Poprawa oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego przed zabiegiem cementowania

• Autorzy: Kremieniewski M. , Kędzierski M. , Rzepka M.

Identyfikatory

DOI

10.18668/PN2018.220

Warianty tytułu

EN

Improvement of the cleaning of the annular space of the borehole before the cementing operations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podczas realizacji prac związanych z uszczelnieniem kolumny rur okładzinowych jednym z najistotniejszych aspektów jest zapewnienie szczelności w przestrzeni pierścieniowej pomiędzy kolumnami rur oraz poza nimi. Niezachowanie tego warunku może skutkować poważnymi konsekwencjami począwszy od wzrostu ciśnienia w górnej części otworu, a skończywszy na migracji bądź ekshalacji gazu. W celu wyeliminowania takich niepożądanych zjawisk należy uszczelnić kolumnę rur okładzinowych tłocząc zaczyn cementowy. Jednak na odpowiednie uszczelnienie przestrzeni pierścieniowej składa się również przygotowanie otworu do cementowania poprzez dokładnie jego oczyszczenie. W tym celu następuje przetłoczenie cieczy przemywającej, a następnie płuczka wypierana jest przez ciecz buforową i zaczyn cementowy. Odpowiednie przygotowanie przestrzeni pierścieniowej przyczynia się do znacznej poprawy uszczelnienia i umożliwia wyeliminować powstawanie mikroprzepływów gazu na kontakcie płaszcza cementowego z powierzchnią przewiercanej wcześniej formacji skalnej oraz powierzchnią zapuszczanej rury okładzinowej. W książce przedstawione zostały mechanizmy przepływu cieczy w przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego oraz omówiono zagadnienia dotyczące działania środków przemywających na poprawę efektywności oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej przed zabiegiem cementowania. Opisana została innowacyjna metodyka badań efektywności usuwania osadu płuczkowego. Zaprezentowano również nowe, skonstruowane w INiG – PIB urządzenie (symulator przepływu cieczy wiertniczych), które pozwalało na realizację prac badawczych w zakresie skuteczności działania cieczy przemywających. Omówiono wyniki badań wpływu czasu kontaktu oraz prędkości przepływu cieczy przemywającej na skuteczność usuwania osadu płuczkowego z formacji skalnej oraz z powierzchni rur okładzinowych. Przedstawiono również badania nad opracowaniem nowych cieczy przemywających oraz hybrydowej cieczy przemywającej, która wykazywała dwufunkcyjny charakter usuwania osadu (chemiczny oraz mechaniczny). Omawiana problematyka realizowanych prac badawczych w znacznym stopniu przyczynia się do poprawy oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego przed zabiegiem cementowania, a tym samym do ograniczenia migracji i ekshalacji gazu w otworach wiertniczych.

EN

During the implementation of works related to the sealing of the casing string, one of the most important aspects is to ensure tightness in the annular space between the casing and beyond. Failure to comply with this condition may result in serious consequences, ranging from pressure increase in the upper part of the hole, to migration or gas exhalation. In order to eliminate such undesirable phenomena, the casing column should be sealed by pumping the cement slurry. However, the proper sealing of the annular space also consists in preparing the borehole for the cementing operations by thoroughly cleaning it. For this purpose, a preflush fluid is pumped into the hole, and the drilling mud is displaced by a spacer fluid and cement slurry. Appropriate preparation of the annular space contributes to a significant improvement of the sealing and allows to eliminate the formation of gas microflows on the contact of the cement sheath with the surface of the previously drilled rock formation and the surface of the casing string. This book presents the mechanisms forming the liquid flow in the annular space of the borehole and discusses the issues concerning the action of washing agents to improve the efficiency of cleaning the annular space before the cementing operations. It presents an innovative methodology for the effectiveness of removal of mud cake. It also presents, a new device (a simulator of the flow of drilling fluids), constructed in The Oil and Gas Institute – National Research Institute, which allowed to carry out research work in the field of the effectiveness of washing fluids. The results of the influence of contact time and flow rate of the preflush fluid on the efficiency of removing the mud cake from the rock formation and the surface of the casings were discussed. Also presented are Laboratory tests on the development of a new types of washing fluids and a hybrid preflush fluid, which showed a dual-purpose character of filter cake removal (chemical and mechanical). The discussed issues of conducted research work significantly contribute to the improvement of the purification of the annular space of the borehole before cementing operations, and thus to the reduction of gas migration and exhalation in wellbores.

Słowa kluczowe

PL

ciecz przemywająca; ciecz buforowa; oczyszczenie przestrzeni pierścieniowej; ciecz hybrydowa; przestrzeń pierścieniowa; otwór wiertniczy; zabieg cementowania otworu wiertniczego; szczelność otworu; migracja gazu; środki powierzchniowo czynne; surfaktanty; środki ścierne; dodatki drobnoziarniste

EN

preflush fluid; spacer fluids; cleaning of the annular space; hybrid preflush fluid; annular space; borehole; wellbore cementing operations; borehole tightness; gas migration; surfactants; abrasives; fine-grain additives

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 220
• Strony: 1--171
• Opis fizyczny: Bibliogr. 52 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Kremieniewski M.

autor

Kędzierski M.

autor

Rzepka M.

redaktor

Kremieniewski M.

Bibliografia

• [1] Bowman G.R, Sherer B.: How to Run and Cement Liners. World Oil 1988, March, s. 38-46.
• [2] Bielewicz D.: Płyny wiertnicze. Wydawnictwa AGH, Kraków 2009, s. 1-436.
• [3] Błaż S.: Nowe rodzaje cieczy przemywających osady z płuczki inwersyjnej przed zabiegiem cementowania otworów wiertniczych. Nafta-Gaz 2017, nr 5, s. 302-311.
• [4] Braghini A. et al.: Effect of Rheology on Flow Displacement during Cementing Process in Oil Wells. 13th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering, Uberlanda, MG, Brazylia, 2010 (materiały konferencyjne).
• [5] Brice Jr. J.W., Holmes B.C.: Engineered Casing Cementing Programs Using Turbulent Flow Techniques. SPE 1964, s. 503-508.
• [6] Cambpell B.L.: An analysis of deep well cementing techniques. Adriat. Confer. Wierc. Głębokich. Poreć. 1973 (materiały konferencyjne).
• [7] Ciechanowska M. et al.: Ekshalacje gazu ziemnego - polsko-ukraiński problem Przedgórza Karpat. Analiza i ocena zagrożeń ekshalacjami gazu. Projekt NEB/PL/PDK/2.1/06/45, INiG. Kraków 2008.
• [8] Clark C.R., Carter L.G.: Mud Displacement with Cement Slurries. J. Pet. Tech. 1973, July, s. 3-19.
• [9] Crinklemeyer O.W. et al.: Use of Water Base Spacer with Thixotropic Cement Systems Improves Cement Jobs. SPE 1976.
• [10] Crook R.J., Keller S.R., Wilson M.A.: Deviated Wellbore Cementing. Part 2 - Solutions. J. Pet. Tech. 1987, vol. 39, no. 8, s. 961-966.
• [11] Evanoff J.I., Cook Jr. C.: Optimizing Cement Design for Improved Job Results. SPE 1988, s. 383-391
• [12] Govier G., Azis K.: The Flow of Cement Mixtures in Pipes. R.E. Krieger Publishing Co. Malabar. FL (1972), s. 1-792.
• (13] Guillot D.J., Denis J.H.: Prediction of Laminar and Turbulent Friction Pressures of Cement Slurries in Pipes and Centered Annuli. Paper SPE 18377. 1988 (materiały konferencyjne).
• [i4] Gunawan S., Fowler D.A., Mack A. Universal, High-Performance Wellbore Displacement Spacer System. AADE-17-NTCE-067, 2017 (materiały konferencyjne).
• [15] Habrat S., Raczkowski J., Zawada S.: Technika i technologia cementowań w wiertnictwie. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa 1980, s. 1-498.
• [16] Haut R.C., Crook R.J., Primary Cementing: The Mud Displacement Process. SPE 1979 (materiały konferencyjne).
• [17] Herman Z.: Doskonalenie procesu cementowania rur okładzinowych w otworach wierconych przy użyciu płuczek: polimerowej z inhibitorem i polimerowej z inhibitorem kapsułującym w wybranych rejonach Karpat i przedgórza Karpat. Etap 01 - Opracowanie receptur zaczynów cementowych i technologii cementowania kolumn rur okładzinowych w wytypowanych rejonach wierceń w Karpatach Wschodnich. Praca niepublikowana INiG, 1995.
• [18] Herman Z.: Doskonalenie procesu cementowania rur okładzinowych w otworach wierconych przy użyciu płuczek: polimerowej z inhibitorem i polimerowej z inhibitorem kapsułującym w wybranych rejonach przedgórza Karpat. Etap 02 - Opracowanie receptur zaczynów cementowych i technologii cementowania dla wybranych rejonów skał zbiornikowych przedgórza Karpat. Praca niepublikowana INiG, 1995.
• [19] Herman Z., Uliasz M.: Wpływ zjawisk zachodzących na kontakcie płuczka wiertnicza - zaczyn cementowy - skała ilasta na skuteczność cementowania. Konferencja Naukowo-Techniczna GEOPETROL 2002 nt. Pozyskiwanie paliw węglowodorowych ze źródeł krajowych - innowacje i osiągnięcia. Zakopane 16-19.09.2002, Prace IGNiG nr 116, s. 351-356.
• [20] http://biotechnologia.pllkosmetologia/srodki-powierzchniowo- czynne,10933 (dostęp: sierpień 2017).
• [21] https://pl.wikipedia.org/wiki/Krytyczne_st%C4%99%C5%BCenie_micelizacji (dostęp: sierpień 2017).
• [22] Jasiński B.: Analiza wpływu poliglikoli stosowanych w płuczkach wiertniczych na jakość zacementowania rur okładzinowych. Prace INiG - PIB 2015 (prace niepublikowane).
• [23] Jasiński B.: Ocena wpływu cieczy przemywającej na jakość zacementowania rur w otworze wiertniczym po użyciu płuczki glikolowo-potasowej. Nafta-Gaz 2016, nr 6, s. 413-421.
• [24] Kremieniewski M.: Proces migracji gazu w trakcie wiązania zaczynu cementowego. Nafta-Gaz 2011, nr 3, s. 175-181.
• [25] Kremieniewski M.: Ograniczenie ekshalacji gazu w otworach wiertniczych poprzez modyfikację receptur oraz kształtowanie się struktury stwardniałych zaczynów uszczelniających. Prace Naukowe INiG - PIB, Nr 199, Kraków 2016, s. 1-400. DOI: 10.18668/PN2016.199.
• [26] Kremieniewski M., Rzepka M.: Przyczyny i skutki przepływu gazu w zacementowanej przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego oraz metody zapobiegania temu zjawisku. Nafta-Gaz 2016, nr 9, s. 722-768.
• [27] Lavrov A., Torsaeter M.: Physics and Mechanics of Primary Well Cementing. Springer, 2016, s. 25-61.
• [28] Li L. et al.: A Novel Spacer System to Prevent Lost Circulation in Cementing Applications. AADE-I6-FTCE-13, 2016 (materiały konferencyjne).
• [29] Li L. et al.: Evaluation of a New Spacer System Mixed On-The-Fly. AADE-16-FTCE-51, 2016 (materiały konferencyjne).
• [30] Martin M., Latil M.: Mud Displacement by Slurry During Primary Cementing Jobs - Predicting Optimum Conditions. SPE 1992 (materiały konferencyjne).
• [31] McLean R.H., Manry C.W., Whitaker W.W.: Displacement Mechanics in Primary Cementing. SPE 1966 (materiały konferencyjne).
• [32) McMurry J.: Chemia organiczna. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2010.
• [33] Nelson E.B. et al.: Well Cementing. Schlumberger Educational Service, Houston, Teksas, USA, 1990, s. 1-773.
• [34] Sauer C.W.: Mud Displacement During Cementing. A State of the Art, JPT 1987, s. 1091-1101.
• [35] Shadravan A., Tarrahi M.: Agile Data-Driven Fluid Design: Predicting the Properties of Drilling, Spacer and Cement Slurry Fluids. AADE-16-FTCE-07, 2016 (materiały konferencyjne).
• [36] Shahriar A.: Investigation on Rheology of Oil Well Cement Slurries. PhD Thesis, The University of Western Ontario, 2011 (praca doktorska).
• [37] Smith D.K.: Cmenting. SPE Monography, 1986.
• [38] Stryczek S., Gonet A. Kierunki ograniczania migracji gazu z przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego. WUG 2005, nr 3, s. 10-13.
• [39] Stryczek S. et al.: Popioły z fluidalnego spalania węgla brunatnego jako dodatek do zaczynów uszczelniających. Wydawnictwo AGH, Kraków 2013, s. 117-134.
• [40] Stryczek S. et al.: Studia nad doborem zaczynów uszczelniających w warunkach wierceń w basenie pomorskim. Wydawnictwo AGH, Kraków 2016, s. 1-232.
• [41] Tomaszkiewicz-Potępa A., Śliwa K., Śliwa P.: Możliwość zastosowania związków powierzchniowo-czynnych do ekstrakcji substancji aktywnych z materiału roślinnego. Czasopismo Techniczne. Chemia 2010, vol. 107, s. 343-352.
• [42] Uliasz M., Chudoba J. et al.: Doskonalenie uszczelniania kolumn rur okładzinowych w utworach płytkiego miocenu z uwzględnieniem warstw sypkich etp III – Doskonalenie receptur Puczek wiertniczych w aspekcie poprawy skuteczności cementownia w otworach wiertniczych w rejonach Terliczki, Żołyni, Łańcuta i Rutki. INiG, 2002, praca niepublikowana.
• [43] Uliasz M., Chudoba J., Herman Z.: Płuczki wiertnicze z inhibitorami polimerowymi i ich oddziaływanie na przewiercane skały. Prace INiG nr 139, 2006, praca niepublikowana.
• [44] Uliasz M. et al.: Kompleksowa analiza przyczyn migracji gazu w otworach realizowanych na przedgórzu Karpat i w Karpatach pod kątem właściwości cieczy wiertniczych stosowanych w czasie wiercenia i cementowania kolumn rur okładzinowych. Prace INiG-PIB 2012, praca niepublikowana.
• [45] Uliasz M. et al.: Określenie wpływu płuczek wiertniczych zawierających inhibitor polimerowy na jakość zacementowania kolumn rur okładzinowych. Prace INiG-PIB 2012, praca niepublikowana.
• [46] Uliasz M., Zima G., Błaż S., Jasińki B.: Systemy płuczek wiertniczych do wiercenia otworów w formacjach łupkowych. [W:] Rzeczpospolita łupkowa. INiG, Kraków 2012, s. 225-241
• [47] Uliasz M. et al.: Ocena właściwości cieczy wiertniczych w aspekcie zapobiegania migracji gazu w otworach na przedgórzu Karpat. Nafta-Gaz 2015, nr 1, s. 11-17.
• [48] Zuiderwijk J.J.M.: Mud Displacement in Primary Cementation. SPE 1974 (materiały konferencyjne).
• [49] Van Zanten R., Deen L., Ezzat D.: Successful Field Applications of Surfactant Nanotechnology to Displace Oil-based Drilling Fluids for Completion Operations. AADE-II-NTCE-1, 2011 (materiały konferencyjne).
• [50] Zieliński R.: Surfaktanty: budowa, właściwości, zastosowania. Wydawnictwo Uniwersytetu Ekonomicznego w Poznaniu, 2009, s. 1-886.
• [51] Zima G.: Wpływ właściwości płuczek wiertniczych na jakość cementowania w gazonośnych poziomach miocenu. Nafta Gaz 2014, nr 12, s. 899-907.
• [52] Zima G.: Nowy rodzaj 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).