Analiza parametrów technologicznych wybranych zaczynów lekkich stosowanych do uszczelniania płytkich otworów o temperaturze do 45°C

• Autorzy: Kremieniewski Marcin

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.10.06

Warianty tytułu

EN

Analysis of technological parameters of selected lightweight cement slurries used for sealing shallow boreholes with a downhole temperature of up to 45°C

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Projektowane do uszczelnienia płytkich otworów lekkie zaczyny cementowe, jak również powstałe z tych zaczynów stwardniałe zaczyny powinny spełniać wymagania odpowiednich norm. W ostatnich latach widoczne jest znaczne nasilenie prac wiertniczych w rejonie przedgórza Karpat i w Karpatach, gdzie stosowane są zaczyny o obniżonej gęstości. Aby zaprojektować recepturę takiego zaczynu, najczęściej stosuje się lekki dodatek wypełniający, który pozwala obniżyć gęstość zaczynu. Jednak obecność takiego wypełniacza w strukturze zarówno płynnego, jak i stwardniałego zaczynu skutkuje pojawianiem się problemów w uzyskaniu wymaganych parametrów technologicznych zaczynu. Do testów świeżych zaczynów używa się takich urządzeń, jak np.: konsystometry ciśnieniowe, prasy filtracyjne, lepkościomierze. Natomiast struktura powstałego stwardniałego zaczynu analizowana jest za pomocą następujących urządzeń: porozymetr rtęciowy, ultradźwiękowy analizator cementu, maszyna wytrzymałościowa. Prowadzone badania zaczynów cementowych mają na celu opracowanie grupy receptur przeznaczonych do uszczelnienia kolumn rur okładzinowych w otworach wierconych na danym obszarze geologicznym. Jednakże równie istotne jest wykonanie analizy parametrów technologicznych dla zaczynów stosowanych dotychczas w perspektywicznym rejonie. Na podstawie uzyskanych wyników i interpretacji składów zaczynów możliwe jest wprowadzenie takich modyfikacji, które mają na celu poprawę parametrów w nowo opracowywanych bądź modyfikowanych zaczynach. W artykule omówiono parametry technologiczne zaczynów lekkich stosowanych do uszczelniania płytkich otworów o temperaturze do 45°C. Na potrzeby artykułu wytypowano 5 receptur zaczynów, które były stosowane w rejonie Karpat w otworach o głębokości od 1000 m do 1500 m. Temperatura panująca w tych otworach, na określonych głębokościach wynosiła od 35°C do 45°C, a ciśnienia denne od 7 do 15 MPa. Receptury zaczynów zostały wykonane zgodnie z projektem cementowania. Następnie wykonano badania parametrów technologicznych zarówno dla świeżych zaczynów, jak i dla próbek powstałych po związaniu zaczynu. Przeprowadzona analiza parametrów technologicznych dla wybranej grupy zaczynów stosowanych do uszczelniania płytkich otworów o temperaturze do 45°C pozwala na podjęcie dalszych prac mających na celu wprowadzenie modyfikacji zaczynów stosowanych obecnie bądź zaprojektowania nowych receptur przeznaczonych do uszczelniania kolumn rur okładzinowych w płytkich otworach.

EN

Light cement slurries designed for sealing shallow boreholes, as well as hardened cement slurries derived from these slurries should meet the requirements of relevant standards. In recent years, there has been a significant increase in drilling work in the Carpathian Foreland and in the Carpathians where low density cement slurry is used. To design the recipe for such slurry, a lightweight filler is most often used to reduce the slurry density. However, the presence of such a filler in the structure of both liquid and hardened cement slurry results in problems in obtaining the required technological parameters of the slurry. Therefore, research is necessary. For testing fresh cement slurry, devices such as pressure consistometers, filter presses, and viscometers are used. However, the structure of the resulting hardened slurries is analyzed using the following devices: mercury porosimeter, ultrasonic cement analyzer, strength testing machine. The research carried out on cement slurries is aimed at developing a group of recipes for sealing columns of casing pipes in boreholes in a given geological area. However, it is equally important to perform an analysis of technological parameters for slurries used so far in the perspective area. Based on the results obtained and the interpretation of slurry compositions, it is possible to introduce such modifications that will result in improved parameters in newly developed or modified slurries. The article discusses the technological parameters of lightweight cement slurries used for sealing shallow boreholes in the temperature range up to 45°C. For the purposes of the article, five cement slurry recipes were selected, which were used in the Carpathian region in boreholes with a depth of 1000 m to 1500 m. The temperature prevailing in these boreholes at specific depths ranged from 35°C to 45°C, and pressures ranged from 7 to 15 MPa. The slurry recipes were made in accordance with the cementing design. Then, technological parameters were tested for both fresh slurries and samples obtained after slurry binding. An analysis of technological parameters was carried out for a selected group of slurries used for sealing shallow boreholes at temperatures up to 45°C. This analysis allows for further work to be carried out to modify the slurries used currently or to design new recipes for sealing columns of casing pipes in shallow boreholes.

Słowa kluczowe

PL

zaczyn cementowy; zaczyn lekki; stwardniały zaczyn cementowy; parametry technologiczne zaczynu cementowego

EN

cement slurry; lightweight cement slurry; hardened cement slurry; technological parameters of cement slurry

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 10
• Strony: 710--718
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz.

Twórcy

autor

Kremieniewski Marcin

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Al-Yami A.S., Nasr-El-Din H.A., Al-Humaidi A.S., Al-Saleh S.H., Al-Arfaj M.K., 2010. Evaluation and Optimization of Low-Density Cement: Laboratory Studies and Field Application. Society of Petroleum Engineers. DOI: 10.2118/113090-PA.
• Blanco F., García P., Mateos P., Ayala J., 2000. Characteristics and properties of lightweight concrete manufactured with cenospheres. Cem. Concr. Res., 30: 1715–1722. DOI: 10.1016/S0008-8846(00)00357-4.
• Brown D.L., Ferg T.E., 2005. The Use of Lightweight Cement Slurries and Downhole Chokes on Air-Drilled Wells. Society of Petroleum Engineers. DOI: 10.2118/84561-PA.
• Chung S.-Y., Abd Elrahman M., Stephan D., Kamm P.H., 2018. The influence of different concrete additions on the properties of lightweight concrete evaluated using experimental and numerical approaches. Constr. Build. Mater., 189: 314–322. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2018.08.189.
• Dohnalik M., Zalewska J., 2013. Korelacja wyników laboratoryjnych uzyskanych metodą rentgenowskiej mikrotomografii, jądrowego rezonansu magnetycznego i porozymetrii rtęciowej. Nafta-Gaz, 10: 735–743.
• 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. Drilling Contractor, September/October: 62–64.
• Kremieniewski M., 2019. 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., 2020a. Badania środków poprawiających stabilność sedymentacyjną zaczynów cementowych. Nafta-Gaz, 6: 387–395. DOI: 0.18668/NG.2020.06.04.
• Kremieniewski M., 2020b. Recipe of Lightweight Slurry with High Early Strength of the Resultant Cement Sheath. Energies, 13: 1583. DOI:10.3390/en13071583.
• Kremieniewski M., 2020c. Ultra-Lightweight Cement Slurry to Seal Wellbore of Poor Wellbore Stability. Energies, 13: 3124. DOI:10.3390/en13123124.
• Kremieniewski M., 2020d. Zaczyny do uszczelniania otworów w warunkach niskich wartości gradientów ciśnienia szczelinowania skał oraz do prac rekonstrukcyjnych. Nafta-Gaz, 2: 102–109. DOI: 10.18668/NG.2020.02.04.
• Kremieniewski M., 2020e. Zmiana parametrów reologicznych zaczynu lateksowego pod wpływem dodatku mikrosfery. Nafta-Gaz, 1: 37–45. DOI: 10.18668/NG.2020.01.05.
• Kremieniewski M., Kędzierski M., 2020. Wpływ wybranych domieszek obniżających gęstość na parametry zaczynu cementowego. NaftaGaz, 3: 143–153. DOI: 10.18668/NG.2020.03.01.
• Kremieniewski M., Stryczek S., 2019. Zastosowanie cementu wysokoglinowego do sporządzania zaczynów uszczelniających w technologiach wiertniczych. Cement Wapno Beton, 22/84(3): 215–226.
• Kremieniewski M., Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A., 2016. Zmniejszanie porowatości stwardniałych zaczynów wiertniczych poprzez wprowadzenie dodatków drobnoziarnistych. Cement Wapno Beton, 21/83(5): 325–335.
• Nelson E.B. (ed.), 1990. Well Cementing. Schlumberger Educational Service, Houston, Texas, USA.
• Peng Ya, Jocobsen 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.
• Sadowski Ł., Popek M., Czarnecki S., Mathia T.G., 2017. Morphogenesis in solidification phases of lightweight concrete surface at early ages. Constr. Build. Mater., 148: 96–103. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.05.026.
• Shabbar R., Nedwell P., Wu Z., 2017. Mechanical properties of lightweight aerated concrete with different aluminum powder content. MATEC Web of Conf., 120: 02010. DOI: 10.1051/matecconf/201712002010.
• 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).