Wpływ nanokrzemionki na parametry mechaniczne kamienia cementowego

• Autorzy: Dębińska E.

Warianty tytułu

EN

The impact of nanosilica on the mechanical parameters of cement stone

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W ostatnich latach coraz większym zainteresowaniem szeregu dziedzin nauki cieszą się nanomateriały, tj. cząsteczki o przynajmniej jednym wymiarze zawierającym się w granicach 100 nm. W związku z rosnącymi wymaganiami stawianymi przed zaczynami cementowymi stosowanymi w zabiegach uszczelniania otworów wiertniczych, a także magazynach gazu, wynikającymi z wierceń w głębszych horyzontach, z czym wiążą się wysokie temperatury i ciśnienia, istnieje konieczność stosowania innowacyjnych środków, które poprawią w znaczący sposób parametry technologiczne zaczynu i kamienia cementowego. Takimi dodatkami mogą być nanomateriały. Artykuł przedstawia wyniki badań wpływu nanokrzemionki na parametry reologiczne zaczynu oraz mechaniczne kamienia cementowego. Do zaczynów cementowych dodawano 0,5, 1,0 i 1,5% nanokrzemionki. Badania wytrzymałości na ściskanie prowadzono po 2, 7, 14 i 28 dniach, natomiast pomiar przyczepności do rur oraz przepuszczalności dla gazu wykonano po 2 i 28 dniach hydratacji. Wraz ze wzrostem ilości nanokrzemionki w zaczynie cementowym pogorszeniu ulegały urabialność zaczynu i parametry reologiczne, zaczyn silnie żelował przy stężeniu 1,5% nanokrzemionki. Zwiększanie ilości nanokrzemionki spowodowało głównie poprawę takich parametrów jak: wytrzymałość na ściskanie i przyczepność do rur oraz wpłynęło na spadek przepuszczalności kamienia cementowego dla gazu. Uzyskane wyniki umożliwiają określenie wpływu dodatku nanokrzemionki na zaczyn i kamień cementowy i są wstępem do dalszych badań w tym kierunku.

EN

In recent years, nanomaterials i.e. molecules containing at least one dimension in the range of 100 nm, have been of growing interest in a number of areas of science. In connection with the growing requirements for cement slurries used in the procedure of boreholes sealing, as well as gas storage, resulting from drilling in deeper and deeper horizons, which implies high temperatures and pressures, there is a need for innovative additives to improve the significantly technological parameters of cement slurry and stone. Such additives may be nanomaterials. The article presents the results of the influence of silica nanoparticles on the mechanical and rheological properties of cement slurry and stone. To cement slurry 0.5, 1.0 and 1.5% nanosilica was added. Compressive strength tests were carried out after 2, 7, 14 and 28 days, while measuring adhesion to the pipe and permeability at 2 and 28 days. With the increase of the amount of silica nanoparticles in the cement slurry workability and rheological parameters deteriorated, the slurry became highly gelled at a concentration of 1.5% silica nanoparticles. Increasing the amount of silica nanoparticles improved parameters such as permeability, strength and other mechanical properties of cement stone. The results obtained allow to determine the effect of silica nanoparticles on the cement slurry and stone and are a prelude to further research in this direction.

Słowa kluczowe

PL

nanokrzemionka; kamień cementowy; parametry mechaniczne; wytrzymałość na ściskanie; zaczyn cementowy

EN

nanosilica; cement stone; mechanical parameters; compressive strength; cement slurry

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 70, nr 4
• Strony: 229--235
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il.

Twórcy

autor

Dębińska E.

• Zakład Technologii Wiercenia. Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy ul. Lubicz 25A 31-503 Kraków

Bibliografia

• [1] Bell M. R. G.: A Casefor Nanomaterials in the Oil and Gas Exploration and Production Business. International Congress of Nanotechnology (ICNT). November 7-10.2004, San Francisco.
• [2] Birgisson B., Beatty C. L.: Nanomodified Concrete Additive and High Performance Cement Paste and Concrete Therefrom. International Patent Applicaton, PCT/US2007/073430.
• [3] Campillo L, Guerrero A., Dolado J. S., Porro A., Ibanez J. A., Goni S.: Improvement of lnitial Mechanical Strenght by Nanoalumina in Belite Cements. Materials Letters 2007, vol. 61 (8-9), pp. 1889-1892.
• [4] Czarnecki L.: Nanotechnologia w budownictwie, www.inzyierbudownictwa.pl/drukuj,4234
• [5] Guskos N., Zolnierkiewicz G., Typek J., Blyszko J., Kiernozycki W., Narkiewicz U.: Ferromagnetic Resonance and Compressive Strength Study of Cement Mortars Containing Carbon Encapsulated Nickel and lron Nanoparticles. Reviews on Advanced Materials Science 2010, vol. 23, pp. 113-117.
• [6] Jankiewicz B. J., Choma J., Jamiola D., Jaroniec M.: Nanostruktury krzemionkowo-metaliczne. Wiadomosci Chemiczne 2010, z. 64, s. 11-12.
• [7] Kremieniewski M.: Modyfikacja przestrzeni porowej kamieni cementowych. Nafta-Gaz 2012, nr 3, s. 165-170.
• [8] Kremieniewski M.: Wplyw warunkow hydratacji na strukture przestrzenna kamieni cementowych. Nafta-Gaz 2013, nr l, s. 51-56.
• [9] Li H., Xiao H., Ou J.: A Study on Mechanical and Pressure-Sensitive Properties of Cement Mortar with Nanophase Materials. Cement and Concerne Research 2004, vol. 34, pp. 435-438.
• [10] Li H., Xiao H., Ou J.: Microstructure of Cement Mortar with Nano-Particles. Composites: Part B 2004, vol. 35, pp. 185-189.
• [11] Mijowska S., Sikora R: Wybrane wlasciwości zapraw cementowych modyfikowanych nanomaterialami. Praca inzynierska. Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny. Szczecin 2012.
• [12] Mondal R, Shah S. R, Marks L. D., Gaitero J. J.: Comparative Study of the Effects of Microsilica and Nanosilica in Concrete. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, No. 2141, Transportation Research Board of the National Academies, Washington 2010, pp. 6-9.
• [13] Patii R., Deshpande A.: Use of Nanomaterials in Cementing Applications. SPE 155607.
• [14] Rahimirad M., Baghbadorani J. D.: Properties of Oil Well Cement Reinforced by Carbon Nanotubes. SPE 156985.
• [15] Rzepka M.: Zaczyny cementowe do uszczelniania kolumn rur okładzinowych w podziemnych magazynach gazu. Nafta-Gaz 2011, nr 10, s. 714-718.
• [16] Santra A., Boul P. J., Pang X.: Influence of Nanomaterials in Oilwell Cement Hydration and Mechanical Properties. SPE 156937.
• [17] Zych L.: Formowanie i spiekanie nanometrycznego proszku tlenku cyrkonu. Praca doktorska. Akademia Górniczo-Hutnicza. Kraków 2006.

Uwagi

PL

Artykuł powstał na podstawie pracy statutowej pt.: Wpływ nanomateriałów na parametry technologiczne zaczynów i kamieni cementowych - praca INiG na zlecenie MNiSW; nr archiwalny: DK-4100-70/13, nr zlecenia:0070/KW/13/01.