BazTech - Yadda

1

Wpływ korozji węglanowej na szczelność kamieni cementowych w otworach przeznaczonych do sekwestracji

Kut Łukasz

Nafta-Gaz

|

2024

|

R. 80, nr 1

12--18

PL

Od kilku lat na całym świecie bardzo często poruszane są zagadnienia dotyczące emisji dwutlenku węgla do środowiska oraz problemów z tym związanych. Niektóre kraje postanowiły stanąć do walki i szukać sposobów na zmniejszenie ilości produkowanego dwutlenku węgla i ewentualnej możliwości jego bezpiecznego składowania. Zanieczyszczenie środowiska oraz wzrost emisji dwutlenku węgla do atmosfery stanowią obecnie główne problemy dotyczące gospodarki światowej, a w szczególności krajowej. Jednym ze sposobów składowania CO2 jest jego sekwestracja, czyli podziemne składowanie i deponowanie w strukturach geologicznych, między innymi w wyeksploatowanych złożach ropy i gazu oraz poziomach solankowych. Kolejnym sposobem może być zatłaczanie dwutlenku węgla do złoża ropy, co stanowi jedną z efektywniejszych metod wspomagania wydobycia. W naszym kraju na najbliższe lata planuje się wiercenia otworów przeznaczonych do sekwestracji dwutlenku węgla. Do cementowania tych otworów powinny być użyte zaczyny uszczelniające, które wykazują podwyższoną odporność na działanie CO2 oraz odpowiednio niskie porowatość i przepuszczalność. Przemysł naftowy w Polsce do uszczelniania kolumn rur okładzinowych stosuje konwencjonalne zaczyny cementowe na bazie cementu portlandzkiego A-42,5R lub wiertniczego „G” wraz z innymi składnikami regulującymi parametry zaczynów i stwardniałych zaczynów cementowych. Powszechnie stosowane w otworach wiertniczych zaczyny uszczelniające mogą ulegać korozji węglanowej, dlatego konieczne jest prowadzenie badań oraz analiza oddziaływania CO2 nie tylko na zmianę parametrów mechanicznych stwardniałych zaczynów, ale również na zmiany struktury porowej stwardniałych zaczynów i ich szczelności w czasie. Celem badań była analiza wpływu korozji węglanowej na zmianę struktury porowej oraz przepuszczalności dla gazu stwardniałych zaczynów cementowych w funkcji czasu ich sezonowania. Badaniom laboratoryjnym poddano stwardniałe zaczyny cementowe wykonane według receptur powszechnie stosowanych w przemyśle naftowym podczas uszczelniania kolumn rur okładzinowych w temperaturach od 60°C do 80°C. Próbki stwardniałych zaczynów cementowych przetrzymywano w wodzie wodociągowej i analogicznie sezonowano w wodzie nasyconej CO2 oraz poddawano badaniom po upływie założonego czasu. Analizowany był wpływ dwutlenku węgla na zmiany przepuszczalności dla gazu i porowatości stwardniałych zaczynów cementowych w funkcji czasu ich sezonowania. Przeprowadzone badania ukazały wpływ korozji węglanowej na strukturę stwardniałych zaczynów cementowych oraz na zmiany szczelności płaszcza cementowego w czasie oraz możliwości ich zastosowania w wyeksploatowanych złożach ropy i gazu przeznaczonych do składowania dwutlenku węgla. Z wybranych receptur zaczynów cementowych sporządzono próbki stwardniałych zaczynów cementowych. Zaczyny cementowe wiązały przez 48 godzin w ustalonej temperaturze i ciśnieniu (warunki otworopodobne). Otrzymane próbki stwardniałego zaczynu cementowego poddano badaniu porowatości oraz przepuszczalności dla gazu.

EN

For several years, discussions about carbon dioxide emissions and related environmental issues have been prevalent worldwide. Some countries have e committed to addressing this issue by seeking methods to reduce carbon dioxide production and ensure its safe storage. Environmental pollution and the increase in carbon dioxide emissions into the atmosphere are currently the main problems affecting not only the global economy, but domestic economies in particular. One of the methods of storing CO2 is sequestration, i.e., underground storage and depositing in geological structures, including depleted oil and gas reservoirs and aquifers. Another approach involves injecting carbon dioxide into oil reservoirs, which is considered one of more effective methods of enhancing oil recovery. In Poland, drilling boreholes for carbon dioxide sequestration is planned in the coming years. To cement these boreholes, sealing slurries that exhibit increased resistance to CO2, low porosity and permeability should be used. The oil industry in Poland uses conventional cement slurries based on Portland A-42.5R or class G oil-well cement, along with other ingredients that regulate the parameters of slurries and hardened cement slurries, to seal casing strings. Sealing slurries typically used in drilling boreholes may be susceptible to carbonate corrosion, therefore it is necessary to conduct research and analyze the impact of CO2 not only on changes in the mechanical parameters of hardened slurries but also in the pore structure of stones and their tightness over time. The aim of the research was to analyze the impact of carbonate corrosion on the change in the pore structure and gas permeability of hardened cement slurries as a function of their seasoning time. Laboratory tests were conducted on hardened cement slurries, prepared using compositions typically used in the petroleum industry for sealing casing strings at temperatures ranging from 60 to 80°C. Samples of hardened cement slurries were kept in tap water, while analogous samples were seasoned in CO2-saturated water and tested after specific periods. The influence of carbon dioxide on changes in gas permeability and porosity of hardened cement slurries as a function of their seasoning time was analyzed. The study revealed the impact of carbonate corrosion on the structure of hardened cement slurries and changes in the tightness of the cement sheath over time, as well as the possibility of their use in depleted oil and gas reservoirs intended for carbon dioxide storage. Samples of hardened cement slurries were prepared from selected cement slurry compositions. The slurries were allowed to set for 48 hours under controlled temperature and pressure conditions, simulating borehole environments. The obtained samples of hardened cement slurry were then tested for porosity and gas permeability.

2

Doszczelnienie matrycy kamieni cementowych otrzymanych z zaczynów cementowych przeznaczonych do podziemnych magazynów wodoru w kawernach solnych

Kędzierski Miłosz, Rzepka Marcin

Nafta-Gaz

|

2024

|

R. 80, nr 1

3--11

PL

Artykuł przedstawia wyniki badań nad doszczelnieniem matrycy kamieni cementowych otrzymanych z zaczynów cementowych przeznaczonych do podziemnych magazynów wodoru w kawernach solnych. W recepturach zaczynów cementowych została zwiększona ilość dodatku mikrocementu oraz podjęto próbę zastosowania wybranych rodzajów nanomateriałów. Receptury cementowe opracowane zostały w INiG – PIB w Laboratorium Zaczynów Uszczelniających. Badania przeprowadzono dla temperatury 25°C i ciśnienia 10 MPa. W badanych zaczynach cementowych jako spoiwo wiążące zastosowano cement wiertniczy G. Zaczyny cementowe sporządzano na solance o pełnym nasyceniu o gęstości 1200 kg/m3 ze względu na bezpośrednią obecność soli w otworze. Do solanki dodawano kolejno środki: odpieniający, upłynniający i obniżający filtrację oraz nanomateriały. Pozostałe składniki: mikrocement, gips modelowy oraz cement mieszano ze sobą i wprowadzano następnie do wody zarobowej. W przypadku każdego zaczynu cementowego wykonywano badania parametrów technologicznych takich jak: właściwości reologiczne, gęstość, rozlewność, odstój wody oraz czas gęstnienia zaczynu. Przeprowadzano również badania wytrzymałości na ściskanie po 7 dniach oraz po 1 i 6 miesiącach, a także pomiar porowatości stwardniałych zaczynów cementowych po 6 miesiącach deponowania w pełni nasyconej solance. Opracowane zaczyny cementowe charakteryzowały się dobrymi parametrami reologicznymi oraz zerowym odstojem wody. Gęstości zaczynów cementowych wahały się w przedziale od 1910 kg/m3 do 1940 kg/m3 . Wszystkie zbadane stwardniałe zaczyny cementowe charakteryzowały się zwartą mikrostrukturą o niskiej zawartości makroporów. Udział porów o średnicy powyżej 10 000 nm wyniósł od 1,3% do 3,2% ilości wszystkich porów. Natomiast udział porów o średnicy poniżej 100 nm w całej matrycy stwardniałego zaczynu cementowego wyniósł od 94,3% do 97,5%. Dodatek większej ilości mikrocementu oraz wprowadzenie nanokomponentów do receptur zaczynów cementowych spowodowały wzrost wytrzymałości na ściskanie oraz obniżenie porowatości kamieni cementowych.

EN

The article presents the results of research on the sealing of the matrix of cement stones derived from cement slurries, specifically designed for underground hydrogen storage in salt caverns. This study involved increasing the amount of microcement in cement slurry mixes and experimenting with selected types of nanomaterials. Laboratory tests of cement slurries were conducted at the Oil and Gas Institute – National Research Institute, under controlled conditions of 25°C and 10 MPa. Cement slurries were prepared on the basis of class G oil-well cement. Cement slurries were prepared on fully saturated brine with a density of 1200 kg/m3 reflecting the direct presence of salt in the wellbore. The agents added into the brine included defoamers, liquefying agents, fluid loss control additive and nanocomponents. The other ingredients – microcement, model gypsum and cement – were mixed together and then added to the mixing water. The cement slurries were tested for rheological parameters, density, free water, fluidity, filtration and thickening time. Compressive strength tests were conducted at intervals of 7 days, 1 month and 6 months, along measurement of porosity of hardened cement slurry after 6 months of depositing fully saturated brine. The developed cement slurries exhibited favorable rheological parameters and no free water. The densities of tested slurries ranged from 1910 kg/m3 to 1940 kg/m3 . All hardened cement slurries tested were characterized by a compact microstructure with a low content of macropores. The proportion of pores with a diameter above 10,000 nm ranged from 1.3 to 3.2% of all pores. Whereas, the proportion of pores with a diameter below 100 nm in the entire cement stone matrix ranged from 94.3 to 97.5%. The addition of a larger amount of microcement and nanocomponents to the cement slurry mixes resulted in an increase in compressive strength and a decrease in the porosity of cement stones.

3

Rheological properties of cement pastes modified with pumice, trass and chalcedonite powder

Spychał Edyta, Vyšvařil Martin

Structure and Environment

|

2023

|

Vol. 15, no. 4

217--226

EN

The article presents the influence of pumice, trass and chalcedonite powder on rheological properties of cement pastes. Cement was being replaced both of additions 10% or 20% by mass and combination of pumice or trass and chalcedonite powder in the amount 5% or 10% of each of them. The main purpose of the publication was to assess the effects of chalcedonite powder with selected mineral additions in terms of rheological properties and compare them with the results obtained for pastes modified with only one of the additions. In each case, the additive or combination of additives introduced into the paste reduced the flow, compared to the result of paste without additive(s). Rheological properties varied depending on type and amount of additive(s).

PL

W artykule przedstawiono badania wpływu pumeksu, trasu oraz mączki chalcedonitowej na właściwości reologiczne zaczynów cementowych. Cement zastępowano każdym z dodatków w ilości 10% lub 20% oraz kombinacją pumeksu lub trasu z mączką chalcedonitową w ilości po 5% i 10% każdym z nich. Głównym celem pracy była ocena współdziałania mączki chalcedonitowej z wybranymi dodatkami mineralnymi w zakresie właściwości reologicznych oraz porównanie rezultatów badań z wynikami uzyskanymi dla zaczynów modyfikowanych tylko jednym z dodatków. W każdym z przypadków dodatek lub kombinacja dodatków wprowadzone do zaczynu wpłynęły na zmniejszenie rozpływu, w porównaniu do wyników uzyskanych dla zaczynu bez dodatku(ów). Właściwości reologiczne były zróżnicowane w zależności od rodzaju i ilości dodatku(ów).

4

Ocena wpływu korozji węglanowej na stwardniałe zaczyny cementowe uszczelniające otwory przeznaczone do sekwestracji CO2

Kut Łukasz

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 1

44--51

PL

Zanieczyszczenie środowiska oraz wzrost emisji dwutlenku węgla do atmosfery stanowią obecnie główne problemy dotyczące nie tylko gospodarki światowej, ale w szczególności krajowej. Istnieje wiele źródeł zanieczyszczeń, jednak w naszym kraju jako główne wymienia się elektrownie, w których wytwarzanie energii odbywa się dzięki paliwom kopalnym, co prowadzi do wysokiej emisyjności CO2. Obecnie głównym aspektem jest nie tylko ograniczenie emisji dwutlenku węgla do atmosfery, ale i możliwość jego skutecznego wychwytywania i trwałego magazynowania. Jedną z możliwości jest wykorzystanie do składowania CO2 wyeksploatowanych złóż ropy i gazu oraz poziomów solankowych. Przemysł naftowy w naszym kraju do uszczelniania kolumny rur okładzinowych stosuje konwencjonalne zaczyny cementowe na bazie cementu portlandzkiego lub wiertniczego „G” wraz z innymi dodatkami lub/i domieszkami regulującymi parametry zaczynów i kamieni cementowych. Powszechnie używane zaczyny cementowe pod wpływem rozpuszczonego w wodzie CO2 mogą ulegać tzw. korozji węglanowej. Działanie dwutlenku węgla w stwardniałym zaczynie polega na wyługowywaniu z matrycy cementowej związków wapnia: najpierw portlandytu (Ca(OH)2), a następnie uwodnionych glinianów i krzemianów wapniowych. Tworzący się w tych reakcjach kwaśny węglan wapniowy jest łatwo rozpuszczalny i ulega wymywaniu ze stwardniałego zaczynu cementowego. Przy wysokim stężeniu CO2 zachodzą dalsze niekorzystne reakcje chemiczne rozkładu uwodnionych glinianów wapniowych i fazy CSH. Celem badań laboratoryjnych była analiza wpływu korozji węglanowej na zmianę parametrów technologicznych stwardniałego zaczynu w funkcji czasu jego sezonowania. Badaniom laboratoryjnym poddano stwardniałe zaczyny cementowe wykonane z receptur powszechnie stosowanych w krajowym przemyśle naftowym podczas uszczelniania kolumny rur okładzinowych w temperaturach od 60°C do 80°C. Badania prowadzono na zaczynach cementowo-lateksowych. Próbki stwardniałego zaczynu cementowego powstałe po utwardzeniu zaczynów przechowywane były w środowisku wodnym nasyconym CO2 w ustalonych warunkach ciśnienia i temperatury. Próbki stwardniałego zaczynu okresowo badano. Analizowany był wpływ dwutlenku węgla na zmiany parametrów mechanicznych stwardniałego zaczynu w funkcji czasu jego sezonowania. Przeprowadzone wstępne badania oraz otrzymane wyniki pokazały wpływ korozji węglanowej na zmiany parametrów mechanicznych stwardniałego zaczynu cementowego oraz pokazały możliwość zastosowania wyeksploatowanych otworów wiertniczych do ewentualnego magazynowania dwutlenku węgla. Z wybranych zaczynów cementowych sporządzono próbki stwardniałych zaczynów cementowych. Zaczyny cementowe wiązały przez 48 h w ustalonej temperaturze i ciśnieniu (warunki otworopodobne). Otrzymane próbki stwardniałego zaczynu cementowego poddano badaniu: wytrzymałości na ściskanie, wytrzymałości na zginanie, przyczepności do rur stalowych.

EN

Environmental pollution and the increase in carbon dioxide emissions into the atmosphere are currently the main problems affecting not only the global economy, but especially the domestic one. There are many sources of pollution, however, in our country, the main ones are power plants, in which we obtain energy due to fossil fuels, which leads to high CO2 emissions. Currently, the main aspect is not only the reduction of carbon dioxide emissions into the atmosphere, but also the possibility of its effective capture and permanent storage. One of the possibilities is the use of depleted oil and gas deposits and aquifers for CO2 storage. The oil industry in our country uses conventional cement slurries based on Portland cement or “G” drilling cement together with other additives and/or admixtures regulating the parameters of cement slurries and stones to seal the column of casing. Commonly used cement slurries under the influence of CO2 dissolved in water may undergo the so-called “carbonate corrosion”. The action of carbon dioxide in the hardened cement slurry is based on leaching calcium compounds from the cement matrix: first, Ca(OH)2 portlandite, and then hydrated aluminates and calcium silicates. The calcium bicarbonate formed in these reactions is easily soluble and is washed out of the hardened cement slurry. At high CO2 concentrations, further unfavorable chemical reactions of the decomposition of the hydrated calcium aluminates and the CSH phase take place. The aim of the laboratory tests was to analyze the influence of carbonate corrosion on the change of technological parameters of hardened cement slurry over time. Recipes commonly used in the petroleum industry for sealing casing columns at temperatures from 60 to 80°C were tested in the laboratory. The research was carried out on cement-latex slurries. Hardened cement slurry formed after the hardening of the slurries were stored in a CO2-saturated water environment under set conditions of pressure and temperature. Hardened cement slurry samples were tested periodically. The influence of carbon dioxide on changes in mechanical parameters of hardened cement slurry over time was analyzed. The conducted tests and the results obtained have shown the influence of carbonate corrosion on changes in the mechanical parameters of hardened cement slurry and the possibility of their use in depleted oil and gas deposits intended for carbon dioxide storage. Hardened cement slurry samples were prepared from selected cement slurries. Cement slurries were bonded for 48 hours at the set temperature and pressure (borehole-like conditions). The obtained hardened cement slurry samples were tested: compressive strength, bending strength, adhesion to steel pipes.

5

Badania zaczynów cementowych przeznaczonych do uszczelniania kolumn rur okładzinowych w podziemnych magazynach wodoru w sczerpanych złożach węglowodorów

Rzepka Marcin, Kędzierski Miłosz

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 4

244--251

PL

Prezentowany artykuł omawia zagadnienia dotyczące technologii zaczynów cementowych proponowanych do uszczelniania kolumn rur okładzinowych w podziemnych magazynach wodoru w sczerpanych złożach węglowodorów. Do badań laboratoryjnych wytypowano dziesięć receptur zaczynów zawierających różne dodatki i domieszki (m.in. nanomateriały, tj. nano-SiO2, nano-Al2O3, lateksy, polimery wielkocząsteczkowe). Badania receptur prowadzono w temperaturze 60°C pod ciśnieniem 25 MPa, stosując w składach zaczynów domieszkę odpieniającą, upłynniającą, antyfiltracyjną oraz opóźniacz wiązania. Badania wykonywano na dwóch rodzajach cementów: portlandzkim CEM I 42,5 oraz wiertniczym klasy G. Określano parametry technologiczne świeżych i stwardniałych zaczynów cementowych, badając: gęstość, odstój wody (wolną wodę), reologię, czasy gęstnienia, a także wytrzymałość na ściskanie, porowatość oraz szczelność rdzeni cementowych względem wodoru. Płynne zaczyny cementowe posiadały prawidłowe parametry technologiczne (były dobrze przetłaczalne w warunkach HPHT, a ich gęstości wynosiły 1,80–1,91 g/cm3 ). Wytrzymałości na ściskanie stwardniałych zaczynów cementowych po okresie od 2 dni do 28 dni hydratacji, zwłaszcza w przypadku próbek z dodatkiem nanokomponentów, przyjmowały bardzo wysokie wartości (po 28 dniach przekraczając 40 MPa). Próbki kamieni cementowych posiadały bardzo niską zawartość porów kapilarnych, co ogranicza możliwość tworzenia się kanalików w płaszczu cementowym otworu wiertniczego. W większości próbek pory o najmniejszych rozmiarach (poniżej 100 nm) stanowiły zdecydowaną większość (powyżej 95–97%) ogólnej ilości porów występujących w matrycy cementowej. Najkorzystniejsze parametry technologiczne uzyskano w przypadku próbek zawierających nano-SiO2 (nanokrzemionkę), a optymalny współczynnik wodno-cementowy dla takich zaczynów kształtował się na poziomie około 0,46–0,48 – w zależności od rodzaju zastosowanego cementu. Najniższe wartości przenikalności dla wodoru zanotowano dla receptur zawierających nanokrzemionkę (nano-SiO2). Receptury o najlepszych parametrach technologicznych, zawierające nanokomponenty (po wykonaniu szczegółowych testów), będą mogły znaleźć zastosowanie podczas uszczelniania rur okładzinowych w otworach wierconych w celu magazynowania wodoru.

EN

The article presents issues related to the technology of cement slurries for sealing casing pipes in underground hydrogen storage facilities in depleted hydrocarbon reservoirs. Ten recipes of slurries containing various ingredients (including nanomaterials, i.e. nanoSiO2, nano-Al2O3, latexes, high-molecular polymers) were selected for laboratory tests. The tests were carried out at a temperature of 60°C and a pressure of 25 MPa, using defoaming, fluidizing, antifiltration admixtures and setting time retardant in the slurry compositions. The tests were carried out on two types of cement: Portland CEM I 42.5 and class G drilling cement. Technological parameters of fresh and hardened cement slurries were determined by examining the following: density, water retention (free water), rheology, thickening times as well as compressive strength, porosity and hydrogen tightness of cement cores. The liquid cement slurries had the correct technological parameters (they were well pumpable under HPHT conditions and their densities ranged from 1.80–1.91 g/cm3 ). The compressive strength of cement stones in the period from 2 days to 28 days of hydration, especially for samples with the addition of nanocomponents, was very high (after 28 days exceeding 40 MPa). The samples of cement stones had a very low content of capillary pores, which limits the possibility of forming channels in the cement sheath of the borehole. For most samples, the smallest pores (below 100 nm) accounted for the vast majority (over 95–97%) of the total number of pores in the cement matrix. The most favorable technological parameters were obtained for samples containing nano-SiO2 (nanosilica) and the optimal water-cement ratio for such slurries was around 0.46–0.48, depending on the type of cement used. The lowest hydrogen permeability values were obtained for formulations containing nanosilica (nano-SiO2). Recipes offering the best technological parameters, containing nanocomponents (after detailed tests), may be used when sealing casing pipes in holes drilled for hydrogen storage.

6

Badania nad opracowaniem zaczynów cementowych do podziemnego magazynowania wodoru w kawernach solnych

Kędzierski Miłosz, Rzepka Marcin

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 2

96--105

PL

Artykuł przedstawia wyniki badań nad opracowaniem zaczynów cementowych przeznaczonych do podziemnego magazynowania wodoru w kawernach solnych. Receptury cementowe opracowane zostały w Instytucie Nafty i Gazu – Państwowym Instytucie Badawczym w Laboratorium Zaczynów Uszczelniających. Badania przeprowadzono dla temperatury 45°C i ciśnienia 10 MPa. W badanych zaczynach cementowych jako spoiwo wiążące zastosowano cement wiertniczy G. Zaczyny cementowe sporządzano na solance o pełnym nasyceniu o gęstości 1,2 g/cm3 ze względu na bezpośrednią obecność soli w otworze. Do solanki dodawano kolejno środki: odpieniający, upłynniający i obniżający filtrację. Pozostałe składniki: mikrocement, gips modelowy oraz cement mieszano ze sobą i wprowadzano następnie do wody zarobowej. W przypadku każdego zaczynu cementowego wykonywano badania parametrów technologicznych, takich jak: właściwości reologiczne, gęstość, rozlewność, odstój wody oraz czas gęstnienia zaczynu. Przeprowadzano również badania wytrzymałości na ściskanie po 2 dniach oraz po 3, 5 i 8 miesiącach, a także pomiar porowatości stwardniałych zaczynów cementowych po 8 miesiącach deponowania we w pełni nasyconej solance. Na opracowanych zaczynach wykonano również badanie szczelności stwardniałego zaczynu cementowego dla wodoru. Opracowane zaczyny cementowe charakteryzowały się dobrymi parametrami reologicznymi oraz zerowym odstojem wody. Gęstości zaczynów cementowych wahały się w przedziale od 1900 kg/m3 do 1910 kg/m3 . Wszystkie zbadane stwardniałe zaczyny cementowe charakteryzowały się zwartą mikrostrukturą o niskiej zawartości makroporów. Udział porów o średnicy powyżej 10 000 nm wyniósł od 1,9% do 2,5% ilości wszystkich porów. Natomiast udział porów o średnicy poniżej 100 nm w całej matrycy stwardniałego zaczynu cementowego wyniósł od 95,9% do 96,9%. Średni strumień objętości przepływu wodoru przez stwardniały zaczyn cementowy miał wartość od 0,686 cm3 /min do 6,85 cm3 /min. Dla ustabilizowanych wartości strumienia objętości przepływu obliczono współczynniki przepuszczalności. Średnie wartości współczynnika przepuszczalności dla stwardniałego zaczynu cementowego wynosiły od 0,0000281 mD do 0,000284 mD, co świadczy o dobrej szczelności uzyskanych stwardniałych zaczynów cementowych.

EN

The article presents the results of research on the development of cement slurries intended for the underground storage of hydrogen in salt caverns. Laboratory tests of cement slurries were carried out at the Oil and Gas Institute – National Research Institute. The tests were carried out at a temperature of 45°C and a pressure range of 10 MPa. Cement slurries were prepared on the basis of class G drilling cement. The cement slurries were prepared on fully saturated brine with a density of 1.2 g/cm3 due to the direct presence of salt in the well. The following agents were added to the brine: defoamers, liquefying agents and fluid loss control. The remaining ingredients –:microcement, model gypsum and cement – were mixed together and then added to the mixing water. The cement slurries were tested for rheological parameters, density, free water, fluidity, filtration and thickening time. Compressive strength tests were carried out after 2 days and 3, 5 and 8 months as well as measurement of porosity of hardened cement slurry after 8 months of depositing fully saturated brine. For 3 compositions, a test of the tightness of the cement stone for hydrogen was also carried out. The developed cement slurries were characterised by good rheological parameters and no free water. The densities of tested slurries ranged from 1900 kg/m3 to 1910 kg/m3 . All tested hardened cement slurries featured a compact microstructure with a low content of macropores. The share of pores with a diameter above 10 000 nm ranged from 1.9 to 2.5% of all pores. On the other hand, pores with a diameter below 100 nm in the entire cement stone matrix ranged from 95.9 to 96.9%. The average hydrogen volumetric flow rate through the cement stone ranged from 0.686 cm3 /min do 6.85 cm3 /min. Permeability coefficients were calculated for stabilised values of flow rate. The average value of the permeability coefficient for cement stone ranged from 0.0000281 mD to 0.000284 mD, which proves that the obtained hardened cement slurries are sufficiently tight.

7

Deformacje kompozytów cementowych w wysokich temperaturach

Plechawski Stanisław

Budownictwo i Prawo

|

2023

|

R. 26, nr 3

25--30

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia wpływu wysokich temperatur na deformacje kompozytów cementowych: beton, zaczyn i zaprawę. Jest to fragment szerzej prowadzonych badań własnych oddziaływania temperatur pożarowych na wybrane parametry struktury betonów, w których za wiodący temat uznano odporność na pękanie wyrażoną poprzez krytyczny współczynnik intensywności naprężeń KIC . Wykonano też inne, niezbędne badania kompozytów cementowych m.in. wytrzymałości na ściskanie, rozciąganie przy zginaniu i przez rozłupywanie, dynamicznego modułu sprężystości, a także badania odkształceń próbek betonu, zaczynu i zaprawy, zmiany ich objętości oraz ubytki masy, jak również obserwacje i badania SEM. Składy badanych kompozytów nie zawierały żadnych dodatków ani domieszek z uwagi na wiarygodność badań pod wpływem wysokich temperatur. Dodatkowe składniki w zależności od ich rodzaju, proporcji, pochodzenia itp. mogą wpływać na niejednoznaczność otrzymanych wyników. Publikowane przez różnych autorów badania nie zawsze są jednoznaczne i miarodajne dla wszystkich rodzajów betonu. Badania takie stanowią podstawę do oceny bezpieczeństwa, trwałości i niezawodności konstrukcji po pożarze.

EN

The article presents the issues of the impact of high temperatures on the deformation of cement composites: concrete, paste and mortar. It is a fragment of the widely conducted own research on the impact of fire temperatures on selected parameters of concrete structure, in which crack resistance expressed by the critical stress intensity factor KIC was recognized as the leading. Other necessary tests of cement composites were also carried out, including compressive strength, tensile strength at bending and splitting, dynamic modulus of elasticity, as well as testing deformations of concrete, paste and mortar samples, changes in their volume and weight loss, as well as SEM observations and tests. The compositions of the tested composites did not contain any additions or admixtures due to the reliability of the tests under the influence of high temperatures. Additional ingredients depending on their type, proportion, origin, etc. may affect the ambiguity of the results obtained. Studies published by various authors are not always unambiguous and authoritative for all types of concrete. Such studies are the basis for assessing the safety, durability and reliability of structures after a fire.

8

Effect of water-cement ratio on the electromagnetic shielding performance of C3S paste cured long-term

Liu Yunze, Li Yue, Jin Caiyun, Mu Jinlei

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2023

|

Vol. 23, no. 2

art. no. e83, 2023

EN

This paper investigated the electromagnetic shielding properties and the mechanisms of tricalcium silicate (C3S) paste with three water-cement (W/C) ratios after long-term curing. The C3S pastes with three W/C ratios were tested by XRD and other tests for the qualitative and quantitative analysis of the individual phases. The electromagnetic shielding properties and electromagnetic parameters of the specimens were obtained using the waveguide method. Finally, the microscopic mechanism of the variation of electromagnetic shielding properties of C3S paste affected by the W/C ratio was dissected based on the individual phases. The results show that the volume fraction of pore, calcium silicate hydrate (C-S-H) gel, calcium hydroxide (CH), and calcite (CaCO3) in the specimen increases with the rise of the W/C ratio, and the unhydrated C3S decreases; the electromagnetic shielding of the paste specimen increases; the complex relative permittivity gradually increases. The mechanism of the W/C ratio affecting the electromagnetic shielding performance of C3S paste is that, on the one hand, both the volume fraction of C-S-H and the relative permittivity in the solid phase, which have the greatest influence on the electromagnetic shielding performance, gradually increase with the increase of W/C ratio. On the other hand, as the W/C ratio increases, the volume fraction and area fraction of the mesopores in the specimen increase, which increases the internal loss of electromagnetic waves.

9

Wstępne badania nad opracowaniem zaczynów cementowych przeznaczonych do podziemnego magazynowania wodoru w kawernach solnych

Kędzierski Miłosz, Rzepka Marcin

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 2

120--127

PL

Artykuł przedstawia wyniki wstępnych badań nad opracowaniem zaczynów cementowych nadających się do uszczelniania rur okładzinowych w odwiertach udostępniających kawerny solne przeznaczone do podziemnego magazynowania wodoru. Receptury cementowe opracowane zostały w INiG – PIB, w Laboratorium Zaczynów Uszczelniających. Badania przeprowadzono dla temperatur w zakresie 25–60°C i ciśnień 10–30 MPa. W badanych zaczynach cementowych jako spoiwo wiążące zastosowano cement wiertniczy G. Zaczyny cementowe sporządzano na solance o pełnym nasyceniu, o gęstości 1,2 g/cm3 , ze względu na bezpośrednią obecność soli w otworze. Do solanki dodawano kolejno środki: odpieniający, upłynniający, przyspieszający wiązanie i obniżający filtrację. Pozostałe składniki: mikrocement, gips modelowy oraz cement mieszano ze sobą i wprowadzano następnie do wody zarobowej. Dla każdego zaczynu cementowego wykonywano badania parametrów reologicznych, określano gęstość i rozlewność. Mierzono odstój wody i czas gęstnienia zaczynu. Wykonywano również badania wytrzymałości na ściskanie po 2, 7, 14 i 28 dniach oraz pomiar porowatości kamieni cementowych po 28 dniach. Po przeanalizowaniu wyników badań porowatości kamieni cementowych oraz pozostałych parametrów zaczynów i kamieni cementowych, do badania przepuszczalności kamienia cementowego dla wodoru wytypowano 1 próbkę mającą najkorzystniejsze parametry. Opracowane zaczyny cementowe charakteryzowały się dobrymi parametrami reologicznymi oraz zerowym odstojem wody. Gęstości zaczynów cementowych wahały się w przedziale od 1,91 g/cm3 do 1,93 g/cm3 . Wszystkie badane próbki kamieni cementowych wraz z upływem czasu odznaczały się wzrostem parametrów mechanicznych. Rozkład porów kamieni cementowych charakteryzował się niewielką ilością porów o średnicy powyżej 100 nm, co świadczy o ich zwartej strukturze. Przedstawione badania pozwolą zdobyć wiedzę na temat zaczynów cementowych przeznaczonych do uszczelniania rur w warunkach podziemnego magazynowania wodoru w kawernach solnych. Wykonane testy stanowią wstęp do dalszych badań nad opracowaniem optymalnych rodzajów zaczynów cementowych przeznaczonych do podziemnego magazynowania wodoru w kawernach solnych.

EN

The article presents the results of preliminary research on the development of cement slurries intended for the underground storage of hydrogen in salt caverns. Laboratory tests of cement slurries were carried out at the Oil and Gas Institute – National Research Institute. The tests were carried out in the temperature range of 25–60°C and the pressure range of 10–30 MPa. Cement slurries were prepared on the basis of class G drilling cement. Cement slurries were prepared using fully saturated brine with a density of 1.2 g/cm3 due to the direct presence of salt in the wellbore. The following agents were added to the brine: defoamers, liquefying agents, accelerating setting and fluid loss control. The remaining ingredients: microcement, model gypsum and cement were mixed together and then added to the mixing water. The cement slurries were tested for density, free water, fluidity, rheological parameters, filtration and thickening time. Compressive strength tests were carried out after 2, 7, 14 and 28 days, while porosity after 28 days. The developed cement slurries were characterized by good rheological parameters and no free water. The densities of tested slurries ranged from 1,91 g/cm3 to 1,93 g/cm3 . All the tested samples of cement stones showed an increase in mechanical parameters with time. The pore distribution of cement stones was characterized by a small number of pores with diameters greater than 100 nm, which proves their compact structure. This research will provide knowledge on cement slurries intended for underground hydrogen storage in salt caverns and constitute initial research in this direction.

10

Wpływ wybranych dodatków lekkich na zmianę parametrów technologicznych zaczynu

Kremieniewski Marcin

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 6

426--434

PL

W celu obniżenia gęstości zaczynów przeznaczonych do uszczelniania kolumn rur okładzinowych w warunkach obniżonego ciśnienia złożowego czy w strefach skał słabo zwięzłych stosuje się lekkie dodatki, takie jak mikrosfera bądź perlit. Użycie tego rodzaju materiałów pozwala na zredukowanie wartości ciśnienia hydrostatycznego i tym samym zapobiega ucieczce cementu w strefy słabo zwięzłe. Dodatkowo zaczyny o obniżonej gęstości mogą być stosowane w przypadku konieczności tłoczenia cementu w przestrzeni pozarurowej na dużą wysokość. Jednak wykorzystanie dodatków redukujących gęstość zaczynu nie pozostaje bez znaczenia dla parametrów technologicznych zarówno świeżego, jak i stwardniałego zaczynu. W przypadku płynnego zaczynu obecność lekkich frakcji powoduje zmianę parametrów reologicznych zaczynu, wzrost wartości filtracji bądź też odstoju wody. Natomiast analizując parametry stwardniałego zaczynu cementowego, należy się spodziewać obniżenia wartości wytrzymałości na ściskanie, wytrzymałości na zginanie, przyczepności do rur stalowych itp. Z uwagi na konieczność stosowania w recepturach zaczynów lekkich dodatków redukujących gęstość w niniejszej publikacji omówiono to zagadnienie na podstawie przeprowadzonych prac badawczych. W artykule przedstawiono wyniki badań zaczynów zawierających 4 różne dodatki (mikrosferę glinokrzemianową dotychczas stosowaną, mikrosferę glinokrzemianową nowej generacji CSF K, mikrosferę szklaną oraz perlit filtracyjny E100F). Dodatki lekkie stosowano w ilości 15% w stosunku do masy cementu. Przeprowadzono badania dla zaczynu kontrolnego (bez dodatków lekkich). Zaczyn ten zawierał w swoim składzie środki niezbędne do kontrolowania parametrów decydujących o efektywności uszczelniania otworu wiertniczego. Następnie receptura kontrolna była modyfikowana dodatkiem lekkich frakcji. Przeprowadzono badania laboratoryjne parametrów technologicznych zarówno świeżych, jak i stwardniałych zaczynów cementowych. Na podstawie uzyskanych wyników określono wpływ badanych lekkich dodatków na parametry świeżych i stwardniałych zaczynów cementowych.

EN

Light additives such as microsphere or perlite are used to reduce the density of slurries intended for sealing casing columns in conditions of reduced deposit pressure or in the zones of weakly concise rocks. The use of this type of materials allows to reduce the value of hydrostatic pressure and thus prevents the cement slurry from escaping into weakly consolidated zones. In addition, lightweight cement slurries can be used for pressing the cement slurry to a great height. However, the use of additives reducing the density of the cement slurry changes the technological parameters of both fresh and hardened cement slurry. In the case of a liquid cement slurry, the presence of light fractions changes the rheological parameters of the slurry, increases the filtration value or free water. On the other hand, when analyzing the parameters of the hardened cement slurry, a decrease in the compressive strength, bending strength, adhesion to steel pipes and others should be expected. Due to the necessity to use light additives reducing the density in the cement slurry formulas, this publication discusses this issue on the basis of the conducted research. The article presents the results of tests of slurries containing 4 different additives (the previously used aluminosilicate microsphere, the new generation CSF K aluminosilicate microsphere, glass microsphere and E100F filter perlite). Light additives were used in the amount of 15% in relation to the weight of the cement. Tests were carried out for the control cement slurry (without light additives). This slurry contained in its composition the additives necessary to control the parameters determining the effectiveness of sealing the borehole. Then the control recipe was modified with the addition of light fractions. Laboratory tests of technological parameters of both fresh and hardened cement slurries were carried out. On the basis of the obtained results, the influence of the tested light additives on the parameters of fresh and hardened cement slurries was determined.

11

Doskonalenie zaczynów cementowych przeznaczonych do uszczelniania głębokich otworów wiertniczych w celu poprawy ich parametrów mechanicznych

Kut Łukasz, Kremieniewski Marcin

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 2

110--119

PL

Głęboki otwór wiertniczy podczas uszczelniania kolumny rur okładzinowych wymaga użycia specjalnie opracowanego zaczynu cementowego przystosowanego do specyficznych warunków panujących na dnie, tj. temperatury często przekraczającej 100°C oraz ciśnienia złożowego powyżej 60 MPa. Tak trudne warunki otworowe niejednokrotnie przysparzały wielu problemów w czasie opracowywania odpowiednich składów zaczynów cementowych wykorzystywanych podczas uszczelniania kolumn rur okładzinowych. Firmy wiertnicze wykonują coraz głębsze i bardziej skomplikowane otwory, przekraczające coraz częściej 3500 m, które podczas zabiegów cementowania wymagają zastosowania specjalnie opracowanych receptur zaczynów uszczelniających. Jednym z podstawowych problemów podczas zabiegów cementacyjnych w otworach o znacznej głębokości jest zapewnienie długiego czasu przetłaczania zaczynu cementowego, który ponadto powinien charakteryzować się dobrymi właściwościami reologicznymi, niewielkim lub zerowym odstojem wody oraz jak najniższą filtracją. Należy zatem dobierać odpowiednie domieszki opóźniające, odporne na działanie wysokich temperatur, oraz dodatki zapewniające właściwe parametry technologiczne świeżego i stwardniałego zaczynu cementowego. Wraz ze wzrostem głębokości otworu wiertniczego rosną również parametry ciśnienia i temperatury. W głębokich otworach wierconych poniżej 3500 metrów problem stanowią nie tylko wysoka temperatura i ciśnienie, ale również wody złożowe o różnej mineralizacji, które w dużym stopniu oddziałują na stwardniały zaczyn cementowy. Zaczyny cementowe przeznaczone do dużych głębokości powinny zawierać w swoim składzie dodatki lub/i domieszki: podnoszące odporność termiczną, opóźniające wiązanie, obniżające filtrację oraz poprawiające odporność na korozję chemiczną wywołaną działaniem solanek złożowych. Celem badań laboratoryjnych było doskonalenie obecnych oraz opracowanie innowacyjnych receptur zaczynów cementowych do uszczelniania kolumn rur okładzinowych w otworach o temperaturze dennej 130°C – zarówno naftowych, jak i geotermalnych – w rejonie Karpat. Podczas realizacji tematu wykonywano badania laboratoryjne świeżych oraz stwardniałych zaczynów cementowych. Zaczyny cementowe zarabiano wodą wodociągową z dodatkiem chlorku potasu w ilości 3%, 6% i 10% bwow (w stosunku do ilości wody). Do wody zarobowej dodawano kolejno środki odpieniające, regulujące czas wiązania i gęstnienia, upłynniające i obniżające filtrację. Zaczyny cementowe sporządzono z dodatkiem lateksu w ilości 1–1,2% bwoc (w stosunku do masy suchego cementu). Dla poprawy parametrów mechanicznych zastosowano również dodatek nanorurek węglowych oraz grafenu. Pozostałe składniki – mikrosilikę, hematyt i cement – mieszano ze sobą i wprowadzano następnie do wody zarobowej. Wszystkie zaczyny cementowe sporządzano na bazie cementu wiertniczego G (PN-EN ISO 10426-2). Po połączeniu wszystkich składników zaczyn cementowy mieszano przez 30 minut, a następnie wykonywano pomiary laboratoryjne, takie jak: gęstość, rozlewność, odczyty z aparatu Fann, odstój wody, filtracja, czas gęstnienia. Z opracowanych zaczynów cementowych wybrano te o najlepszych parametrach reologicznych, następnie sporządzono z nich próbki kamieni cementowych. Zaczyny cementowe wiązały przez 48 h w środowisku wysokiej temperatury i ciśnienia (warunki otworopodobne). Otrzymane kamienie cementowe poddano badaniom: wytrzymałości na ściskanie, wytrzymałości na zginanie, przyczepności do rur stalowych, porowatości.

EN

When sealing a casing string, a deep borehole requires the use of a specially developed cement slurry adapted to the specific conditions at its bottom, i.e. temperature often exceeding 100°C and reservoir pressure above 60 MPa. Such difficult downhole conditions often caused many problems in the development of appropriate cement slurry compositions used for sealing casing strings. Drilling companies make deeper and more complicated boreholes, more and more often exceeding 3500 m, which during cementing procedures require the use of specially developed formulas of sealing slurries. During cementation procedures at boreholes of considerable depth, a serious problem is to ensure a long conveying time of the cement slurry, which, moreover, should be characterized by good rheological properties, little or no free water and the lowest possible filtration. Therefore, appropriate retardants that are resistant to high temperatures and additives ensuring the appropriate technological parameters of the cement slurry and stone should be selected. As the depth of the borehole increases, the pressure parameters and temperature also increase. Significant depths exceeding 3500 m are associated not only with high temperatures and pressures, but also with the presence of reservoir waters of various mineralization, which greatly affect the hardened cement slurry. Cement slurries intended for great depths should contain additives increasing thermal resistance, delaying setting, lowering filtration and improving resistance to chemical corrosion caused by the action of reservoir brines. The aim of the laboratory research was to improve current and to develop innovative formulas of cement slurries for sealing oil and geothermal boreholes with a bottomhole temperature of 130°C in the Carpathian region. Laboratory tests were carried out on both cement slurries and cement stones obtained from them. The cement slurries were made using tap water with the addition of potassium chloride in the amount of 3, 6 and 10% bwow (in relation to the amount of water). The defoaming agent was successively added to the mixing water, regulating the setting and thickening time, liquefying and reducing filtration. Cement slurries were made with the addition of 1–1.2% latex bwoc (in relation to the weight of dry cement). To improve the mechanical parameters, the addition of carbon nanotubes and graphene was also used. The other ingredients: microsilica, hematite and cement were mixed together and then added to the mixing water. All cement slurries were prepared on the basis of drilling cement G. After all components had been combined, the cement slurry was mixed for 30 minutes, followed by laboratory measurements such as: density, flow, readings from the Fann apparatus, water retention, filtration, thickening time. From among the developed cement slurries, those with the best rheological parameters were selected, then samples of cement stones were prepared from them and hardened for 48 hours in an environment of high temperature and pressure (borehole-like conditions). The obtained cement stones were tested for: compressive strength, bending strength, adhesion to steel pipes, porosity.

12

Badania statycznej wytrzymałości strukturalnej zaczynów cementowych o obniżonej gęstości przeznaczonych do uszczelniania otworów wiertniczych

Rzepka Marcin, Kędzierski Miłosz

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 3

197--207

PL

Prezentowany artykuł jest rozwinięciem zagadnień z zakresu technologii zaczynów uszczelniających dotyczących tzw. procesów żelowania (tj. narastania w zaczynach cementowych statycznej wytrzymałości strukturalnej w trakcie procesu wiązania). W zdecy- dowanej większości dotychczasowych publikacji w czasopismach naukowych i branżowych omawiano jedynie badania procesów żelowania zaczynów o tzw. normalnej gęstości, wynoszącej około 1800–1900 kg/m3 . W niniejszym artykule skoncentrowano się na zagadnieniu narastania statycznej wytrzymałości strukturalnej zaczynów cementowych, których gęstość kształtuje się na poziomie 1450–1600 kg/m3 . Analizując badania prowadzone na świecie należy podkreślić, że w procesie przeciwdziałania ewentualnym ekshalacjom gazowym z przestrzeni pierścieniowej tempo żelowania zaczynu cementowego odgrywa niezwykle istotną rolę. Dotyczy to zarówno zaczynów o normalnej, jak i o obniżonej gęstości. Po zabiegu wytłoczenia zaczynu poza rury okładzinowe znajduje się on początkowo w stanie płynnym i działa na złoże jako ciecz (poprzez wytworzone ciśnienie hydrostatyczne). Następnie po określonym czasie w zaczynie następuje budowa statycznej wytrzymałości strukturalnej SGS (ang. static gel strength), co powoduje stopniowy spadek ciśnienia hydrostatycznego. Proces ten trwa aż do momentu związania cementu. W Instytucie Nafty i Gazu – Państwowym Instytucie Badawczym opracowano szereg receptur innowacyjnych zaczynów cementowych o obniżonej gęstości, do których wprowadzono dodatki nanokomponentów oraz polimeru wielkocząsteczkowego. Gęstość zaczynów obniżano za pomocą dodatku różnych koncentracji mikrosfer. Receptury lekkich zaczynów, które zawierały w odpowiedniej koncentracji wielkocząsteczkowy polimer o symbolu GS, a także te zawierające nanokomponenty w postaci n-SiO2 i n-Al2O3 cechowały się bardzo korzystnym przebiegiem krzywej żelowania (tj. szybkim narastaniem statycznej wytrzymałości strukturalnej). Lekkie zaczyny cementowe o najkorzystniejszych parametrach, tj. krótkich czasach przejścia TT (ang. transition time), mogą znaleźć zastosowanie w procesie cementowania kolumn rur okładzinowych w otworach wiertniczych – zwłaszcza w warstwach słabo zwięzłych lub horyzontach o obniżonym gradiencie ciśnienia złożowego.

EN

The presented article is an extension of the issues in the field of sealing slurries technology related to the so-called gelling processes (i.e. the build-up of static structural strength in cement slurries during the setting process). The vast majority of papers published in scientific and trade journals discussed only the study of the gelling of slurries with the so-called “normal” density of around 1800–1900 kg/m3 . This article focuses on the issue of the build-up of static structural strength of cement slurries, the densities of which range from 1450–1600 kg/m3 . Based on research conducted around the world, it can be concluded that the rate of gelling of the cement slurry plays an important role in the process of preventing possible gas exhalations from the annular space. This is the case with both normal and reduced density of slurry. The initially liquid cement slurry, when pumped out of the casing, acts as a liquid, creating a certain hydrostatic pressure on the deposit. Then, after some time, the period of building the static gel strength (SGS) starts, causing a gradual drop in hydrostatic pressure. This process continues until the cement sets. The Oil and Gas Institute – National Research Institute has developed a number of innovative recipes for cement slurries with reduced density, with added nanocomponent and high-molecular weight polymer additives. The densities of the slurries were lowered with the addition of various amounts of microspheres. The formulas of light slurries containing the high-molecular weight polymer marked as GS in an appropriate concentration and those containing n-SiO2 and n-Al2O3 nanocomponents were characterized by a very advantageous course of the gelation plot (i.e. rapid static build-up of gel strength). Light cement slurries with the most advantageous parameters, i.e. short Transition Times (TT), can be used in the process of cementing casing columns in boreholes, especially in weakly compact layers or horizons with a reduced formation pressure gradient.

13

Badania laboratoryjne przyczepności stwardniałych zaczynów cementowych z dodatkiem nanotlenku glinu do wybranych formacji skalnych

Rzepka Marcin, Kędzierski Miłosz

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 1

22--30

PL

Artykuł przedstawia wyniki badań laboratoryjnych przyczepności zaczynów cementowych do trzech formacji skalnych, tj. rdzeni powstałych z piaskowca, mułowca oraz węgla kamiennego. Przygotowane rdzenie skalne (przed zalaniem zaczynem cementowym) poddawane były procesowi przemywania w różnych cieczach (prowadzono też badania dla tzw. rdzeni suchych). Do badań przyczepności wytypowano recepturę zaczynu cementowego zawierającą 1% nanotlenku glinu (n-Al2O3) oraz recepturę konwencjonalną (porównawczą, tj. bez udziału nanokomponentu). Badane zaczyny cementowe miały dobre parametry technologiczne, umożliwiające ich zastosowanie do uszczelniania kolumn rur okładzinowych w otworach wiertniczych o temperaturze dynamicznej około 35°C oraz ciśnieniu około 15 MPa. Po wykonaniu szeregu badań laboratoryjnych stwierdzono, że zaczyn zawierający dodatek 1% n-Al2O3 w wyraźny sposób podnosił przyczepność kamienia cementowego do formacji skalnej. Uzyskane wartości przyczepności dla zaczynu z n-Al2O3 w porównaniu z wartościami otrzymanymi dla zaczynu konwencjonalnego są około 30–40% wyższe. Analizując przyczepność kamienia cementowego (z dodatkiem i bez dodatku nanokomponentu) do różnego rodzaju formacji skalnych, należy zaznaczyć, że: najwyższą przyczepność zanotowano w przypadku piaskowca, nieco niższą – mułowca (około 80–85% wartości przyczepności uzyskanej dla piaskowca), a najniższą – węgla (około 70–75% wartości przyczepności uzyskanej dla piaskowca). Zależność ta zachodzi w podobny sposób w przypadku rdzeni „suchych”, jak i przemytych płuczką, buforem oraz cieczą przemywającą. Należy podkreślić niezwykle istotną rolę odpowiedniego procesu przemywania otworu wiertniczego przed wykonaniem zabiegu cementowania rur okładzinowych. Zastosowanie samego buforu może okazać się niewystarczające. Dodatkowe użycie odpowiednio dobranej cieczy przemywającej pozwala skutecznie usunąć resztki osadu filtracyjnego pozostającego na powierzchni formacji skalnej po jej przewierceniu, co powinno znacznie poprawić stan zacementowania otworu wiertniczego.

EN

The article presents the results of laboratory tests of adhesion of cement slurries to three rock formations, i.e. sandstone, mudstone and hard coal cores. The prepared rock cores (before being poured over with cement slurry) were washed in various fluids (tests were also conducted for the so-called “dry” cores). The adhesion tests were carried out for two selected cement slurries recipes: cement slurry containing 1% aluminum nanoxide (n-Al2O3) and conventional cement slurry (comparative, i.e. without the addition of nanocomponents). The tested cement slurries had good technological parameters, enabling their use for sealing casing columns in boreholes with a dynamic temperature of approx. 35°C and a pressure of approx. 15 MPa. After a series of laboratory tests, it was found that the slurry containing the addition of 1% n-Al2O3 significantly increased the adhesion of the cement stone to the rock formation. The obtained values of adhesion for the n-Al2O3 slurry, compared to the values obtained for the conventional slurry, are about 30–40% higher. When analyzing the results of adhesion of cement stone (with and without the addition of a nanocomponent) to various types of rock formations, it is stated that the highest values of adhesion was obtained for sandstone, slightly lower for mudstone (about 80–85% of the adhesion value obtained for sandstone) and the lowest for coal (about 70–75% of the adhesion value obtained for sandstone). This dependence is similar in the case of “dry” cores and those washed with mud, spacer fluid and washing fluid. It should be emphasized that the proper process of washing the borehole is very important prior to cementing the casing. The use of a spacer fluid alone may not be sufficient. The additional use of a properly selected washing liquid increases the mud-cake removal efficiency, which should significantly improve the quality of borehole cementing.

14

Efekty zastąpienia cementu portlandzkiego cementem glinowo-wapniowym w utworzonych przez nie zaczynach i zaprawach

Zieliński Krzysztof, Kierzek Dariusz

Materiały Budowlane

|

2022

|

nr 7

46--48

PL

Celem badań było określenie wpływu, jaki ma zastosowanie cementu portlandzkiego z dodatkiem różnych odmian cementu glinowo-wapniowego na podstawowe cechy fizykomechaniczne zaczynów i zapraw. Do badań użyto CEM I 42,5R oraz trzech odmian cementu glinowego zawierającego 40, 50 i 70% Al2O3. Wykonano zaczyny z zawartością 4, 6, 8, 10 i 12% różnych odmian cementu glinowego i określono czas początku i końca wiązania. Na podstawie uzyskanych wyników badań ustalono optymalną proporcję cementu portlandzkiego do cementu glinowego i przy tej proporcji wykonano badania wytrzymałości na ściskanie zapraw wykonanych przy ich użyciu po 1, 2, 7 i 28 dniach dojrzewania oraz określono siłę adhezji do podłoża betonowego. Analiza uzyskanych wyników badań wykazała, że stosując dodatek 6% cementu wysokoglinowego, można uzyskać podobny efekt wiązania natychmiastowego i wyraźnie lepszą siłę adhezji jak z zastosowaniem 12% cementu niskoglinowego.

EN

The aim of the research was to determine the influence of the use of Portland cement with the addition of various types of aluminum cement on the basic physical and mechanical properties of grouts and mortars. CEM I 42.5R and three types of aluminum cement containing 40, 50 and 70% Al2O3 were used for the tests. Mixtures were made containing 4, 6, 8, 10 and 12% of different grades of alumina cement. The time of the beginning and the end of the bonding was determined for them. Based on the obtained research results, the optimal proportion of Portland cement to alumina cement was established. For this proportion, the compressive strength tests were carried out after 1, 2, 7 and 28 days of maturation of the mortars made with them, and the strength of their adhesion to the concrete substrate was determined. The analysis of the obtained test results showed that by using the addition of 6% high-alumina cement, a similar immediate setting effect can be obtained and a clearly better adhesive strength as when using 12% low-alumina cement.

15

Wpływ mączki ze skorupek jaj kurzych i z wapienia, na właściwości reologiczne zaczynów cementowych

Grzeszczyk Stefania, Kaleta-Jurowska Alina, Jurowski Krystian

Cement Wapno Beton

|

2022

|

R. 27, nr 6

403--411

PL

Przedstawiono badania wpływu mączki, uzyskanej ze skorupek jaj kurzych oraz z wapienia, na właściwości reologiczne zaczynów cementowych. Mączki dodano do cementu portlandzkiego CEM I 42,5 R, w ilości 30%. Stwierdzono większe granice płynięcia i lepkości plastyczne dla zaczynów z cementów z dodatkiem mączki ze skorupek jaj kurzych, od zaczynów cementowych, z dodatkiem mączki z wapienia. Przyczyną jest wpływ budowy błonki jajka kurzego. Chłonąca wodę i pęczniejąca w zaczynie cementowym błonka, powoduje wzrost lepkości oraz zwiększenie tiksotropii w wyniku łączenia się cząstek, w porównaniu z klasycznym zaczynem oraz zaczynem z dodatkiem mączki z wapienia.

EN

The paper presents the effect of the powders obtained from eggshells and limestone on the rheological properties of cement pastes. Both powders were added to Portland cement CEM I 42.5 R, 30% by mass. The higher yield stress and plastic viscosity of the cement pastes prepared with the addition of eggshell powder, compared to the cement pastes made with limestone powder, were explained by the influence of the eggshell membrane and its chemical structure. The membrane, which absorbs water and expands in the cement paste, is causing an increase in rheological parameters. The membrane, which absorbs water and swells in the cement paste, causes an increase in viscosity and thixotropy compared to the neat cement slurry and slurry with limestone meal added as a result of particle bonding.

16

Zjawiska chemiczno-technologiczne zachodzące podczas wykonywania operacji zabiegu cementowania otworu w aspekcie wyznaczania obciążeń granicznych w procesie projektowania rur okładzinowych – część I

Witek Wiesław, Rzepka Marcin

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2021

|

R. 24, Nr 10 (275)

4-14

PL

Projektowanie otworów wiertniczych jest zagadnieniem kompleksowym i wielowymiarowym tak pod względem liczby kwestii jakie stoją do rozwiązania przed projektantem jak również pod względem wymogów w zakresie inżynierii mechanicznej, środowiskowej oraz bezpieczeństwa publicznego. W pierwszej części artykułu dokonano przeglądu i oceny zjawisk oraz procesów chemicznych (nie zawsze prawidłowo ocenianych) jakie zachodzą w trakcie sporządzania zaczynu cementowego oraz po jego wytłoczeniu w trak cie tworzenia się struktury żelowej cementu i kamienia cementowego. W wyniku skomplikowanego chemicznie przebiegu procesu wiązania zaczynu powstaje nowa struktura rura - kamień cementowy – skała, która w specyficzny sposób tworzy określony rodzaj obciążeń i naprężeń w przestrzeni pierścieniowej i w ten sposób wywiera wpływ na zmianę rozkładu ciśnienia hydrostatycznego. Tego rodzaju zjawiska opisane w części pierwszej artykułu pozwalają na zrozumienie metodycznego podejścia do procesu projektowania rur, w szczególności w aspekcie zgniatania i rozrywania rur o średnicy > 13 3/8” i cienkiej ściance (w IV reżimie obciążeń). Nie znaczy to, że wytrzymałość rur na rozrywanie nie jest istotną kwestią w projektowaniu rur, ale dotyczy to głównie otworów bardzo głębokich, natomiast zgniatanie i rozrywanie rur występuje w szczególnych (często nie przewidywanych) przypadkach pełnego lub częściowego opróżnienia dla małej głębokości posadowienia rur. Artykuł oparty jest na bogatej i cytowanej literaturze fachowej, jak również na licznych badaniach jakie prowadzi się w laboratoriach INIG-PIB Kraków w zakresie zaczynów cementowych i płuczek wiertniczych, a ponadto na stosownych doświadczeniach autorów artykułu, tak w zakresie projektowania zaczynów i nadzoru wykonania zabiegów cementowania, jak również projektowania i nadzoru prac związanych z realizacją wiercenia otworu w tym za puszczania i cementowania rur.

EN

Drilling hole design is a complex issue and multidimensional in terms of the number of issues to be resolved in terms of mechanical, environmental and public safety engineering requirements. In the first part of the article there is a re view and evaluation of chemical phenomena and processes (not always correctly evaluated) that occur during the preparation of cement slurry and after its displacement during the formation of the gel structure of cement and cement sheath. As a result of the chemically complicated process of slurry gelation, a new structure is created i.e. – steel pipe- sheath (cement stone) - a rock which in a specific way produces a specific type of load and stress in the annular space, and thus influences the changes to hydrostatic pressure distribution. These types of phenomena described in the first part of the article allow to understand the methodical approach to the process of designing pipes, especially in the aspect of collapse and burst of pipes with big diameter > 13 3/8” and thin wall (in 4th load regime). This does not mean that the tension strength of pipes is not an important issue in pipe design, but it mainly concerns very deep holes, while collapse and burst of pipes occurs in special (often unforeseen) cases of full or par tial evacuation for shallow depth of the hole. Article is based on rich and quoted professional literature, as well as on numerous tests carried out in the INIG - PIB Krakow on different types cement slurries and drilling muds, and, moreover, on the relevant experience of the authors of the article, both in the field of slurry design and supervision of cement operations, as well as design and supervision of works related to drilling of the different types of the holes, including cement job and running casing.

17

Drobnoziarniste materiały wypełniające w technologii zaczynów cementowych

Kremieniewski Marcin

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2021

|

R. 24, Nr 5 (270)

4--7

PL

W artykule omówiono wpływ drobnoziarnistego materiału wypełniającego na wybrane parametry technologiczne zaczynu cementowego. Dodatki drobnoziarniste stosuje się w celu doszczelnienia matrycy cementowej. Materiały te są niezbędne podczas projektowaniu zaczynów przeznaczonych do uszczelniania kolumn rur okładzinowych posadowionych na znacznych głębokościach. Jednak również w recepturach przeznaczonych do uszczelniania kolumn rur okładzinowych posadowionych w niewielkich głębokościach stosuje się wypełniacze drobnoziarniste w celu doszczelnienia mikrostruktury płaszcza cementowego. Dodatkową korzyścią ze stosowania tych materiałów jest możliwość skrócenia czasu wiązania. Jest to korzystne w zaczynach do uszczelniania otworów w rejonach ryzyka wystąpienia migracji gazu. Najczęściej do skrócenia czasu wiązania stosuje się chlorek wapnia, ale powoduje on znaczny wzrost parametrów reologicznych zaczynu. Zastosowanie wypełniacza drobnoziarnistego powoduje skrócenie czasu wiązania z pominięciem negatywnego wpływu na reologię zaczynu. Podczas prac, których celem było określanie wpływu drobnoziarnistych materiałów wypełniających na parametry zaczynu cementowego zastosowano wypełniacz w ilości od 1% do 10% (bwoc1), oraz dwa rodzaje najczęściej stosowanych w sektorze naftowym cementów. Następnie wykonano badania parametrów technologicznych zarówno świeżych jak i stwardniałych zaczynów cementowych, badania parametrów reologicznych oraz wykreślono krzywe płynięcia. Na podstawie uzyskanych wyników badań przedstawiono wpływ wypełniaczy drobnoziarnistych na wybrane parametry technologiczne zaczynu cementowego.

EN

The article discusses the influence of fine-grained filling material on selected technological parameters of the cement slurry. Fine-grained additives are used to seal the cement matrix. These materials are necessary when designing cement slurries intended for sealing columns of casing located at considerable depths. However, also in recipes intended for sealing columns of casing installed at shallow depths, fine-grained fillers are used to seal the microstructure of the cement sheath. An additional advantage of using these materials is the possibility of shortening the setting time. This is advantageous in cement slurries for sealing boreholes in areas at risk of gas migration. Calcium chloride is most often used to shorten the setting time, but it causes a significant increase in the rheological parameters of the cement slurry. The use of fine-grained filler shortens the setting time without the negative impact on the rheology of the cement slurry. During the works, the aim of which was to determine the influence of fine-grained filler materials on the parameters of the cement slurry, filler in the amount of 1% to 10% (bwoc1) was used, as well as two types of cements most commonly used in the oil industry. Then, technological parameters of both fresh and hardened cement slurries were tested, rheological parameters were tested, and flow curves were drawn. On the basis of the obtained test results, the influence of fine-grained fillers on selected technological parameters of the cement slurry was presented.

18

Nowy proekologiczny materiał Polytech

Juraszek Janusz, Walusiak Hubert

Przegląd Budowlany

|

2021

|

R. 92, nr 11-12

86--89

PL

W artykule przedstawiono nowy materiał, w skład którego wchodzi w 60% styropian (EPS) pochodzący z recyklingu i zaczyn cementowy. Opisano technologie monitoringu elementu prefabrykowanego przeznaczonego do badań w postaci fragmentu ściany z otworem okiennym i nadprożem. Wyznaczono doświadczalnie jego parametry wytrzymałościowe w tym moduł Younga. Ściana z nadprożem została wykonana w zakładzie prefabrykacji i wysezonowana do osiągnięcia zakładanej wytrzymałości. W celu przeprowadzenia analizy przedmiotowego elementu w warunkach laboratoryjnych zastosowano technologię polegającą na wprowadzeniu światłowodowych czujników odkształceń z siatkami Bragga do testowanej przegrody. Dużą zaletą czujników światłowodowych FBG jest możliwość prowadzenia stałego pomiaru prefabrykatu. Sensory FBG wprowadzono w strukturę konstrukcji, co stanowi istotną zaletę systemu pomiarowego. Zarejestrowano pracę elementu podczas prób obciążania i odciążania. Odkształcenia i wytrzymałość nadproża wyznaczono podczas prowadzonych badań. Wyniki pomiarów ujawniły właściwości przedmiotowego materiału i ułatwiły wprowadzenie odpowiednich modyfikacji.

EN

The article presents a new material consisting of 60% recycled polystyrene (EPS) and cement slurry. The monitoring technologies of a prefabricated element intended for testing in the form of a wall fragment with a window opening and a lintel are described. Its strength parameters, including Young’s modulus, have been experimentally determined. The lintel wall was made in a prefabrication plant and seasoned to achieve the assumed strength. In order to analyze the component in question in laboratory conditions, a technology was used consisting in introducing fiber-optic deformation sensors with Bragg grids to the tested partition. The big advantage of FBG fiber optic sensors is the possibility of continuous measurement of the prefabricated element. FBG sensors were introduced into the structure of the structure, which is a significant advantage of the measurement system. The work of the element during loading and unloading tests was recorded. Lintel deformations and strength were determined during the conducted research. The results of the measurements revealed the properties of the material in question and facilitated the introduction of appropriate modifications.

19

Zjawiska chemiczno-technologiczne podczas zabiegu cementowania otworu w aspekcie projektowania rur okładzinowych

Witek Wiesław, Rzepka Marcin

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 2

92--105

PL

Projektowanie otworów wiertniczych jest zagadnieniem kompleksowym i wielowymiarowym zarówno pod względem liczby kwestii, jakie stoją do rozwiązania przed projektantem, jak też pod względem wymogów w zakresie inżynierii mechanicznej, środowiskowej oraz bezpieczeństwa publicznego. W niniejszym artykule dokonano przeglądu i oceny zjawisk oraz procesów chemicznych (nie zawsze prawidłowo ocenianych), jakie zachodzą w trakcie sporządzania zaczynu cementowego oraz po jego wytłoczeniu w trakcie tworzenia się struktury żelowej cementu i kamienia cementowego. W wyniku skomplikowanego chemicznie przebiegu procesu wiązania zaczynu powstaje nowa struktura rura–kamień cementowy–skała, która w specyficzny sposób tworzy określony rodzaj obciążeń i naprężeń w przestrzeni pierścieniowej, wywierając wpływ na zmianę rozkładu ciśnienia hydrostatycznego. Tego rodzaju zjawiska opisane w niniejszym artykule pozwalają na zrozumienie metodycznego podejścia do procesu projektowania rur, w szczególności w aspekcie zgniatania i rozrywania rur o średnicy >13⅜″ i cienkiej ściance (w IV reżimie obciążeń). Nie znaczy to, że wytrzymałość rur na rozrywanie nie jest istotną kwestią w projektowaniu rur, ale dotyczy to głównie otworów bardzo głębokich, natomiast zgniatanie i rozrywanie rur występuje w szczególnych (często nieprzewidywanych) przypadkach pełnego lub częściowego opróżnienia dla małej głębokości posadowienia rur. Artykuł oparty jest na bogatej literaturze fachowej, jak również na licznych badaniach, jakie prowadzi się w laboratoriach Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego w zakresie zaczynów cementowych i płuczek wiertniczych, a ponadto na stosownych doświadczeniach autorów artykułu – zarówno w zakresie projektowania zaczynów i nadzoru wykonania zabiegów cementowania, jak też projektowania i nadzoru prac związanych z realizacją wiercenia otworu, w tym zapuszczania i cementowania rur.

EN

Borehole design is a complex and multidimensional question in terms of the number of issues to be resolved in terms of mechanical, environmental and public safety engineering requirements. In this article contains a review and evaluation of chemical phenomena and processes (not always correctly evaluated) that occur during the preparation of cement slurry and after its displacement during the formation of the gel structure of cement and cement sheath. As a result of the chemically complicated process of slurry gelation, a new structure is formed, i.e. steel pipe – sheath (cement stone) – a rock which in a specific way produces a specific type of load and stress in the annular space, and thus influences changes in hydrostatic pressure distribution. Such phenomena described in this article allow to understand the methodical approach to the process of designing pipes, especially in the aspect of collapse and burst of pipes with big diameter >13⅜″ and thin wall (in the 4th load regime). This does not mean that the tensile strength of pipes is not an important issue in pipe design, but it mainly concerns very deep boreholes, while collapse and burst of pipes occurs in special (often unforeseen) cases of full or partial evacuation for shallow pipe foundation in the hole. The article is based on extensive professional literature, as well as on numerous tests carried out at Oil and Gas Institute – National Research Institute on different types of cement slurries and drilling muds, and, moreover, on the relevant experience of the authors of the article, both in the field of slurry design and supervision of cement operations, as well as in the design and supervision of works related to drilling of various types of boreholes, including cement job and running casing.

20

Zaczyny o obniżonej gęstości stosowane w warunkach występowania komplikacji w otworze wiertniczym

Kremieniewski Marcin

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 11

736--743

PL

Podczas realizacji otworu wiertniczego mogą się pojawić różnego rodzaju problemy, których efektem są komplikacje wiertnicze. Jednym z takich problematycznych aspektów jest wiercenie w strefach anomalnie wysokiego i anomalnie niskiego ciśnienia złożowego. W przypadku występowania takich stref zachodzi ryzyko wtargnięcia medium złożowego w strukturę cieczy wiertniczej lub ucieczki cieczy wiertniczej w strefę warstw chłonnych. Zjawiska takie mogą zachodzić na skutek zaburzenia równowagi ciśnień w otworze. W celu wyeliminowania tych niebezpiecznych sytuacji stosuje się płuczki i zaczyny cementowe o odpowiednio dobranej gęstości i odpowiednich parametrach reologicznych. W celu uszczelnienia kolumn rur posadowionych w strefie anomalnie niskiego ciśnienia złożowego należy stosować receptury zaczynów o obniżonej gęstości. Zaczyny takie otrzymuje się poprzez wprowadzenie do ich objętości lekkich wypełniaczy. Jednak podczas projektowania takiej receptury zaczynu lekkiego często pojawiają się problemy z uzyskaniem odpowiedniej stabilności sedymentacyjnej. Frakcjonowanie lekkich cząsteczek w zaczynie powoduje występowanie anizotropii w strukturze zarówno płynnego, jak i związanego zaczynu. Przejawia się to znacznymi różnicami w uzyskanych wartościach parametrów (m.in. gęstości, przepuszczalności dla gazu, wytrzymałości na ściskanie, porowatości) w zależności od miejsca pobrania próbki. W celu wyeliminowania tego zjawiska badaniom na etapie projektowania danej receptury poddawane są zarówno dodatki i domieszki, jak też same zaczyny sporządzone przy użyciu tych środków. Zaprojektowanie zaczynu cementowego odpowiedniego do danych warunków geologiczno-technicznych pozwala zapobiec wystąpieniu lub wyeliminować wystąpienie w otworze wiertniczym komplikacji, mogących powstać na przykład na skutek rozwarstwienia zaczynu i uzyskania niejednorodnej gęstości na całej długości uszczelnianego interwału. W niniejszym artykule przedstawione zostały wyniki badań dla 5 receptur zaczynów lekkich. Receptura bazowa to zaczyn zawierający 15% mikrosfery glinokrzemianowej, którego matryca cementowa jest doszczelniona dodatkiem mikrocementu. Natomiast pozostałe receptury to zaczyny, które zawierają 40% mikrosfer glinokrzemianowych. W recepturach przeznaczonych do uszczelniania otworów w rejonie możliwości pojawienia się komplikacji wiertniczych zastosowano dodatkowo aktywator wiązania, który spowodował wzrost parametrów reologicznych. Pozwoliło to wyeliminować frakcjonowanie lekkiego dodatku wypełniającego. Działanie takie było niezbędne ze względu na konieczność zainicjowania i przyspieszenia procesu hydratacji w niskiej temperaturze (30°C), ale również wyeliminowania anizotropii mikrostruktury płaszcza cementowego, który mógł się wytworzyć z niejednorodnego zaczynu cementowego. W celu doszczelnienia matrycy płaszcza cementowego zastosowano dodatek lateksu, a ponadto zaprojektowane zostały zaczyny bez domieszki lateksu. Opracowane receptury zaczynów mogą być stosowane w warunkach temperatury od 30°C do ponad 50°C w rejonie wystąpienia ewentualnych komplikacji wiertniczych związanych z anomalnie niskimi ciśnieniami złożowymi.

EN

Problems of various kinds may arise during the execution of the borehole, resulting in drilling complications. One such problematic aspect is drilling in anomalously high and anomalously low reservoir pressure zones. In the presence of such zones, there is a risk of the formation medium intrusion into the structure of the drilling fluid or the drilling fluid escaping into the thief zone. Such a phenomenon may occur as a result of an imbalance of pressures in the borehole. In order to eliminate this phenomenon, cement scrubbers and slurries with appropriately selected density and rheological parameters are used. In order to seal columns of pipes located in the zone of anomalously low formation pressure, the formulas for reduced density slurries should be used. Such starters are obtained by introducing light fillers into their volume. However, when designing such a light cement slurry formula, problems often arise in obtaining adequate sedimentation stability. The fractionation of light molecules in the cement slurry causes anisotropy in the structure of both the liquid and the bound cement slurry. It is manifested by significant differences in the obtained parameter values (e.g. density, gas permeability, compressive strength, porosity) depending on the place of sample collection. In order to eliminate this phenomenon, both additives and admixtures, as well as the slurries prepared using these agents, are tested at the stage of designing a given formula. Designing a cement slurry suitable for the given geological and technical conditions allows to prevent or eliminate the occurrence of complications in the borehole, which may arise, for example, as a result of slicing of the slurry, and to obtain a non-uniform density along the entire length of the sealed interval. This article presents the research results for 5 light weight cement slurries. The base formula is a cement slurry containing 15% aluminosilicate microsphere, the cement matrix of which is sealed with the addition of microcement. The other formulas, on the other hand, are slurries that contain 40% of aluminosilicate microspheres. In the formulas intended for sealing boreholes in the area of possible drilling complications, a binding activator was additionally used, which caused an increase in rheological parameters. This allowed the elimination of fractionation of the light filler additive. Such action was necessary due to the need to initiate and accelerate the hydration process at a low temperature of 30°C, but also to eliminate the anisotropy of the microstructure of the cement sheath, which could be produced from the inhomogeneous cement slurry. In order to seal the matrix of the cement mantle, the addition of latex was used, but additionally slurries without the admixture of latex were designed. The developed slurry formulas can be used in temperature conditions from 30°C to over 50°C in the area of possible drilling complications related to anomalously low formation pressures.