Zastosowanie cementu wysokoglinowego do sporządzania zaczynów uszczelniających w technologiach wiertniczych

• Autorzy: Kremieniewski Marcin , Stryczek Stanisław

Warianty tytułu

EN

Use of calcium aluminate cements as binders in sealing slurries for drilling technologies

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule omówiono wyniki badań możliwości zastosowania cementu glinowego jako spoiwa do przygotowywania zaczynów uszczelniających w wiertnictwie. Badano zaczyny wykonane z cementu portlandzkiego CEM I 42,5R jako cementu wzorcowego oraz cementów glinowych o zawartości tlenku glinu 40%, 50% oraz 70%. Zastąpienie cementu portlandzkiego cementem glinowym powoduje znaczną poprawę właściwości mechanicznych, zmniejszenie filtracji, skrócenie zarówno czasu gęstnienia jak i wiązania. Pod względem reologicznym badane zaczyny należą do cieczy nienewtonowskich, rozrzedzanych ścinaniem, opisywanych modelem Herschela-Bulkleya. W przypadku wzorcowych zaczynów bez domieszek i dodatków stosowanych w wiertnictwie, zastąpienie cementu portlandzkiego cementem glinowym powoduje zmniejszenie lepkości pozornej i tylko nieznaczne zwiększenie granicy płynięcia. W przypadku zaczynów zaprojektowanych z dodatkami i domieszkami zapewniającymi właściwości odpowiednie dla użycia do cementowania otworów, zastosowanie cementu glinowego zawierającego 70% Al2O3 spowodowało zwiększenie wczesnej wytrzymałości na ściskanie zaczynu, zmniejszyło filtrację oraz skróciło czas uzyskania minimalnej wytrzymałości, wynoszącej 3,5 MPa, koniecznej do prowadzenia dalszych prac na otworze, po zacementowaniu kolumny rur okładzinowych. W tym przypadku wartości zarówno lepkości pozornej jak i granicy płynięcia uległy zwiększeniu.

EN

The paper presents the results of the research on the applicability of calcium aluminate cement as a binder for sealing slurries in drilling technologies. The slurries made of Portland cement CEM I 42.5R were tested as the reference. Calcium aluminate cements with aluminium oxide content 40%, 50% and 70% were used. Replacing Portland cement with calcium aluminate cements results in a significant improvement in mechanical properties, reduced filtration, and shortening of both thickening time and setting time. In terms of rheology, the slurries tested are non-Newtonian, shear thinned fluids, described by the Herschel-Bulkley model. In the case of neat slurries without admixtures and additives, replacement of Portland cement with calcium aluminate cement reduces the apparent viscosity and slightly increase the yield stress. In the case of slurries with admixtures and additives providing properties suitable for use for boreholes cementing, the use of calcium aluminate cement containing 70% Al2O3 resulted in increased early compressive strength, decreased filtration and reduced time required to obtain the minimum strength of 3.5 MPa, necessary for further work on the borehole, after cementing the casing string column. In this case, the values of both apparent viscosity and yield stress were increased.

Słowa kluczowe

PL

cement wysokoglinowy; zaczyn uszczelniający; technologia wiertnicza

EN

calcium aluminate cement; sealing slurry; drilling technology

• Wydawca: Fundacja Cement, Wapno, Beton
• Czasopismo: Cement Wapno Beton
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 22/84, nr 3
• Strony: 215--226
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kremieniewski Marcin

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy, Kraków

autor

Stryczek Stanisław

• AGH Akademia Górniczo–Hutnicza im. Stanisława Staszica, Wydział Wiertnictwa Nafty i Gazu, Katedra Wiertnictwa i Geoinżynierii, Kraków

Bibliografia

• 1. J. Szczerba, D. Madej „Gliniany w formowanych materiałach ogniotrwałych” Materiały Ceramiczne /Ceramic Materials 63, 581-589 (2011)
• 2. J. Bensted, J. Smith “The European calcium aluminate cement standard – a critical view” Concrete 41, 42-43 (2007).
• 3. J. Bensted “High alumina cement – Present state of knowledge” Zement-Kalk-Gips 46, 560-566 (1993)
• 4. J. Bensted, J. Munn “Formazione ritardata dell’ettringite nell’ idratazione del cemento calcio alluminoso” Delayed ettringite formation in calcium aluminate hydration. L’Industria Italiana del Cemento No. 715, 806-812 (1996)
• 5. J. Bensted, Scientific aspects of high alumina cement, Cement Wapno Beton 71, 109-133 (2004)
• 6. M. Rzepka, S. Stryczek, Laboratoryjne metody określania parametrów technologicznych świeżych zaczynów uszczelniających przed zabiegiem związanym z procesem uszczelniania kolumn rur okładzinowych w otworach wiertniczych, Wiertnictwo, Nafta, Gaz 25, 625-636 (2008)
• 7. W. Kurdowski, Chemia cementu i betonu, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2010
• 8. M. Kremieniewski, Wpływ środków regulujących czas wiązania na parametry reologiczne zaczynu cementowego, Nafta-Gaz 74, 828-838 (2018)
• 9. J. Bensted, Current calcium aluminate cement applications in well plugging, Calcium Aluminate Cements: Proceedings of the Centenary Conference, Avignon, 30 June-2 July 2008. (Eds. C.H. Fentiman, R. J. Mangabhai and K.L. Scrivener), pp. 345-356. IHS BRE Press, Bracknell, Berkshire (2008)
• 10. J. Bensted, J. R. Smith, High alumina cement – some important aspects, Cement Wapno Beton 16, 215-223 (2011)
• 11. M. Kremieniewski, O konieczności prowadzenia serwisowych badań parametrów technologicznych zaczynów uszczelniających, Nafta-Gaz 1/2019 48–55 (2019)
• 12. J. Bensted, Oilwell Cements, Cement Wapno Beton 7, 259-265 (2002)
• 13. J. Bensted, J. Smith, Oilwell Cements. Part 6. An Historic Perspective, Cement Wapno Beton 13, 124-135 (2008)
• 14. M. Kremieniewski, Poprawa wczesnej wytrzymałości mechanicznej płaszcza cementowego powstałego z zaczynu lekkiego, Nafta-Gaz 8, 599-605 (2018)
• 15. E. B. Nelson et al., Well Cementing, Schlumberger Educational Service, Houston, Teksas, USA, (1990)
• 16. M. Kremieniewski, Zmiana parametrów technologicznych zaczynu cementowego pod wpływem przeciwsedymentacyjnego dodatku żywicy ksantanowej, Nafta-Gaz 12/2018, 927-937 (2018)
• 17. S. Stryczek i in., Studia nad doborem zaczynów uszczelniających w warunkach wierceń w basenie pomorskim, Wydawnictwo AGH. Kraków (2016)
• 18. S. Stryczek, R. Wiśniowski, A. Gonet, A. Złotkowski, The influence of time of rheological parameters of fresh cement slurries, AGH Drilling, Oil, Gas, 31, 123-133 (2014)
• 19. S. Stryczek, R. Wiśniowski, A. Gonet, W. Ferens, Parametry reologiczne świeżych zaczynów uszczelniających w zależności od czasu ich sporządzania, Wiertnictwo, Nafta, Gaz, 26, 369-382 (2009)
• 20. R. Wiśniowski, K. Skrzypaszek, Komputerowe wspomaganie wyznaczania modelu reologicznego cieczy- program Flow-fluid Coef, Nowoczesne Techniki i Technologie Bezwykopowe 2-3, 72-77 (2001)
• 21. R. Wiśniowski, S. Stryczek, K. Skrzypaszek, Kierunki rozwoju badań nad reologią płynów wiertniczych, Wiertnictwo, Nafta, Gaz 24, 595-607 (2007)

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).