Wpływ środków regulujących czas wiązania na parametry reologiczne zaczynu cementowego

• Autorzy: Kremieniewski M.

Warianty tytułu

EN

Effect of agents regulating the setting time on rheological parameters of cement slurry

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wpływ środków regulujących czas wiązania na parametry reologiczne zaczynu cementowego. Dodatek lignosulfonianów stosowany jest do wydłużenia czasu wiązania zaczynu cementowego. Środek ten wykorzystuje się przy projektowaniu zaczynów przeznaczonych do uszczelniania kolumn rur okładzinowych posadowionych na znacznych głębokościach, gdzie występuje wysoka temperatura na dnie otworu. Wskutek podwyższonej temperatury hydratacja zaczynu cementowego przebiega znacznie szybciej, co wymusza stosowanie dodatków wydłużających czas wiązania w celu bezpiecznego wtłoczenia zaczynu w uszczelnianą przestrzeń pierścieniową i pozarurową. Z kolei do skrócenia czasu wiązania zaczynu cementowego najczęściej wykorzystywanym środkiem przyspieszającym jest chlorek wapnia. Czas wiązania wymaga skrócenia z uwagi na względy ekonomiczno-technologiczne, począwszy od skrócenia czasu potrzebnego na wiązanie zaczynu i przejścia do dalszych prac wiertniczych, a skończywszy na wyeliminowaniu ewentualności wtargnięcia medium gazowego w strukturę wiążącego zaczynu cementowego. Stosowanie dodatków regulujących czas wiązania zaczynu cementowego nie pozostaje bez znaczenia dla jego parametrów reologicznych. Podczas realizowanych prac badawczych, których celem było określenie wpływu opóźniaczy i przyspieszaczy na parametry reologiczne zaczynu, wykorzystano dodatek lignosulfonianu (opóźniacza) w ilości od 0,1% do 0,3% (bwoc) oraz dodatek chlorku wapnia (przyspieszacza) w ilościach od 1% do 3% (bwoc). Następnie wykonano badania podstawowych parametrów technologicznych zaczynów cementowych, badania parametrów reologicznych, wyznaczono określone modele reologiczne, wykreślono krzywe płynięcia i na podstawie uzyskanych danych omówiono wpływ stosowania wytypowanych dodatków na parametry reologiczne zaczynu cementowego.

EN

The article presents the impact of measures to regulate the setting time on the rheological parameters of cement slurry. The addition of lignosulfonates is used to extend the setting time of cement paste. This agent is used in the design of cement slurries intended for sealing casing pipe columns set at considerable depths, where there is a high temperature at the bottom of the hole. Due to the elevated temperature, the hydration of the cement paste proceeds much faster, which forces the use of additives that extend the setting time to safely enter the grout into the sealed annular and non-annular space. On the other hand, in order to reduce the bonding time of cement paste, the most commonly used accelerator is calcium chloride. The setting time requires shortening due to economic and technological considerations, ranging from the shortening of the time needed to set the grout and the transition to further drilling work, ending with the elimination of the possibility of gaseous medium intrusion into the binding cement slurry. The use of additives regulating the setting time of cement paste is not without significance for its rheological parameters. During the research work aimed at determining the influence of retarders and accelerators on the rheological parameters of the slurry, the addition of lignosulfonate (retarder) in an amount of 0.1 to 0.3% (bwoc), and calcium chloride (accelerator) in quantities from 1 to 3% (bwoc) were used. Then, the basic technological parameters of cement slurries were tested, rheological parameters were examined, specific rheological models were determined, flow curves were plotted and based on the obtained data the effect of using selected additives on rheological parameters of cement paste was discussed.

Słowa kluczowe

PL

zaczyn cementowy; parametry mechaniczne; przyspieszacz wiązania; opóźniacz wiązania; wiązanie zaczynu; parametry reologiczne; lepkość plastyczna; granica płynięcia; lignosulfonian; chlorek sodu

EN

cement slurry; mechanical parameters; binding accelerator; setting retarder; spout binding; rheological parameters; viscosity; yield point; lignosulphonate; sodium chloride

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 74, nr 11
• Strony: 828--838
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kremieniewski M.

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Literatura
• [1] Bensted J.: Effect of Accelerator Additives on the Early Hydration of Portland Cement. Il Cemento 1978, vol. 75, s. 13–20.
• [2] Bruere G.M.: Set-Retarding Effects of Sugars in Portland Cement Pastes. Nature 1966, vol. 212, s. 502–503.
• [3] Collepardi M.: Il Comportamento Reologico delle Paste Cementizie. II Cemento 1971, vol. 68, s. 99–106.
• [4] Gonet A., Stryczek S.: Reologia wybranych zaczynów uszczelniających wykonanych z cementów Górażdże Cement S.A. Sympozjum Naukowo-Techniczne „Cementy w budownictwie, robotach wiertniczych i inżynieryjnych oraz hydrotechnice”, Piła-Płotki 2001.
• [5] Jawed I., Klemm W.A., Skalny J.: Hydration of cement-Lignosulfonate-Alkali Carbonate System. J. Amer. Ceramic. Soc. 1979, vol. 62, s. 461–464.
• [6] Jennings H.M., Taleb H., Frohnsdorff G., Clifton J.R.: Interpretation of the Effect of Retarding Admixtures on Pastes of C3S C3A Plus Gypsum and Portland Cement. Proceedings of the Eight International Congress on the Chemistry of Cement, Rio de Janeiro, Brazil, September 22–27, 1986, s. 239–243.
• [7] Kremieniewski M.: Modyfikacja przestrzeni porowej kamieni cementowych. Nafta-Gaz 2012, nr 3, s. 165–170.
• [8] Kremieniewski M.: Ograniczenie ekshalacji gazu w otworach wiertniczych poprzez modyfikację receptur oraz kształtowanie się struktury stwardniałych zaczynów uszczelniających. Prace Instytutu Nafty i Gazu – PIB 2016, nr 199, s. 1-400, DOI: 10.18668/PN2016.199.
• [9] Kremieniewski M.: Poprawa wczesnej wytrzymałości mechanicznej płaszcza cementowego powstałego z zaczynu lekkiego. Nafta Gaz 2018, nr 8, s. 599–605, DOI: 10.18668/ NG.2018.08.06.
• [10] Kremieniewski M.: Wpływ dodatku superplastyfikatora na zwiększenie efektywności uszczelniania kolumn rur okładzinowych. Nafta-Gaz 2016, nr 3, s. 169–176.
• [11] Kremieniewski M., Rzepka M.: Celowość prowadzenie prac badawczych nad nowymi środkami obniżającymi filtrację zaczynów cementowych. Nafta-Gaz 2017, nr 8, s. 583–590, DOI: 10.18668/NG.2017.08.05.
• [12] Kremieniewski M., Rzepka M.: Poprawa szczelności płaszcza cementowego za pomocą innowacyjnych dodatków antymigracyjnych. Nafta-Gaz 2018, nr 6, s. 8–15, DOI: 10.18668/NG.2018.06.06.
• [13] Kremieniewski M., Rzepka M., Stryczek S., Wiśniowski R., Kotwica Ł., Złotkowski A.: Korelacja przepuszczalności i parametrów opisujących strukturę stwardniałych zaczynów cementowych stosowanych do uszczelniania otworów w rejonie Basenu Pomorskiego. Nafta-Gaz 2015, nr 10, s. 737–746, DOI 10.18668/NG2015.10.04.
• [14] Kremieniewski M., Stryczek S., Kotwica Ł.: Zmiany w mikrostrukturze płaszcza cementowego w zależności od warunków hydratacji zaczynu. Nafta-Gaz 2014, nr 12, s. 918–926.
• [15] Kurczyk H.G., Schwiete H.E.: Elektronenmikroskopische und Thermochemische Untersuchungen über die Hydration der Calciumsilikate 3CaO ⋅ SiO2 und β ⋅ 2CaO ⋅ SiO2 und den Einflub von Calciumchlorid und Gips auf den Hydrationsvorgang. Tonind-Zeit und Keramische Rundsch. 1960, vol. 24, s. 585–597.
• [16] Małolepszy J., Wójcik J.: Wpływ dodatków chemicznych na procesy hydratacji genelitu. Cz. I. Cement–Wapno–Gips 1987, nr 6, s. 114–118.
• [17] Michaux M., Fletcher P., Vidick B.: Evolution at Early Hydration Times of the Chemical Composition of Liquid Phase of Oilwell Cement Pastes With and Without Additives. Cement and Concrete Res. 1989, vol. 19, s. 443–456.
• [18] Milestone N.B.: The Effect of Lignosulphonate Fractions on the Hydration of Tricalcium Aluminate. Cement and Concrete Res. 1976, vol. 6, s. 89–102.
• [19] Nelson E.B., Guillot D.: Well Cementing. Schlumberger 2006.
• [20] Odler I., Duckseint U., Becker T.: On the Combined Effect of Water Soluble Lignosulfonates and Carbonates on Portland Cement and Clinker Pastes – Pt. 1: Physical Properties. Cement and Concrete Res. 1978, vol. 8. s. 469–479.
• [21] Older I., Skalny J.: Influence of Calcium Chloride on Paste Hydration of Tricalcium Silicate. J. Amer. Ceramic Soc. 1971, vol. 54, s. 362–363.
• [22] Rzepka M., Stryczek S.: Laboratoryjne metody określania parametrów technologicznych świeżych zaczynów uszczelniających przed zabiegiem związanym z procesem uszczelniania kolumn rur okładzinowych w otworach wiertniczych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz 2008, nr 25/2, s. 625–636.
• [23] Skalny J., Maycock J.N.: Mechanisms of Acceleration by Calcium Chloride: A Review. J. Testing and Evaluation 1975, vol. 3, nr 4, s. 303–3011.
• [24] Stryczek S.: Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne zaczynów cementowych. Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne 2011, s. 60–62.
• [25] Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A., Ferens W.: Parametry reologiczne świeżych zaczynów uszczelniających w zależności od czasu ich sporządzania. Wiertnictwo, Nafta, Gaz 2009, nr 26/1–2, s. 369–382.
• [26] Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A., Złotkowski A.: The influence of time of rheological parameters of fresh cement slurries. AGH Drilling, Oil, Gas 2014, vol. 31, nr 1, s. 123–133.
• [27] Stryczek S., Wiśniowski R., Kumala B.: Wpływ superplastyfikatora na parametry technologiczne zaczynów uszczelniających sporządzonych na osnowie cementów portlandzko popiołowych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz 2008, nr 25/2, s. 717–731.
• [28] Taplin J.H.: Discussion of Some Chemical Additives and Admixures in Cement Paste and Concrete. Proc. Fourth Intl. Cong. Chem. Cement, Washington 1960, vol. 2, s. 924.
• [29] Traettebert A., Grattan-Bellew P.E.: Hydration of 3 CaO ⋅ Al2O3 and 3 CaO ⋅ Al2O3 + Gypsum With and Without CaCl2. J. Amer. Ceramic Soc. 1975, vol. 58, s. 221–227.
• [30] Wiśniowski R.: O oporach przepływu cieczy wiertniczych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz 2003, nr 20/2, s. 441–455.
• [31] Wiśniowski R., Stryczek S., Skrzypaszek K.: Kierunki rozwoju badań nad reologią płynów wiertniczych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz 2007, nr 24, s. 595–607.Wiśniowski R., Stryczek S., Skrzypaszek K.: Wyznaczanie oporów laminarnego przepływu zaczynów cementowych, opisywanych modelem Herschela–Bulkleya. Wiertnictwo, Nafta, Gaz 2006, nr 23/1, s. 533–542.
• [32] Young J.F., Berger R.L., Lawrence Jr. F.V.: Studies on the Hydration of Tricalcium Silicate Pastes – Pt. 3: Influence of Admixtures on Hydration and Strength Development. Cement and Concrete Res. 1973, vol. 3, no. 6, s. 689–700.
• Akty prawne i normatywne
• [33] PN-EN ISO 10426-2 Przemysł naftowy i gazowniczy – Cementy i materiały do cementowania otworów – część 2: Badania cementów wiertniczych.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).