Cement slurries for sealing high temperature and high reservoir pressure boreholes

• Autorzy: Rzepka M. , Kremieniewski M. , Kędzierski M.

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2018.10.05

Warianty tytułu

PL

Zaczyny cementowe do uszczelniania otworów wiertniczych o wysokich temperaturach i ciśnieniach złożowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A number of cement slurries proposed for sealing casing string in boreholes, where dynamic temperatures are in the range range from about 110 to about 150o C and pressures from 45 to 90 MPa, were investigated and analyzed in this article. In developing recipes were guided by the requirements to be met by cement slurry for the cementing of casing in the conditions of the occurrence of very high temperatures and reservoir pressures. Before the application of cement slurry in industrial conditions, the density, viscosity, thickening time, cement setting, free water and compressive strength of cement stone were examined. Developed cement slurries for HPHT conditions in research carried out in the Oil and Gas Institute – National Research Institute, had densities in the range from 1865 to 1890 kg/m3 and after appropriate fluidifying were characterized by good rheological parameters. Thickening times of the developed cement slurries ranged from approx. 4 to approx. 6 ½ hours, and can be successfully adjusted (most effectively with a suitably selected additive of sodium lignosulfonate in an amount of about 0,25÷1%). The initial viscosities of the cement slurries tested in the HPHT consistometer were small (about 10 Bc). The course of changes in the consistency of cement slurries was “rectangular”, and time between the consistency of 30 and 100 Bc was generally short (about 10 minutes or less). Cement stones formed after bonding of developed cement slurries were characterized by extremely high mechanical parameters. After 2 days, compressive strength of most tested samples exceeded 25 MPa, and after 7 days of hydration, the compressive strength was about 35 MPa. The cement slurry recipes presented in the article can be used for sealing casing strings in our country or in Ukraine (where cementation is performed in deep boreholes).

PL

W artykule przedstawiono opis i analizę badań szeregu zaczynów cementowych proponowanych do uszczelniania kolumn rur okładzinowych w otworach wiertniczych, w których występują temperatury dynamiczne w zakresie od około 110°C do około 150°C i ciśnienia od 45 MPa do 90 MPa. Przy opracowywaniu receptur kierowano się wymaganiami, jakie powinien spełniać zaczyn cementowy użyty do cementowania rur okładzinowych w warunkach występowania bardzo wysokich temperatur oraz ciśnień złożowych. Przed zastosowaniem zaczynu cementowego w warunkach przemysłowych zwracano uwagę na jego gęstość, lepkość, czas gęstnienia, wiązanie, filtrację, odstój wody oraz wytrzymałość kamienia cementowego na ściskanie. Opracowane w INiG – PIB zaczyny cementowe do warunków HPHT posiadały gęstości od 1865 kg/m3 do 1890 kg/m3 i po odpowiednim upłynnieniu cechowały się dobrymi parametrami reologicznymi. Czasy gęstnienia zaczynów cementowych wynosiły od około 4 godzin do około 6,5 godziny i można je z powodzeniem regulować (najskuteczniej za pomocą odpowiednio dobranego dodatku lignosulfonianu sodowego w ilości około 0,25÷1%). Lepkości początkowe zaczynów badanych w konsystometrze ciśnieniowym były niewielkie (wynosiły około 10 Bc). Przebieg zmian konsystencji zaczynów cementowych miał charakter „prostokątny”, a czas pomiędzy uzyskaniem konsystencji 30 Bc i 100 Bc był z reguły krótki (około 10 minut lub krócej). Kamienie cementowe powstałe po związaniu opracowanych zaczynów cechowały się niezwykle wysokimi parametrami mechanicznymi. Już po 2 dniach wytrzymałość na ściskanie większości badanych próbek przekraczała 25 MPa, natomiast po 7 dniach hydratacji wynosiła około 35 MPa. Zaprezentowane w artykule receptury zaczynów mogą być zastosowane podczas uszczelniania kolumn rur okładzinowych w naszym kraju lub na obszarze Ukrainy (gdzie mamy do czynienia z wykonywaniem prac cementacyjnych w głębokich otworach wiertniczych).

Słowa kluczowe

EN

cement slurry; cement stone; high temperature; high pressure; cementing

PL

zaczyn cementowy; kamień cementowy; temperatura wysoka; wysokie ciśnienie; cementowanie

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 74, nr 10
• Strony: 739--744
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rzepka M.

• Oil and Gas Institute - National Research Instuitute ul. Lubicz 25 A, 31-503 Kraków

autor

Kremieniewski M.

• Oil and Gas Institute - National Research Instuitute ul. Lubicz 25 A, 31-503 Kraków

autor

Kędzierski M.

• Oil and Gas Institute - National Research Instuitute ul. Lubicz 25 A, 31-503 Kraków

Bibliografia

• Literature
• [1] Anjos M.A.S., Martinelli A.E., Melo D.MA., Renovato T., Souza RD.R, Freitas J.C.: Hydration of oil well cement containing sugarcane biomass waste as a function of curing temperature and pressure. Journal of Petroleum Science and Engineering 2013, vol. 109, s. 291-297 (www.elsevier.com/locate/petrol).
• [2] Bensted J.: Retardation of Cement Slurries to 250°F. Offshore Europę, Aberdeen, UK, 3-6.09.1991, SPE 23073.
• [3] Boul P.J., Ellis M., Thaemlitz C.J.: Retarder Interactions in Oil Well Cements AADE-16-FTCE-12. Aramco Research Center, Houston, AADE-2016.
• [4] Dębińska E.: Ocena działania dodatków opóźniających czas wiązania zaczynów cementowych na podstawie badań laboratoryjnych. Nafta-Gaz 2012, no. 4, pp. 225-232.
• [5] Gonet A., Stryczek S., Pinka J.: Analysis of Rheological Models of Selected Cement Slurries. Acta Montanistica Slovaca Roćnik 2004, no. 9, ćislo 1, pp. 16-20.
• [6] 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.
• [7] Habrat S., Raczkowski J., Zawada S.: Technika i technologia cementowań w wiertnictwie. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa 1980.
• [8] Herman Z., Migdał M.: Problemy cementowania rur okładzinowych na Niżu Polskim. Nafta-Gaz 1998, no. 12, pp. 542-553.
• [9] Nalepa J.: Problemy związane z cementowaniem głębokich otworów wiertniczych. Sympozjum Naukowo-Techniczne „Cementy w budownictwie, robotach wiertniczych i inżynieryjnych oraz hydrotechnice", Piła-Płotki 2001.
• [10] Rzepka M., Kremieniewski M„ Dębińska E.: Zaczyny cementowe przeznaczone do uszczelniania eksploatacyjnych kolumn rur okładzinowych na Niżu Polskim. Nafta-Gaz 2012, no. 8, pp. 512-522.
• [11] Rzepka M., Kremieniewski M.: Zaczyny cementowe do uszczelniania głębokich otworów wiertniczych. Oil and Gas Engineering, Poltava National Technical University, Poltava 2017, vol. 2, pp. 43-56, ISSN 2518-1955.
• [12] 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, vol. 25, j. 2,pp. 625-636.
• [13] Salim P., Amani M.: Special considerations in cementing high pressure high temperature wells. International Journal of Engineering and Applied Sciences 2013, vol. 1, no. 4, pp. 120-146.
• [14] Souza P.P., Soares R.A., Anjos M.A., Freitas J.O., Martinelli A.E., Melo D.F.: Cement slurries of oil wells under high temperaturę and pressure: the effects of the use ofceramic waste and silicaflour. Brazilian Journal of Petroleum and Gas 2012, vol. 6, no. 3, pp. 104-113.
• [ 15] Stryczek S., Gonet A.: Wymagania odnośnie zaczynów uszczelniających stosowanych w technologiach wiertniczych. Sympozjum Naukowo-Techniczne „Cementy w budownictwie, robotach wiertniczych i inżynieryjnych oraz hydrotechnice", Piła-Płotki 2001.
• [16] Stryczek S., Małolepszy J., Gonet A., Wiśniowski R., Kotwica Ł., Złotkowski A., Ziaja J.: Popioły z fluidalnego spalania węgla brunatnego jako dodatek do zaczynów uszczelniających. Wydawnictwa Naukowe Akademii Górniczo-Hutniczej, Kraków 2013.
• Legal and normative acts
• [17] PN-EN ISO 10426-1 Przemyśl naftowy i gazowniczy - Cementy i materiały do cementowania otworów - część 1: Specyfikacja.
• [18] PN-EN ISO 10426-2 Przemyśl 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).