Zmiana parametrów technologicznych zaczynu cementowego pod wpływem przeciwsedymentacyjnego dodatku żywicy ksantanowej

• Autorzy: Kremieniewski M.

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2018.12.07

Warianty tytułu

EN

Changing the technological parameters of cement slurry by the antisedimentation addition of xanthan gum

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Projektowane zaczyny cementowe zawierają w swoim składzie szereg różnego rodzaju środków, które zgodnie z oczekiwaniami mają za zadanie zmienić parametry technologiczne opracowywanej receptury. Obecność w zaczynie cementowym drobnych frakcji, zarówno spoiwa hydraulicznego, jak również dodatków modyfikujących parametry zaczynu, może powodować frakcjonowanie fazy stałej [6]. W celu wyeliminowania tego zjawiska wymagane jest zastosowanie środków powodujących zatrzymanie drobnych cząstek w całej objętości zaczynu. Dodatkami takimi są zazwyczaj odpowiednie polimery wielkocząsteczkowe. Jednakże niekiedy powodują one znaczny wzrost lepkości zaczynu, co w efekcie może wywoływać problemy, począwszy od trudności z zatłoczeniem zaczynu, a skończywszy na znacznym wzroście ciśnienia tłoczonego zaczynu w przestrzeni pierścieniowej i pozarurowej [10]. Z uwagi na powyższe postanowiono zastosować nieużywany podczas projektowania zaczynów biopolimer żywicy ksantanowej, stosowany dotychczas w technologii płuczek wiertniczych. W trakcie realizacji prac badawczych, których celem było określenie zmiany parametrów technologicznych świeżego i stwardniałego zaczynu cementowego za pomocą biopolimeru żywicy ksantanowej, sporządzono kontrolne receptury zaczynów, w celu dokonania porównania działania zastosowanego dodatku. W badaniach określone zostały takie właściwości zaczynu jak: parametry reologiczne, filtracja, czas gęstnienia, odstój wody, stabilność sedymentacyjna. Dla próbek stwardniałych zaczynów wyznaczono wpływ dodatku żywicy ksantanowej na parametry mechaniczne (wytrzymałość na ściskanie), parametry fizykomechaniczne (przyczepność do rur stalowych i przyczepność do formacji skalnej). Dodatkowo stwardniały zaczyn cementowy poddano badaniom opisującym mikrostrukturę próbki (wykonane zostały badania porowatości oraz przepuszczalności). W celu określenia wpływu biopolimeru żywicy ksantanowej na parametry zaczynu i powstałego z niego stwardniałego zaczynu, wykonano testy dla receptur przeznaczonych do uszczelniania otworów w warunkach otworowych o temperaturze od 30°C do 90°C oraz ciśnieniu od 5 MPa do 35 MPa.

EN

Designed cement slurries contain a number of different types of measures that are designed to change the technological parameters of the recipe being developed as expected. The presence of fine fractions in the cement slurry, both hydraulic binder as well as additives modifying parameters, may result in solid phase fractionation [6]. In order to eliminate this phenomenon, it is required to use agents that retain fine particles in the entire volume of the cement slurry. Such additives are usually suitable macromolecular polymers. However, they sometimes cause a significant increase in the viscosity of the leaven, which in turn may cause problems ranging from difficulties with the injection of the grout, and ending with a significant increase of the pressure in the annular space [10]. In view of the above, it was decided to use a biopolymer of xanthan resin, not used in the design of cement slurries, but has been used until now in the technology of drilling fluids. During the implementation of research works aimed at determining the change of technological parameters of fresh and hardened cement slurry with a biopolymer of xanthan gum, control leaven formulations were made to compare the effect of the additive used. In the research, properties of the cement slurry were determined such as: rheological parameters, filtration, thicking time, water retention, sedimentation stability. For samples of hardened slurries, the effect of the addition of xanthan gum on the mechanical parameters (compressive strength), physico-mechanical parameters (adhesion to steel pipes and adhesion to rock formation) was determined. In addition, the hardened cement slurry was subjected to tests describing the microstructure of the sample (porosity and permeability tests were carried out). In order to determine the influence of biopolymer of xanthan gum on the parameters of grout and the hardened grout resulting from it, tests were carried out for recipes intended to seal openings in borehole conditions at 30° C to 90° C and pressure from 5 MPa to 35 MPa.

Słowa kluczowe

PL

zaczyn cementowy; sedymentacja; frakcjonowanie; żywica ksantanowa; płaszcz cementowy

EN

cement slurry; sedimentation; fractionation; xanthan gum; cement bond

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 74, nr 12
• Strony: 927--937
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Kremieniewski M.

• Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy, ul. Lubicz 25 A, 31-503 Kraków

Bibliografia

• [1] Bülichen D., Kainz J., Plank J.: Working mechanism of methyl hydroxyethyl cellulose (MHEC) as water retention agent. Cement and Concrete Research 2012, vol. 42(7), s. 953-959.
• [2] Cappellari M., Daubresse A., Chaouche M.: Influence of organic thickening admixtures on the rheological properties of mortars: Relationship with water-retention. Construction and Building Materials 2013, vol. 38, s. 950-961.
• [3] Dohnalik M., Zalewska J.: Korelacja wyników laboratoryjnych uzyskanych metodą rentgenowskiej mikrotomografii, jądrowego rezonansu magnetycznego i porozymetrii rtęciowej. Nafta-Gaz nr 2013, nr 10, s. 735-743.
• [4] Govin A., Bartholin M.C., Biasotti B., Giudici M., Langella V., Grosseau P.: Impact of Guar Gum Derivatives on Properties of Freshly-Mixed Cement-Based Mortars, https://hal-emse.ccsd. cnrs.fr/emse-01250071, Submitted on 10.08.2018.
• [5] Kremieniewski M.: Ograniczenie ekshalacji gazu w otworach wiertniczych poprzez modyfikację receptur oraz kształtowa nie się struktury stwardniałych zaczynów uszczelniających. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu - Państwowego Instytutu Badawczego 2016, nr 199, s. 1-400.
• [6] Kremieniewski M.: Poprawa stabilności sedymentacyjnej zaczynów cementowych. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu - Państwowego Instytutu Badawczego 2017, nr 216, s. 1-154.
• [7] Kremieniewski M.: Poprawa wczesnej wytrzymałości mechanicznej płaszcza cementowego powstałego z zaczynu lekkiego. Nafta-Gaz 2018, nr 8, 599-605
• [8] Kremieniewski M., Rzepka M., Stryczek S., Wiśniowski R., Kotwica L., 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.
• [9] 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.
• [10] Kremieniewski M., Rzepka M.: Poprawa szczelności płaszcza cementowego za pomocą innowacyjnych dodatków antymigracyjnych. Nafta-Gaz 2018, nr 6, s. 457-464, DOI: 10.18668/ NG.2018.06.06.
• [11] Lapasin R., De Lorenzi L., Pricl S., Torriano G.: Flow properties of hydroxypropyl guar gum and its long-chain hydrophobic derivatives. Carbohydrate Polymer 1995, vol. 28(3), s. 195–202.
• [12] Nelson E.B. et al.: Well Cementing. Schlumberger Educational Service, Houston, Teksas, USA 1990.
• [13] Poinot T., Govin A., Grosseau P.: Importance of coil-overlapping for the effectiveness of hydroxypropylguars as water retention agent in cement-based mortars. Cement and Concrete Research 2014, vol. 56, s. 61-68.
• [14] Risica D., Barbetta A., Vischetti L., Cametti C., Dentini M.: Rheological properties of guar and its methyl, hydroxypro- pyl and hydroxypropyl-methyl derivatives in semidilute and concentrated aqueous solutions. Polymer 2010, vol. 51(9), s. 1972-1982.
• [15] Roussel N., Ovarlez G., Garrault S., Brumaud C.: The origins of thixotropy of fresh cement pastes. Cement and Concrete Research 2012, vol. 42(1), s. 148-157.
• [16] Stryczek S. (red.), Wiśniowski R., Uliasz-Misiak B., Złotkowski A., Kotwica L., Rzepka M., Kremieniewski M.: Studia nad doborem zaczynów uszczelniających w warunkach wierceń w Basenie Pomorskim. Wydawnictwa AGH, Kraków 2016 (Monografia sfinansowana przez NCBIR w ramach projektu naukowo-badawczego Optidrilltec z programu Blue Gas - Polski Gas Łupkowy)
• [17] Stryczek S., Gonet A.: Kierunki ograniczania migracji gazu z przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego. WUG: Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie 2005, nr 3, s. 10-13.
• [18] Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A., Ferens W.: Parametry reologiczne świeżych zaczynów uszczelniających w zależności od czasu ich sporządzania. Wiertnictwo Nafta Gaz 2009, tom 26, zeszyt 1-2, s. 369-382.
• [19] 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, s. 123-133.
• [20] Szerafin J.: Badania próbek betonowych poddanych iniekcji cementowej. Inżynieria i Budownictwo 2010, nr 8, s. 451-454.
• [21] Szerafin J.: Dyspersje cementowe w procesie iniekcyjnej naprawy defektów betonu. Monografia Politechniki Lubelskiej, Lublin 2011, s. 1-103.
• [22] Uliasz M., Zima G., Błaż S., Jasiński B.: Systemy płuczek wiertniczych do wiercenia otworów w formacjach łupkowych. [W:] Rzeczpospolita łupkowa: studium wiedzy o gazie z formacji lupkowych. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu 2012, nr 183, s. 225-241.
• [23] Zarzycki B., Piasta W.: Wpływ objętości zaczynu cementowego na konsystencję mieszanek do wysokowartościowych betonów samozagęszczalnych i masywnych. Budownictwo i Architektura 2015, nr 14(2), s. 123-130.
• [24] Zima G.: Nowy rozkład płuczki wiertniczej do zastosowania w warunkach HTHP. Nafta-Gaz 2015, nr 8, s. 556-564.