Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

Witek Wiesław, Rzepka Marcin

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 2

92--105

PL

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

EN

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

2

Możliwości zastosowania nanotlenku glinu w zaczynach cementowych przeznaczonych do uszczelniania rur okładzinowych w otworach wiertniczych

Rzepka Marcin, Kędzierski Miłosz

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 1

46--56

PL

W artykule zamieszczono składy i wyniki badań receptur zaczynów cementowych zawierających od 1% do 5% nanotlenku glinu (n-Al2O3) przeznaczonych do uszczelniania kolumn rur okładzinowych w otworach wiertniczych o temperaturach dynamicznych około 30°C oraz około 60°C. Receptury cementowe opracowane zostały w INiG – PIB w Laboratorium Zaczynów Uszczelniających. Zaczyny posiadały gęstość od około 1820 kg/m3 do około 1920 kg/m3 , a ich sporządzanie odbywało się na bazie cementu portlandzkiego CEM I 42,5 oraz wiertniczego klasy G. Czasy wiązania oraz gęstnienia zaczynów dobierane były odpowiednio do danych warunków geologicznotechnicznych. W przypadku zaczynów badanych w niższej temperaturze zwracano szczególną uwagę na proces żelowania i wiązania receptur. Parametry te odgrywają bowiem kluczową rolę w ograniczaniu ewentualnych migracji gazowych z płytkich horyzontów produktywnych. Starano się zatem tak je dobierać, aby proces żelowania i wiązania receptur przebiegał w odpowiednio krótkim czasie. Z kolei w wyższych temperaturach skupiano się na opracowaniu receptur o podwyższonej wytrzymałości mechanicznej, a co za tym idzie – szczelnej i zbitej mikrostrukturze. Opracowano receptury o bardzo dobrych parametrach technologicznych, które po utwardzaniu (po 28 dniach hydratacji) posiadały bardzo wysokie wartości wytrzymałości na ściskanie, dochodzące nawet do 40 MPa. Tak wysokie wartości wytrzymałości są niezwykle trudne do uzyskania w przypadku zastosowania zaczynów konwencjonalnych. Potwierdzeniem wyjątkowo trwałej mikrostruktury próbek zawierających n-Al2O3 są również fotografie próbek zaczynów wykonane za pomocą mikroskopii skaningowej. Obok fotografii bazowych kamieni cementowych, na których widać pory, przedstawiono obrazy mikroskopowe próbek z dodatkiem 3% n-Al2O3, na których obserwujemy zbitą matrycę cementową, cechującą się bardzo małą przepuszczalnością. Ponadto próbki kamieni cementowych uzyskane z zaczynów z n-Al2O3 charakteryzowały się bardzo niską zawartością porów kapilarnych. Zdecydowaną większość ogólnej ilości porów stanowiły pory o najmniejszych rozmiarach (poniżej 100 nm). Poprawa szczelności matrycy cementowej poprzez zredukowanie do wartości około 1,5% porów mogących transportować medium złożowe sprawia, że receptury zaczynów cementowych zawierających dodatek nanotlenku glinu mogą być z powodzeniem używane podczas uszczelniania kolumn rur okładzinowych w otworach wiertniczych wykonywanych na złożach węglowodorów.

EN

The article presents compositions and test results for cement slurries formulations containing from 1% to 5% of nano aluminum oxide (n-Al2O3) for sealing the casing columns in boreholes with dynamic temperatures of about 30°C and 60°C. Laboratory tests of cement slurries were carried out at Oil and Gas Institute - National Research Institute. The densities of tested slurries ranged from 1,820 to 1,920 kg/m3 , and were prepared on the basis of Portland cement CEM I 42,5 and class G oil well cement. Cement slurries had thickening times properly matched to given geological and technical conditions. For slurries tested at lower temperatures, particular attention was paid to the gelling and setting process of cement slurries. These parameters play a key role in limiting possible gas migrations from shallow gas accumulations. They were selected so that the gelling and setting process could be carried out in a sufficiently short time. At higher temperatures, the focus was on developing cement slurry formulations with increased mechanical strength and a tight and compact microstructure. Cement slurry formulations with very good technological parameters were developed, which after curing (after 28 days of hydration) had very high values of compressive strength, reaching up to 40 MPa. Such high compressive strength values are extremely difficult to obtain with conventional cement slurries. Scanning electron microscope images of cement samples also confirm extremely compact microstructure of the samples with nano-SiO2. In addition to the photographs of base cement stones, which show pores, microscopic images of samples with the addition of 3% n-Al2O3 are presented, where we observe a compact cement matrix with very low permeability. Furthermore, samples containing n-Al2O3 were characterized by a very low content of capillary pores. Pores of the smallest size (below 100 nm) constituted the vast majority of the total number of pores. Improvement of cement matrix tightness by reducing the amount of pores that can transport the reservoir medium to approx. 1.5% means that cement slurry formulas containing nano aluminum oxide can be successfully used in the process of cementing casing strings in boreholes.

3

Wpływ środków regulujących czas wiązania na parametry reologiczne zaczynu cementowego

Kremieniewski M.

Nafta-Gaz

|

2018

|

R. 74, nr 11

828--838

PL

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

EN

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

4

Uwadnianie anhydrytu w spoiwach wielofazowych

Malata G.

Cement Wapno Beton

|

2003

|

R. 8/70, nr 4

203-208

PL

W coraz powszechniej stosowanej technologii tynków gipsowych do sporządzania mieszanek tynkarskich stanowiących "spoiwa wielofazowe" jako składnik stosowany jest anhydryt. Atrakcyjność nowych spoiw związana jest - oprócz ograniczenia zużycia kosztownych dodatków chemicznych wydłużających czas wiązania - z dłuższym interwałem czasowym pomiędzy początkiem a końcem wiązania, co ułatwia obróbkę wiążącej zaprawy. W związku z wątpliwościami dotyczącymi zjawisk zachodzących w hydratyzującej mieszance z udziałem anhydrytu przedstawiono warunki uwadniania anhydrytu w obecności innych faz, pochodzących z prażenia gipsu dwuwodnego. Omówiono fazy anhydrytowe, powstające w wyniku prażenia gipsu dwuwodnego, teorię wiązania zaczynów gipsowych, czynniki wpływające na szybkość uwadniania anhydrytu oraz wpływ temperatury prażenia i składu fazowego produktu na uwadnianie anhydrytu.

EN

In more and more commonly employed technology of calcium sulphate plasters for blending of mixes for plastering constituting "multiphase binders" as a component anhydrite is used. The attractiveness of new binders is connected with - apart from a cut in consumption of expensive chemical additions extending the setting time - a longer time interval between the initial and final setting, which facilitates the working of mortar during setting. Taking into account the doubts about the phenomena occurring in hydrating of an anhydrite containing mix the conditions of anhydrite hydration in the presence of other phases, originating from calcining of calcium sulphate dihydrate are presented. Anhydrite phases, forming in result of calcining of calcium sulphate dihydrate, theory of gypsum paste setting, factors influencing the rate of hydration of anhydrite as well as the effect of calcination temperature and phase composition of the product upon the hydration of anhydrite are discussed.