Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Badania nad opracowaniem hybrydowej cieczy buforowej

Kremieniewski Marcin, Kędzierski Miłosz

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 8

517--526

PL

W trakcie tłoczenia zaczynu cementowego w wypełnianej nim przestrzeni pierścieniowej usuwana jest płuczka wiertnicza. Tłoczony po płuczce zaczyn cementowy usuwa pozostałości osadu płuczkowego. W celu dobrego uszczelnienia otworu zaczynem, który po związaniu uniemożliwi przepływ gazu, niezbędne jest dokładne oczyszczenie przestrzeni pierścieniowej z osadu płuczkowego poprzez przetłoczenie sekwencji cieczy wyprzedzających. W pierwszej kolejności tłoczona jest ciecz przemywająca, następnie ciecz buforowa, a po niej tłoczony jest zaczyn cementowy. Uzyskanie odpowiednio oczyszczonej przestrzeni pierścieniowej przed zabiegiem cementowania niewątpliwie wpływa na poprawę uszczelnienia i pozwala wyeliminować lub ograniczyć ewentualności zachodzenia niepożądanego zjawiska mikroprzepływów gazu w przestrzeni pierścieniowej. Jednak tłoczenie cieczy przemywającej w celu zdyspergowania pozostałości osadu płuczkowego, a następnie tłoczenie po niej cieczy buforowej, która wyrównuje parametry reologiczne pomiędzy tłoczonymi cieczami wiertniczymi (niskolepka przemywka – zaczyn cementowy o znacznie większej lepkości plastycznej), powoduje wzrost kosztów zabiegu cementowania. W związku z powyższym postanowiono przeprowadzić prace badawcze nad opracowaniem hybrydowej cieczy buforowej. Zamysł prac badawczych był taki, aby ciecz buforowa posiadała dwufunkcyjny charakter. Z jednej strony hybrydowa ciecz buforowa miała spełniać rolę cieczy buforowej (odpowiednio dobrana gęstość, lepkość i wytrzymałość strukturalna), a z drugiej strony zawarte w cieczy buforowej środki powierzchniowo czynne miały za zadanie oczyszczać przygotowywaną do cementowania przestrzeń pierścieniową. Zastosowanie takiej cieczy powoduje obniżenie kosztów oraz skrócenie czasu przygotowania do zabiegu cementowania. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań nad opracowaniem hybrydowej cieczy buforowej. Przeprowadzone zostały badania oczyszczania przestrzeni pierścieniowej w symulowanych warunkach otworowych. Uzyskane wyniki badań pozwoliły stwierdzić, że opracowana hybrydowa ciecz buforowa wykazuje dwufunkcyjne właściwości i widoczna jest poprawa oczyszczenia powierzchni formacji skalnej w porównaniu do dotychczas stosowanych cieczy przemywających. Niestety stwierdzono również problem dotyczący znacznego żelowania płuczki podczas kontaktu z obecnym w cieczy buforowej cementem. Należy zaznaczyć, iż były to badania pilotażowe, w których osiągnięto tylko częściowe rozwiązanie problemu. Opracowana hybrydowa ciecz buforowa wymaga dalszych badań, które pozwolą wyeliminować żelowanie płuczki podczas kontaktu z tą cieczą. Omówione zagadnienie pozwala przybliżyć badaczom poruszaną problematykę, dzięki czemu w przyszłości możliwe będzie dokładniejsze rozpracowanie danego zagadnienia.

EN

While the cement slurry is being pumped, the drilling mud is removed in the annular space filled with it. The cement slurry pressed after the mud removes residues of mud sludge. In order to properly seal the borehole with cement slurry, which will prevent gas flow after binding, it is necessary to thoroughly clean the annular space from the mud sludge by pumping the sequence of preflush. First, the washing liquid is pumped, then the spacer, followed by the cement slurry. Obtaining a properly cleaned annular space before cementing undoubtedly improves sealing and allows to eliminate or reduce the possibility of the undesirable phenomenon of gas micro flows in the annular space. However, pressing the washing liquid to disperse the residue of the sludge and then pressing the spacer after it, which equalizes the rheological parameters between the pressed drilling fluids (low-viscous washing - cement slurry with much higher plastic viscosity) causes an increase in the costs of cementing. Therefore, it was decided to carry out research on the development of a hybrid spacer. The idea of research was that the spacer had a dual-purpose nature. On the one hand, the hybrid liquid was to act as a spacer (properly selected density, viscosity and structural strength), and on the other hand, the surfactants contained in the spacer were to clean the annular space prepared for cementation. The use of such a liquid reduces costs and shortens the preparation time for cementing. This article presents the results of research on the development of a hybrid spacer. Annular space purification studies were performed under simulated borehole conditions. The obtained research results allowed to state that the developed hybrid spacer has bifunctional properties and an improvement in the cleaning of the rock formation surface is visible compared to the washing liquids used so far. Unfortunately, a problem was also found regarding significant gelation of the mud during contact with the cement present in the spacer. It should be noted that these were pilot studies in which only a partial solution to the problem was achieved. The developed hybrid spacer requires further research to eliminate gelation of the mud during contact with the hybrid spacer. The discussed issue allows researchers themselves to familiarize themselves with the discussed subject, thanks to which in the future it will be possible to further develop given issues.

2

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.

3

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%.

4

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.

5

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.

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

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.

9

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.