Zmiana parametrów zaczynu cementowego w obecności kopolimeru butadienowo- -styrenowo-amidowego

• Autorzy: Kątna Ewa

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2021.09.04

Warianty tytułu

EN

Change of cement slurry parameters under the influence of butadiene styrene-amide copolymer

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wodna dyspersja kopolimeru butadienowo-styrenowo-amidowego z zastosowaniem środków modyfikujących to najczęściej wykorzystywany rodzaj lateksu w branży wiertniczej. Zaczyny cementowe zawierające ten dodatek nazywane są zaczynami lateksowymi. Zawierają one w składzie od kilku do kilkudziesięciu procent lateksu. Dodatek lateksu do zaczynu w ilości nieprzekraczającej 10% zwykle nie wpływa na właściwości mechaniczne związanego zaczynu cementowego, ale zapobiega migracji gazu. Przy zawartości mniejszej od około 5% masy cementu lateks nie ma znaczącego wpływu na plastyczność. Ilość stosowanego w zaczynie lateksu wpływa na parametry technologiczne decydujące o efektywności uszczelnienia. W związku z tym niezbędne jest prowadzenie badań wpływu zmiany parametrów zaczynu wynikającej z zastosowania dodatku kopolimeru butadienowo-styrenowo-amidowego. W niniejszym artykule, na podstawie badań laboratoryjnych, przedstawione zostały receptury zmodyfikowanych zaczynów cementowych, które charakteryzują się zwiększoną ilością lateksu. Zawartość tego materiału dochodzi do 20%, natomiast w celu doszczelnienia matrycy płaszcza cementowego zastosowano również mikrocement w ilości 50%. Przeprowadzono analizę właściwości technologicznych sporządzonych zaczynów cementowych w przedziale temperatur od 25°C do 60°C. Głównym celem stosowania w zaczynach cementowych dodatku lateksu i mikrocementu jest minimalizowanie lub wyeliminowanie zjawiska migracji gazu oraz powstrzymanie procesu tworzenia się kanałów gazowych w strukturze wiążącego zaczynu cementowego. Przedstawione w publikacji wyniki badań przyczyniają się do projektowania nowych receptur przeznaczonych do uszczelnia- nia otworów w warunkach podwyższonego ryzyka wystąpienia migracji gazu. Tego rodzaju zaczyny mogą być używane do uszczelniania rur okładzinowych w otworach wiertniczych w różnych warunkach geologiczno-złożowych w warunkach temperatury do 60°C i ciśnienia do około 40 MPa.

EN

The aqueous dispersion of butadiene styrene-amide copolymer with the addition of modifying agents is the most commonly used type of latex in the drilling industry. Cement slurries containing this additive are called latex slurries. They contain from a few to several dozen percent of latex. The addition of latex to the slurry in an amount not exceeding 10% usually does not affect the mechanical properties of the bound cement slurry, but prevents gas migration. At less than about 5% by weight of cement, latex has no significant effect on plasticity. The amount of latex used in the slurry affects the technological parameters that determine the effectiveness of the seal. Therefore, it is necessary to conduct research on the effect of changing the parameters of the slurry under the influence of the addition of butadiene styrene-amide copolymer. This article presents, based on laboratory tests, the recipes of modified cement slurries, which are characterized by an increased amount of latex. The amount of this material is up to 20%, while a microcement in the amount of 50% was also used to seal the matrix of the cement sheath. The technological properties of prepared cement slurries were analyzed in the temperature range from 25°C to 60°C. The main objective of the use of latex and microcement in cement slurries is to minimize or eliminate the phenomenon of gas migration and to stop the process of the formation of gas channels in the structure of the binding cement slurry. The research results presented in the publication contribute to the design of new recipes for sealing boreholes in conditions of increased risk of gas migration. This type of slurry can be used to seal casing pipes in boreholes in various geological and deposit conditions under temperature conditions up to 60°C and pressure up to approx. 40 MPa

Słowa kluczowe

PL

kopolimer butadienowo-styrenowo-amidowy; lateks; zaczyn lateksowy; migracja gazu; cementowanie otworów wiertniczych

EN

butadiene styrene-amide copolymer; latex; latex slurry; gas migration; well cementing

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 77, nr 9
• Strony: 593--599
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz.

Twórcy

autor

Kątna Ewa

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Ali M., Jarni H.H., Aftab A., Ismail A.R., Saady N.M.C., Sahito M.F., Keshavarz A., Iglauer S., Sarmadivaleh M., 2020. Nanomaterial-Based Drilling Fluids for Exploitation of Unconventional Reservoirs: A Review. Energies, 13: 3417. DOI: 10.3390/en13133417.
• Brown D.L., Ferg T.E., 2005. The Use of Lightweight Cement Slurries and Downhole Chokes on Air-Drilled Wells. Society of Petroleum Engineers, 20(2): 123–132. DOI: 10.2118/84561-PA.
• Dębińska E., 2013. Wyznaczanie statycznej wytrzymałości strukturalnej i wczesnej wytrzymałości mechanicznej zaczynów cementowych. Nafta-Gaz, 2: 134–142.
• Dohnalik M., Zalewska J., 2013. Korelacja wyników laboratoryjnych uzyskanych metodą rentgenowskiej mikrotomografii, jądrowego rezonansu magnetycznego i porozymetrii rtęciowej. Nafta-Gaz, 10: 735–743.
• Kremieniewski M., 2018. Wpływ środków regulujących czas wiązania na parametry reologiczne zaczynu cementowego. Nafta-Gaz, 11: 828–838. DOI: 10.18668/NG.2018.11.07.
• Kremieniewski M., 2020a. Recipe of Lightweight Slurry with High Early Strength of the Resultant Cement Sheath. Energies, 13(7): 1583. DOI: 10.3390/en13071583.
• Kremieniewski M., 2020b. Ultra-Lightweight Cement Slurry to Seal Wellbore of Poor Wellbore Stability. Energies, 13(12): 3124. DOI: 10.3390/en13123124.
• Kremieniewski M., 2020c. Zmiana parametrów reologicznych zaczynu lateksowego pod wpływem dodatku mikrosfery. Nafta-Gaz, 1: 37–45. DOI: 10.18668/NG.2020.01.05.
• Kremieniewski M., 2020d. Zmiana wczesnej wytrzymałości na ściskanie pod wpływem wybranych środków poprawiających stabilność sedymentacyjną. Nafta-Gaz, 7: 466–473. DOI: 10.18668/NG.2020.07.05.
• Kremieniewski M., Jasiński B., Zima G., Kut Ł., 2021a. Reduction of Fractionation of Lightweight Slurry to Geothermal Boreholes. Energies, 14(12): 3686. DOI: 10.3390/en14123686.
• Kremieniewski M., Stryczek S., 2019. Zastosowanie cementu wysokoglinowego do sporządzania zaczynów uszczelniających w technologiach wiertniczych. Cement Wapno Beton, 3: 215–226.
• Kremieniewski M., Wiśniowski R., Stryczek S., Łopata P., 2021b. Comparison of Efficient Ways of Mud Cake Removal from Casing Surface with Traditional and New Agents. Energies, 14(12): 3653. DOI: 10.3390/en14123653.
• Kurdowski W., 2010. Chemia cementu i betonu. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
• Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A., 2007. Wpływ plastyfikatorów na właściwości reologiczne zaczynów uszczelniających do prac geoinżynieryjnych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 24(1): 535–552.
• 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., Ziaja J., 2013. Influence of polycarboxylate superplasticizers on rheological properties of cement slurries used in drilling technologies. Archives of Mining Sciences, 58(3): 719–728.
• Tahir M., Hincapie R.E., Ganzer L., 2020. Influence of Sulfate Ions on the Combined Application of Modified Water and Polymer Flooding – Rheology and Oil Recovery. Energies, 13(9): 2356. DOI: 10.3390/en13092356.
• Tao C., Kutchko B.G., Rosenbaum E., Massoudi M., 2020. A Review of Rheological Modeling of Cement Slurry in Oil Well Applications. Energies, 13(3): 570. DOI: 10.3390/en13030570.
• Tao C., Kutchko B.G., Rosenbaum E., Wu W.-T., Massoudi M., 2019. Steady Flow of a Cement Slurry. Energies, 12(13): 2604. DOI: 10.3390/en12132604.
• Wiśniowski R., Skrzypaszek K., 2006. Analiza modeli reologicznych stosowanych w technologiach inżynierskich. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 23(1): 523–532.
• Wiśniowski R., Skrzypaszek K., Małachowski T., 2020. Selection of a Suitable Rheological Model for Drilling Fluid Using Applied Numerical Methods. Energies, 13(13): 3192. DOI: 10.3390/en13123192.
• Akty prawne i dokumenty normatywne
• PN-85/G-02320 Cementy i zaczyny cementowe do cementowania w otworach wiertniczych.
• PN-EN 10426-2 Przemysł naftowy i gazowniczy. Cementy i materiały do cementowania otworów. Część 2: Badania cementów wiertniczych oraz API SPEC 10 Specification for materials and testing for well cements.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).