Badania laboratoryjne nad opracowaniem emulsyjnych zaczynów cementowych typu woda w oleju

• Autorzy: Kut Łukasz

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2019.04.03

Warianty tytułu

EN

Laboratory tests on the development of water-in-oil emulsion based cement slurries

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Dotychczas w Polsce żadne laboratorium nie prowadziło szczegółowych badań nad opracowaniem zaczynów cementowych sporządzonych na bazie płynu olej w wodzie, jak i woda w oleju. W przemyśle naftowym coraz częściej otwory wiertnicze wykonywane są przy użyciu płuczki inwersyjnej. Zastosowanie tego typu płuczki ma wiele pozytywnych aspektów, jednak zdarzają się też te negatywne. Jedną z niedogodności jest pozostawianie na ścianach otworu wiertniczego trudnego do usunięcia osadu, co w konsekwencji może wpływać na nieskuteczne uszczelnienie kolumny rur okładzinowych. Celem badań laboratoryjnych było więc opracowanie zaczynów cementowych sporządzonych na bazie różnych spoiw wiążących do uszczelniania kolumn rur okładzinowych po zastosowaniu płuczki inwersyjnej. Obecność oleju w składzie zaczynu cementowego może wpłynąć na jego większą kompatybilność z pozostawionymi na ścianach otworu osadami, a co za tym idzie – na skuteczniejsze uszczelnienie przestrzeni pierścieniowej. Jako cieczy zarobowej użyto wody wodociągowej, do której dodawano kolejno upłynniacz, środek powierzchniowo czynny (SPC) oraz cement. Po ujednorodnieniu mieszaniny dodawano do niej olej wymieszany z emulgatorem. Po połączeniu wszystkich składników zaczyn cementowy mieszano przez 30 minut, a następnie wykonywano pomiary laboratoryjne, takie jak: gęstość; parametry reologiczne; filtracja; czas wiązania; elektryczna stabilność emulsyjna. Z wybranych zaczynów sporządzono próbki kamieni cementowych. Próbki te utwardzano i przetrzymywano w dwóch różnych temperaturach: 25°C oraz 120°C. Otrzymane kamienie poddano badaniu: wytrzymałości kamienia cementowego na ściskanie; przyczepności kamienia cementowego do rur stalowych. Przeprowadzone badania wykazały, że pod względem parametrów reologicznych zaczynów cementowych lepszy okazał się cement glinowo-wapniowy od cementów portlandzkich. Zastosowanie tego cementu wpłynęło na obniżenie filtracji oraz znaczny wzrost elektrycznej stabilności emulsyjnej zaczynów cementowych. Ujednorodnienie mieszaniny oraz wspólne łączenie się poszczególnych dodatków nie stwarzało większych trudności. Jedynym mankamentem były niskie wartości otrzymanych parametrów kamieni cementowych, dlatego też istotne jest prowadzenie dalszych badań nad doborem odpowiednich receptur (Dębińska, 2012; Kremieniewski, 2012, 2013; Vipulanandan i Krishnamoorti, 2013).

EN

So far, no laboratory in Poland, has conducted detailed research on the development of oil-in-water and water-in-oil cement slurries. In the oil industry, more and more boreholes are often drilled using an inversion mud. The use of this type of mud has many advantages and benefits, however, there are also negative aspects. One of the disadvantages is the difficulty to remove mud cake from the walls of the borehole, which may affect the sealing of the casing column. The aim of the research being presented, was to develop cement slurries, prepared based on various binders, used to seal the casing columns after the use of an invert emulsion drilling mud. The presence of oil in the composition of the cement slurry may affect its greater compatibility with the mud cake on the walls of the borehole and more effective sealing of the annular space. Sweet water played the role of the slurry. The dispersant, surfactant and cement were then added. After homogenizing the mixture, the oil mixed with the emulsifier was added. After combining all the components, the cement slurry was mixed for 30 minutes and the technological parameters such as density, rheological parameters, filtration, setting time and electrical stability were examined. Cement stone test samples were prepared from selected cement slurries. These samples were cured and hydrated at two different temperatures: 25°C and 120°C. The compressive strength and adhesion to steel pipes tests were performed for obtained cement stones. The conducted tests showed that better rheological parameters were obtained for aluminium-calcium cement in comparison to Portland. The use of this cement reduced the filtration and resulted in a significant increase in the electric emulsion stability of cement slurries. The homogeneity of the mixture and the combination of additives did not pose major difficulties. Parameters of the obtained cement stones were low, therefore it is important to conduct further research on the selection of appropriate recipes (Dębińska, 2012; Kremieniewski, 2012, 2013; Vipulanandan i Krishnamoorti, 2013).

Słowa kluczowe

PL

zaczyn cementowy; zaczyn emulsyjny; płuczka olejowa; płuczka inwersyjna; kamień cementowy; parametry mechaniczne; parametry technologiczne; emulsja typu O/W; emulsja typu W/O

EN

cement slurry; emulsion slurry; oil-in-water emulsion; water-in-oil emulsion; oil mud; invert emulsion drilling mud; cement stone; mechanical parameters; technological parameters

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 75, nr 4
• Strony: 214--221
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kut Łukasz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Literatura
• Alford P., Anderson D., Bishop M., Goldwood D., Stouffer C., Watson E., Karonka M., Moore R., 2014. Novel Oil Based Mud Additive
• Decreases HTHP Fluid Loss and Enhances Stability. American Association of Drilling Engineers, AADE-14-FTCE-18.
• Demirdal B., Cunha J.C., 2007. Olefin-Based Synthetic Drilling Fluids Volumetric Behavior Under Downhole Conditions. Society of Petroleum Engineers. DOI: 10.2118/108159-PA.
• Dębińska E., 2012. Ocena działania dodatków opóźniających czas wiązania zaczynów cementowych na podstawie badań laboratoryjnych. Nafta-Gaz, 4: 225–232.
• Fernandez J., Sharp K., Plummer D., 2014. Enhanced Fluid Viscosity Using Novel Surfactant Chemistry Purposely Designed for LowAromatic Mineral and Synthetic Base Fluids. American Association of Drilling Engineers, AADE-14-FTCE-15.
• Giergiczny Z. et al., 2003. Cementy w ofercie handlowej Górażdże Cement S.A. Chorula.
• Jasiński B., 2012. Badania nad zastosowaniem emulsji olejowo-wodnych jako cieczy roboczych o obniżonej gęstości. Nafta-Gaz, 12: 1155–1164.
• Kırca O., Yaman I.O., Tokyay M., 2013. Compressive strength development of calcium aluminate. Cement and Concrete Composites, 35(1): 163–170.
• Kremieniewski M., 2012. Modyfikacja przestrzeni porowej kamieni cementowych. Nafta-Gaz, 3: 165–170.
• Kremieniewski M., 2013. Wpływ warunków hydratacji na strukturę przestrzenną kamieni cementowych. Nafta-Gaz, 1: 51–56.
• Kurdowski W., 2010. Chemia cementu i betonu. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
• Kut Ł., 2011. Wpływ mikrocementu na parametry zaczynu i kamienia cementowego. Nafta-Gaz, 12: 903–908.
• Li Z., Cheng X., Zhang M., Wu X., Wu S., Wu D., Xiao Y., 2016. The Research and Application about Aluminate Cement Slurry in Heavy Oil Thermal Well. Society of Petroleum Engineers. DOI: 10.2118/182514-MS.
• Vipulanandan C., Krishnamoorti R., 2013. Smart cementing materials and drilling muds for real time monitoring of deepwater wellbore enhancement. Center for Innovative Grouting Materials and Technology (CIGMAT), University of Houston.
• Akty prawne i normatywne
• Polski Komitet Normalizacyjny, 2006. Przemysł naftowy i gazowniczy. Cementy i materiały do cementowania otworów wiertniczych. Część 2: Badania cementów wiertniczych. PN-EN ISO 10426-2:2006.
• Polski Komitet Normalizacyjny, 2007. Cement glinowo-wapniowy. Skład wymagania i kryteria zgodności. PN-EN-14647:2007.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).