PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

Receptura zaczynu lekkiego do uszczelniania otworów w strefie niskich ciśnień złożowych

Treść / Zawartość
Identyfikatory
Warianty tytułu
EN
Formula of lightweight cement slurry for sealing boreholes in the low reservoir pressure zone
Języki publikacji
PL
Abstrakty
PL
W technologii uszczelniania kolumn rur okładzinowych w otworze wiertniczym zachodzi niekiedy potrzeba zastosowania zaczynu o obniżonej gęstości. Najczęściej ma to miejsce w przypadku uszczelniania otworu wierconego w strefie niskiego ciśnienia złożowego. Aby zaprojektować recepturę zaczynu lekkiego, stosuje się dodatek materiału wypełniającego, którego gęstość jest znacznie niższa niż gęstość cementu. Jednak obecność takiego dodatku w strukturze płynnego zaczynu cementowego może niekiedy powodować destabilizację układu objawiającą się nadmiernym frakcjonowaniem, w wyniku czego lekkie cząsteczki migrują w górne partie zaczynu, a ciężkie ziarna cementu opadają na dno. Ponadto zaczyny zawierające dodatki lekkie wykazują również obniżone wartości parametrów mechanicznych, większą porowatość i przepuszczalność dla gazu. Cechy te mogą dyskwalifikować dany zaczyn pod kątem zastosowania go w warunkach otworowych. W celu wyeliminowania tych niekorzystnych zmian zachodzących w strukturze zarówno płynnego, jak i stwardniałego zaczynu lekkiego, stosuje się domieszki pozwalające na znaczną poprawę parametrów technologicznych projektowanej receptury. Odpowiedni dobór zarówno ilościowy, jak i jakościowy wybranych środków umożliwia wyeliminowanie frakcjonowania zaczynu, w wyniku czego możliwe jest uzyskanie homogenicznej struktury płynnego zaczynu, a powstały po związaniu płaszcz cementowy będzie wykazywał izotropię badanych parametrów. Ponadto dodatki i domieszki drobnocząsteczkowe pozwalają doszczelnić matrycę płaszcza cementowego w taki sposób, że wytrzymałość na ściskanie ulega znacznej poprawie i zredukowana zostaje wartość przepuszczalności i porowatości. W artykule zostały omówione wyniki badań nad opracowaniem receptur zaczynów lekkich przeznaczonych do uszczelniania otworów w strefie niskich ciśnień złożowych. Jako próbkę kontrolną przyjęto recepturę, która była stosowana w warunkach otworowych. Zaczyn ten ze względu na brak stabilności sedymentacyjnej został wytypowany do modyfikacji. Kolejne receptury zawierały zróżnicowane ilości materiałów wypełniających. Jako dodatki lekkie użyto: perlit filtracyjny, mikrosferę glinokrzemianową oraz mikrosferę szklaną. Natomiast w celu poprawy stabilności sedymentacyjnej i uzyskania odpowiednich wartości parametrów mechanicznych użyto dwie formy krzemionki: koloidalny roztwór krzemianu sodu oraz nanokrzemionkę hydrofilową. Zaprojektowane receptury zaczynów charakteryzowały się odpowiednimi wartościami parametrów technologicznych i stabilnością sedymentacyjną. Wprowadzone modyfikacje w recepturach zaczynów pozwoliły na osiągnięcie homogenicznej mikrostruktury stwardniałego zaczynu oraz uzyskanie wzrostu wartości parametrów mechanicznych. Opracowana grupa receptur może być stosowana do uszczelniania w strefie niskich ciśnień złożowych w warunkach temperatury około 30°C i w ciśnieniu około 3 MPa.
EN
In the technology of sealing casing columns in a borehole, sometimes it is necessary to use cement slurry with reduced density. This occurs most often during sealing of the borehole in the low reservoir pressure zone. To design lightweight cement slurry, an addition of filler material is used, the density of which is much lower than the density of cement. However, the presence of such an additive in the structure of fresh cement slurry may sometimes cause destabilization of the system manifested by excessive fractionation, as a result of which light particles migrate to the upper parts of the cement slurry and heavy cement grains sink to the bottom. In addition, cement slurries containing light additives also show reduced values of mechanical parameters, greater porosity and capacity for gas migration, which may disqualify a given cement slurry for use in borehole conditions. In order to eliminate these adverse changes occurring in the structure of both fresh and hardened lightweight cement slurry, admixtures are used to significantly improve the technological parameters of the designed recipe. Appropriate selection, both quantitative and qualitative, of selected agents makes it possible to eliminate the cement slurry fractionation, as a result of which it is possible to obtain a homogeneous structure of the fresh cement slurry, and the cement sheath formed after setting will demonstrate the isotropic properties of the tested mechanical parameters. In addition, additives and low molecular weight admixtures allow sealing of the cement sheath matrix in such a way that the compressive strength is significantly improved and the value of permeability and porosity is reduced. The article discusses the results of research on the development of lightweight cement slurry recipes intended for scaling of openings in the zone of low reservoir pressures. As a control sample, a recipe was selected that had been used in well conditions. This cement slurry was selected for modification due to the lack of sedimentation stability. The following recipes contained various amounts of filling materials. As light additives, filter perlite, aluminosilicate microsphere and glass microsphere were used. However, two forms of silica were used to improve sedimentation stability and obtain appropriate mechanical parameters: a colloidal sodium silicate solution and hydrophilic nanosilica. The designed cement slurry recipes were characterized by appropriate technological parameters and sedimentation stability. The modifications introduced to the cement slurries allowed to achieve a homogeneous microstructure of the hardened cement slurry and an increase in the value of mechanical parameters was obtained. The developed group of recipes can be used to seal openings in the low reservoir pressure zone at a temperature of about 30°C and a pressure of about 3 MPa.
Czasopismo
Rocznik
Strony
577--584
Opis fizyczny
Bibliogr. 29 poz.
Twórcy
  • Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy
  • AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica, Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu
Bibliografia
  • Abd Elrahman M., Chung S.Y., Sikora P., Rucinska T., Stephan D., 2019. Influence of nanosilica on mechanical properties, sorptivity, and microstructure of lightweight concrete. Materials, 12(19): 3078. DOI: 10.3390/ma12193078.
  • Al-Yami A.S., Nasr-El-Din H.A., Al-Humaidi A.S., Al-Saleh S.H., Al-Arfaj M.K., 2010. Evaluation and Optimization of Low-Density Cement: Laboratory Studies and Field Application. Society of Petroleum Engineers. DOI: 10.2118/113090-PA.
  • Blanco F., García P., Mateos P., Ayala J., 2000. Characteristics and properties of lightweight concrete manufactured with cenospheres. Cem. Concr. Res., 30: 1715–1722. DOI: 10.1016/S0008-8846(00)00357-4.
  • Brown D.L., Ferg T.E., 2005. The Use of Lightweight Cement Slurries and Downhole Chokes on Air-Drilled Wells. Society of Petroleum Engineers. DOI: 10.2118/84561-PA.
  • Chung S.-Y., Abd Elrahman M., Stephan D., Kamm P.H., 2018. The influence of different concrete additions on the properties of lightweight concrete evaluated using experimental and numerical approaches. Constr. Build. Mater., 189, 314–322. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.08.189.
  • Daou F., Piot B.M., 2008. Cement-Slurry Performance and Set-Cement Properties vs. Microsilica Densification. Society of Petroleum Engineers. DOI: 10.2118/112701-PA.
  • Dohnalik M., Zalewska J., 2013. Korelacja wyników laboratoryjnych uzyskanych metodą rentgenowskiej mikrotomografii, jądrowego rezonansu magnetycznego i porozymetrii rtęciowej. Nafta-Gaz, 10: 735–743.
  • 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. Drilling Contractor, September/October: 62–64.
  • Kremieniewski M., 2017a. Poprawa stabilności sedymentacyjnej zaczynu cementowego. Nafta-Gaz, 4: 242–249. DOI: 10.18668/NG.2017.04.04.
  • Kremieniewski M., 2017b. Wpływ perlitu pylistego na własności technologiczne zaczynu cementowego. Nafta-Gaz, 12: 943–952 DOI 10.18668/NG.2017.12.05.
  • Kremieniewski M., 2018. Poprawa wczesnej wytrzymałości mechanicznej płaszcza cementowego powstałego z zaczynu lekkiego. NaftaGaz, 8: 599–605. DOI: 10.18668/NG.2018.08.06.
  • Kremieniewski M., 2019a. 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., 2019b. 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., 2019c. Rola plastyfikatora w projektowaniu zaczynu lekkiego o podwyższonej stabilności sedymentacyjnej. Nafta-Gaz, 9: 571–578. DOI: 10.18668/NG.2019.09.06.
  • Kremieniewski M., 2019d. Wpływ drobnoziarnistej krzemionki na parametr czasu oczekiwania na cement – WOC. Nafta-Gaz, 11: 683–690. DOI: 10.18668/NG.2019.
  • Kremieniewski M., 2020a. Recipe of Lightweight Slurry with High Early Strength of the Resultant Cement Sheath. Energies, 1583: 1–13. DOI: 10.3390/en13071583.
  • Kremieniewski M., 2020b. Zaczyny do uszczelniania otworów w warunkach niskich wartości gradientów ciśnienia szczelinowania skał oraz do prac rekonstrukcyjnych. Nafta-Gaz, 2: 102–109, DOI: 10.18668/NG.2020.02.04.
  • Kremieniewski M., Kędzierski M., 2020. Wpływ wybranych domieszek obniżających gęstość na parametry zaczynu cementowego. NaftaGaz, 3: 143–153. DOI: 10.18668/NG.2020.03.01.
  • Kremieniewski M., Stryczek S., 2019. Zastosowanie cementu wysokoglinowego do sporządzania zaczynów uszczelniających w technologiach wiertniczych. Cement Wapno Beton, 22/84(3): 215–226.
  • Kremieniewski M., Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A., 2016. Zmniejszanie porowatości stwardniałych zaczynów wiertniczych poprzez wprowadzenie dodatków drobnoziarnistych. Cement Wapno Beton, 21/83(5): 325–335.
  • Nelson E.B., 1990. Well Cementing. Schlumberger Educational Service, Houston, Teksas, USA.
  • Peng Ya, 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.
  • Sadowski Ł., Popek M., Czarnecki S., Mathia T.G., 2017 Morphogenesis in solidification phases of lightweight concrete surface at early ages. Constr. Build. Mater., 148: 96–103. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.05.026.
  • Shabbar R., Nedwell P., Wu Z., 2017. Mechanical properties of lightweight aerated concrete with different aluminum powder content. MATEC Web of Conf., 120: 02010. DOI: 10.1051/matecconf/201712002010.
  • 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., 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.), Wiśniowski R., Uliasz-Misiak B., Złotkowski A., Kotwica Ł., Rzepka M., Kremieniewski M., 2016. Studia nad doborem zaczynów uszczelniających w warunkach wierceń w basenie pomorskim. Wydawnictwo AHG, 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).
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-69f7490e-1e89-47ee-89b9-23a2f3b53db2
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.