Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

Jasiński Bartłomiej, Uliasz Małgorzata, Zima Grzegorz, Błaż Sławomir

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 3

171--183

PL

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

EN

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

2

Porównanie wyników metod pomiaru skuteczności usuwania osadu płuczkowego

Kremieniewski Marcin

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 1

34--46

PL

Odpowiednie oczyszczenie przestrzeni pierścieniowej przed zabiegiem cementowania jest jednym z ważniejszych czynników mających wpływ na prawidłowe uszczelnienie kolumny rur okładzinowych. Nieodpowiednie lub niecałkowite usunięcie płuczki lub pozostałości osadu płuczkowego może skutkować powstawaniem niekontrolowanych wypływów gazu (migracji bądź ekshalacji) na kontakcie płaszcza cementowego z formacją skalną oraz z powierzchnią zapuszczonych rur okładzinowych. Związane jest to z brakiem kompatybilności płuczki i tłoczonego po niej zaczynu cementowego, co objawia się tworzeniem na ścianach otworu żelujących kanalików, umożliwiających przepływ gazu. Dodatkowo brak odpowiedniego oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej powodował będzie obniżenie wartości przyczepności płaszcza cementowego do powierzchni styku. Wynikiem powyższego może być brak odpowiedniej stabilizacji kolumny rur poprzez osłabione jej zespolenie w dolnej części ze ścianą otworu, a w górnej części z poprzednią kolumną rur o większej średnicy. W związku z tym w celu poprawy zarówno szczelności odwiertu, jak też jakości stanu zacementowania prowadzi się badania laboratoryjne efektywności oczyszczania przestrzeni pierścieniowej poprzez pomiar skuteczności usuwania osadu płuczkowego. Dotychczas pomiar skuteczności usuwania osadu lub działania cieczy przemywającej prowadzony był przy użyciu wiskozymetru obrotowego. Podczas badania osad płuczkowy wytwarzany jest na powierzchni rotora, a następnie usuwany za pomocą cieczy przemywającej. W ostatnim czasie w INiG – PIB opracowano nową metodę pomiaru skuteczności usuwania osadu płuczkowego przez zastosowanie nowo zaprojektowanego symulatora przepływu cieczy wiertniczych (patent P.423842). Urządzenie pozwala na symulację przepływu cieczy wiertniczej (płuczki, cieczy przemywającej, buforu) w symulowanej przestrzeni pierścieniowej. Możliwy jest dobór parametrów przepływu (wydatku tłoczenia) oraz czasu kontaktu cieczy z badaną powierzchnią. Ze względu na zróżnicowanie zasad pomiaru podczas badań przy użyciu wiskozymetru i symulatora – postanowiono przeprowadzić badania porównawcze w celu określenia stopnia zbieżności omawianych metod. Badania polegały na ocenie skuteczności usuwania tego samego rodzaju osadu przez te same ciecze przemywające, lecz przy użyciu różnych metod pomiaru. Uzyskane wartości skuteczności usuwania osadu poddano analizie korelacyjnej, na podstawie której możliwe było porównanie wyników analizowanych metod pomiaru.

EN

The proper cleaning of the annular space before cementing is one of the most important factors affecting the proper sealing of the casing column. Inadequate or incomplete removal of the mud cake or residues of the mud may result in the formation of uncontrolled gas outflows (migration or exhalation) at the contact of the cement sheath with the rock formation and with the surface of run-down casing. It is related to the lack of compatibility in the contact of the mud and the cement. Additionally, the lack of proper cleaning of the annular space will reduce the adhesion value of the cement sheath to the contact surface. The result of the above may be the lack of adequate stabilization of the column of pipes due to its weakened connection in the lower part with the wall, and in the upper part with the previous column of larger diameter pipes. Therefore, to improve both the tightness of the borehole as well as the quality of the cementation condition, laboratory tests of the efficiency of cleaning the annular space are carried out by measuring the efficiency of washing mud removal. So far, measuring the efficiency of mud removal or the effect of washing utilization have been done using a rotary viscometer. During the test, a mud cake is produced on the rotor surface and then removed with washing liquid. Recently, the Oil and Gas Institute – National Research Institute developed a new method for measuring the efficiency of drilling mud removal by using a newly developed drilling fluid flow simulator (Patent P.423842). The device enables the simulation of the drilling fluid flow (drilling fluid, washing fluid, spacer) in the simulated annular space. It is possible to select the parameters of the flow (delivery rate) and the contact time of the liquid with the tested surface. Due to the different measurement principles during the tests with the viscometer and the simulator, it was decided to conduct a comparison and determine the degree of convergence of the discussed methods. The same rinsing liquids were tested to remove the same type of mud, but using different measurement methods. The obtained values of mud removal efficiency were subjected to the correlation analysis, which made it possible to compare the results of the analyzed measurement methods.

3

Wpływ temperatury na skuteczność działania cieczy przemywającej stosowanej w zabiegu cementowania otworu wiertniczego

Kędzierski Miłosz, Rzepka Marcin, Kremieniewski Marcin

Nafta-Gaz

|

2019

|

R. 75, nr 4

205--213

PL

W artykule przestawiono wyniki badania wpływu temperatury na skuteczność działania cieczy przemywającej. W wyniku przeprowadzonych badań uzyskano istotne informacje o oddziaływaniu cieczy wiertniczych na rdzeń skalny w warunkach podwyższonej temperatury. Badania zostały przeprowadzone dla dwóch wydatków tłoczenia cieczy przemywającej: 10,0 i 11,2 l/min przy czasie kontaktu cieczy ze skałą wynoszącym 4 i 6 minut. W celu realizacji badań przeprowadzono modyfikację symulatora przepływu cieczy wiertniczych dodając do niego płaszcz grzewczy umożliwiający podgrzanie cieczy wiertniczych do danej temperatury. Badania wykonano dla różnych temperatur: 25°C, 40°C, 60°C.. Do przeprowadzenia badań laboratoryjnych zostały wykorzystane trzy rodzaje płuczek wiertniczych (beziłowa z blokatorami, polimerowo-chlorkowa, solno-barytowa) i zaczynów cementowych stosowanych w warunkach przemysłowych oraz ciecz przemywająca sporządzona w Instytucie Nafty i Gazu – Państwowym Instytucie Badawczym z nowego rodzaju środków. Stopień oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej określono za pomocą przyczepności na kontakcie kamień cementowy–skała. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, iż wraz ze wzrostem temperatury płuczki wiertniczej maleje skuteczność wymywania osadu za pomocą cieczy przemywającej. Skuteczność usuwania osadu płuczkowego uzależniona jest również od wydatku tłoczenia cieczy przemywającej oraz od czasu kontaktu tej cieczy z oczyszczaną powierzchnią. W przypadku każdej z płuczek wiertniczych największą skuteczność działania cieczy przemywającej uzyskano dla wydatku tłoczenia 11,2 l/min przy czasie kontaktu wynoszącym 6 minut w temperaturze 25°C. Najniższy stopnień wymywania osadów płuczkowych po dwudniowym sezonowaniu próbek uzyskano dla wydatku tłoczenia cieczy przemywającej wynoszącym 10,0 l/min i czasie kontaktu 4 minuty w temperaturze 60°C. Uzyskane wyniki przyczepności dla temperatury 25°C zawierały się w przedziale 60–90% wartości bazowej. Wartości przyczepności dla temperatury 40°C mieściły się w zakresie 45–60% przyczepności bazowej, zaś dla temperatury 60°C uzyskane wyniki zawierały się w przedziale 35–45% przyczepności bazowej.

EN

The article presents the results of investigation into the impact of temperature on the effectiveness of preflush fluid. The research showed significant information about the influence of drilling fluids on the rock core in conditions of elevated temperature. The testing was performed for two preflush fluid pumping rate: 10.0 and 11.2 l/min at the fluid contact time of 4 and 6 minutes. In order to carry out the tests, a modification of the drilling fluids flow simulator was made by adding a heating mantle to it, allowing the heating of drilling fluids to a given temperature. The tests were carried out at various temperatures: 25°C, 40°C, 60°C. For laboratory tests various types of drilling muds (non-bentonite drilling mud, potassium chloride-polymer drilling mud, NaCl-barite drilling mud) were used, and cement slurries used in industrial conditions, as well as preflush fluid prepared from a new type of the additives in Oil and Gas Institute – National Research Institute. The degree of cleaning of the annular space was determined by the adhesion on the contact between the cement stone and the rock. Based on the analysis of the obtained results, it was found that the effectiveness of the filter cake removal decreased with the increase of temperature. The effectiveness of the mud cake removal depends on the preflush fluid pumping rate and the contact time of this fluid with the surface being cleaned. For each of the drilling muds, the highest efficiency of the preflush fluid was obtained for a pumping rate of 11.2 l/min with a contact time of 6 minutes at 25°C. The lowest degree of filter cake removal after two-day hydration of the samples was obtained for a preflush fluid pumping rate of 10.0 l/min with a contact time of 6 minutes at 60°C. Obtained adhesion results for the temperature of 25°C were in the range of 60–90% of the base adhesion. The adhesion values for 40°C were in the range of 45–60% of the basic adhesion, while for the temperature of 60°C, the obtained results were in the range of 35–45% of the basic adhesion.

4

Korelacja skuteczności usuwania osadu za pomocą cieczy na osnowie jonowych (anionowych) i niejonowych SPCz

Kremieniewski Marcin

Nafta-Gaz

|

2019

|

R. 75, nr 3

167--177

PL

Poprawa oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego przed zabiegiem cementowania jest bardzo rozbudowanym zagadnieniem. Związane jest to z faktem, że na odpowiednie usunięcie osadu filtracyjnego wpływa wiele czynników, począwszy od technicznych i technologicznych, poprzez hydraulikę i mechanikę płynów, a skończywszy na chemicznych zmianach zachodzących w układach stosowanych cieczy przemywających. Skuteczne oczyszczenie kolumny rur okładzinowych oraz formacji skalnej wpływa na ograniczenie lub wyeliminowanie migracji bądź ekshalacji gazu na kontakcie płaszcza cementowego z elementami przylegającymi (formacja skalna lub rura okładzinowa). Dodatkowo oczyszczenie przestrzeni pierścieniowej przyczynia się do dokładnego związania płaszcza cementowego z powierzchniami styku, co pozwala zminimalizować działanie środowiska korozyjnego na kolumnę rur okładzinowych w czasie wieloletniej eksploatacji odwiertu. W celu uzyskania wymaganego usunięcia osadu płuczkowego podczas przygotowywania otworu do cementowania stosuje się ciecze przemywające na bazie różnych środków. Są to zazwyczaj środki powierzchniowo czynne, które pozwalają na zdyspergowanie pozostałości osadu płuczkowego i jednocześnie nawilżenie powierzchni przestrzeni pierścieniowej, co jest korzystne podczas hydratacji wtłaczanego w kolejnym etapie prac zaczynu cementowego. Problematyka doskonalenia usuwania osadu płuczkowego wiąże się z koniecznością opracowywania nowych cieczy przemywających. W tym celu badaniom poddawane są różnego rodzaju środki charakteryzujące się zróżnicowaną budową i mechanizmem działania. W celu uzyskania wymaganych rezultatów działania cieczy przemywającej należy prowadzić szereg prac badawczych, a na podstawie porównań i analizy uzyskanych rezultatów staje się możliwe otrzymanie wymaganego efektu. W niniejszej publikacji przedstawiono badania efektywności usuwania osadu płuczkowego za pomocą cieczy przemywających sporządzonych na osnowie środków o anionowej oraz niejonowej budowie. Następnie przeprowadzono analizę korelacyjną w celu przedstawienia zależności efektywności usuwania osadu od rodzaju stosowanych środków. Przeprowadzona analiza pozwala na wytypowanie grupy środków charakteryzujących się korzystniejszym działaniem oraz określenie wpływu budowy środka powierzchniowo czynnego na skuteczność jego działania. Podczas realizacji prac badawczych wykonane zostały testy dla różnych stężeń środków anionowych oraz środków niejonowych. Badania skuteczności działania cieczy przemywających przeprowadzono w oparciu o pomiar stopnia usunięcia osadu płuczkowego z powierzchni rotora wiskozymetru obrotowego. Podczas prowadzenia badań zastosowano zakres koncentracji środków powierzchniowo czynnych w przedziale od 0,1% do 10%.

EN

Improving the cleaning of the annular space sealing before cementing is a very complex issue. This is due to the fact that the appropriate removal of filtering sludge is influenced by many factors ranging from technical and technological, through hydraulics and fluid mechanics, and ending with chemical changes occurring in the systems of used washing liquids. Effective cleaning of the drill pipes and rock formation reduces or eliminates migration or exhalation of gas on the contact of the cement with adjoining elements (rock formation or casing). In addition, the cleaning of the annular space contributes to the precise bonding of the cement with the contact surfaces, which minimizes the corrosive environment’s impact on the column of casing pipes during long-term exploitation of the well. In order to obtain the required removal of the mud sludge during the preparation of the cementing, washing liquids based on various means are used. These are usually surfactants that allow to disperse the residue of the sludge and simultaneously moisturize the surface of the annular space, which is beneficial during the hydration of the cement slurry pressed in the next stage. The problem of improving the removal of mud sludge involves the need to develop new washing liquids. To this end, various types of measures characterized by diversified structure and mechanism of action are subjected to research. In order to obtain the required results of the action of the washing liquid, a number of research works should be carried out, and based on comparisons and analysis of the results obtained, it becomes possible to obtain the required effect. This publication presents studies on the effectiveness of removing mud sludge with the use of washing liquids prepared on the basis of anionic agents and non-ionic construction. Then a correlation analysis was carried out in order to present the dependence of the efficiency of sludge removal on the type of measures used. The conducted analysis allows to select a group of agents characterized by a more beneficial effect, and to determine the impact of the surfactant structure on its effectiveness. During the research work, tests were carried out for various concentrations of anionic agents and non-ionic agents. The tests of the effectiveness of the washing liquids were carried out based on the measurement of the degree of removal of the sludge from the rotor surface of the viscometer. During the tests, the concentration range of surfactants used was in the range of 0.1% to 10%.

5

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.

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

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.

8

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.

9

Nowe rodzaje cieczy przemywających osady z płuczki inwersyjnej przed zabiegiem cementowania otworów wiertniczych

Błaż S.

Nafta-Gaz

|

2017

|

R. 73, nr 5

302--311

PL

Cementowanie rur okładzinowych do ścian otworu jest niezwykle ważnym etapem w procesie wiercenia, uzależnionym przede wszystkim od właściwego oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej z płuczki wiertniczej i powstałych w trakcie wiercenia osadów filtracyjnych. Jednym z głównych wymogów stawianych przed zabiegiem cementowania jest uzyskanie maksymalnie szczelnego wypełnienia przestrzeni pierścieniowej i trwałego połączenia między rurami a ścianą otworu. Odpowiednie przygotowanie otworu do zabiegu cementowania zakłada wytłoczenie płuczki i usunięcie ze ścian otworu powstałych osadów filtracyjnych i zanieczyszczeń. Proces oczyszczania otworu nabiera szczególnej wagi podczas zastosowania do wiercenia płuczki olejowodyspersyjnej. Płuczki olejowodyspersyjne to jedne z najmniej kompatybilnych cieczy wiertniczych z zaczynem cementowym. Nieprawidłowe wytłoczenie płuczki i pozostawienie nieusuniętej warstwy olejowej na ścianach otworu może być przyczyną zanieczyszczenia zaczynu cementowego płuczką, nieprawidłowego wypełnienia przestrzeni pierścieniowej przez zaczyn, zmniejszenia przyczepności związanego zaczynu cementowego do ściany otworu i rur okładzinowych, zmniejszonej integralności strukturalnej i słabej izolacji międzystrefowej. W artykule przedstawiono badania laboratoryjne nad opracowaniem składu cieczy przemywającej skutecznie rozpuszczającej i usuwającej zanieczyszczenia olejowe powstałe podczas wiercenia otworu po płuczce inwersyjnej przed zabiegiem cementowania kolumn rur okładzinowych. Opracowana ciecz przemywająca powinna charakteryzować się wysoką skutecznością oczyszczania osadów z płuczki olejowodyspersyjnej, być kompatybilna z płuczką wiertniczą i zaczynem cementowym oraz zapobiegać tworzeniu się emulsji wodno-olejowych. Zastosowanie nowo opracowanej cieczy przemywającej przed zabiegiem cementowania powinno także wpłynąć na zwiększenie przyczepności zaczynu cementowego do ścian otworu i lepsze wypełnienie przestrzeni pierścieniowej.

EN

Casing cementing is an extremely important step in the drilling process, which is primarily dependent on the proper cleaning of the annular space, which involves the removal of drilling mud and filter cake. The main goals of cementing is to get the maximum/tightest filling of the annular space and a permanent connection between casing and wall. Proper preparation of the hole before the cementing operation involves removing of drilling mud from the hole and cleaning filter cake from the wall. Cleaning the borehole becomes particularly important when oil-based mud was used during drilling. This is due to the fact that the oil-based drilling muds are not very compatible with cement slurries. Incomplete removal of mud and leaving a layer of oil on the wall of the hole, can cause problems such as cement slurry pollution, improper filling of annular space, reduced adhesion between cement and wall, and reduced structural integrity. The article presents studies on the development of preflush fluid composition, which effectively dissolves and removes contaminants generated during drilling with invert emulsion drilling mud. Designed preflush fluid should be characterized by a high efficiency of filter cake, be compatible with drilling mud and cement slurry and prevent the formation of oil-in-water emulsion. The use of newly developed preflush fluid before cementing should also lead to increased adhesion of cement slurry to the wall and allow for better annular space filling.

10

Ocena wpływu cieczy przemywających na jakość zacementowania rur w otworze wiertniczym po użyciu płuczki glikolowo-potasowej

Jasiński B.

Nafta-Gaz

|

2016

|

R. 72, nr 6

413--421

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych nad sformułowaniem składu cieczy przemywających pozwalających uzyskać wysoką jakość zacementowania kolumn rur okładzinowych po stosowaniu przy wierceniu płuczki glikolowopotasowej. W toku badań sprawdzono wpływ pięciu rodzajów cieczy przemywających oraz wody na wartość przyczepności na kontakcie stwardniały zaczyn cementowy–skała. Zacementowane próbki rdzeni skalnych były sezonowane w temperaturze 20°C oraz 80°C przez okres dwóch i siedmiu dni, a następnie wyniki badania przyczepności odnoszono do przyczepności bazowej. Po analizie uzyskanych rezultatów wytypowano środki, których użycie zapewnia najwyższą efektywność usuwania osadu wytworzonego przez płuczkę wiertniczą.

EN

The article presents results of laboratory tests, on the formulation of wash fluids composition, which allow to obtain high quality casing cementing after using glycol based drilling mud. During the studies the impact of five types of wash fluids, on the value of adhesion between set cement slurry and rock was tested. Cemented rock cores were kept at 20°C and 80°C for a period of two and seven days, and then the adhesion test results were compared to the base adhesion. After analysis of the obtained results, several agents were selected, the use of which provides the highest efficiency in the removal of mud cake created by the drilling fluid.