Zaczyny cementowe jako ciecze reoniestabilne

• Autorzy: Pikłowska A. , Stryczek S. , Gonet A. , Formela M.

Warianty tytułu

EN

Cement slurries as rheological unstable liquids

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Proces cementowania kolumn rur okładzinowych w głębokich otworach wiertniczych wymaga, aby zaczyny cementowe były przetłaczalne w dłuższym okresie czasu, a zatem celowym jest wykonywanie badań właściwości reologicznych w funkcji czasu, jaki upływa od sporządzenia zaczynu do górnej granicy jego przetłaczalności. Dzięki badaniom stwierdzono, że zaczyny te mogą wykazywać zjawisko tiksotropii. Polega ono na tym, że na skutek niszczenia wewnętrznej struktury zaczynu (forma żelu) następuje izotermiczne zmniejszenie się tarcia wewnętrznego z upływem czasu ścinania (rozpad ziaren cementu), jak również dający się zmierzyć w czasie powolny powrót do pierwotnej konsystencji w czasie spoczynku. Zmiana lepkości pozornej układu tiksotropowego w funkcji czasu powoduje powstanie pętli histerezy naprężeń przy określaniu krzywej płynięcia, tj. wyznaczeniu naprężeń ścinających przy wzrastających i malejących szybkościach ścinania. Z kolei wielkość pętli histerezy naprężeń określa wielkość tiksotropii układu. Pętla histerezy może mieć różny kształt, w zależności od warunków przebiegu badań laboratoryjnych. Zmiana szybkości ścinania oraz krzywe (pętle) przecinające się przy pośrednich szybkościach ścinania mogą utrudniać interpretację tiksotropii, ponieważ w takich przypadkach powierzchnia pola pętli nie jest równoznaczna z wielkością tiksotropii. W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych określających wpływ funkcji czasu na zmiany właściwości reologicznych świeżych zaczynów cementowych sporządzanych na osnowie cementu wiertniczego marki Dyckerhoff (API Class G HSR – Black Label, produkt importowany z Niemiec). W przeprowadzanych badaniach zmiennymi były: współczynnik wodno-cementowy, czas pomiaru (liczony od zarobienia zaczynu). Współczynniki wodno-cementowe dla badanych zaczynów cementowych były zmienne i wynosiły odpowiednio: 0,45; 0,55 i 0,65.

EN

The process of cementing casing columns in deep boreholes requires that the cement slurries were pumped over a longer period of time, so by all means it is advisable to perform studies of rheological properties as a function of time that elapses from the preparation to the upper limit of the possibility of its circulation. Studies show that the slurries may exhibit the phenomenon of thixotropy. This phenomenon consists in the fact, that due to the destruction of the internal structure of the slurry (gel form), followed by the isothermal reduction of internal friction with the passage of coagulation time (decay of particles of cement), as well as a measurable during the time slow return to its original consistency at rest. Changing the apparent viscosity of the thixotropic system in a function of time creates a strain hysteresis loop when determining the flow curve, i.e. designation stress at increasing and decreasing coagulation rates. The size of strain hysteresis loop determines the size of the system thixotropy. The hysteresis loop can have different shapes depending on the course of laboratory tests. Changing the coagulation rate and the curves (loops) intersecting at intermediate coagulation rates may hinder interpretation of thixotropy, because in such cases the surface of the loop field is not equivalent to the size of thixotropy. The article presents results of laboratory tests defining the influence of the function of time on changes in the rheological properties of fresh cement slurries prepared on the base of the drill Class G cement, grade HSR (cement imported from Germany). In the study performed the variables were: the ratio of w/c, the measurement time(counted from mixing the slurry). Water-cement ratios for the tested cement slurries were variable and amounted to 0.45; 0.55 and 0.65.

Słowa kluczowe

PL

cement wiertniczy klasy G; reologia; modele reologiczne; zaczyny cementowe; tiksotropia; pętla histerezy; wytrzymałość strukturalna

EN

class G cement drilling; rheology; rheological models; cement slurries; thixotropy; hysteresis loop; structural strength

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 71, nr 10
• Strony: 747--753
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pikłowska A.

• Katedra Wiertnictwa i Geoinżynierii Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu al. Mickiewicza 30 30-059 Kraków

autor

Stryczek S.

• Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu al. Mickiewicza 30 30-059 Kraków

autor

Gonet A.

• Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica al. Mickiewicza 30 30-059 Kraków

autor

Formela M.

• Katedra Wiertnictwa i Geoinżynierii Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu al. Mickiewicza 30 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Bujok P., Porzer M., Labus K., Klempa M., Pavlus J.: Experimental modeling of abandoned shallow oil wells convergence. Engineering Geology 2013, 157, pp. 1–7. DOI: 10.1016/j.enggeo.2013.02.004.
• [2] Gonet A., Stryczek S.: Reologia wybranych zaczynow uszczelniajacych wykonanych z cementow Gorazdze Cement S.A. Sympozjum Naukowo-Techniczne „Cementy w budownictwie, robotach wiertniczych i inżynieryjnych oraz hydrotechnice”, Piła 2001.
• [3] Izak P.: Reologia zawiesin ceramicznych. Wydawnictwo AGH, Kraków 2012.
• [4] Jasiczak J., Mikolajczak P.: Technologia betonu modyfikowanego domieszkami i dodatkami. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 1997
• [5] Kurdowski W.: Chemia cementu. PWN, Warszawa 1991.
• [6] Mierzwa J.: Wlasciwosci reologiczne zaczynow cementowych stosowanych w wybranych procesach technologicznych budownictwa. Monografia Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki, Kraków 1988.
• [7] Nelson E. B.: Cementowanie otworow wiertniczych. Schlumberger Educational Service, Houston, Texas, USA, 1990.
• [8] Piklowska A.: Okreslenie zmian wlasciwosci reologicznych zaczynow cementowych w funkcji czasu wiazania. WWNiG AGH (praca niepublikowana), Kraków 2013.
• [9] Pinka J., Wittenberger G., Engel.: Dobyvanie lozisk vrtmi. AMS F BERG, TU v Kosiciach, Kosice 2006, 227 s.
• [10] Sliwa T.: Badania podziemnego magazynowania ciepla za pomoca kolektorow slonecznych i wymiennikow otworowych. Wydawnictwa AGH, Kraków 2012, s. 265–273.
• [11] Szaj P.: Wplyw wybranych dodatkow mineralnych na wlasciwosci reologiczne zaczynow cementowych. Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej. Studia i Materiały 2012, vol. 135, nr 41, s. 285–294.
• [12] Wisniowski R., Skrzypaszek K.: Analiza modeli reologicznych stosowanych w technologiach inzynierskich. Wydawnictwo AGH „Wiertnictwo, Nafta, Gaz”, Kraków 2006, tom 23, zeszyt 1, s. 523–532.
• [13] Wisniowski R., Stryczek S., Skrzypaszek K.: Kierunki rozwoju badan nad reologia plynow wiertniczych. Wydawnictwo AGH „Wiertnictwo, Nafta, Gaz”, Kraków 2007, tom 24, zeszyt 1, s. 595–607.
• Akty prawne i normatywne
• [14] Norma PN-EN ISO 10426-2 Przemysł naftowy i gazowniczy. Cementy i materiały do cementowania otworów wiertniczych. Część 2: Badania cementów wiertniczych, 2006.

Uwagi

PL

Praca została wykonana w ramach badań statutowych realizowanych w Katedrze Wiertnictwa i Geoinżynierii na Wydziale Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH (nr 11.11.190.555, zad. 2).