Wpływ cieczy przemywających na jakość zacementowania rur po użyciu płuczek wiertniczych o różnych mechanizmach inhibitowania hydratacji

• Autorzy: Jasiński Bartłomiej , Uliasz Małgorzata , Zima Grzegorz , Błaż Sławomir

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2023.03.03

Warianty tytułu

EN

Influence of washer fluids on the quality of casing cementation after using drilling muds with various mechanisms of hydration inhibition

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jednym z najważniejszych wymogów stawianych przed zabiegiem cementowania kolumn rur okładzinowych jest to, aby stwardniały zaczyn cementowy tworzył maksymalnie szczelne i trwałe połączenie między rurami a skałą. Mimo dużego postępu w technice cementowania, jak i coraz bardziej nowoczesnych składów stosowanych zaczynów cementowych ciągle zdarzają się nieudane zabiegi, szczególnie w utworach ilastych i zailonych. W trakcie przewiercania tego typu skał niekontrolowana hydratacja wywołana fizykochemicznym oddziaływaniem filtratu z nieodpowiednio zastosowanej płuczki wiertniczej może powodować naruszenie stateczności ściany otworu przez zachodzenie zjawiska dyspersji lub pęcznienia, dlatego stosuje się płuczki wiertnicze zawierające w składzie związki chemiczne mające za zadanie maksymalne ograniczenie niekorzystnego zjawiska pęcznienia minerałów ilastych. Utworzony na ścianie otworu osad korzystnie wpływa na proces wiercenia, jednak może być przyczyną gorszej przyczepności kamienia cementowego po zabiegu cementowania rur okładzinowych. Artykuł przedstawia wyniki badań laboratoryjnych nad sformułowaniem składu cieczy przemywających pozwalających uzyskać wysoką jakość zacementowania kolumn rur okładzinowych po stosowaniu przy wierceniu płuczek wiertniczych zawierających różne inhibitory hydratacji skał ilastych: lateks, glikol, poliaminę. Do oceny skuteczności działania poszczególnych cieczy przemywających wykorzystano nowatorską metodykę badawczą polegającą na zastosowaniu cylindrycznych rdzeni skalnych. Na rdzeniach tych wytwarzano osad płuczkowy w warunkach otworopodobnych, używając aparatu Grace M2200 oraz specjalnie przystosowanej do tego komory HPHT. Następnie próbki poddawano przemywaniu za pomocą cieczy zawierających różne środki powierzchniowo czynne, a na końcu cementowano. Zacementowane próbki rdzeni skalnych były sezonowane w temperaturze 20°C oraz 50°C przez okres dwóch i siedmiu dni, po czym mierzono siłę potrzebną do zerwania przyczepności na kontakcie stwardniałego zaczynu cementowego ze skałą. Analiza uzyskanych wyników pozwoliła wytypować środki, których użycie zapewnia najwyższą efektywność w usuwaniu osadu wytworzonego przez płuczkę wiertniczą.

EN

One of the main criteria to be met prior to the cementing the casing pipe column is that the hardened cement slurry should form the most tight and durable connection between the pipes and the rock. Despite the great progress in both the cementing technique and the increasingly modern compositions of the cement slurries used, unsuccessful treatments still occur, especially in clay and silt formations. When drilling through this type of rock, uncontrolled hydration caused by the physicochemical influence of the filtrate from improperly applied drilling mud may disturb the stability of the borehole wall through dispersion or swelling phenomena. This is why drilling fluids containing chemical compounds are used to minimize the unfavorable phenomenon of mineral swelling. The sediment formed on the wall of the hole has a positive effect on the drilling process, but it may lead to deteriorated adhesion of the cement stone after cementing of the casing pipes. The article presents the results of laboratory studies on the formulation of washer fluids to achieve high-quality cementation of casing columns after the use of drilling muds containing various hydration inhibitors of clay rocks: latex, glycol, polyamine. An innovative research methodology based on the use of cylindrical rock cores was used to assess the effectiveness of washer fluids. On these cores, a filter cake was produced in borehole-like conditions, using the Grace M2200 apparatus and a specially adapted HPHT chamber. The samples were then washed with liquids containing various surfactants and finally cemented. The cemented rock core samples were seasoned at 20°C and 50°C for two and seven days, and then the force needed to break the adhesion on the contact of the hardened cement slurry with the rock was measured. The analysis of the obtained results made it possible to select the agents the use of which ensures the highest efficiency in removing the sediment produced by the drilling mud.

Słowa kluczowe

PL

płuczka wiertnicza; ciecz przemywająca; cementowanie; osad filtracyjny

EN

drilling mud; wash fluid; cementing; filter cake

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 79, nr 3
• Strony: 171--183
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys.

Twórcy

autor

Jasiński Bartłomiej

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Uliasz Małgorzata

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Zima Grzegorz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Błaż Sławomir

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Arambulo S., Colque P., Ahmed M., 2015. Case Studies Validate the Effectiveness of Aluminum-based HPWBM in Stabilizing Micro-Fractured Shale Formations: Field Experience in the Peruvian Amazon. SPE Annual Technical Conference and Exhibition, 28–30.09.2015, Houston, Texas, USA, s. 1–14. DOI: 10.2118/174854-MS.
• Błaż S., 2013. Badania laboratoryjne nad opracowaniem składu płuczki wiertniczej do przewiercania formacji łupkowych. Nafta-Gaz, 69(2):123–133.
• Błaż S., 2017. Nowe rodzaje cieczy przemywających osady z płuczki inwersyjnej przed zabiegiem cementowania otworów wiertniczych. Nafta-Gaz, 73(5): 302–311. DOI: 10.18668/NG.2017.05.02.
• Błaż S., 2018. Płuczki lateksowo-glinowe do przewiercania niestabilnych formacji łupkowych. Nafta-Gaz, 74(7): 526–534. DOI: 10.18668/NG.2018.07.06.
• Boyou N.V., Ismail I., Sulaiman W.R.W., Haddad A.S., Husein N., Hui H.T., Nadaraja K., 2019. Experimental investigation of hole cleaning in directional drilling by using nano-enhanced water-based drilling fluids. Journal of Petroleum Science and Engineering, 176(12):220–231. DOI: 10.1016/j.petrol.2019.01.063.
• Gawlik P., Szymczak M., 2006. Migracje gazowe w przestrzeniach międzyrurowych otworów realizowanych na przedgórzu Karpat w roku 2005. Nafta-Gaz, 62(7–8): 349–358.
• Jasiński B., 2016. Ocena wpływu cieczy przemywającej na jakość zacementowania rur w otworze wiertniczym po użyciu płuczki glikolowo-potasowej. Nafta-Gaz, 72(6): 413–421. DOI: 10.18668/NG.2016.06.04.
• Kmieć M., Karpiński B., Antoszkiewicz M., Szkodo M., 2018. Laboratory research on the influence of swelling clay on the quality of borehole cementing and evaluation of clay-cutting wellbore tool prototype. Applied Clay Science, 164: 13–25. DOI: 10.1016/j.clay.2018.04.028.
• Kremieniewski M., 2018. Ocena skuteczności oczyszczania kolumny rur okładzinowych przed cementowaniem na podstawie badań przy użyciu wiskozymetru obrotowego. Nafta-Gaz, 74(9): 59–66. DOI: 10.18668/NG.2018.09.06.
• Kremieniewski M., Kędzierski M., Błaż S., 2021. Increasing the Efficiency of Sealing the Borehole in Terms of Spacer Pumping Time. Energies, 14: 6702. DOI: 10.3390/en14206702.
• Lv K., Zhong H., Ren G., Liu Y., 2014. Properties evaluation and application of organic amine inhibitor on the properties of drilling fluids. The Open Petroleum Engineering Journal, 7: 50–54.
• McMurry J., 2010. Chemia organiczna. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
• Morton K., Bomar B., Schiller M., Gallem J., Azar S., 2005. Development and Learning Process Using a New HPWBM on Gulf of Mexico Shelf Wells. AADE-05-NTCE-31.
• Okrajni S., Azar J., 1986. The Effects of Mud Rheology on Annular Hole Cleaning in Directional Wells. SPE Drilling Engineering, 1(4):297–308. DOI: 10.2118/14178-PA.
• Patel A., Stamatakis E., Friedheim J.E., Davis E., 2001. Highly inhibitive water-based fluid system provides superior chemical stabilization of reactive shale formations. AADE-01-NC-HO-55.
• Raczkowski J., Półchłopek T., 1998. Materiały i środki chemiczne do sporządzania płuczek wiertniczych. Prace Instytutu Górnictwa Naftowego i Gazownictwa, 95: 1–319.
• Ramirez M.A., Benaissa S., Ragnes G., Almaraz A., 2007. Aluminum-Based HPWBM Successfully Replaces Oil-Based Mud To Drill Exploratory Well in the Magellan Strait, Argentina. SPE/IADC 108213. DOI. 10.2118/108213-MS.
• Saasen A., Løklingholm G., 2002. The effect of drilling fluid rheological properties on hole cleaning. IADC/SPE Drilling Conference,Dallas, TX, USA.
• Sifferman T., Becker T., 1992. Hole Cleaning in Full-Scale Inclined Wellbores. SPE Drilling Engineering, 7: 115–120.
• Tare U.A., Mody F.K., Mese A.I., 2000. Understanding chemical-potential-related transient pore-pressure response to improve real-time borehole (in)stability predictions. SPE-65514-MS. DOI: 10.2118/65514-MS.
• Uliasz M., 2000. Wpływ polimerów kationowych na inhibitujące właściwości płuczek wiertniczych. Prace Instytutu Górnictwa Naftowego i Gazownictwa, 107: 1–66.
• Uliasz M., 2010. Wykorzystanie związków aminowych w technologii płuczek wiertniczych. Nafta-Gaz, 66(7): 577–585.
• Uliasz M., 2011. Wpływ polimerów z I-rzędowymi grupami aminowymi na właściwości inhibitacyjne płuczki wiertniczej. Nafta-Gaz, 67(1):19–29.
• Uliasz M., 2012. Opracowanie płuczek wiertniczych o gęstości regulowanej solami organicznymi. Dokumentacja Instytutu Nafty i Gazu,Kraków.
• Uliasz M., 2013. Określenie wpływu płuczek wiertniczych zawierających inhibitor polimerowy na jakość zacementowania kolumn rur okładzinowych. Dokumentacja INiG. Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• Uliasz M., Chudoba J., 2000. Sole potasowe źródłem jonów K+ w płuczkach inhibitowanych. Prace Instytutu Górnictwa Naftowego i Gazownictwa, 110: 495–499.
• Uliasz M., Chudoba J., Herman Z., 2006. Płuczki wiertnicze z inhibitorami polimerowymi i ich oddziaływanie na przewiercane skały. Prace Instytutu Nafty i Gazu, 139: 1–72.
• Uliasz M., Herman Z., 2007. Wymagania i właściwości cieczy roboczych. Konferencja z okazji 20-lecia Instytutu Problemów Nafty i Gazu Rosyjskiej Akademii Nauk, Moskwa.
• Uliasz M., Zima G., Jasiński B., Szajna A., Witek E., 2018. Ocena wpływu poliwinyloaminy na inhibitujące właściwości płuczki wiertniczej. Nafta-Gaz, 74(9): 669–675. DOI: 10.18668/NG.2018.09.05.
• Wiśniowski R., Skrzypaszek K., Małachowski T., 2020. Selection of a suitable rheological model for drilling fluid using applied numerical methods. Energies, 13(12): 3192. DOI: 10.3390/en13123192.
• Xie G., Luo P., Deng M., Su J., Wang Z., Gong R., Xie J., Deng S., Duan Q., 2017. Investigation of the inhibition mechanism of the number of primary amine groups of alkylamines on the swelling of bentonite. Applied Clay Science, 136: 43–50. DOI: 10.1016/j.clay.2016.11.005.
• Yu M., Takach N., Nakamura E., David R., Shariff M.M., 2007. An experimental study of hole cleaning under simulated downhole conditions. SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Anaheim, CA, USA.
• Zima G., Uliasz M., Błaż S., Jasiński B., Wiśniowski R., Wysocki S., 2017. Nowe rodzaje inhibitorów i ich wpływ na właściwości hydratacyjne skał ilasto-łupkowych. Nafta-Gaz, 73(1): 36–42. DOI: 10.18668/NG.2017.01.04.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).