Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

Rzepka Marcin, Kędzierski Miłosz

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 3

197--207

PL

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

EN

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

2

Zmiana parametrów zaczynu cementowego w obecności kopolimeru butadienowo- -styrenowo-amidowego

Kątna Ewa

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 9

593--599

PL

Wodna dyspersja kopolimeru butadienowo-styrenowo-amidowego z zastosowaniem środków modyfikujących to najczęściej wykorzystywany rodzaj lateksu w branży wiertniczej. Zaczyny cementowe zawierające ten dodatek nazywane są zaczynami lateksowymi. Zawierają one w składzie od kilku do kilkudziesięciu procent lateksu. Dodatek lateksu do zaczynu w ilości nieprzekraczającej 10% zwykle nie wpływa na właściwości mechaniczne związanego zaczynu cementowego, ale zapobiega migracji gazu. Przy zawartości mniejszej od około 5% masy cementu lateks nie ma znaczącego wpływu na plastyczność. Ilość stosowanego w zaczynie lateksu wpływa na parametry technologiczne decydujące o efektywności uszczelnienia. W związku z tym niezbędne jest prowadzenie badań wpływu zmiany parametrów zaczynu wynikającej z zastosowania dodatku kopolimeru butadienowo-styrenowo-amidowego. W niniejszym artykule, na podstawie badań laboratoryjnych, przedstawione zostały receptury zmodyfikowanych zaczynów cementowych, które charakteryzują się zwiększoną ilością lateksu. Zawartość tego materiału dochodzi do 20%, natomiast w celu doszczelnienia matrycy płaszcza cementowego zastosowano również mikrocement w ilości 50%. Przeprowadzono analizę właściwości technologicznych sporządzonych zaczynów cementowych w przedziale temperatur od 25°C do 60°C. Głównym celem stosowania w zaczynach cementowych dodatku lateksu i mikrocementu jest minimalizowanie lub wyeliminowanie zjawiska migracji gazu oraz powstrzymanie procesu tworzenia się kanałów gazowych w strukturze wiążącego zaczynu cementowego. Przedstawione w publikacji wyniki badań przyczyniają się do projektowania nowych receptur przeznaczonych do uszczelnia- nia otworów w warunkach podwyższonego ryzyka wystąpienia migracji gazu. Tego rodzaju zaczyny mogą być używane do uszczelniania rur okładzinowych w otworach wiertniczych w różnych warunkach geologiczno-złożowych w warunkach temperatury do 60°C i ciśnienia do około 40 MPa.

EN

The aqueous dispersion of butadiene styrene-amide copolymer with the addition of modifying agents is the most commonly used type of latex in the drilling industry. Cement slurries containing this additive are called latex slurries. They contain from a few to several dozen percent of latex. The addition of latex to the slurry in an amount not exceeding 10% usually does not affect the mechanical properties of the bound cement slurry, but prevents gas migration. At less than about 5% by weight of cement, latex has no significant effect on plasticity. The amount of latex used in the slurry affects the technological parameters that determine the effectiveness of the seal. Therefore, it is necessary to conduct research on the effect of changing the parameters of the slurry under the influence of the addition of butadiene styrene-amide copolymer. This article presents, based on laboratory tests, the recipes of modified cement slurries, which are characterized by an increased amount of latex. The amount of this material is up to 20%, while a microcement in the amount of 50% was also used to seal the matrix of the cement sheath. The technological properties of prepared cement slurries were analyzed in the temperature range from 25°C to 60°C. The main objective of the use of latex and microcement in cement slurries is to minimize or eliminate the phenomenon of gas migration and to stop the process of the formation of gas channels in the structure of the binding cement slurry. The research results presented in the publication contribute to the design of new recipes for sealing boreholes in conditions of increased risk of gas migration. This type of slurry can be used to seal casing pipes in boreholes in various geological and deposit conditions under temperature conditions up to 60°C and pressure up to approx. 40 MPa

3

Badania procesu żelowania zaczynów cementowych przeznaczonych do uszczelniania otworów przewiercających płytkie poziomy gazonośne

Rzepka Marcin, Kędzierski Miłosz

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 4

235--243

PL

Niniejszy artykuł przedstawia zagadnienia z zakresu technologii zaczynów uszczelniających dotyczące tzw. procesów żelowania (tzn. narastania statycznej wytrzymałości strukturalnej zaczynów cementowych). Na podstawie badań prowadzonych na świecie można stwierdzić, że tempo żelowania zaczynu cementowego odgrywa istotną rolę w procesie przeciwdziałania ewentualnym ekshalacjom gazowym z przestrzeni pierścieniowej. Po wtłoczeniu zaczynu do otworu (zwłaszcza w strefach, w których występują płytko zalegające horyzonty gazowe) może dojść do tzw. migracji (ekshalacji) medium złożowego (tj. niekontrolowanego wypływu np. gazu z przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego). Do najważniejszych przyczyn powstawania zjawiska migracji gazu z płytkich horyzontów po zabiegu cementowania rur zalicza się niezdolność do utrzymania określonego nadciśnienia przez kolumnę wiążącego zaczynu cementowego oraz zbyt długie wiązanie zaczynu cementowego po zatłoczeniu go do otworu. Zaczyn cementowy po wytłoczeniu poza rury okładzinowe, będący początkowo w stanie płynnym, działa jako ciecz, wywołując określone ciśnienie hydrostatyczne na złoże, np. gazowe. Jednakże po pewnym czasie rozpoczyna się okres budowy statycznej wytrzymałości strukturalnej (SGS, ang. static gel strength), aż do momentu związania cementu. Proces budowy SGS, czyli tzw. żelowania zaczynu cementowego, powoduje ograniczenie zdolności do transmisji (przekazywania) ciśnienia hydrostatycznego na złoże. W Instytucie Nafty i Gazu – Państwowym Instytucie Badawczym przetestowano szereg receptur zaczynów cementowych charakteryzujących się różnym czasem żelowania i wiązania. Zaczyny sporządzane były na bazie m.in.: trzech rodzajów lateksów (o symbolach L1, L2, L3), dwóch rodzajów szkła wodnego (o symbolach S1, S2), krzemionki bezpostaciowej (o symbolu CB), nanokomponentów na bazie n-SiO2 i n-Al2O3 (o symbolach NS i NA) oraz polimeru wielkocząsteczkowego (o symbolu GS). Do testowanych zaczynów stosowano przyspieszacz wiązania w różnych ilościach. Łącznie wykonano badania dla 18 receptur cementowych, co pozwoliło na wytypowanie optymalnych składów zaczynów o krótkich czasach żelowania i wiązania. Próbki zawierające w odpowiedniej koncentracji jeden z rodzajów lateksu, polimer GS, jak i te zawierające n-SiO2 i n-Al2O3 cechowały się bardzo korzystnym przebiegiem krzywej żelowania (narastania statycznej wytrzymałości strukturalnej). Ich czasy przejścia (TT, ang. transition time), odzwierciedlające przebieg żelowania, wynosiły od kilkunastu do kilkudziesięciu minut (co świadczy o ich wysokiej zdolności do zapobiegania migracji gazu z płytkich horyzontów produktywnych). Opracowane w INiG – PIB zaczyny cementowe, z uwagi na ich dobre parametry technologiczne, mogłyby znaleźć zastosowanie w procesie cementowania kolumn rur okładzinowych w otworach wiertniczych, zwłaszcza w przypadkach spodziewanego płytkiego zalegania poziomów gazonośnych.

EN

The article presents issues related to the sealing slurry technology concerning gelling processes (i.e., static built-up of gel strength of cement slurries). Based on research conducted around the world, it can be concluded that the rate of gelling of the cement slurry has an important role in the process of preventing possible gas exhalations from the annular space. After the cement slurry is pumped into the borehole (especially in zones with shallow gas horizons), the so-called migration (exhalation) of the formation medium (i.e. uncontrolled outflow of e.g. gas from the annular space) may occur. The most important caused of gas migration from the shallow horizons after casings cementation are the inability to maintain a certain overpressure by the column of the binding cement slurry and too long binding of the cement slurry after pumping into the borehole. The initially liquid cement slurry, when pumped out of the casing, acts as a liquid, creating a certain hydrostatic pressure on the deposit. e.g. gas. However, after some time, the period of building the static gel strength (SGS) starts until the cement sets. The SGS building process, i.e. gelling of the cement slurry, reduces the ability to transmit hydrostatic pressure to the reservoir. The Oil and Gas Institute – National Research Institute has tested a number of cement slurry formulations characterized by different gelling and bonding times. Slurries were made on the basis of three typed of latex with the symbols L1, L2, L3, two types of water glass with symbols S1, S2, amorphous silica with the symbol CB, nano-components based on n-SiO2 and n-Al2O3 with the symbols NS and NA as well as high-molecular weight polymer with the symbol GS. Different amounts of setting accelerator were used with the tested slurries. Tests were carried out for eighteen cement recipes, which made it possible to select the optimal compositions of slurries with short gelling and setting times. The samples containing one of the types of latex in the appropriate concentration, the GS polymer, as well as those containing n-SiO2 and n-Al2O3, showed a very advantageous course of the gelation plot (static build-up of gel strength). Their TT transition times, reflecting the course of gelation, ranged from several to several tens of minutes (which is a proof of high ability to prevent gas migration from shallow gas accumulations). The cement slurries developed at the Oil and Gas Institute – National Research Institute, due to their good technological parameters, could be used in the process of cementing casing strings.

4

Cement slurries for sealing casing in boreholes with increased risk of gas migration

Rzepka Marcin, Kremieniewski Marcin, Kędzierski Miłosz

Nafta-Gaz

|

2019

|

R. 75, nr 9

562--570

EN

A cement job is one of the most important operations carried out during the drilling of wells. Further functioning of the well depends on the correct execution of the cement job (for instance, in case of a failed cement job, further hydrocarbon deposit production may turn to be difficult or simply impossible). The article presents the issues of the cement slurry technology deployed for sealing shallow boreholes with an increased risk of shallow gas migration. Oil and Gas Institute – National Research Institute has developed a number of cement slurry formulations characterized by properly adjusted density, gelling and bonding time, which will allow the creation of a tight barrier in the borehole annulus that prevents the production fluid from leaking to the surface. Properly modified (with the aid of natural rubber latex or nanosilica) cement slurries based on Portland cement CEM I 42.5 are suitable for use in cement jobs carried out in shallow drilling wells. Particularly advantageous technological parameters have been obtained for cement slurries containing about 0.5–1% nano-SiO2. The optimal water-cement ratio for these formulas was at the level of about 0.50–0.52. Both latex-containing and nano- SiO2-containing samples were characterized by a very advantageous course of the gelation plot (static build-up of gel strength). Their TT transition times amounted to several tens of minutes (which is a proof of high ability to prevent gas migration from shallow gas accumulations). Bonding times of the tested slurries can be successfully controlled using acceleration agents commonly used in the industry. Slurries that had been tested using the Vicat apparatus were characterized by a bonding time in the range from approximately 100 up to 280 minutes. As a result, depending on the anticipated length of the cementing job, the required bonding time can be appropriately adjusted. Compressive strength after 7 days of hydration was high (for samples with the addition of latex, they were about 22–23 MPa, for nano- SiO2 slurries around 29–31 MPa). Due to their good technological parameters, the cement slurries developed at Oil and Gas Institute – NRI could be used in the process of cementing casing strings, e.g. in the Carpathian Foreland, where there is a shallow gas accumulation hazard.

PL

Zabieg cementowania rur okładzinowych jest zaliczany do najważniejszych operacji przeprowadzanych podczas wykonywania otworu wiertniczego. Od jego prawidłowego przebiegu zależy dalsze funkcjonowanie odwiertu (np. w przypadku nieudanego cementowania rur późniejsza eksploatacja złoża może okazać się utrudniona lub wręcz niemożliwa).W artykule przedstawione zostały zagadnienia technologii zaczynów cementowych służących do uszczelniania płytkich otworów wiertniczych o podwyższonym ryzyku wystąpienia migracji gazu. W Instytucie Nafty i Gazu – Państwowym Instytucie Badawczym opracowano szereg receptur zaczynów cementowych charakteryzujących się odpowiednio dobraną gęstością, czasem żelowania i wiązania, co pozwala na wytworzenie w otworze wiertniczym szczelnej bariery uniemożliwiającej przedostawanie się medium złożowego na powierzchnię. Odpowiednio zmodyfikowane (za pomocą lateksu lub nanokrzemionki) zaczyny cementowe na bazie cementu portlandzkiego CEM I 42,5 z powodzeniem nadają się do zastosowania w pracach cementacyjnych prowadzonych w płytkich otworach wiertniczych. Szczególnie korzystne parametry technologiczne uzyskano dla zaczynów cementowych zawierających około 0,5–1% nano-SiO2. Optymalny współczynnik wodno-cementowy kształtował się dla tych receptur na poziomie około 0,50–0,52. Zarówno próbki zawierające lateks, jak i te zawierające nano-SiO2 cechowały się bardzo korzystnym przebiegiem krzywej żelowania (narastania statycznej wytrzymałości strukturalnej). Ich czasy przejścia (transition time) TT wynosiły kilkadziesiąt minut (co świadczy o wysokiej zdolności do zapobiegania migracji gazu z płytkich horyzontów produktywnych). Czasy wiązania badanych zaczynów można z powodzeniem regulować za pomocą powszechnie używanych w przemyśle środków przyspieszających. Testowane na aparacie Vicata zaczyny posiadały czasy początku wiązania w przedziale od około 100 do 280 minut. Powoduje to, że w zależności od przewidywanej długości zabiegu cementowania można odpowiednio dobrać wymagany czas wiązania zaczynu. Wytrzymałości na ściskanie po 7 dniach hydratacji przyjmowały wysokie wartości (dla próbek z dodatkiem lateksu wynosiły one około 22–23 MPa, dla zaczynów z nano-SiO2 – około 29–31 MPa). Zaczyny cementowe opracowane w INiG – PIB z uwagi na swe dobre parametry technologiczne mogłyby znaleźć zastosowanie w procesie cementowania kolumn rur okładzinowych, np. na obszarze przedgórza Karpat, gdzie występuje duże ryzyko pojawienia się migracji gazu.

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

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.

7

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.

8

Zastosowanie mikrotomografii komputerowej (μCT) w diagnostyce jakości zabezpieczenia otworów wiertniczych przed migracją gazu

Bolewski Ł., Karpiński B., Kmieć M., Szkodo M.

Przegląd Górniczy

|

2017

|

T. 73, nr 5

50--57

PL

Artykuł opisuje badania nad negatywnym zjawiskiem występującym w wiertnictwie otworowym pod nazwą migracja gazu z wykorzystaniem metody mikrotomografii komputerowej μCT (ang. computed microtomography). Opisano główne przyczyny powstawania tego negatywnego zjawiska polegającego na przepływie gazów, a także płynów w zaczynie cementacyjnym lub kamieniu cementowym. Przygotowano próbki imitujące zacementowany odcinek rur okładzinowych. Skupiono się na wykorzystaniu mikrotomografii komputerowej, oraz analizie zrekonstruowanego trójwymiarowego obrazu w celu sprawdzenia jakości zacementowania. Przedstawiono zalety tej metody oraz możliwości analizy powstałych kamieni cementowych.

EN

This paper presents a description of the gas migration phenomenon. Main causes of this negative phenomenon consisting in fluid or gas flow in the cement slurry or bounded cement sheath have been described. The paper describes the use of the computed microtomography (μCT) and analysis of the reconstructed three-dimensional (3D) images, in order to check the quality of cementation samples prepared at the Faculty of Mechanical Engineering. The paper presents the advantages and opportunities of X-ray computed microtomography analysis of the bonded cement sheath.

9

Celowość prowadzenia prac badawczych nad nowymi środkami obniżającymi filtrację zaczynów cementowych

Kremieniewski M., Rzepka M.

Nafta-Gaz

|

2017

|

R. 73, nr 8

583--590

PL

W artykule zwrócono uwagę na konieczność prowadzenia specjalistycznych badań laboratoryjnych nad nowymi środkami przeznaczonymi do zaczynów cementowych. Podczas realizacji prac badawczych użyto nowego rodzaju domieszek, których zadaniem było zminimalizowanie wartości filtracji zaczynu cementowego. Głównym celem prac zaprezentowanych w niniejszej publikacji było zaprojektowanie zaczynu cementowego o niskiej wartości filtracji. W tym celu zastosowano trzy rodzaje domieszek antyfiltracyjnych. Dla porównania działania tych domieszek sporządzono próbkę zaczynu kontrolnego (bez środków regulujących filtrację zaczynu). We wszystkich zaczynach określono podstawowe parametry technologiczne, jednakże największe znaczenie miała wartość filtracji zaczynu cementowego. W celu określenia wpływu danej domieszki antyfiltracyjnej na pozostałe parametry zaczynu wykonane zostały badania w temperaturze 25°C i przy ciśnieniu 3 MPa. Ze względu na uzyskanie niespodziewanych wyników badań (w niektórych przypadkach otrzymano niemal sześciokrotny wzrost wartości filtracji po zastosowaniu domieszki antyfiltracyjnej) postanowiono upowszechnić efekty przeprowadzonych prac. Artykuł zawiera wyniki badań nad nowymi domieszkami antyfiltracyjnymi.

EN

This paper discusses the necessity of conducting specialized laboratory tests for new means/agents designed for cement slurries. During the execution of the research, new types of additives were used, in order to minimize the fluid loss of cement slurry. The main purpose of the research presented in this paper, was to design a cement slurry with low fluid loss value. For this purpose three types of fluid loss agents were used. To compare the impact of the fluid loss agent, a sample of base cement slurry (without additives regulating fluid loss of cement slurry) was prepared. The basic technological parameters were determined for all cement slurries, nonetheless, most significant was the fluid loss value of the cement slurry. In order to determine the effect of the fluid loss agent on other parameters, tests were conducted at a temperature of 25°C and at a pressure of 3 MPa. Due to the unexpected test results (in some cases almost a 6-fold increase in the fluid loss was obtained, after the application of the fluid loss agent) that were achieved it was decided to publish the results of the research. This paper presents the results of the research on innovative fluid loss agents.

10

Criteria and risk of integrity loss for wells with sustained casing pressure

Yao T., Wojtanowicz A.

AGH Drilling, Oil, Gas

|

2017

|

Vol. 34, no. 2

639--654

EN

Sustained casing pressure (SCP) represents a major issue because of its large scale occurrence and risks to health, safety, and the environment. Present regulatory assessment of sustained casing pressure is mostly qualitative with implicit risk formulation. It currently holds that wells with casing head pressure that can be bled-down to zero and is followed by slow 24-hour pressure buildup are below acceptable level of risk. This study introduces new quantitative metrics of well integrity loss risk - the instant cement sheath leak rate of 15 scf/min (barrier integrity), and the total annual environmental gas discharge of 6 tons of volatile organic compounds (VOC) per year. Field data from 19 wells reportedly affected by sustained casing pressure (SCP) are examined with a SCP testing software to assess whether or not wells with pressure that is able to bleed to zero would meet the proposed criteria. Using modeling and software tools developed by Xu and Wojtanowicz (2001) and Kinik and Wojtanowicz (2011), it is determined that three of the 19 wells (15.8) examined would fail the instant leak rate criterion. On the total discharge criterion, assuming the wells' annuli above the cement top filled out with seawater, it was also found, again, that 15.8 percent of the wells would fail the total environmental discharge criterion. Moreover, for the worst-case scenario of absolute open gas flow (empty annulus above the cement top), five of 19 wells (26.3) would fail the criterion. It is shown that - statistically, the bleed-down of casing pressure to zero gives a 90-percent confidence of the well passing the proposed criteria. Furthermore, no clear correlation was observed between pressure build-up and the barrier integrity or the environmental gas discharge criteria, thus questioning the 24-hour pressure buildup relevance as a risk indicator.

11

Zaczyny cementowe o kontrolowanym czasie żelowania zapobiegające migracji gazu

Rzepka M.

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2016

|

nr 209 wyd. konferencyjne

309--313

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych wykonanych w celu opracowana innowacyjnych receptur zaczynów cementowych. Opracowane w INiG – PIB zaczyny cementowe cechują się czasem żelowania dobranym odpowiednio do warunków geologiczno-technicznych panujących w otworze oraz posiadają bardzo dobre parametry technologiczne. Czasy przejścia (Transition Time) opracowanych zaczynów nie przekraczają jednej godziny, co według badań i doświadczeń wykonywanych w ośrodkach naukowych na świecie zabezpiecza przez wtargnięciem gazu do wiążącego płaszcza cementowego.

EN

The paper presents the results of laboratory tests performed to develop innovative cement slurries. Developed at the Oil and Gas Institute cement slurries are characterized by gel strength build-up selected according to the geological and technical conditions in the borehole and have a very good technological parameters. The Transition Time of developed slurries do not exceed one hour, which according to studies and experiments conducted at scientific centers in the world, prevents the intrusion of gas to setting cement sheath.

12

Wpływ dodatków ograniczających migrację gazu na parametry technologiczne zaczynów cementowych

Kątna E.

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2016

|

nr 209 wyd. konferencyjne

687--689

PL

W artykule przedstawiono, w oparciu o wyniki badań laboratoryjnych wykonanych w INiG – PIB, receptury nowych zmodyfikowanych zaczynów cementowych, zawierających zwiększone ilości lateksu (do 20% bwoc) i mikrocementu (do 50% bwoc = ilość dodatku w stosunku do masy suchego cementu). Dokonana analiza właściwości technologicznych tych zaczynów w zakresie temperatur 25÷60°C, wykazała możliwość ich wykorzystania w warunkach otworowych.

EN

The poster presents new, modified cement slurries which contain an increased amount of latex (up to 20%) and microcement (up to 50%) and analysis of their technological properties in the temperature range 25÷60°C. The primary task of cement slurries containing latex and microcement is to reduce the phenomenon of gas migration and preventing the creation of gas channels in the cement sheath. Slurries described in this poster can be applied to seal the casing in boreholes in different geological conditions, especially in holes where the risk of gas exhalation from the annular space is high.

13

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.

14

Migracja gazu związana z nieszczelnością dystrybucyjnej sieci gazowej

Dietrich A.

Nafta-Gaz

|

2016

|

R. 72, nr 1

40--44

PL

Dane statystyczne mówią, że liczba poważnych awarii na gazociągach dystrybucyjnych jest relatywnie wysoka w porównaniu z gazociągami przesyłowymi. W przypadku gazociągów dystrybucyjnych występują dodatkowe czynniki ryzyka, które mają wpływ na skutki ewentualnej awarii. Są nimi: zdolność gazu do migracji oraz bliskość zabudowań. W artykule przedstawiono główne czynniki mające wpływ na proces migracji gazu w gruncie.

EN

Statistical data show that the number of serious failures in gas distribution pipelines is relatively high compared to transmission gas pipelines. In the case of distribution pipelines there are additional risk factors that affect the consequences of potential failure. These are, gas migration ability and the proximity of buildings. This article presents the main factors which have an effect on the gas migration process.

15

Zmniejszanie porowatości stwardniałych zaczynów wiertniczych poprzez wprowadzenie dodatków drobnoziarnistych

Kremieniewski M., Stryczek S., Wiśniowski R., Gonet A.

Cement Wapno Beton

|

2016

|

R. 21/83, nr 5

325--335

PL

Jednym z większych problemów przy cementowaniu kolumn rur okładzinowych, zwłaszcza w złożach gazu ziemnego trudne do wyeliminowania są jego migracje z przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego. W artykule przedstawiono wyniki badań zmian właściwości świeżych oraz stwardniałych zaczynów wiertniczych spowodowanych dodatkami drobnoziarnistymi. W badaniach zastosowano dwa cementy oraz cztery dodatki drobnoziarniste: dwa mikrocementy, mieszaninę mikrocementu i pyłu krzemionkowego oraz pył krzemionkowy, a zaczyny dojrzewały w warunkach podobnych do panujących w otworach. Wprowadzenie dodatków drobnoziarnistych spowodowało znaczne zmniejszenie filtracji co ma duże znaczenie, szczególnie w przypadku wierceń poziomych. Mikrododatki zmniejszają znacznie wielkość i powierzchnię porów w zaczynach, a ten korzystny efekt rośnie wraz ze wzrostem powierzchni właściwej dodatków. Mikrododatki powodują również wzrost wytrzymałości oraz przyczepności zaczynu do stali o ok. 25% - 30%.

EN

One of the major problem in cementing technology of casing string columns, especially on natural gas deposits, are gas migrations [exhalations] from annular space of the borehole, which are difficult to eliminate. This paper presents the results of fresh slurries properties and microstructure of hardened oilwell cement slurries changes, caused by addition of fine-grained additives. In the studies, two cements and four fine-grained additives were used: two microcements, mix of microcement and silica fume and only silica fume. Prepared slurries were cured in similar conditions as in the borehole. Fine-grained additives cause significant reduction of filtration, which is particularly relevant in the case of horizontal drilling, e.g. during exploration of shale gas. Microadditives with high fineness cause significant reduction of pore sizes and surface area of pores which is decreasing of hardened slurry permeability. The introduction of microadditives also increases the strength and bond of cement matrix with steel by about 25% - 30%.

16

Comparison of gas migration test and building structural strength of slurry in the aspect of limiting gas invasion

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

AGH Drilling, Oil, Gas

|

2016

|

Vol. 33, no. 3

595--608

EN

The problem of eliminating natural gas microflows through the cement slurry while bonding has been investigated by scientists in a number of scientific and research centers. Works have been undertaken to define the causes of gas migration and predict possibilities of interchannel communication in the hardened cement slurry. In the course of bonding cement slurry changes its state from liquid through gel to solid. Accordingly, the gas migration effects should be taken into account in the formation of these phases. The results of tests of gas migration in the course of binding and building structural strength have been presented in this paper. Both research methods have been compared and a high dependence of parameters defined by each of them has been found. The research works were conducted with the use of innovative apparatuses thanks to which the phenomena taking place in the course of binding can be observed. This gives the possibility of working out recipes of sealing slurries applicable to deposits where the risk of occurrence of gas migration is high.

17

Zapobieganie niekontrolowanym wypływom gazu z otworów wiertniczych na etapie projektowania zaczynów cementowych

Kremieniewski M., Rzepka M.

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2015

|

R. 18, Nr 11 (211)

4--9

PL

W artykule omówiono zagadnienia dotyczące zapobiegania niekontrolowanym wypływom gazu z otworów wiertniczych na etapie projektowania zaczynów cementowych. Wstępnie omówiono przyczyny powstawiania niekontrolowanych wypływów gazu oraz metody umożliwiające ich wyeliminowanie na etapie projektowania receptur zaczynów. W kolejnej części omówiono zagadnienia dotyczące trwałości płaszcza cementowego pod kątem migracji gazu. Zaprezentowano również receptury zaczynów cementowych nieodpornych na zjawisko migracji gazu oraz ulegające korozji, oraz zaczyny przeciwdziałające migracji gazu, a także charakteryzujące się wysoką odpornością korozyjną.

EN

The article discusses the issues related to prevent uncontrolled outflows gas from boreholes at the design stage of cement slurries. Pre discusses the causes of uncontrolled outflows of gas and methods to eliminate them at the design stage recipes slurries. In the next part discusses the issues regarding the sustainability of the cement sheath in terms of gas migration. Was also presented recipes not resistant to gas migration phenomenon and undergoing corrosion and slurries anti-gas migration, and also with high corrosion resistance.

18

Wpływ ilości dodatków zapobiegających migracji gazu w zaczynach cementowych na wytrzymałość strukturalną

Kątna E.

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2015

|

R. 18, Nr 5 (205)

4--8

PL

W artykule przedstawiono, w oparciu o badania laboratoryjne, receptury nowych zmodyfikowanych zaczynów cementowych zawierających zwiększoną ilość lateksu do 20% i mikrocementu do 50% oraz analizę ich właściwości technologicznych w zakresie temperatur 25-60°C. Podstawowym zadaniem zaczynów cementowych zawierających w składzie m.in. lateks i mikrocement jest ograniczenie zjawiska migracji gazu oraz zahamowanie procesu powstawania kanalików gazowych w płaszczu cementowym. Zamieszczone w artykule zaczyny będą mogły znaleźć zastosowanie do uszczelniania rur okładzinowych w otworach wiertniczych w różnych warunkach geologiczno-złożowych, a szczególnie otworach gazowych, gdzie istnieje niebezpieczeństwo wystąpienia ekshalacji gazu z przestrzeni pierścieniowej.

EN

The article presents formulations of new, modified cement slurries which contains an increased amount of latex (up to 20%) and microcement (up to 50%) and analysis of their technological properties in the temperature range 25-60°C. The primary task of cement slurries containing latex and microcement is to reduce the phenomenon of gas migration and preventing the creation of gas channels in the cement sheath. Slurries described in this article can be applied to seal the casing in boreholes in different geological conditions, especially in holes where the is risk of gas exhalation from the annular space is high.

19

Przepływy gazu w zacementowanej przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego : przyczyny, konsekwencje i metody zapobiegania

Kremieniewski M., Rzepka M.

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2015

|

R. 18, Nr 6 (206)

4--8

PL

W artykule przedstawione zostały zagadnienia dotyczące migracji gazu. Omówione zostały poszczególne etapy występowania tego niepożądanego zjawiska. Począwszy od przyczyn powstawania migracji gazu, poprzez ich konsekwencje w razie wystąpienia i skończywszy na metodach mających na celu niedopuszczenie do powstawiania przepływów gazu.

EN

The article presents the issues related to gas migration. Were discussed various stages of the occurrence of this undesirable phenomena. Starting with the causes of gas migration through their consequences in the event of the occurrence and finishing on methods designed to prevent the emergence of gas flow.

20

Minimalizacja możliwości wystąpienia migracji gazu w rejonie przedgórza Karpat

Uliasz M., Kremieniewski M.

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2015

|

R. 18, Nr 8 (208)

18--22

PL

Częstym zjawiskiem występującym w rejonie przedgórza Karpat są pojawiające się ekshalacje gazowe. Ich obecność związana jest z występowaniem wielu płytko zalegających horyzontów gazonośnych obecnych w utworach miocenu autochtonicznego. Dodatkowo efekt ten potęgowany jest skomplikowaną budową geologiczną w tym rejonie. W trakcie wykonywania otworów wiertniczych jednym z ważniejszych warunków jest zapewnienie szczelności w przestrzeniach pierścieniowych pomiędzy kolumnami rur oraz poza nimi. W związku z powyższym, w INiG-PIB wykonane zostały badania laboratoryjne, których celem była ocena wpływu stosowanych cieczy wiertniczych na stopień uszczelnienia przestrzeni pierścieniowej na kontakcie stwardniały zaczyn cementowy - skała, dla konkretnych warunków geologiczno-technicznych. Efektem finalnym było przeprowadzenie modyfikacji składów cieczy przemywających pod kątem efektywności usuwania osadów filtracyjnych utworzonych przez stosowane płuczki wiertnicze oraz modyfikacja zaczynów cementowych poprzez użycie środków zapobiegających migracji gazu. Podczas realizowanych prac wskazane zostały potencjalne przyczyny migracji gazu z przestrzeni pierścieniowej w wybranych otworach wiertniczych zrealizowanych na przedgórzu Karpat, a następnie podjęto działania mające na celu ograniczenie tego zjawiska.

EN

A frequent phenomenon occurring in the region of the Carpathians Foothills are occurring gas exhalation. Their presence is associated with the occurrence of a number of shallowly buried gas-bearing horizons present in the autochthonous Miocene strata. In addition, this effect is intensified by the complicated geological structure in this area. During the performance boreholes one of the important conditions is to ensure integrity in the annular space between the casings and beyond these. Therefore, the laboratory tests have been carried out in INiG-PIB, designed to assess the impact of drilling fluid on the degree of sealing annular space in hardened cement paste - rock contact, for specific geological and technical conditions. The final effect was to modify the composition of chemical washes in terms of efficiency removal of the filter cake created by the use of drilling muds as well as modification of cement slurries by the use special additives to prevent gas migration. During the ongoing work they have been indicated potential causes of gas migration from the annular space in the selected wellbores performed on the Carpathian Foothills and then measures have been taken to curb this phenomenon.