Badania długookresowej odporności korozyjnej stwardniałych zaczynów cementowych stosowanych w wiertnictwie

• Autorzy: Rzepka M.

Warianty tytułu

EN

The long-term corrosion resistance studies of hardened cement slurries applied in drilling

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł omawia zagadnienia związane z korozją chemiczną występującą w stwardniałych zaczynach cementowych stosowanych w głębokich otworach wiertniczych. Korozja zaczynu zachodzi na skutek działania silnie zmineralizowanych solanek złożowych o dużej zawartości jonów SO₄^2-, Mg²⁺, Cl^-, siarkowodoru, a także pod wpływem wysokiej temperatury oraz ciśnienia. Badania długookresowej odporności korozyjnej prowadzono dla receptur stwardniałych zaczynów deponowanych w temperaturach 95°C i 120°C przy ciśnieniu do 20 MPa oraz w solance nasyconej H₂S. Badane próbki zaczynów zawierały m.in. dodatki: lateksu (poprawiającego szczelność matrycy), mączki krzemionkowej (podnoszącej wytrzymałość mechaniczną) oraz hematytu (zwiększającego gęstość zaczynów). Używano trzech rodzajów spoiw wiążących: cementu portlandzkiego CEM I 32,5, cementu wiertniczego G HSR oraz cementu hutniczego CEM III/A 32,5. Wykonywano okresowe badania stwardniałych zaczynów pod kątem wytrzymałości na ściskanie, przyczepności do rur stalowych, przepuszczalności gazu oraz porowatości. Oznaczano również mikrostrukturę i skład fazowy metodą elektronowej mikroskopii skaningowej z mikroanalizą rentgenowską. Na podstawie przeprowadzonych testów stwierdzono, że w otworach wiertniczych, w których obecny jest siarkowodór, zaleca się stosowanie zaczynów cementowo-lateksowych na bazie odpowiednio dobranego cementu wiertniczego G HSR. W przypadku rejonów wierceń, w których występują wysoko zmineralizowane solanki magnezowe, korzystne jest używanie zaczynów cementowo-lateksowych na bazie materiału wiążącego z dużą zawartością granulowanego żużla (np. cementu CEM III/A 32,5).

EN

The paper discusses the issues related to chemical corrosion occurring in set cement slurries applied in deep boreholes. Cement slurry corrosion occurs under the action of a strong mineralized brine reservoir with a high SO₄^2-, Mg²⁺, Cl^- ions content, hydrogen sulphide and also under high temperature and pressure. Long-term corrosion resistance tests were carried out for set cement recipes deposited at 95 and 120°C and at pressures up to 20 MPa and H₂S saturated brine. The slurries test samples contained such additives as: latex (to increase the tightness of the matrix), silica flour (enhancing mechanical strength) and hematite (increasing slurries density). Three types of binding materials were used: portland cement CEM I 32.5, drilling cement G HSR and slag cement CEM III/A 32.5. For the set cements, periodic tests of the compressive strength, adhesion to steel pipes, gas permeability, and porosity were performed. The microstructure and phase composition by scanning electron microscopy with X-ray was also determined. On the basis of tests, it was found that in boreholes in which hydrogen sulfide is present, it is recommended to use cement slurries with latex based on properly selected G HSR drilling cement. In the case of drilling into areas where there is a highly mineralized magnesium brine, it is preferable to use cement slurries with latex based on binding material with a high content of granulated slag (e.g. cement CEM III/A 32.5).

Słowa kluczowe

PL

wiertnictwo; cement; zaczyn cementowy; korozja cementu

EN

drilling; cement; cement slurry; cement corrosion

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 71, nr 7
• Strony: 451--460
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., fot., tab., wykr.

Twórcy

autor

Rzepka M.

• Laboratorium Zaczynów Uszczelniających w Zakładzie Technologii Wiercenia. Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy ul. Lubicz 25A 31-503 Kraków

Bibliografia

• [1] Bensted J., Smith J. R.: Cementy wiertnicze z historycznej perspektywy. Czesc 6. Cement-Wapno-Beton 2008, nr 3, s. 124–135.
• [2] Brylicki W.: Czynniki determinujace trwałosc betonu i iniekcyjnych zaczynow cementowych. Materiały konferencyjne Sympozjum Naukowo-Technicznego „Cementy w budownictwie, robotach wiertniczych i inżynieryjnych oraz hydrotechnice”, Piła 23.05.2001, s. 57–79.
• [3] Debinska E.: Ocena dzialania dodatkow opozniających czas wiazania zaczynow cementowych na podstawie badan laboratoryjnych. Nafta-Gaz 2012, nr 4, s. 225–232.
• [4] Kremieniewski M., Stryczek S., Kotwica L.: Zmiany w mikrostrukturze plaszcza cementowego w zaleznosci od warunkow hydratacji zaczynu. Nafta-Gaz 2014, nr 12, s. 918–925.
• [5] Kremieniewski M.: Modyfikacja przestrzeni porowej kamieni cementowych. Nafta-Gaz 2012, nr 3, s. 165–170.
• [6] Lubas J. i in.: Analiza przyczyn ciaglego przyrostu cisnienia w zaglowiczeniu przestrzeni 7” × 9⅝” odwiertow kopalni Debno. Opracowanie metod zaradczych. Dokumentacja INiG, Krosno 2001, nr zlecenia: 212/KE, umowa nr 151/KE/2000.
• [7] Nalepa J.: Problemy zwiazane z cementowaniem glebokich otworow wiertniczych. Materiały konferencyjne Sympozjum Naukowo-Technicznego „Cementy w budownictwie, robotach wiertniczych i inżynieryjnych oraz hydrotechnice”, Piła 23.05.2001, s. 95–103.
• [8] Nelson E. B. (ed.): Well Cementing. Schlumberger Educational Service, Houston, USA, 1990.
• [9] Rzepka M.: Badanie odpornosci korozyjnej kamieni cementowych w warunkach dzialania plynow zlozowych o zroznicowanym skladzie chemicznym. Dokumentacja INiG, Kraków 2013, nr zlecenia: 0775/KW/13, nr archiwalny: DK-4100-115/13, s. 1–66.
• [10] Rzepka M.: Wplyw warunkow otworowych na procesy korozyjne zachodzace w stwardnialych zaczynach cementowych stosowanych w wiertnictwie. Praca doktorska obroniona na Wydziale Wiertnictwa Nafty i Gazu AGH w Krakowie w dniu 19.12.2005.
• [11] Stryczek S. (red.) i in.: Popioly z fluidalnego spalania wegla brunatnego jako dodatek do zaczynow uszczelniajacych. Kraków, Wydawnictwa AGH, 2013.
• Akty prawne i normatywne
• [12] Norma PN-EN ISO 10426-1 Przemysł naftowy i gazowniczy – Cementy i materiały do cementowania otworów – Część 1: Specyfikacja, 2009.
• [13] Norma PN-EN ISO 10426-2 Przemysł naftowy i gazowniczy – Cementy i materiały do cementowania otworów – Część 2: Badania cementów wiertniczych, 2006.

Uwagi

PL

Artykuł powstał na podstawie pracy pt. Badanie odporności korozyjnej kamieni cementowych w warunkach działania płynów złożowych o zróżnicowanym składzie chemicznym – zlecenie wewnętrzne INiG 0775/KW dla Polskiego Górnictwa Naftowego i Gazownictwa S.A. w Warszawie w oparciu o umowę 45/775/KW/2013, nr archiwalny: DK-4100-115/13.