Badania środków poprawiających stabilność sedymentacyjną zaczynów cementowych

• Autorzy: Kremieniewski Marcin

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.06.04

Warianty tytułu

EN

Tests on agents improving the sedimentation stability of cement slurries

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podczas projektowania zaczynów o obniżonej gęstości, jedną z większych trudności jest uzyskanie homogenicznej struktury zaczynu zarówno w stanie płynnym, jak i po związaniu. Problem ten wynika głównie z obecności lekkich dodatków wypełniających w objętości zaczynu. Materiały te na skutek frakcjonowania unoszą się w górnych partiach cementowanej przestrzeni pierścieniowej. Z kolei ziarna cementu, które charakteryzują się większą gęstością, w wyniku sedymentacji osiadają w dolnej części otworu. Takie zachowanie zaczynu jest niekorzystne. Powstały z tak niejednorodnego zaczynu płaszcz cementowy będzie wykazywał bardzo niskie wartości wytrzymałości na ściskanie w górnych partiach uszczelnianej kolumny rur, co wpływa na słabą ich stabilizację. Dodatkowo płaszcz cementowy posiadał będzie dużą przepuszczalność, co skutkuje brakiem skuteczności uszczelnienia poszczególnych sekcji rur. W celu wyeliminowania tego niepożądanego zjawiska nadmiernego frakcjonowania i sedymentacji zaczynu lekkiego stosuje się różnego rodzaju środki poprawiające stabilność sedymentacyjną. Środki tego typu są poddawane badaniom w zaczynie cementowym. Jednak znacznie dokładniejszym pomiarem możliwości przeciwdziałania frakcjonowania danego środka przeciwsedymentacyjnego jest badanie go w wodzie. Związane jest to z faktem, iż zaczyn cementowy ze względu na obecność w nim dodatkowych środków i domieszek wykazuje wyższą lepkość plastyczną. W związku z tym w niniejszej publikacji przedstawiono wyniki badań środków poprawiających stabilność sedymentacyjną poprzez określanie wpływu ich działania na mikrosferę w cieczy niskolepkiej, jaką jest woda. W artykule przedstawiono metodykę pomiaru frakcjonowania wypełniacza lekkiego i działania przeciwsedymentacyjnego wybranych środków poprawiających stabilność sedymentacyjną zaczynów cementowych. Podczas realizacji prac badawczych skoncentrowano się głównie na określeniu frakcjonowania mikrosfer w wodzie zarobowej o określonym stężeniu środków poprawiających stabilność sedymentacyjną. Do badań wytypowano 6 rodzajów środków, które użyto w koncentracji od 0,5% do 10%. Wykonane zostały badania frakcjonowania mikrosfer w jednostce czasu, na podstawie czego możliwe było określenie skuteczności działania danego środka ograniczającego frakcjonowanie w celu sporządzenia zaczynu lekkiego o odpowiedniej stabilności sedymentacyjnej.

EN

When designing slurries with reduced density, one of the biggest difficulties is obtaining a homogeneous slurry structure both in liquid state and after setting. This problem is mainly due to the presence of light fillers in the slurry volume. Due to fractionation, these materials float in the upper parts of the cemented annular space. In turn, cement grains, which are characterized by higher density, as a result of sedimentation settle in the bottom of the hole. This cement slurry behavior is unfavorable. The cement sheath resulting from such heterogeneous cement slurry will show very low values of compressive strength in the upper parts of the sealed column of pipes, yielding poor stabilization. In addition, the cement sheath will have high permeability, which results in the lack of sealing efficiency of individual pipe sections. In order to eliminate this undesirable phenomenon of excessive fractionation and sedimentation of lightweight cement slurry, various agents are used to improve sedimentation stability. Agents of this type are tested in cement slurry. However, a much more accurate measurement of the possibility of counteracting the fractionation of a given anti-sedimentation agent is testing it in water. This is due to the fact that the presence of additional additives and admixtures in the cement slurry results in its higher plastic viscosity. Therefore, this publication presents the results of research on agents that improve sedimentation stability by determining their impact on the microsphere in a low-viscous liquid, which is water. The article presents the methodology for measuring light filler fractionation and anti-sedimentation effect of selected agents improving the sedimentation stability of cement slurries. During the implementation of research, the focus was mainly on determining the fractionation of microspheres in mixing water with a specific concentration of agents that improve sedimentation stability. Six types of agents were selected for research, which were used in concentrations from 0.5% to 10%. Microsphere fractionation tests were performed per unit of time, based on which it was possible to determine the effectiveness of a given fractionation limiting agent in order to prepare a lightweight cement slurry with appropriate sedimentation stability.

Słowa kluczowe

PL

zaczyn cementowy lekki; stabilność sedymentacyjna; frakcjonowanie; środki przeciwsedymentacyjne

EN

lightweight cement slurry; sedimentation stability; fractionation; anti-sedimentation agents

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 6
• Strony: 387--395
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kremieniewski Marcin

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• 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. Drillingcontactor, September/October: 62–64.
• Kremieniewski M., 2017a. Poprawa stabilności sedymentacyjnej zaczynu cementowego. Nafta-Gaz, 4: 242–249. DOI:10.18668/NG.2017.04.04.
• Kremieniewski M., 2017b. Wpływ perlitu pylistego na własności technologiczne zaczynu cementowego. Nafta-Gaz, 12: 943–952. DOI:10.18668/NG.2017.12.05.
• Kremieniewski M., 2018. Poprawa wczesnej wytrzymałości mechanicznej płaszcza cementowego powstałego z zaczynu lekkiego. NaftaGaz, 8: 599–605. DOI: 10.18668/NG.2018.08.06.
• Kremieniewski M., 2019a. Korelacja wyników badań filtracji i wczesnej wytrzymałości mechanicznej zaczynów cementowych z dodatkiem mączki krzemionkowej. Nafta-Gaz, 7: 394–403. DOI: 10.18668/NG.2019.07.03.
• Kremieniewski M., 2019b. 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., 2019c. Rola plastyfikatora w projektowaniu zaczynu lekkiego o podwyższonej stabilności sedymentacyjnej. Nafta-Gaz, 9: 571–578. DOI: 10.18668/NG.2019.09.06.
• Kremieniewski M., 2019d. Korelacja wyników badań wytrzymałości na ściskanie i przyczepności do rur stalowych płaszcza cementowego z zaczynu o obniżonej gęstości. Nafta-Gaz, 10: 613–624. DOI: 10.18668/NG.2019.10.03.
• Kremieniewski M., 2020. Zmiana parametrów reologicznych zaczynu lateksowego pod wpływem dodatku mikrosfery. Nafta-Gaz, 1: 37–45. DOI: 10.18668/NG.2020.01.05.
• Kremieniewski M., Stryczek S., 2019. Zastosowanie cementu wysokoglinowego do sporządzania zaczynów uszczelniających w technologiach wiertniczych. Cement Wapno Beton, 3: 215–226.
• Kremieniewski M., Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A., 2016. Zmniejszanie porowatości stwardniałych zaczynów wiertniczych poprzez wprowadzenie dodatków drobnoziarnistych. Cement Wapno Beton, 5: 325–335.
• Nelson E.B. (ed.), 1990. Well Cementing, Schlumberger Educational Service, Houston, Texas, USA.
• Peng Y., Jacobsen 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.
• 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).