Zaczyny do uszczelniania otworów w warunkach niskich wartości gradientów ciśnienia szczelinowania skał oraz do prac rekonstrukcyjnych

• Autorzy: Kremieniewski Marcin

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.02.04

Warianty tytułu

EN

Cement slurries for sealing boreholes in conditions of low pressure gradients of rock fracturing and for workover jobs or operations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Receptury o obniżonej gęstości to zaczyny najczęściej stosowane w warunkach występowania niskich wartości gradientów ciśnienia szczelinowania, w rejonie skał słabozwięzłych, chłonnych, lub podczas prowadzenia prac rekonstrukcyjnych odwiertu. Stosowanie zaczynów lekkich zawierających frakcje o wymiarach większych niż średnica ziaren cementu pozwala wyeliminować ewentualność przesiąkania cieczy uszczelniającej przez strukturę skały o znacznej chłonności. Odpowiednio dobrany zaczyn lekki na skutek niskiej wartości ciśnienia hydrostatycznego nie powoduje rozszczelinowania struktury skał słabozwięzłych. Jednak mimo licznych zalet zaczynu lekkiego pojawiają się również negatywne aspekty, do których w pierwszej kolejności można zaliczyć nadmierne frakcjonowanie. Takie zachowanie zaczynu jest niekorzystne, ponieważ powoduje tworzenie się niejednolitej struktury płaszcza cementowego po związaniu. W związku z powyższym głównym parametrem, któremu należy poświęcić najwięcej uwagi podczas projektowania receptury zaczynu lekkiego jest właśnie stabilność sedymentacyjna. W celu wyeliminowania nadmiernego frakcjonowania stosuje się środki, które pozwalają utrzymać w całej objętości cieczy zarobowej cząstki o różnej gęstości. Odpowiedni dobór jakościowy i ilościowy poszczególnych domieszek pozwala na uzyskanie zaczynu cementowego o optymalnych parametrach, dostosowanych do konkretnych warunków geologiczno-technicznych, który nie będzie ulegał sedymentacji, a powstały z takiej receptury płaszcz cementowy będzie posiadał porównywalne wartości badanych parametrów bez względu na miejsce pomiaru. Zagadnienia dotyczące receptur zaczynów o obniżonej gęstości z przeznaczeniem do uszczelniania otworów w warunkach niskich wartości gradientów ciśnienia szczelinowania oraz do prac rekonstrukcyjnych wymagają ciągłego doskonalenia i prowadzenia prac badawczych. W związku z powyższym w niniejszej publikacji omówiono wyniki prac badawczych nad opracowaniem nowych zaczynów przeznaczonych do uszczelniania otworów w warunkach jak wspomniano powyżej. Zaprojektowano 4 receptury zaczynów o obniżonej gęstości, których parametry porównywano do receptury kontrolnej. W trakcie realizacji prac badawczych użyto zarówno dotychczas stosowane, jak również nowe lekkie dodatki wypełniające i środki ograniczające nadmierne frakcjonowanie projektowanych receptur. Opracowano nowe receptury zaczynów dla warunków otworowych o temperaturze około 30°C i ciśnieniu około 5 MPa. Wykonane zostały badania frakcjonowania zaczynów i przeprowadzono badania parametrów decydujących o efektywności uszczelniania. W przypadku próbek stwardniałych zaczynów wykonano badania wytrzymałości na ściskanie oraz określono siłę związania (przyczepności) stwardniałego zaczynu cementowego z powierzchnią rury okładzinowej.

EN

The slurries most commonly used in the conditions of occurrence of low values of fracturing pressure gradients, in the area of weak, porous rocks, or during bore workover operations are reduced density recipes. The use of lightweight slurries containing fractions with dimensions larger than the diameter of cement grains allows to eliminate the possibility of seeping of sealing liquid through the rock struc- ture with significant absorbency. Due to the low value of hydrostatic pressure properly selected, lightweight slurry doesn’t cause fracturing of the structure of weak rocks. However, despite the numerous advantages of lightweight slurry, there are also negative aspects, which may include first of all excessive fractionation. This cement slurry behavior is disadvantageous because it causes the formation of a heterogeneous structure of the cement sheath after setting. Therefore, the main parameter that should be given the most attention when designing a lightweight cement slurry recipe is the sedimentation stability. In order to eliminate excessive fractionation, means that allow particles of different densities to be maintained in the entire volume of the liquid are used. Appropriate qualitative and quantitative selection of individual additives allows to obtain cement slurry with optimal properties, adapted to specific geological and technical conditions, which will not sediment. The resulting cement sheath will have comparable values of tested parameters regardless of the place of measurement. Issues regarding reduced density slurry recipes intended for sealing boreholes under low fracture pressure gradients and for workover operations require continuous improvement and research. Therefore, this publication discusses the results of research work on the development of new cement slurries for sealing holes under conditions mentioned above. Four low density cement slurry recipes were designed, whose parameters were compared with the control recipe. During the implementation of research works, both previously used as well as new lightweight fillers and measures to limit excessive fractionation of designed recipes were used. New slurry recipes have been developed for well conditions with a temperature of about 30°C and a pressure of about 5 MPa. Slurry fractionation were tested and parameters determining the sealing efficiency were studied. In the case of samples of hardened cement slurries, compressive strength tests were performed and the bonding strength (adhesion) of the hardened cement slurry with the surface of the casing pipe was determined.

Słowa kluczowe

PL

zaczyn cementowy; zaczyn lekki; cementowanie otworów wiertniczych; niski gradient szczelinowania; prace rekonstrukcyjne

EN

cement slurry; lightweight slurry; well cementing; low fracturing gradient; workover jobs or operations

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 2
• Strony: 102--109
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz.

Twórcy

autor

Kremieniewski Marcin

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Dubiel S., Luboń K., Luboń W., Wartak W., 2012. Problemy rekonstrukcji odwiertów geotermalnych na przykładzie odwiertu Biały Dunajec PAN-1. AGH Drilling, Oil, Gas, 29: 115–126.
• Dubiel S., Ulisz-Misiak B., Ziaja J., Stachowicz K., 2015 Problemy bezpieczeństwa prac podczas rekonstrukcji odwiertów eksploatacyjnych. Przegląd Górniczy, 12: 106–115.
• Gawlik P., Szymczak M., 2006. Migracje gazowe w przestrzeniach międzyrurowych otworów realizowanych na przedgórzu Karpat. NaftaGaz, 7–8: 349–358.
• 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. DOI10.18668/NG.2017.12.05.
• Kremieniewski M. 2018 Poprawa wczesnej wytrzymałości mechanicznej płaszcza cementowego powstałego z zaczynu lekkiego. Nafta-Gaz,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. Korelacja wyników badań wytrzymałości na ściskanie i przyczepności do rur stalowych płaszcza cementowego z zaczynu o obniżonej gęstości. Nafta-Gaz, 10: 613–624. DOI: 10.18668/NG.2019.10.03.
• Kremieniewski M., Rzepka M., 2017. Celowość prowadzenia prac badawczych nad nowymi środkami obniżającymi filtrację zaczynów cementowych. Nafta-Gaz, 8: 583–590. DOI: 10.18668/NG.2017.08.05.
• Kremieniewski M., Stryczek S., 2019. Zastosowanie cementu wysokoglinowego do sporządzania zaczynów uszczelniających w technologiach wiertniczych. Cement Wapno Beton, 3: 215–226.
• Kremieniewski M., Stryczek S., Wiśniowski R., Rzepka M., Gonet A., 2017. Wpływ dodatku montmorylonitu (bentonitu) na parametry świeżego i stwardniałego zaczynu cementowego. AGH Drilling, Oil, Gas, 34: 323–334.
• Nelson E.B. (ed.), 1990. Well Cementing. Schlumberger Educational Service, Houston, Teksas, USA.
• Peng Y., 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.
• 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.
• Uliasz B. M., Dubiel S. 2015 Problemy rekonstrukcji odwiertów geotermalnych. Przegląd Górniczy 7: 55–61.
• Wiśniowski R., Stryczek S., Skrzypaszek K., 2007. Kierunki rozwoju badań nad reologią płynów wiertniczych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 24:595–607.
• Ziaja J., Wiśniowski R., 2008. Analiza przyczyn występowania awarii przy pracach rekonstrukcyjnych z użyciem coiled tubingu. Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 25: 807–812.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).