Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Poprawa oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego przed zabiegiem cementowania

Kremieniewski M., Kędzierski M., Rzepka M., Kremieniewski M.

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2018

|

nr 220

1--171

PL

Podczas realizacji prac związanych z uszczelnieniem kolumny rur okładzinowych jednym z najistotniejszych aspektów jest zapewnienie szczelności w przestrzeni pierścieniowej pomiędzy kolumnami rur oraz poza nimi. Niezachowanie tego warunku może skutkować poważnymi konsekwencjami począwszy od wzrostu ciśnienia w górnej części otworu, a skończywszy na migracji bądź ekshalacji gazu. W celu wyeliminowania takich niepożądanych zjawisk należy uszczelnić kolumnę rur okładzinowych tłocząc zaczyn cementowy. Jednak na odpowiednie uszczelnienie przestrzeni pierścieniowej składa się również przygotowanie otworu do cementowania poprzez dokładnie jego oczyszczenie. W tym celu następuje przetłoczenie cieczy przemywającej, a następnie płuczka wypierana jest przez ciecz buforową i zaczyn cementowy. Odpowiednie przygotowanie przestrzeni pierścieniowej przyczynia się do znacznej poprawy uszczelnienia i umożliwia wyeliminować powstawanie mikroprzepływów gazu na kontakcie płaszcza cementowego z powierzchnią przewiercanej wcześniej formacji skalnej oraz powierzchnią zapuszczanej rury okładzinowej. W książce przedstawione zostały mechanizmy przepływu cieczy w przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego oraz omówiono zagadnienia dotyczące działania środków przemywających na poprawę efektywności oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej przed zabiegiem cementowania. Opisana została innowacyjna metodyka badań efektywności usuwania osadu płuczkowego. Zaprezentowano również nowe, skonstruowane w INiG – PIB urządzenie (symulator przepływu cieczy wiertniczych), które pozwalało na realizację prac badawczych w zakresie skuteczności działania cieczy przemywających. Omówiono wyniki badań wpływu czasu kontaktu oraz prędkości przepływu cieczy przemywającej na skuteczność usuwania osadu płuczkowego z formacji skalnej oraz z powierzchni rur okładzinowych. Przedstawiono również badania nad opracowaniem nowych cieczy przemywających oraz hybrydowej cieczy przemywającej, która wykazywała dwufunkcyjny charakter usuwania osadu (chemiczny oraz mechaniczny). Omawiana problematyka realizowanych prac badawczych w znacznym stopniu przyczynia się do poprawy oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego przed zabiegiem cementowania, a tym samym do ograniczenia migracji i ekshalacji gazu w otworach wiertniczych.

EN

During the implementation of works related to the sealing of the casing string, one of the most important aspects is to ensure tightness in the annular space between the casing and beyond. Failure to comply with this condition may result in serious consequences, ranging from pressure increase in the upper part of the hole, to migration or gas exhalation. In order to eliminate such undesirable phenomena, the casing column should be sealed by pumping the cement slurry. However, the proper sealing of the annular space also consists in preparing the borehole for the cementing operations by thoroughly cleaning it. For this purpose, a preflush fluid is pumped into the hole, and the drilling mud is displaced by a spacer fluid and cement slurry. Appropriate preparation of the annular space contributes to a significant improvement of the sealing and allows to eliminate the formation of gas microflows on the contact of the cement sheath with the surface of the previously drilled rock formation and the surface of the casing string. This book presents the mechanisms forming the liquid flow in the annular space of the borehole and discusses the issues concerning the action of washing agents to improve the efficiency of cleaning the annular space before the cementing operations. It presents an innovative methodology for the effectiveness of removal of mud cake. It also presents, a new device (a simulator of the flow of drilling fluids), constructed in The Oil and Gas Institute – National Research Institute, which allowed to carry out research work in the field of the effectiveness of washing fluids. The results of the influence of contact time and flow rate of the preflush fluid on the efficiency of removing the mud cake from the rock formation and the surface of the casings were discussed. Also presented are Laboratory tests on the development of a new types of washing fluids and a hybrid preflush fluid, which showed a dual-purpose character of filter cake removal (chemical and mechanical). The discussed issues of conducted research work significantly contribute to the improvement of the purification of the annular space of the borehole before cementing operations, and thus to the reduction of gas migration and exhalation in wellbores.

2

Zmiana parametrów technologicznych zaczynu cementowego pod wpływem przeciwsedymentacyjnego dodatku żywicy ksantanowej

Kremieniewski M.

Nafta-Gaz

|

2018

|

R. 74, nr 12

927--937

PL

Projektowane zaczyny cementowe zawierają w swoim składzie szereg różnego rodzaju środków, które zgodnie z oczekiwaniami mają za zadanie zmienić parametry technologiczne opracowywanej receptury. Obecność w zaczynie cementowym drobnych frakcji, zarówno spoiwa hydraulicznego, jak również dodatków modyfikujących parametry zaczynu, może powodować frakcjonowanie fazy stałej [6]. W celu wyeliminowania tego zjawiska wymagane jest zastosowanie środków powodujących zatrzymanie drobnych cząstek w całej objętości zaczynu. Dodatkami takimi są zazwyczaj odpowiednie polimery wielkocząsteczkowe. Jednakże niekiedy powodują one znaczny wzrost lepkości zaczynu, co w efekcie może wywoływać problemy, począwszy od trudności z zatłoczeniem zaczynu, a skończywszy na znacznym wzroście ciśnienia tłoczonego zaczynu w przestrzeni pierścieniowej i pozarurowej [10]. Z uwagi na powyższe postanowiono zastosować nieużywany podczas projektowania zaczynów biopolimer żywicy ksantanowej, stosowany dotychczas w technologii płuczek wiertniczych. W trakcie realizacji prac badawczych, których celem było określenie zmiany parametrów technologicznych świeżego i stwardniałego zaczynu cementowego za pomocą biopolimeru żywicy ksantanowej, sporządzono kontrolne receptury zaczynów, w celu dokonania porównania działania zastosowanego dodatku. W badaniach określone zostały takie właściwości zaczynu jak: parametry reologiczne, filtracja, czas gęstnienia, odstój wody, stabilność sedymentacyjna. Dla próbek stwardniałych zaczynów wyznaczono wpływ dodatku żywicy ksantanowej na parametry mechaniczne (wytrzymałość na ściskanie), parametry fizykomechaniczne (przyczepność do rur stalowych i przyczepność do formacji skalnej). Dodatkowo stwardniały zaczyn cementowy poddano badaniom opisującym mikrostrukturę próbki (wykonane zostały badania porowatości oraz przepuszczalności). W celu określenia wpływu biopolimeru żywicy ksantanowej na parametry zaczynu i powstałego z niego stwardniałego zaczynu, wykonano testy dla receptur przeznaczonych do uszczelniania otworów w warunkach otworowych o temperaturze od 30°C do 90°C oraz ciśnieniu od 5 MPa do 35 MPa.

EN

Designed cement slurries contain a number of different types of measures that are designed to change the technological parameters of the recipe being developed as expected. The presence of fine fractions in the cement slurry, both hydraulic binder as well as additives modifying parameters, may result in solid phase fractionation [6]. In order to eliminate this phenomenon, it is required to use agents that retain fine particles in the entire volume of the cement slurry. Such additives are usually suitable macromolecular polymers. However, they sometimes cause a significant increase in the viscosity of the leaven, which in turn may cause problems ranging from difficulties with the injection of the grout, and ending with a significant increase of the pressure in the annular space [10]. In view of the above, it was decided to use a biopolymer of xanthan resin, not used in the design of cement slurries, but has been used until now in the technology of drilling fluids. During the implementation of research works aimed at determining the change of technological parameters of fresh and hardened cement slurry with a biopolymer of xanthan gum, control leaven formulations were made to compare the effect of the additive used. In the research, properties of the cement slurry were determined such as: rheological parameters, filtration, thicking time, water retention, sedimentation stability. For samples of hardened slurries, the effect of the addition of xanthan gum on the mechanical parameters (compressive strength), physico-mechanical parameters (adhesion to steel pipes and adhesion to rock formation) was determined. In addition, the hardened cement slurry was subjected to tests describing the microstructure of the sample (porosity and permeability tests were carried out). In order to determine the influence of biopolymer of xanthan gum on the parameters of grout and the hardened grout resulting from it, tests were carried out for recipes intended to seal openings in borehole conditions at 30° C to 90° C and pressure from 5 MPa to 35 MPa.

3

Wpływ wydatku tłoczenia cieczy przemywającej na stopień oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej

Kędzierski M., Kremieniewski M., Rzepka M.

Nafta-Gaz

|

2018

|

R. 74, nr 5

365--371

PL

Cementowanie rur okładzinowych jest jednym z najważniejszych etapów podczas wykonywania otworu wiertniczego. Zaczyn cementowy wypełnia i uszczelnia przestrzeń pomiędzy kolumną rur okładzinowych a formacją geologiczną otaczającą otwór wiertniczy. Niekompletna izolacja strefowa i/lub słabe uszczelnienie pomiędzy rurami okładzinowymi, płaszczem cementowym a formacją skalną może powodować niekontrolowane przepływy mediów złożowych, ograniczając potencjał eksploatacyjny otworu wiertniczego. Niedostateczne usunięcie płuczki bądź osadu pozostałego po płuczce wiertniczej może prowadzić do komplikacji podczas zabiegu cementowania poprzez powstawanie kanałów płuczki w cemencie. W celu zapewnienia skutecznego związania rur okładzinowych z formacją geologiczną za pomocą zaczynu cementowego, płuczka wiertnicza oraz osad powstały na ścianie otworu muszą zostać cał- kowicie usunięte. Jako środek zapobiegawczy najczęściej stosuje się wtłaczanie przed zaczynem cementowym cieczy przemywają- cych i buforowych, które wpływają na oczyszczenie przestrzeni pierścieniowej oraz pozwalają uzyskać dobre związanie cementu ze skałą. W artykule przedstawiono wpływ wydatku tłoczenia cieczy przemywającej na stopień oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego. Na podstawie pomiaru wydatków tłoczenia możliwe było określenie stopnia oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej z osadu płuczkowego. Badania zostały przeprowadzone dla różnych wartości wydatku przy stałym czasie kontaktu cieczy ze skałą. Testy wykonano przy użyciu wody jako wzorcowej cieczy przemywającej, natomiast osad płuczkowy utworzono z płuczki potasowo-polimerowej. Badania wpływu wydatku tłoczenia cieczy przemywającej na stopień oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej były przeprowadzone na rdzeniach piaskowca, które umieszczono w specjalnie skonstruowanym urządzeniu. Analiza uzyskanych wyników badań laboratoryjnych umożliwiła wytypowanie odpowiednich wydatków tłoczenia cieczy przemywającej, pozwalając na właściwe oczyszczenie przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego z osadu płuczkowego. W wyniku przeprowadzonych badań laboratoryjnych wytypowano wydatki tłoczenia cieczy przemywającej, przy których uzyskano najlepsze usunięcie osadu płuczkowego ze ściany otworu wiertniczego, co znajduje przełożenie na skuteczne związanie rur okładzinowych z formacją skalną.

EN

Cementing is one of the most important steps in well construction. Cement slurry fills and seals the annular space between the casings and geological formation surrounding the well. Incomplete zone isolation can cause gas leakage, oil spills and reduce the potential exploitation of the well. Non-removal of the mud cake or drilling fluid from the borehole wall can lead to channeling in the cement sheath. In order to ensure effective bonding of the casing with the geological formation by cement slurry, the drilling fluid and mud cake formed on the wall of the borehole must be removed completely. As a precautionary measure, washes and spacers are pumped into the hole before the cement slurry. Preflushes prepare the annulus for the upcoming cement placement and affect the cleaning of the annular space from the drilling mud and allow good bonding of the cement to the rock. The article presents the effect of the flow rate of the preflushes on the degree of purification of the annular space of a borehole. Depending on the flow velocity, it was possible to determine the degree of purge of the annular space from the filter cake. Laboratory tests were carried out for different fluid velocities at a steady preflushes contact time with the rock. Tests performed using water as a standard wash, while the filter cake was formed from a polymer-potassium mud. The study of the influence of the flow rate of the preflushes on the degree of purification of the annular space was carried out on sandstone cores which were placed in a specially constructed device. Interpretation of the obtained results allows to identify the appropriate flow rate of the preflushes allowing proper cleaning of the annular space of the borehole from the filter cake. As a result of laboratory tests, the flow rate of the preflushes was selected for the best removal of the filter cake from the borehole wall, which is reflected in the effective bonding of the casing with the rock formation.

4

Wpływ środków regulujących czas wiązania na parametry reologiczne zaczynu cementowego

Kremieniewski M.

Nafta-Gaz

|

2018

|

R. 74, nr 11

828--838

PL

W artykule przedstawiono wpływ środków regulujących czas wiązania na parametry reologiczne zaczynu cementowego. Dodatek lignosulfonianów stosowany jest do wydłużenia czasu wiązania zaczynu cementowego. Środek ten wykorzystuje się przy projektowaniu zaczynów przeznaczonych do uszczelniania kolumn rur okładzinowych posadowionych na znacznych głębokościach, gdzie występuje wysoka temperatura na dnie otworu. Wskutek podwyższonej temperatury hydratacja zaczynu cementowego przebiega znacznie szybciej, co wymusza stosowanie dodatków wydłużających czas wiązania w celu bezpiecznego wtłoczenia zaczynu w uszczelnianą przestrzeń pierścieniową i pozarurową. Z kolei do skrócenia czasu wiązania zaczynu cementowego najczęściej wykorzystywanym środkiem przyspieszającym jest chlorek wapnia. Czas wiązania wymaga skrócenia z uwagi na względy ekonomiczno-technologiczne, począwszy od skrócenia czasu potrzebnego na wiązanie zaczynu i przejścia do dalszych prac wiertniczych, a skończywszy na wyeliminowaniu ewentualności wtargnięcia medium gazowego w strukturę wiążącego zaczynu cementowego. Stosowanie dodatków regulujących czas wiązania zaczynu cementowego nie pozostaje bez znaczenia dla jego parametrów reologicznych. Podczas realizowanych prac badawczych, których celem było określenie wpływu opóźniaczy i przyspieszaczy na parametry reologiczne zaczynu, wykorzystano dodatek lignosulfonianu (opóźniacza) w ilości od 0,1% do 0,3% (bwoc) oraz dodatek chlorku wapnia (przyspieszacza) w ilościach od 1% do 3% (bwoc). Następnie wykonano badania podstawowych parametrów technologicznych zaczynów cementowych, badania parametrów reologicznych, wyznaczono określone modele reologiczne, wykreślono krzywe płynięcia i na podstawie uzyskanych danych omówiono wpływ stosowania wytypowanych dodatków na parametry reologiczne zaczynu cementowego.

EN

The article presents the impact of measures to regulate the setting time on the rheological parameters of cement slurry. The addition of lignosulfonates is used to extend the setting time of cement paste. This agent is used in the design of cement slurries intended for sealing casing pipe columns set at considerable depths, where there is a high temperature at the bottom of the hole. Due to the elevated temperature, the hydration of the cement paste proceeds much faster, which forces the use of additives that extend the setting time to safely enter the grout into the sealed annular and non-annular space. On the other hand, in order to reduce the bonding time of cement paste, the most commonly used accelerator is calcium chloride. The setting time requires shortening due to economic and technological considerations, ranging from the shortening of the time needed to set the grout and the transition to further drilling work, ending with the elimination of the possibility of gaseous medium intrusion into the binding cement slurry. The use of additives regulating the setting time of cement paste is not without significance for its rheological parameters. During the research work aimed at determining the influence of retarders and accelerators on the rheological parameters of the slurry, the addition of lignosulfonate (retarder) in an amount of 0.1 to 0.3% (bwoc), and calcium chloride (accelerator) in quantities from 1 to 3% (bwoc) were used. Then, the basic technological parameters of cement slurries were tested, rheological parameters were examined, specific rheological models were determined, flow curves were plotted and based on the obtained data the effect of using selected additives on rheological parameters of cement paste was discussed.

5

Wpływ superplastyfikatora na hydrofilowość zaczynów cementowych

Kremieniewski M., Rzepka M.

Nafta-Gaz

|

2018

|

R. 74, nr 10

745--751

PL

Zaprojektowanie receptury zaczynu o parametrach reologicznych umożliwiających uzyskanie wymaganych warunków przepływu pozwala na otrzymanie odpowiedniego współczynnika wyparcia płuczki, na usunięcie pozostałości osadu płuczkowego oraz wypełnienie skawernowanej przez świder powierzchni górotworu. Uzyskanie wymaganych parametrów reologicznych, a tym samym optymalnej przetłaczalności zaczynu cementowego w przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego, jest możliwe wskutek modyfikacji receptury zaczynu poprzez zastosowanie dodatków dyspergujących, tj. plastyfikatorów bądź superplastyfikatorów. Środki te, działając dyspergująco, powodują również obniżenie napięcia powierzchniowego zaczynu. Ponadto środki upłynniające przyczyniają się do zmiany hydrofilowości zaczynu, co jest istotne z punktu widzenia odpowiedniego nawilżenia powierzchni, do których przylega wiążący zaczyn cementowy. Wpływa to na wzrost przyczepności płaszcza cementowego do powierzchni styku. Dotychczas badania hydrofilowości wykonywane były jedynie dla różnego rodzaju środków polimerowych lub podobnych substancji, natomiast dla dyspersyjnego układu zaczynu cementowego modyfikowanego za pomocą superplastyfikatorów nie prowadzono tego rodzaju badań. W niniejszej publikacji podjęte zostały próby określenia hydrofilowości zaczynów cementowych z dodatkiem środków dyspergujących. Wykonano badania receptur kontrolnych (niepoddanych modyfikacji) oraz zaczynów zawierających określone ilości superplastyfikatora. Wykazano, że stosowane polimerowe dodatki superplastyfikatorów nie tylko wpływają na obniżenie parametrów reologicznych zaczynów cementowych, ale również powodują obniżenie napięcia powierzchniowego i zwiększenie hydrofilowości zaczynu. Uzyskane wyniki badań pozwalają lepiej zrozumieć mechanizmy zachodzące w dyspersyjnym układzie zaczynu cementowego, który poddano modyfikacji za pomocą środka upłynniającego, co może się przyczynić do poprawy szczelności na kontakcie płaszcza cementowego z powierzchniami styku.

EN

The design of cement slurry with rheological parameters enabling obtaining the required flow regimes, allows to achieve the appropriate mud displacement coefficient, removing the residue of the mud cake and filling the surface of the wellbore rocks caverned by the drill. Obtaining the required rheological parameters, and thus optimal circulation of cement slurry in the annular space of the borehole is possible due to the modification of the cement slurry recipe by the use of dispersing additives, i.e. plasticizers or superplasticizers. These additives acting dispersingly also reduce the surface tension of the cement slurry. Furthermore, plasticizers contribute to change in the hydrophilicity of the slurry, which is important for the proper hydration of the surfaces to which the binding cement slurry adheres. This results in increased adhesion of the cement sheath to the contact surface. So far, hydrophilicity studies have been conducted only for various types of polymeric agents or similar substances, whereas for dispersive systems of cement slurry modified with superplasticizers they were not. This article presents attempts to determine the hydrophobicity of cement slurries with the addition of dispersing agents. Base cement slurries (unmodified) were tested as well as slurries containing a specified amount of superplasticizer. Studies have shown that the polymeric superplasticizer additives used, not only reduced the rheological parameters of cement slurries, but also reduced the surface tension and increased the hydrophilicity of the slurries. The obtained test results allow to better understand the mechanisms occurring in the dispersive system of cement slurry, which has been modified by a dispersing agent, which may contribute to the improvement of the sealing of the contact between the cement sheath and the contact surfaces.

6

Symulator przepływu cieczy wiertniczych – zasada pomiaru i możliwości badawcze

Kremieniewski M., Kędzierski M., Rzepka M.

Nafta-Gaz

|

2018

|

R. 74, nr 7

518--525

PL

Podczas tłoczenia zaczynu cementowego następuje wypieranie płuczki wiertniczej z przestrzeni pierścieniowej. Jednak zaczyn nie jest w stanie dostatecznie dobrze usunąć pozostałego po płuczce osadu płuczkowego. W celu dobrego uszczelnienia otworu i rur zaczynem, który po związaniu ma uniemożliwić przepływ gazu, niezbędne jest dokładne oczyszczenie przestrzeni pierścieniowej z osadu płuczkowego poprzez przetłoczenie odpowiednio zaprojektowanej cieczy przemywającej, a następnie całkowite wyparcie płuczki przez ciecz buforową i zaczyn cementowy. Dotychczas parametry pozwalające określić skuteczność działania cieczy przemywającej określane były przy użyciu wiskozymetru obrotowego. Badanie polegało na wytworzeniu osadu na powierzchni rotora wskutek ruchu obrotowego rotora w płuczce wiertniczej. Następnie osad ten był usuwany w cieczy przemywającej w sposób analogiczny jak podczas wytwarzania osadu wskutek ruchu obrotowego. Na podstawie różnicy masy rotora przed wytworzeniem osadu, po wytworzeniu oraz po usunięciu osadu określano jego procentowe usunięcie. Metoda ta pomimo swojej prostoty oraz szybkości cechowała się sporym zakresem błędu pomiaru. W związku z powyższym zaprojektowany został symulator przepływu cieczy wiertniczych (zgłoszenie patentowe P.423842), który umożliwia odwzorowanie ruchu poszczególnych cieczy wiertniczych w symulowanej przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego. Na podstawie prac badawczych przy użyciu symulatora przepływu cieczy wiertniczych możliwe jest określenie wielu parametrów decydujących o efektywności uszczelniania przestrzeni pierścieniowej i pozarurowej. W niniejszej publikacji omówiono zasadę działania symulatora przepływu cieczy wiertniczych oraz jego możliwości badawcze. Przeprowadzone zostały też przykładowe testy w celu przedstawienia metodyki badawczej przy użyciu innowacyjnego urządzenia. Na podstawie wyników badań uzyskanych podczas testów z zastosowaniem symulatora przepływu cieczy określono skuteczność działania wytypowanych cieczy przemywających w stosunku do próbki bazowej, która nie posiadała osadu płuczkowego.

EN

During the pumping of cement slurry, drilling mud is removed from the annular space. However, cement slurry cannot sufficiently remove residues from the mud. In order to properly seal the borehole and casing with cement slurry, which after binding is designed to prevent the flow of gas, it is necessary to clean the annular space from filter cake by pumping the preflush fluid, and then completely removing the mud by spacer fluid and cement slurry. Earlier, the parameters allowing to determine the effectiveness of the preflush fluids were determined using a rotating viscometer. The test consisted of the formation of mud cake on the surface of the rotor due to rotational motion of the rotor in the drilling mud. Then the mud cake was removed in the preflush fluid in a manner analogous to the generation of mud cake due to rotation. On the basis of the rotor weight difference before the filter cake was produced, after the mud cake was produced and after removal of the mud cake, the percentage of the removal was determined. This method, despite its simplicity and rapidity, was characterized by a large range of measurement error. Therefore, the “drilling fluid flow simulator” was designed (patent application P.423842), which allows to map the movement of drilling fluids in a simulated borehole annular space. Based on research using the drilling fluid flow simulator, it is possible to determine a number of parameters determining the efficiency of sealing the annular space. This paper discusses the operating principle of a drilling fluid flow simulator and its research capabilities. Also, exemplary tests were carried out to present the research methodology using an innovative device. Based on the test results obtained during the tests carried out with the use of the fluid flow simulator, the effectiveness of the selected preflush fluids in relation to the base sample without the mud cake was determined.

7

Poprawa wczesnej wytrzymałości mechanicznej płaszcza cementowego powstałego z zaczynu lekkiego

Kremieniewski M.

Nafta-Gaz

|

2018

|

R. 74, nr 8

606--612

PL

Stosowanie zaczynów o obniżonej gęstości warunkowane jest występowaniem w otworze wiertniczym zróżnicowanych warunków geologiczno-technicznych. Najczęściej zaczyny lekkie stosuje się w przypadku konieczności podniesienia cementu w przestrzeni pozarurowej na wyznaczoną wysokość, podczas przewiercania profilu geologicznego, w którym występują skały chłonne, do uszczelniania warstw słabo zwięzłych i sypkich, a także w czasie prowadzenia prac rekonstrukcyjnych odwiertu. Zaczyny o obniżonej gęstości otrzymuje się wskutek wprowadzenia lekkich dodatków mineralnych lub odpadowych surowców wypełniających. Niestety płaszcz cementowy uzyskany z zaczynu lekkiego wykazuje w początkowym czasie hydratacji niskie wartości parametrów mechanicznych (wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na zginanie), a odpowiedniej wytrzymałości nabiera dopiero w późniejszym czasie wiązania. Stanowi to problem podczas pomiaru stanu zacementowania. W ostatnich latach coraz częściej skracany jest czas oczekiwania na pomiary geofizyczne po zatłoczeniu i związaniu cementu. Niestety pomiary po zbyt krótkim czasie wiązania zaczynu cementowego mogą skutkować niemiarodajnym obrazem CBL, RBT, na podstawie którego związanie zaczynu może być odczytane jako częściowe lub słabe mimo obecności zaczynu w przestrzeni pierścieniowej. W związku z powyższym niezbędne było podjęcie prac nad poprawą wczesnej wytrzymałości mechanicznej płaszcza cementowego powstałego z zaczynu lekkiego. W publikacji przedstawiono wyniki prac nad poprawą wczesnej wytrzymałości mechanicznej płaszcza cementowego powstałego z zaczynów o obniżonej gęstości. Nowo opracowane receptury zaczynów charakteryzują się podwyższonymi wartościami wytrzymałości na ściskanie po krótkim czasie wiązania, co przyczynia się zarówno do poprawy efektywności uszczelniania, jak też do uzyskania faktycznego (miarodajnego) obrazu stanu zacementowania podczas pomiarów geofizycznych.

EN

The use of slurries with reduced density is conditioned by the occurrence of diversified geological and technical conditions in the borehole. Most often, lightweight slurries are used in the case of the need to raise the cement higher in the annular space, while drilling a geological profile in which there are absorbent rocks, or sealing weak and loose layers, as well as during the well reconstructing work. Lightweight slurries are obtained by the addition of light mineral additives or waste filler materials. Unfortunately, the cement sheath obtained from the lightweight slurries initially exhibits low values of mechanical parameters (compressive strength, bending strength) and adequate strength is obtained at a later bonding time. This is a problem during cement bond logging. In recent years, the waiting time on cement before running a cement bond log has been increasingly reducing. Unfortunately, measurements after too short binding time of cement slurry can result in an unreliable CBL and RBT logs, based on which bonding of the cement slurry can be read as partial or weak, despite the presence of cement slurry in the annular space. Therefore, it was necessary to undertake research to improve the early mechanical strength of cement sheath formed of lightweight cement slurry. This paper presents the results of research on improving the early mechanical strength of the cement sheath formed of slurries with reduced density. Newly developed cement slurry recipes are characterized by increased values of compressive strength after a short binding time, which contributes to both the improvement of sealing efficiency and to obtaining a true (reliable) reading of the cement bond logging.

8

Poprawa szczelności płaszcza cementowego za pomocą innowacyjnych dodatków antymigracyjnych

Kremieniewski M., Rzepka M.

Nafta-Gaz

|

2018

|

R. 74, nr 6

457--464

PL

Podczas wiercenia otworów bardzo istotne jest uzyskanie odpowiedniej szczelności po odwierceniu i zacementowaniu otworu. Wyeliminowanie niekontrolowanych przepływów mediów gazowych w przestrzeni pierścieniowej możliwe jest poprzez uszczelnienie określonego interwału odpowiednio zaprojektowanym zaczynem cementowym. Aby uzyskać takie uszczelnienie należy odpowiednio zaprojektować recepturę zaczynu poprzez przeprowadzenie badań, a następnie odpowiedni dobór dodatków i domieszek do zaczynów. Dostępne w ostatnich latach innowacyjne dodatki przeciwdziałające migracji gazu poddane zostały badaniom w Instytucie Nafty i Gazu – Państwowym Instytucie Badawczym w celu określenia ich wpływu na parametry technologiczne zaczynu cementowego, a tym samym w celu określenia poprawy szczelności płaszcza cementowego. Dostępne dodatki antymigracyjne to głównie polimery wielkocząsteczkowe. Środki takie z reguły powinny wywierać korzystny wpływ na ograniczenie lub wyeliminowanie możliwości zachodzenia niekontrolowanych przepływów gazu przez wiążący i związany zaczyn cementowy. Jednak bez wykonania szczegółowych badań parametrów technologicznych zaczynów cementowych z wprowadzanymi na rynek środkami nie jest możliwe ich stosowanie w warunkach otworowych. W związku z powyższym w artykule przedstawiono wyniki prac nad oceną parametrów technologicznych zaczynów cementowych z innowacyjnymi środkami antymigracyjnymi. Celem realizowanych prac badawczych było sprawdzenie działania dodatków oraz modyfikacje zaczynów, mające na celu poprawę szczelności płaszcza cementowego wskutek odpowiedniego doboru receptur dla danych warunków otworowych. Oczekiwane rezultaty uzyskano poprzez zastosowanie dostępnych dodatków przeciwdziałających migracji gazu przez świeży i stwardniały zaczyn cementowy. Prowadzone prace badawcze miały na celu określenie skuteczności w przeciwdziałaniu migracji gazu zaczynów modyfikowanych przy użyciu nowych środków oraz ich wpływu na poprawę szczelności płaszcza cementowego.

9

Ocena skuteczności oczyszczania kolumny rur okładzinowych przed cementowaniem na podstawie badań przy użyciu wiskozymetru obrotowego

Kremieniewski M.

Nafta-Gaz

|

2018

|

R. 74, nr 9

676--683

PL

Zapewnienie odpowiedniej szczelności otworu wiertniczego i wyeliminowanie niekontrolowanych przepływów gazu polega w głównej mierze na uszczelnieniu kolumny rur okładzinowych poprzez wypełnienie przestrzeni pierścieniowej bądź pozarurowej zaczynem cementowym. Takie działanie dodatkowo stabilizuje kolumnę rur poprzez zespolenie jej w dolnej części ze ścianą otworu, a w górnej części z poprzednią kolumną rur o większej średnicy [6, 10, 11]. Tłoczony przez przestrzeń pierścieniową zaczyn cementowy wypiera płuczkę, jednakże nie jest on w stanie dostatecznie dobrze usunąć pozostałości po niej. Warunkiem dobrego uszczelnienia zaczynem cementowym, który po związaniu ma uniemożliwić przepływ gazu, jest wcześniejsze dokładne oczyszczenie przestrzeni pierścieniowej z osadu płuczkowego poprzez przetłoczenie cieczy przemywającej. Usunięcie osadu płuczkowego zarówno z powierzchni formacji skalnej, jak i rur okładzinowych wpływa na poprawę uszczelnienia oraz umożliwia wyeliminowanie niepożądanego zjawiska migracji gazu na kontakcie płaszcza cementowego z rurą okładzinową oraz formacją skalną [2, 4, 21, 24]. Problem poprawy szczelności otworów wiertniczych przyczynił się do poszerzenia kierunku badań nad odpowiednim przygotowaniem przestrzeni pierścieniowej przed cementowaniem. W tym celu prowadzone są badania nad usunięciem osadu płuczkowego, zarówno z formacji skalnej, jak i z powierzchni rur okładzinowych. Odpowiednio dobrana ciecz przemywająca powinna wykazywać skuteczność pod względem usuwania osadu z powierzchni skały oraz z powierzchni rury. Jednak w celu osiągnięcia wymaganych rezultatów każdą powierzchnię (rury okładzinowe, formacja skalna) należy rozpatrywać indywidualnie [5, 8, 9]. Dlatego też w niniejszej publikacji omówiona została metodyka badań usuwania osadu poprzez wykorzystanie wiskozymetru obrotowego oraz skuteczność usuwania osadu płuczkowego z powierzchni kolumny rur okładzinowych. Przeprowadzenie badań przy użyciu wiskozymetru obrotowego podyktowane było tym, że niemal każde laboratorium zaczynów cementowych posiada na wyposażeniu tego rodzaju urządzenie. W trakcie badań wykonano testy dla różnych środków, których dobór, zarówno ilościowy, jak i jakościowy, umożliwiał poprawienie efektywności usuwania osadu płuczkowego. Badania skuteczności usuwania osadu prowadzone były na podstawie porównania uzyskanych wyników w stosunku do próbki wzorcowej, którą było usunięcie osadu przy użyciu wody. Analiza uzyskanych wyników badań umożliwiła wytypowanie cieczy o najlepszej efektywności oczyszczania powierzchni kolumny rur okładzinowych z wytworzonego osadu płuczkowego.

EN

Ensuring proper sealing-off of the borehole and elimination of uncontrolled flows of gas, mainly consists in sealing the casing string by filling the annular space with cement slurry. Such action additionally stabilizes the casing string by binding it in the lower part of the casings with the borehole wall, and in the upper part with the previous casings of larger diameter. During the pumping of cement slurry, drilling mud is removed form annular space, but it is not always possible to sufficiently remove residues from the mud. In order to properly seal the borehole with cement slurry, which after binding is designed to prevent the flow of gas, it is necessary to thoroughly clean the annular space from mud cake by pumping the preflush fluid. The removal of the filter cake from the rock formation and casing string improves the sealing and eliminates the possibility of undesirable gas migration at the contact of the cement sheath with the casing string and rock formation. The problem of improving the sealing of boreholes has contributed to extend the research on the appropriate preparation of the annular space before cementation. For this purpose, laboratory tests have been carried out on the removal of mud cake from the rock formation and the surface of the casing string. Properly selected preflush fluid should be effective in removing filter cake from the surface of the rock and from the surface of the casing. However, in order to achieve the required results, each surface (casing string, rock formation) should be considered individually. Therefore, this paper discusses the methodology of mud cake removal by using a rotational viscometer and efficiency of removing the mud cake from the surface of the casing string. Conducting the research using a rotational viscometer was dictated by the fact, that almost every cement slurry laboratory, has this type of equipment. During the research, tests were carried out for various agents, the selection of which, both quantitatively and qualitatively enabled the improvement of the removal efficiency of the mud cake. The filter cake removal effectiveness tests were based on a comparison of the obtained results with the reference sample, which was the removal of the mud cake using water. Based on the analysis of the obtained results, the wash fluids with the best efficiency of cleaning the surface of casing string from the mud cake was selected.

10

Influence of the contact time of the preflush fluid with the filter cake on the effectiveness of the purification of the annular space

Kremieniewski M., Rzepka M., Kędzierski M.

Nafta-Gaz

|

2018

|

R. 74, nr 1

29--36

EN

In the process of drilling wells, tightness in the annular space between casing string and beyond is of particular importance. In order to eliminate undesirable gas migration due to lack of tightness, lowered casing string should be sealed by filling the annular space with cement slurry. During the pumping of cement slurry, drilling mud is removed from the annular space. However, cement slurry pumped directly after the mud, cannot sufficient remove residues from the mud. In order to properly seal the borehole with cement slurry, which after binding is designed to prevent the flow of gas, it is necessary to clean the annular space from filter cake by pumping the preflush fluid, and then completely removing the mud by spacer fluid and cement slurry. Fulfilling these conditions and obtaining a properly cleaned annular space prior to cementation can help improve the sealing and to some extent eliminate the possibility of undesirable gas migration at the contact of the cement sheath with the contact surfaces (casing string and rock formation). Taking into account the problem of improving the cleaning of the annular space and related issues, the laboratory tests have been carried out to determine the effect of the contact time of the preflushes on the purification of the annular space. During conducting the laboratory tests used the simplest type of preflush fluid, which was water. Such selection was conditioned by the necessity to demonstrate the effect of contact time on the efficiency of cleaning the annular space, excluding the physicochemical action of the surfactant used in the preflush liquid. In order to pick up changes, control samples were also prepared on which no filter cake was produced. Laboratory tests of the effect of the contact time of the preflush fluid on the purification of the annular space were conducted by determining the adhesion of the cement sheath to the rock formation, from which the previously produced filter cake was removed.

PL

W procesie wiercenia otworów wiertniczych szczególne znaczenie odgrywa zapewnienie szczelności w przestrzeni pierścieniowej pomiędzy kolumnami rur oraz poza nimi. W celu wyeliminowania m.in. niepożądanych zjawisk migracji gazu na skutek braku szczelności należy zapuszczoną kolumnę rur okładzinowych uszczelnić wypełniając przestrzeń pierścieniową lub pozarurową zaczynem cementowym. W trakcie tłoczenia zaczynu cementowego z przestrzeni pierścieniowej wypierana jest płuczka. Jednak tłoczony zaczyn cementowy nie jest w stanie dostatecznie dobrze usunąć pozostałości po płuczce. W celu dobrego uszczelnienia otworu zaczynem, który po związaniu ma za zadanie uniemożliwić przepływ gazu konieczne jest dokładne oczyszczenie przestrzeni pierścieniowej z osadu płuczkowego poprzez przetłoczenie cieczy przemywającej, a następnie całkowite wyparcie płuczki przez ciecz buforową i zaczyn cementowy. Spełnienie tych warunków i uzyskanie odpowiednio oczyszczonej przestrzeni pierścieniowej przed zabiegiem cementowania może przyczynić się do poprawy uszczelnienia i w pewnym stopniu wyeliminować możliwość zachodzenia niepożądanego zjawiska migracji gazu na kontakcie płaszcza cementowego z powierzchniami styku (rurą okładzinową i formacją skalną). Biorąc pod uwagę problem poprawy oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej i związane z nim zagadnienia, przeprowadzone zostały badania laboratoryjne pod kątem określenia wpływu czasu kontaktu cieczy przemywającej na poprawę oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej. Podczas realizacji pracy wykorzystano najprostszy rodzaj cieczy przemywającej, którą była woda. Wybór taki uwarunkowano koniecznością wykazania wpływu czasu kontaktu cieczy przemywającej na skuteczność oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej. Pominięto działanie fizykochemiczne użytych środków powierzchniowo czynnych. W celu wychwycenia zmian efektywności oczyszczania sporządzono również próbkę kontrolną rdzenia skalnego, na której nie wytwarzano osadu płuczkowego. Badania wpływu czasu kontaktu cieczy przemywającej na oczyszczenie przestrzeni pierścieniowej prowadzone były poprzez pomiar przyczepności płaszcza cementowego do formacji skalnej, z której usuwano wytworzony wcześniej osad płuczkowy. Na podstawie tego pomiaru określano skuteczność usunięcia osadu płuczkowego.

11

Hybrydowa ciecz przemywająca do oczyszczania przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego

Kremieniewski M., Rzepka M.

Nafta-Gaz

|

2018

|

R. 74, nr 5

372--379

PL

Zapewnienie szczelności w przestrzeni pierścieniowej pomiędzy kolumnami rur oraz poza nimi odgrywa główną rolę w wyeliminowaniu niekontrolowanych przepływów mediów złożowych. Aby osiągnąć taki efekt należy zapuszczoną kolumnę rur okładzinowych uszczelnić, poprzez wtłoczenie w przestrzeń pierścieniową lub pozarurową zaczynu cementowego. Podczas tłoczenia zaczynu cementowego z przestrzeni pierścieniowej usuwa się płuczkę wiertniczą. Nie zawsze jednak zaczyn cementowy ma możliwość efektywnego usunięcia pozostałości po płuczce. Żeby zabezpieczyć otwór przed ewentualnym przepływem gazu po zacementowaniu, niezbędne jest dokładne oczyszczenie przestrzeni pierścieniowej z osadu płuczkowego, poprzez przetłoczenie odpowiedniej cieczy przemywającej, a następnie całkowite wyparcie płuczki przez ciecz buforową i zaczyn cementowy. Zachowanie tych warunków oraz uzyskanie odpowiednio oczyszczonej przestrzeni pierścieniowej przed zabiegiem cementowania, pozwala uzyskać wymagane uszczelnienie i w pewnym stopniu zminimalizować możliwość zachodzenia niepożądanego zjawiska migracji gazu, na kontakcie płaszcza cementowego z powierzchniami na styku rury okładzinowej i formacji skalnej. Analizując problem poprawy oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej, przeprowadzone zostały badania laboratoryjne nad opracowaniem nowego rodzaju hybrydowej cieczy przemywającej umożliwiającej zwiększenie efektywności usuwania osadu. Działanie cieczy hybrydowej polega zarówno na chemicznym, jak i mechanicznym usuwaniu pozostałości osadu płuczkowego. Podczas realizacji pracy badaniom poddano grupę środków oraz domieszek różnych frakcji stałych, których odpowiedni dobór ilościowy i jakościowy umożliwił zaprojektowanie hybrydowej cieczy przemywającej o bardzo dobrych parametrach oczyszczających. Przeprowadzone zostały badania efektywności usuwania osadu płuczkowego w symulatorze przepływu cieczy wiertniczych. Na podstawie uzyskanych wyników badań stwierdzono, że zarówno działanie środków powierzchniowo czynnych oraz dodatku drobnoziarnistych dodatków ściernych, a także ich odpowiednia koncentracja, przyczyniają się do poprawy efektywności usuwania pozostawionego na powierzchni skały osadu płuczkowego. Badania nad opracowaniem hybrydowej cieczy przemywającej i efektywności jej działania przeprowadzone zostały na podstawie pomiaru przyczepności stwardniałego zaczynu cementowego do formacji skalnej, z której usuwano wytworzony wcześniej osad płuczkowy. Na podstawie analizy uzyskanych wyników oraz ich korelacji z próbkami wzorcowymi, stwierdzono znaczną poprawę efektywności usuwania osadu płuczkowego.

EN

Ensuring sealing-off in the annular space between casing string and beyond, plays an important role in eliminating uncontrolled flows of gaseous media. In order to achieve this effect, it is necessary to seal the casing column by the pumping of the cement slurry, into the annular space. During the pumping of the cement slurry from the annular space, the drilling mud is removed. However, it is not always possible to use cement slurry to effectively remove the remains of the mud. To eliminate the possibility of gas flow after cementing, it is necessary to thoroughly clean the annular space of the mud cake by pumping the preflush fluid, and then completely removing the mud by spacer fluid and cement slurry. Fulfilling these conditions and obtaining a properly cleaned annular space prior to cementation can help to improve the sealing and to some extent eliminate the possibility of undesirable gas migration at the point of contact of the cement sheath with the contact surfaces casing string and rock formation. Analyzing the problem of improving the cleaning of the annular space, laboratory tests have been carried out to develop a new type of hybrid preflush fluid that allows to increase the efficiency of filter cake removal. The hybrid fluid is relies on both chemical and mechanical removal of the residual mud cake. During the research, a group of agents and admixtures of various solid fractions were investigated, the appropriate quantitative and qualitative selection of which made it possible to design a hybrid washing fluid with very good purifying parameters. Tests on the efficiency of removing the filter cake in a drilling fluid flow simulator, was carried out. On the basis of the obtained test results, it was found that both surfactants and fine abrasive additives, as well as their appropriate concentration contributes to the improvement of removal efficiency of the mud cake on the surface of the rock. Research on the development of a hybrid washing fluid and effectiveness of its actions were conducted by determining the adhesion of the cement sheath to the rock formation, from which the previously produced filter cake was removed. Based on the analysis of the obtained results and their correlation to the standard samples, a significant improvement in the efficiency of removal of the mud cake was found.

12

Cement slurries for sealing high temperature and high reservoir pressure boreholes

Rzepka M., Kremieniewski M., Kędzierski M.

Nafta-Gaz

|

2018

|

R. 74, nr 10

739--744

EN

A number of cement slurries proposed for sealing casing string in boreholes, where dynamic temperatures are in the range range from about 110 to about 150o C and pressures from 45 to 90 MPa, were investigated and analyzed in this article. In developing recipes were guided by the requirements to be met by cement slurry for the cementing of casing in the conditions of the occurrence of very high temperatures and reservoir pressures. Before the application of cement slurry in industrial conditions, the density, viscosity, thickening time, cement setting, free water and compressive strength of cement stone were examined. Developed cement slurries for HPHT conditions in research carried out in the Oil and Gas Institute – National Research Institute, had densities in the range from 1865 to 1890 kg/m3 and after appropriate fluidifying were characterized by good rheological parameters. Thickening times of the developed cement slurries ranged from approx. 4 to approx. 6 ½ hours, and can be successfully adjusted (most effectively with a suitably selected additive of sodium lignosulfonate in an amount of about 0,25÷1%). The initial viscosities of the cement slurries tested in the HPHT consistometer were small (about 10 Bc). The course of changes in the consistency of cement slurries was “rectangular”, and time between the consistency of 30 and 100 Bc was generally short (about 10 minutes or less). Cement stones formed after bonding of developed cement slurries were characterized by extremely high mechanical parameters. After 2 days, compressive strength of most tested samples exceeded 25 MPa, and after 7 days of hydration, the compressive strength was about 35 MPa. The cement slurry recipes presented in the article can be used for sealing casing strings in our country or in Ukraine (where cementation is performed in deep boreholes).

PL

W artykule przedstawiono opis i analizę badań szeregu zaczynów cementowych proponowanych do uszczelniania kolumn rur okładzinowych w otworach wiertniczych, w których występują temperatury dynamiczne w zakresie od około 110°C do około 150°C i ciśnienia od 45 MPa do 90 MPa. Przy opracowywaniu receptur kierowano się wymaganiami, jakie powinien spełniać zaczyn cementowy użyty do cementowania rur okładzinowych w warunkach występowania bardzo wysokich temperatur oraz ciśnień złożowych. Przed zastosowaniem zaczynu cementowego w warunkach przemysłowych zwracano uwagę na jego gęstość, lepkość, czas gęstnienia, wiązanie, filtrację, odstój wody oraz wytrzymałość kamienia cementowego na ściskanie. Opracowane w INiG – PIB zaczyny cementowe do warunków HPHT posiadały gęstości od 1865 kg/m3 do 1890 kg/m3 i po odpowiednim upłynnieniu cechowały się dobrymi parametrami reologicznymi. Czasy gęstnienia zaczynów cementowych wynosiły od około 4 godzin do około 6,5 godziny i można je z powodzeniem regulować (najskuteczniej za pomocą odpowiednio dobranego dodatku lignosulfonianu sodowego w ilości około 0,25÷1%). Lepkości początkowe zaczynów badanych w konsystometrze ciśnieniowym były niewielkie (wynosiły około 10 Bc). Przebieg zmian konsystencji zaczynów cementowych miał charakter „prostokątny”, a czas pomiędzy uzyskaniem konsystencji 30 Bc i 100 Bc był z reguły krótki (około 10 minut lub krócej). Kamienie cementowe powstałe po związaniu opracowanych zaczynów cechowały się niezwykle wysokimi parametrami mechanicznymi. Już po 2 dniach wytrzymałość na ściskanie większości badanych próbek przekraczała 25 MPa, natomiast po 7 dniach hydratacji wynosiła około 35 MPa. Zaprezentowane w artykule receptury zaczynów mogą być zastosowane podczas uszczelniania kolumn rur okładzinowych w naszym kraju lub na obszarze Ukrainy (gdzie mamy do czynienia z wykonywaniem prac cementacyjnych w głębokich otworach wiertniczych).

13

Assessment of mechanical parameters and physical and chemical properties of solidified drilling-related waste

Steliga T., Uliasz M., Kotwica Ł., Kremieniewski M.

Gospodarka Surowcami Mineralnymi

|

2018

|

T. 34, z. 1

97--118

EN

Research works were undertaken at the Oil and Gas Institute–National Research Institute, in order to solidify drilling-related waste with the use of Portland cement CEM I 32.5R, hydraulic binder SCQ 25, as well as an additive of sodium water glass fulfilling a function of the binding activator. The aim of the conducted works was to assess the efficiency of the solidification of drilling-related waste in terms of the possibility of its further use or storage. Drilling-related waste solidified with individual components was subjected to tests in terms of the possibility of its deposition on a landfill for hazardous waste according to the Regulation of the Minister of Economy and Labor dated January 8, 2013 on the Criteria and Procedures of Approval of Waste for Storage at a Landfill for a Specific Type of Waste (Journal of Laws of 2013, item 38). The paper presents the optimal methods of the management of drilling-related waste containing the remains of drilling fluid. Attempts of solidification were conducted according to the bases of operation of modern waste management, taking the possible harmfulness of the generated waste on the environment into account. The test material was the drilling-related waste from the B-1 and P-1 opening drilled with the use of bentonite drilling fluid and salted polymer-potassium drilling fluid, while the disposal through solidification was conducted by offering a new technology of solidification developed at INiG-PIB with the use of binding agents selected based on laboratory tests (sodium water glass + additives of hydraulic binder/Portland cement CEM I 32.5R as well as the SCQ 25 binder). The obtained results of the analyses of the leachability of harmful substances after the solidification of drilling waste prove that the solidified samples do not meet the criteria for the acceptance of the obtained semi-finished products to be deposited at a landfill. This is associated with exceeding the acceptable content of dissolved organic carbon (DOC), despite the fact that the obtained (TDS) and remaining indicators were within the range acceptable by the standard. The presented method of immobilization of drilling-related waste allows for the proper selection of the quantitative and qualitative composition of immobilizing agents in the future. Such an activity will contribute to the management of drilling-related waste in a manner neutral to the natural environment.

PL

W Instytucie Nafty i Gazu–Państwowym Instytucie Badawczym podjęto prace badawcze w celu zestalenia odpadów wiertniczych przy użyciu cementu portlandzkiego CEM I 32,5R, spoiwa hydraulicznego SCQ 25 oraz dodatku szkła wodnego sodowego pełniącego funkcję aktywatora wiązania. Celem realizowanych prac była ocena efektywności zestalania odpadów wiertniczych pod kątem możliwości ich dalszego wykorzystania bądź składowania. Zestalone poszczególnymi komponentami odpady wiertnicze poddano badaniom pod kątem możliwości ich składowania na składowisku odpadów niebezpiecznych zgodnie z rozporządzeniem Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 8 stycznia 2013 r. w sprawie kryteriów oraz procedur dopuszczania odpadów do składowania na składowisku odpadów danego typu (Dz. U. z 2013 r. poz. 38). W publikacji przedstawiono optymalne metody zagospodarowania odpadów wiertniczych zawierających pozostałości płuczki wiertniczej. Próby zestalania przeprowadzono zgodnie z podstawami funkcjonowania współczesnej gospodarki odpadami biorąc pod uwagę potencjalną szkodliwość dla środowiska wytwarzanych odpadów. Materiałem badawczym były odpady wiertnicze z otworu B-1 oraz P-1 wiercone przy użyciu płuczki bentonitowej i zasolonej płuczki polimerowo-potasowej, natomiast unieszkodliwianie poprzez zestalanie przeprowadzono proponując nową technologię zestalania opracowaną w INiG-PIB przy użyciu środków wiążących wytypowanych na podstawie badań laboratoryjnych (szkło wodne sodowe + dodatki spoiwa hydraulicznego/cement portlandzki CEM I 32,5R oraz spoiwo SCQ 25). Uzyskane wyniki analiz wymywalności substancji szkodliwych po zestaleniu odpadów wiertniczych dowodzą, że zestalone próbki nie spełniają kryteriów dopuszczenia otrzymanych półproduktów do składowania na składowisku. Związane jest to z przekroczeniem dopuszczalnej zawartości rozpuszczonego węgla organicznego (DOC), pomimo iż uzyskane (TDS) oraz pozostałe wskaźniki zawierały się w przedziale dopuszczalnym przez normę. Przedstawiona metoda immobilizacji odpadów wiertniczych umożliwia w przyszłości odpowiednio dobrać skład ilościowy i jakościowy środków immobilizujących. Działanie takie przyczyni się do zagospodarowania odpadów wiertniczych w sposób neutralny dla środowiska naturalnego.

14

Prevention of gas migration in the area of the Carpathian Foothills in the laboratory tests

Uliasz M., Kremieniewski M.

AGH Drilling, Oil, Gas

|

2018

|

Vol. 35, no. 1

19--30

EN

In the area of the Carpathian Foothills, gas exhalations are a frequently observed phenomenon. It is connected with the presence of many shallow gas horizons in the autochthonous Miocene. In addition, gas migration effect is intensified due to the complicated geological structure in this region. During drilling boreholes, one of the most important requirements is to ensure adequate tightness in the annular space. In connection with the above, laboratory tests were carried out in the Oil and Gas Institute - National Research Institute, whose aim was to assess the impact of applied drilling fluids on the degree of sealing the annular space on the contact hardened cement slurry - rock formation, for specific geological and technical conditions. The result of the conducted research work was a modification of the composition of washing fluids in terms of improving the efficiency of their impact on the wall of borehole and removal of mudcake formed by the drilling muds, as well as modification of cement slurry formulations by application appropriate additives to prevent gas migration. During research work have been indicated potential causes of gas migration from the annular space in the selected holes drilled in the Carpathian Foothills and preventive actions aimed at reduction gas migration and exhalation.

15

Microstructure of porous space in cement sheath used for sealing oil wells

Kremieniewski M., Rzepka M., Stryczek S., Wiśniowski R.

AGH Drilling, Oil, Gas

|

2018

|

Vol. 35, no. 3

433--442

EN

The effect of cement slurry modification on the microstructure of the annular space in a wellbore is presented in this paper. An admixture of macromolecular copolymer GS was used, which is usually applied in cement slurry technology to counteract gas migration by the binding cement slurry. The copolymer addition also results in sealing up the cement matrix at the stage of the binding and formation of hardened cement slurry. The modification of a slurry composition with this admixture results in the fact that the cement matrix has low porosity and is strongly compact. Consequently, a significantly higher number of micropores with small diameters are formed than those with larger micropores in the analyzed hardened cement slurry sample. An admixture of a macromolecular copolymer (7 wt.% of the cement) was added and 10% of the latex was removed from the recipe to show the influence of the modified recipe on the microstructure of the cement sheath. Thanks to this modification, the microcement participation could be reduced by 50% with the simultaneously improved quality of the most important technological parameters of fresh and hardened cement slurry. The basic and modified recipes were analyzed. The following parameters of the slurry were determined: rheology, filtration, water settlement, and time of densification. The influence of the modified slurry on the parameters describing the microstructure of the hardened slurry was analyzed for the hardened slurry (i.e., porosimetric porosity and microtomographic porosity). The microstructure of a sample fracture was also investigated. The analyses were conducted for recipes of slurries to be used for sealing wells at a temperature of 40°C and pressure of 10 MPa.

16

Improving the efficiency of cleaning annular space with a new flushing fluid

Kremieniewski M., Rzepka M., Stryczek S., Wiśniowski R.

AGH Drilling, Oil, Gas

|

2018

|

Vol. 35, no. 1

219--233

EN

One of the most important conditions to be met when cementing casing columns is obtaining appropriate tightness of the sealed interval, otherwise gas will have to be released from the annular space due to the dangerously high pressure in the upper part of the well. Gas migrating along the well in the annular space can penetrate directly the soil, groundwater or atmosphere. To counteract these unfavorable effects the casing columns are sealed and the annular space filled with appropriate cement slurry. During injection, the slurry displaces mud from the annular space. However mud residue left out in the wellbore walls may cause that the slurry does not bond the rock sufficiently well and consequently gas may flow on the hardened cement slurry/rock/casing contact. This effect can be eliminated by thorough cleaning of the annular space from mud cake with flush fluid, followed by its complete displacement with buffer fluid and cement slurry. Hence it is crucial for the efficiency of cementing to precede this job with thorough cleaning of the annular space with appropriate flush fluids. Laboratory experiments were undertaken to work out a new flush fluid with which the efficiency of removal of filtration cake from the wellbore walls and the cleaning of the annular space will be improved. Tests were performed for a group of agents, which appropriately selected as far as their quantity and quality is concerned, could create bases for a new type of fluid with very good flushing properties. The efficiency of mud cake removal was analyzed in a mud flow simulator. The analysis of the results revealed that the efficiency of removal of the mud cake on the rock surface can be improved by synergic operation of surfactants and surface active agent, when they are used in good concentrations. The influence of the injection volume and duration of contact of the flush fluid with the rock were taken into account as the main emphasis was on how to increase the efficiency of the designed fluid on the near well zone. The works on the new recipe of flush fluid and its efficiency were based on the measurement of adhesiveness of hardened cement slurry and the rock sample, from which mud cake was removed with the use of flush fluid. The analysis of the laboratory results shows that the efficiency of mud cake removal was considerably increased when the presented flush fluid was applied.

17

Poprawa stabilności sedymentacyjnej zaczynów cementowych

Kremieniewski M.

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2017

|

nr 216

1--156

PL

Uszczelnienie kolumn rur okładzinowych w otworach kierunkowych i horyzontalnych stanowi swego rodzaju wyzwanie dla inżynierów z uwagi na specyficzne wymogi stawiane cieczom wiertniczym. Podczas projektowania zaczynów cementowych przeznaczonych do uszczelniania otworów horyzontalnych niezbędne jest uzyskanie odpowiednich parametrów technologicznych, ale przede wszystkim właściwej stabilności sedymentacyjnej zaczynu. Jest to związane z faktem, że na skutek braku stabilności sedymentacyjnej następuje nadmierne frakcjonowanie dodatków i domieszek obecnych w składzie zaczynu cementowego, który po związaniu wykazywał będzie anizotropię struktury rozpatrywanego ośrodka. Efekt powyższego stanowi obniżenie wartości parametrów płaszcza cementowego w górnych partiach uszczelnianego interwału. W celu wyeliminowania tego niepożądanego zjawiska realizowano pracę nad poprawą stabilności sedymentacyjnej zaczynów cementowych. W części ogólnej książki omawiającej zagadnienie poprawy stabilności sedymentacyjnej zaczynów cementowych przedstawiono studium literaturowe dotyczące zagadnień mających wpływ na wyeliminowanie frakcjonowania zaczynu. Przedstawiono również charakterystykę dodatków i domieszek przeciwdziałających frakcjonowaniu zaczynu cementowego. Część doświadczalna prezentuje wyniki badań laboratoryjnych, w których podczas badań wstępnych wytypowano grupę środków poprawiających stabilność zaczynu, a następnie, stosując odpowiednie ilości tych środków, opracowano nieulegające frakcjonowaniu zaczyny przeznaczone do stosowania w określonych warunkach otworowych (temperatura od 30°C do 90°C oraz ciśnienie od 5 MPa do 35 MPa). Kolejnym etapem badań było ustalenie wpływu sedymentacji zaczynu na anizotropię struktury płaszcza cementowego. Zrealizowane prace badawcze pozwoliły zdefiniować wpływ stosowanych dodatków i domieszek na stabilność sedymentacyjną zaczynu cementowego, a następnie wyeliminować jego frakcjonowanie. Na podstawie analizy uzyskanych wyników badań dobrano optymalne składy ilościowe i jakościowe dodatków i domieszek do zaczynów w celu wyeliminowania sedymentacji. W książce przedstawiono grupę receptur zaczynów cementowych nieulegających sedymentacji, przeznaczonych do uszczelniania otworów w określonych warunkach otworowych.

EN

Sealing of casing strings in directional and horizontal wells is a challenge for engineers due to the specific requirements of drilling fluids. When designing cement slurries for sealing horizontal wells, it is necessary to obtain the relevant technological parameters, but above all, appropriate sedimentation stability of cement slurry. This is related to the fact, that due to the lack of sedimentation stability, there is excessive fractionation of the additives and admixtures present in the cement slurry, which after binding, will exhibit anisotropy of the structure. The result is a reduction in the value of the cement sheath parameters in the upper sealed parts of the sealed interval. In order to eliminate this undesirable phenomenon, a research was carried out to improve the sedimentation stability of cement slurries. In the general part of book, the issue of improving the sedimentation stability of the cement slurry is discussed, and a literature study was presented on issues affecting the elimination of cement slurries fractionation. It also presents the characteristic of anti-fractionation additives and admixtures. The experimental section presents the results of laboratory tests, where, a group of additives to improve the stability of the cement slurry were selected during initial tests and then using certain amounts of these agents, the non-fractionated slurries intended for use in specific hole conditions (temperature of 30°C to 90°C and pressure from 5 MPa to 35 MPa) were developed. The next stage of the study was to determine the effect of cement slurry sedimentation on the anisotropy of the cement sheath structure. The research work allowed to determine the effect of the used additives and admixtures on the sedimentation stability of the cement slurry, and then eliminate the fractionation. Based on the analysis of the obtained results, optimum quantitative and qualitative compositions of additives and admixtures for slurry to eliminate sedimentation were chosen. The book presents a group on non-sedimented cement slurry recipes designed for the sealing of wells under specific hole conditions.

18

Wpływ perlitu pylistego na własności technologiczne zaczynu cementowego

Kremieniewski M., Rzepka M.

Nafta-Gaz

|

2017

|

R. 73, nr 12

943--952

PL

W artykule przedstawiono wpływ domieszki perlitu pylistego na parametry zarówno świeżego, jak również stwardniałego zaczynu cementowego. Obecność perlitu w technologiach budowlanych znana jest już od dłuższego czasu, jednak w przemyśle naftowym nie był on wykorzystywany. Dlatego też postanowiono poddać badaniom zaczyny cementowe z domieszką najdrobniejszych frakcji perlitu, który określa się mianem perlitu pylistego bądź perlitu filtracyjnego. Środka tego użyto w celu regulacji parametrów technologicznych świeżego zaczynu cementowego oraz poprawy mikrostruktury płaszcza cementowego. Drobne frakcje dodatków i domieszek umożliwiają z reguły wypełnienie przestrzeni międzyziarnowych, dzięki czemu możliwe jest uzyskanie szczelnej matrycy płaszcza cementowego. Wspomnieć należy, iż dodatkowa cecha perlitu, którą jest jego bardzo niski ciężar właściwy, umożliwia zaprojektowanie zaczynu cementowego o obniżonej gęstości. Jest to korzystne na przykład podczas uszczelniania horyzontów wykazujących prawdopodobieństwo ucieczek podczas prac rekonstrukcyjnych lub posiadających niskie gradienty szczelinowania. Jednak w tym celu stosowane są znacznie większe ilości tego środka. W trakcie realizacji prac badawczych, których celem było określenie wpływu domieszki perlitu na parametry technologiczne zaczynu cementowego, zastosowano perlit pylisty 0,5% w stosunku do ilości masy cementu. W celu wychwycenia zmian w parametrach zaczynów sporządzono receptury kontrolne. Określone zostały takie właściwości zaczynu jak: parametry reologiczne, filtracja, czas gęstnienia, odstój wody, stabilność sedymentacyjna. Dla próbek stwardniałych zaczynów określono wpływ domieszki na parametry mechaniczne (wytrzymałość na ściskanie) i parametry fizykomechaniczne (przyczepność do rur stalowych i przyczepność do formacji skalnej). Dodatkowo stwardniały zaczyn cementowy poddano badaniom opisującym mikrostrukturę próbki i wykonano badania porowatości oraz przepuszczalności. W celu określenia wpływu domieszki perlitu pylistego na parametry zaczynu i powstałego z niego stwardniałego zaczynu, badania przeprowadzone zostały dla receptur przeznaczonych do uszczelniania otworów w warunkach otworowych o temperaturze od 30°C do 90°C oraz ciśnieniu od 5 MPa do 35 MPa.

EN

The article presents the effect of perlite admixture on the parameters of fresh and set cement slurry. The presence of perlite in construction technologies has been known for a long time, however, in the oil industry, perlite has not been used. Therefore, it was decided to undertake research on cement slurries with the admixture of the finest fractions of perlite, which are called perlite dust or filter perlite. This agent was used to adjust the technological parameters of fresh cement slurry and enhance the microstructure of cement sheath. Fine fractions of filler additives and admixtures usually fill the intergranular space, which makes it possible to obtain a sealed matrix of the cement sheath. It should be mentioned that an additional feature of perlite, which is its very low specific gravity, is that it allows the design of a low density cement slurry. This is an advantage when, for example: sealing the horizons with probability of leakage during reconstruction work or low pressure gradient. However, much larger amounts of this agent are used for this purpose. During research, which were aimed at investigating the effect of perlite admixture on the technological parameters of the cement slurry, perlite dust was used in a specified (0.5%) amount to weight of cement. In order to detect the changes in the parameters of slurries, base cement slurry was prepared. The properties of the cement slurry such as: rheological parameters, fluid loss, thickening time, free water and sedimentation stability were determined. For samples of hardened cement slurry, the effect of the admixture on mechanical parameters (compressive strength), physico-mechanical parameters (adhesion to steel pipes and adhesion to rock formation) were determined. In addition, the set cement slurry was subjected to microstructure analysis and porosity and permeability tests were also performed. In order to determine the effect of dust perlite on the parameters of fresh and hardened cement slurry, tests were conducted for cement slurries designed to seal wells under hole conditions of 30°C to 90°C and pressure from 5 MPa to 35 MPa.

19

Wodna dyspersja bezpostaciowej krzemionki jako dodatek poprawiający parametry technologiczne zaczynu cementowego

Kremieniewski M., Rzepka M.

Nafta-Gaz

|

2017

|

R. 73, nr 10

750--759

PL

W celu uzyskania wymaganych parametrów technologicznych zarówno świeżego (płynnego), jak i stwardniałego zaczynu cementowego projektowane receptury poddawane są ciągłym modyfikacjom. Obecne w składzie zaczynu dodatki i domieszki wywierają wpływ na jego poszczególne właściwości, jednak zdarza się, że poprawa jednego parametru skutkować może jednocześnie pogorszeniem innego. Należy tak dobierać stosowane środki, aby w miarę możliwości uzyskać wymagane wartości konkretnych parametrów przy jednoczesnym zachowaniu na stałym (niezmiennym) poziomie pozostałych cech technologicznych zaczynu cementowego. Zdarza się, iż w trakcie prowadzenia prac badawczych uzyskuje się wyniki, które pozwalają stwierdzić, że stosowany dodatek powoduje poprawę wielu parametrów technologicznych zaczynu cementowego, co zostało omówione w niniejszym artykule. W trakcie realizacji prac badawczych wykazano korzystny wpływ dodatku wodnej dyspersji bezpostaciowej krzemionki na parametry świeżego i stwardniałego zaczynu cementowego i zastosowano dodatek szkła wodnego sodowego CB75 w określonej ilości w stosunku do ilości wody zarobowej. W celu potwierdzenia poprawy badanych parametrów technologicznych sporządzono kontrolne receptury zaczynów. Określone zostały takie własności zaczynu jak: parametry reologiczne, filtracja, czas gęstnienia, odstój wody, stabilność sedymentacyjna. Dla próbek stwardniałych zaczynów ustalono wpływ dodatku CB75 na parametry mechaniczne (wytrzymałość na ściskanie), parametry fizykomechaniczne (przyczepność do rur stalowych i przyczepność do formacji skalnej). Ponadto stwardniały zaczyn cementowy poddano analizom opisującym mikrostrukturę próbki i wykonano badania porowatości oraz przepuszczalności. W celu potwierdzenia poprawy parametrów świeżego i stwardniałego zaczynu badania przeprowadzone zostały dla receptur przeznaczonych do uszczelniania otworów w warunkach otworowych w temperaturze od 30°C do 90°C oraz przy ciśnieniu od 5 MPa do 35 MPa.

EN

In order to obtain the required technological parameters of both fresh (liquid) and hardened cement slurry, the designed recipes are subjected to constant modifications. The additives and admixtures present in the cement slurries formulas affect the various parameters of cement slurry, however, it may happen that the improvement of a given parameter can result in the deterioration of another parameter. The additives should be selected so that, where possible, the required values of the specific parameters will be achieved while maintaining at the constant (unchanging) level the other technological characteristics of the cement slurry. It is sometimes the case that during the implementation of the research, obtained results show that the additive used improves many of the technological parameters of the cement slurry, as discussed in this article. During the research work, the beneficial effects of the addition of an aqueous dispersion of amorphous silica on the parameters of fresh and set cement slurry have been shown. The CB75 water glass was added in a specific quantity in relation to the amount of water used. In order to confirm the improvement of the tested technological parameters, base cement slurries were prepared. The properties of the cement slurry such as: theological parameters, fluid loss, thickening time, free water and sedimentation stability were determined. For samples of hardened cement slurry, the effect of the CB75 addition on the mechanical parameters (compressive strength), physico-mechaical parameters (adhesion to steel pipes and adhesion to rock formation) were determined. In addition, the set cement slurry was subjected to microstructure analysis and porosity and permeability tests were also performed. In order to confirm the improvement of the parameters of fresh and hardened cement slurry, tests were conducted for cement slurries designed to seal wells under hole conditions of 30°C to 90°C and pressure from 5 MPa to 35 MPa.

20

Poprawa stabilności sedymentacyjnej zaczynu cementowego

Kremieniewski M.

Nafta-Gaz

|

2017

|

R. 73, nr 4

242--249

PL

Prawidłowy dobór parametrów zaczynu cementowego w dużej mierze decyduje o skuteczności zaizolowania przestrzeni międzyrurowej i pozaruruowej. Należy mieć na uwadze fakt, że wymagania dotyczące parametrów zaczynów uszczelniających są zróżnicowane w zależności od wielu czynników, do których należy także konstrukcja i przeznaczenie otworu wiertniczego. Jednolita struktura płynnego zaczynu oraz powstałego po związaniu płaszcza cementowego jest istotna z punktu widzenia szczelności otworu wiertniczego. W artykule przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych w celu poprawy stabilności sedymentacyjnej zaczynów cementowych przeznaczonych do uszczelniania kolumn rur okładzinowych w kierunkowych i poziomych otworach wiertniczych. Podczas badań laboratoryjnych wykorzystywano stosowane dotychczas oraz nowe środki zapobiegające segregacji ziaren zaczynu cementowego. Zrealizowane prace badawcze mające na celu określenie możliwości poprawy stabilności sedymentacyjnej zaczynu skutkowały wytypowaniem grupy środków przeznaczonych do zaczynów mających tendencję do segregacji drobnych frakcji. Opracowane składy charakteryzują się homogeniczną strukturą płynnego zaczynu cementowego, który nie wykazuje tendencji do segregowania ziaren pod wpływem sił grawitacji. Powstały z takiego zaczynu płaszcz cementowy posiada izotropową mikrostrukturę o jednakowych parametrach mechanicznych i fizykomechanicznych w całym odcinku uszczelnianego interwału.

EN

Appropriate selection of cement slurries properties largely determines the effectiveness of the insulate of inter-tubular and annular space. It is important to bear in mind that the requirements of cement slurries parameters vary, depending on many factors, which also include the construction and purpose of the borehole. Uniform texture, of both fresh cement slurry and cement sheath after setting, is important for tightness of the well. The article presents the laboratory test results that were conducted with the purpose of improving the sedimentation stability of cement slurries for sealing off casing for directional and horizontal drilling. During the laboratory tests, previously used and novel additives to prevent segregation of cement slurries grains were applied. Accomplished research for determined opportunities to improve the sedimentation stability of cement slurries, resulted in the selection of the additives dosed to cement slurries, which tend to segregate fine fractions. Developed recipes were characterized by the homogeneous structure of fresh cement slurries, which do not tend to segregate the grains due to the gravitational forces. Obtained cement sheath was characterized by isotropic microstructure of the same mechanical and physiomechanical parameters throughout the whole sealing intervals.