja wyników badań wytrzymałości na ściskanie i przyczepności do rur stalowych płaszcza cementowego z zaczynu o obniżonej gęstości. Nafta-Gaz, 10: 613–624. DOI: 10.18668/NG.2019.10.03.
• Kremieniewski M., 2019f. Wpływ drobnoziarnistej krzemionki na parametr czasu oczekiwania na cement – WOC. Nafta-Gaz, 11: 683–690. DOI: 10.18668/NG.2019.11.03.
• Kremieniewski M., Kędzierski M., 2019. Badanie frakcjonowania lekkich materiałów obniżających gęstość jako wstępnego parametru podczas projektowania receptury zaczynu lekkiego. Nafta-Gaz, 12: 35–42. DOI: 0.18668/NG.2019.12.04.
• Kremieniewski M., Stryczek S., 2019. Zastosowanie cementu wysokoglinowego do sporządzania zaczynów uszczelniających w technologiach wiertniczych. Cement Wapno Beton, 3: 215–226.
• Kremieniewski M., Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A., 2016. Zmniejszanie porowatości stwardniałych zaczynów wiertniczych poprzez wprowadzenie dodatków drobnoziarnistych. Cement Wapno Beton, 5, 325–335.
• Kurdowski W., 2010. Chemia cementu i betonu. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa. 1–700.
• Labibzadeh M., Zahabizadeh B., Khajehdezfuly A., 2010. Early-age compressive strength assessment of oil well class G cement due to borehole pressure and temperature changes. Journal of American Science, 6(7): 38–45.
• Lapasin R., De Lorenzi L., Pricl S., Torriano G., 1995. Flow properties of hydroxypropyl guar gum and its long-chain hydrophobic derivatives. Carbohydrate Polymer, 28(3), 195–202.
• Nelson E.B. (ed.), 1990. Well Cementing, Schlumberger Educational Service, Houston, Teksas, USA.
• 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.
• 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.
• Raczkowski J., Stryczek S., Fugiel K., Kraj Ł., Wilk S., 1978. Zaczyny do uszczelniania w otworach wiertniczych. Skrypty uczelniane, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków: 1–311.
• Risica D., Barbetta A., Vischetti L., Cametti C., Dentini M., 2010. Rheological properties of guar and its methyl, hydroxypropyl and hydroxypropyl-methyl derivatives in semidilute and concentrated aqueous solutions. Polymer, 51(9), 1972–1982.
• 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.
• 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., Gonet A., Wiśniowski R., Złotkowski A., 2011. Zaczyny uszczelniające do wypełniania pustek w górotworze solnym. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 28(1–2): 391–400.
• 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.), Kotwica Ł., Kremieniewski M., Rzepka M., Uliasz-Misiak B., Wiśniowski R., Złotkowski A., 2016. Studia nad doborem zaczynów uszczelniających w warunkach wierceń w basenie pomorskim. Wydawnictwo 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 ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).