Zmiana parametrów reologicznych zaczynu lateksowego pod wpływem dodatku mikrosfery

• Autorzy: Kremieniewski Marcin

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.01.05

Warianty tytułu

EN

Change of rheological parameters of latex cement slurry by microsphere material addition

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Receptury zaczynów cementowych o niskiej gęstości tzw. lekkich są najczęściej używane do uszczelniania kolumn rur okładzinowych posadowionych w słabozwięzłych formacjach geologicznych i warstwach sypkich. Zastosowanie takiej receptury pozwala obniżyć wartość ciśnienia hydrostatycznego, dzięki czemu zaczyn nie powoduje rozszczelinowania delikatnej struktury ściany otworu. Obniżenie gęstości zaczynu jest możliwe poprzez wprowadzenie lekkich dodatków wypełniających. Najczęściej stosowanym wypełniaczem lekkim są mikrosfery. Jednak zastosowanie tego dodatku powoduje zmianę parametrów reologicznych, co nie pozostaje bez wpływu na przetłaczalność projektowanego zaczynu. W celu uzyskania odpowiedniego wypełnienia zaczynem cementowym przestrzeni pierścieniowej lub pozarurowej należy w taki sposób projektować jego parametry reologiczne, aby uzyskać odpowiednie wyparcie płuczki z otworu oraz jak najlepsze wypełnienie skawernowanej ściany otworu. W tym celu niezbędne jest obniżenie wartości parametrów reologicznych zaczynu. Jednakże niskie wartości lepkości plastycznej i granicy płynięcia mogą skutkować nadmiernym frakcjonowaniem zaczynu zawierającego dodatek mikrosfer, wskutek czego zarówno zaczyn cementowy i powstały z niego w otworze płaszcz cementowy nie będzie wykazywał odpowiedniej jednorodności. W związku z powyższym, aby odpowiednio zaprojektować recepturę zaczynu lekkiego, którego gęstość regulowana jest przez wprowadzenie dodatku mikrosfer należy wcześniej określić zmianę wartości parametrów reologicznych pod wpływem dodatku mikrosfer, co zostało omówione w niniejszym artykule. W publikacji przedstawione zostały wyniki prac dotyczące zmiany parametrów reologicznych zaczynu lateksowego pod wpływem wzrastającej ilości mikrosfer. Zaprojektowano 6 zaczynów, pośród których 3 receptury stanowiły punkty odniesienia, a kolejne trzy to zaczyny modyfikowane 40%-ową ilością mikrosfer. Zaczyny bazowe zawierały 5% mikrosfery w stosunku do masy cementu, a nowo opracowane receptury na podstawie których badano wpływ dodatku mikrosfer zawierały 40% mikrosfer glinokrzemianowych. Projektowane zaczyny przeznaczone były dla warunków otworowych o zakresie temperatur od 30°C do 70°C i odpowiadających im ciśnień złożowych w zakresie od 5 MPa do 20 MPa. W trakcie realizowania prac badawczych skoncentrowano się na wpływie dodatku mikrosfer na parametry reologiczne zaczynu lekkiego ze względu na to, że dodatek ten jest najczęściej stosowanym materiałem wypełniających, a uzyskane wyniki prac mogą być pomocne podczas projektowania kolejnych nowych receptur zaczynów o obniżonej gęstości.

Lightweight cement slurry are most often used to seal columns of casing pipes set in weakly compact geological formations and loose layers. By using this cement slurry the hydrostatic pressure can be lowered, so that the slurry does not fracture the delicate structure of the borehole wall. Lowering the slurry density is possible by introducing light fill-up additives. Microspheres are the most commonly used light fillers. However, the use of this additive causes a change in rheological parameters, which has an impact on the transferability of the designed cement slurry. In order to obtain adequate cement slurry filling of the annular space, its rheological parameters should be designed in such a way so as to obtain adequate displacement of the mud from the hole and the best possible filling of the caved wall of the borehole. To this end, it is necessary to lower the rheological parameters of the cement slurry. However, low values of the plastic viscosity and the flow limit may result in excessive fractionation of the slurry containing the addition of microspheres, as a result of which both the cement slurry and the cement sheath resulting from it will not show adequate homogeneity. Therefore, in order to properly design the lightweight slurry recipe, whose density is regulated by the addition of microspheres, one must first determine the change in the value of rheological parameters under the influence of the addition of microspheres, which was discussed in this article. The publication presents the results of works on the change of rheological parameters of latex cement slurry under the influence of increasing number of microspheres. Six slurries were designed, of which three recipes were reference points, and the next three were modified with 40% of the microspheres. The base cement slurries contained 5% microspheres in relation to the mass of cement, and the newly developed recipes on the basis of which the effect of the addition of microspheres was investigated contained 40% aluminosilicate microspheres. The designed slurries were intended for well conditions with a temperature range from 30°C to 70°C and corresponding reservoir pressures in the range from 5 MPa to 20 MPa. During the research, the focus was on the impact of the addition of microspheres on the rheological parameters of lightweight cement slurry, because this addition is the most commonly used filling material, and the results obtained can be helpful when designing, new, reduced density cement slurry recipes.

Słowa kluczowe

PL

zaczyn cementowy; zaczyn lekki; zaczyn lateksowy; mikrosfery; parametry reologiczne

EN

cement slurry; lightweight slurry; latex slurry; microspheres; rheological parameter

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 1
• Strony: 37--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz.

Twórcy

autor

Kremieniewski Marcin

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Bayu S., Muhammed T.F., Roby T., 2010. Effect of lignosulfonate and temperature on compressive strength of cement. Proceedings of World Geothermal Congress, Bali, Indonesia: 1–3.
• Bensted J., 2004. Cementy wiertnicze. Cz. 2. Stosowanie cementów wiertniczych do cementowania odwiertów. Cement Wapno Beton, 2: 61–72.
• Falode O.A., Salam K.K., Arinkoola A.O., Ajagbe B.M., 2013. Prediction of compressive strength of oil field class G cement slurry using factorial design. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, 3(4): 297–302.
• Herianto A., Fathaddin M.T., 2005. Effects of additives and conditioning time on comprehensive and shear bond strengths of geothermal well cement. Proceedings of World Geothermal Congress, Antalya, Turkey: 1–7.
• 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. Drillingcontactor: 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., 2018a. Poprawa wczesnej wytrzymałości mechanicznej płaszcza cementowego powstałego z zaczynu lekkiego. NaftaGaz, 8: 599–605. DOI: 10.18668/NG.2018.08.06.
• Kremieniewski M., 2018b. Wpływ środków regulujących czas wiązania na parametry reologiczne zaczynu cementowego. Nafta-Gaz, 11:828–838. DOI: 10.18668/NG.2018.11.07.
• Kremieniewski M., 2019a. O konieczności prowadzenia serwisowych badań parametrów technologicznych zaczynów uszczelniających. Nafta-Gaz, 1: 48–55. DOI: 10.18668/NG.2019.01.07.
• 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., Rzepka M. 2016. Przyczyny i skutki przepływu gazu w zacementowanej przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego oraz metody zapobiegania temu zjawisku. Nafta-Gaz, 9: 722–728. DOI: 10.18668/NG.2016.09.06.
• 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.
• Kudowski W., 2010. Chemia cementu i betonu. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa: 1–700.
• Nelson E.B. et al., 1990. Well Cementing, Schlumberger Educational Service, Houston, Teksas, USA.
• Półchłopek T. (kier. zespołu), 1993. Zaczyny cementowe do cementowania otworów kierunkowych i poziomych oraz technologia ich zatłaczania. Praca INiG, Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• 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.
• Raczkowski J., Stryczek S., Fugiel K., Kraj Ł., Wilk S., 1978. Zaczyny do uszczelniania w otworach wiertniczych. Skrypty uczelniane, Akademia Górniczo-Hutnicza: 1–311.
• Rzepka M., Kremieniewski M., Dębińska E., 2012. Zaczyny cementowe przeznaczone do uszczelniania eksploatacyjnych kolumn rur okładzinowych na Niżu Polskim. Nafta-Gaz, 8: 512–522.
• Rzepka M., Stryczek S., 2008. Laboratoryjne metody określania parametrów technologicznych świeżych zaczynów uszczelniających przed zabiegiem związanym z procesem uszczelniania kolumn rur okładzinowych w otworach wiertniczych. Wiertnictwo, Nafta-Gaz, 25(2): 625–636.
• 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.
• 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).