Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Innowacyjna technologia zestalania zużytych płuczek wiertniczych

Steliga T., Uliasz M.

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2018

|

nr 221

1-272

PL

Podczas prowadzenia prac poszukiwawczych wytwarzane są duże ilości odpadów, które występują w postaci zużytej płuczki wiertniczej i wynoszonego przez nią urobku. Jednak podstawową ich część (ok. 60–80%) stanowią zużyte płuczki wiertnicze jako odpady płynne, natomiast pozostała ilość to odpady stałe w postaci zwiercin zanieczyszczonych płuczką oraz uwodnionych osadów usuwanych ze ściany otworu w trakcie jego rurowania. Wytworzone odpady mogą charakteryzować się szkodliwością dla środowiska ze względu na wysoką zawartość jonów chlorkowych (w przypadku płuczek o wysokim stopniu zasolenia) i siarczanowych, metali ciężkich, substancji organicznych mierzonych wskaźnikiem DOC, substancji nierozpuszczonych, rozpuszczonych związków stałych (TDS), SPCz i in. Na podstawie szeregu przeprowadzonych w INiG – PIB badań laboratoryjnych z użyciem odpadowych płuczek wiertniczych, różniących się składem, właściwościami reologicznymi, gęstością, zawartością skażeń chemicznych, opracowano kompozycję środka do zestalania takich płuczek oraz technologię ich zestalania wraz z metodyką oceny właściwości mechanicznych, chemicznych i toksykologicznych pozyskanego półproduktu. Proces zestalania płuczki wiertniczej jest technologicznie trudniejszy niż zestalanie urobku ze względu na jej płynną postać zagęszczoną zdyspergowanymi polimerami i cząstkami ilastymi pochodzącymi z przewiercanych warstw oraz zawierającą rozpuszczone związki chemiczne, które stosowane są do regulowania i obróbki jej parametrów technologicznych. Przy zestalaniu płuczki ważny jest dobór środków wiążących, których zadaniem jest takie przekształcenie suspensji płuczki wiertniczej w ciało stałe o odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej, aby w jak największym stopniu ograniczyć wymywanie się z niego substancji niebezpiecznych występujących w postaci związków rozpuszczalnych. Zestalanie różnych rodzajów zużytych, odpadowych płuczek pochodzących z otworów: A – BB (basen bałtycki) i B – BP (basen podlaski) przeprowadzono w dwóch etapach dla rozpoznania możliwości wiązania fazy płynnej płuczki w całość przy użyciu wytypowanych środków wiążących i stabilizujących, takich jak: cement, spoiwo hydrauliczno-pucolanowe zawierające dużą ilość aktywnej krzemionki – Silment CQ-25, Gruntar, szkło wodne sodowe. Celem badań etapu pierwszego był wstępny dobór rodzaju środków wiążących określany na podstawie zmiany konsystencji płuczki otworowej przy zadawanych kolejnych dawkach danego środka i wzrostu wartości parametrów reologicznych, aż do momentu uzyskania niemierzalnych ich wartości oraz obserwacji objawów występowania odstoju wody w czasie wiązania. Natomiast podstawowym celem badań etapu drugiego był dobór optymalnej ilości wybranych środków wiążących wprowadzanych do suspensji płuczki w odpowiedniej kolejności, pod kątem ich wpływu na czas początku i końca wiązania, wytrzymałość na ściskanie zestalonej próbki płuczki oraz wymywalność z niej związków szkodliwych. W wyniku tych badań wytypowano zestaw środków stanowiących kompozycję na bazie cementu portlandzkiego CEM I 32,5 lub spoiwa hydraulicznego – Silment CQ-25 w ilości 20–35% zawierającą 4–5% szkła wodnego sodowego na m3 płuczki. O wyborze tych środków zdecydowały ich właściwości chemiczne i wpływ na właściwości mechaniczne ciała stałego powstałego po zestaleniu płuczki otworowej. Zastosowanie wybranych środków wymagało opracowania technologii zestalania, która polegała na wprowadzeniu do płuczki w pierwszej kolejności zadanej ilości szkła wodnego, a następnie, po ok. 30 min mieszania, wytypowanych materiałów wiążących, na przeniesieniu zżelowanej jednorodnej masy mieszaniny do pojemników, gdzie przez okres od 7 do 14 dni, a nawet 28 dni, przechowywano ją w temperaturze otoczenia, prowadząc pomiary czasu wiązania, wytrzymałości na ściskanie i obserwacje próbki w czasie twardnienia. Przeprowadzone badania wykazały, że płuczki bentonitowe łatwiej ulegają zestalaniu niż płuczki polimerowe. Wiązanie próbki płuczki bentonitowej max. zachodziło po ok. dwóch dniach, natomiast proces wiązania płuczek polimerowych trwał do ok. 6–8 dni. Początek czasu wiązania płuczki bentonitowej zestalonej przy zastosowaniu od 4% do 5% szkła wodnego i od 20% do 35% materiału wiążącego oznaczano po ok. 28 h, a koniec po max. ok. 55 h. Podczas zestalania płuczek polimerowych przy zastosowaniu tych samych ilości i rodzajów środków zestalających zaobserwowano, że ich twardnienie zachodziło najszybciej w warstwie powierzchniowej, natomiast środek próbki pozostawał niejednokrotnie w postaci wilgotnej ziemi. Wymagało to dłuższego czasu ich wiązania w celu właściwego określenia parametrów wytrzymałościowych pozyskiwanego półproduktu. Optymalne parametry wiązania próbki płuczki bentonitowej z otworu A – BB uzyskano przy użyciu kompozycji na bazie cementu portlandzkiego CEM I 32,5 w ilości 20–30% oraz spoiwa hydraulicznego – Silment CQ-25 w ilości 20–35% z dodatkiem 5% szkła sodowego. Wytrzymałości na ściskanie tych próbek zawierających cement portlandzki CEM I 32,5 po 14 dniach wynosiły od ok. 0,5 MPa do 1,17 MPa, natomiast zawierających Silment CQ-25 od ok. 0,7 MPa do 1,0 MPa. Proces zestalenia płuczki bentonitowej z otworu B – BP przeprowadzono przy użyciu 4% i 5% szkła sodowego oraz 5% do max. 20% materiału wiążącego. Znaczne zmniejszenie ilości materiału wiążącego w kompozycji środka zestalającego było spowodowane skażeniem tej płuczki związkami chemicznymi w postaci jonów Ca2+ – 240 mg/dm3 oraz Mg2+ – 73 mg/dm3, które pochodziły z przewiercanych warstw. Ich reakcja z materiałami wiążącymi zastosowanymi w ilości 5% i 10% spowodowała prawie 10-krotny wzrost wytrzymałości na ściskanie otrzymywanych półproduktów (1,6–3,2 MPa) w porównaniu z wytrzymałością próbek zestalonych przy użyciu tych samych materiałów w ilości 15% i 20% (0,2–0,35 MPa).W trakcie twardnienia próbek obserwowano, że bez względu na ilość zastosowanego szkła wodnego oraz ilość i rodzaj materiału wiążącego (cement CEM I 32,5 lub Silment CQ-25) objętości otrzymywanych półproduktów z płuczki bentonitowej ulegały zmniejszeniu. Płuczki potasowo-polimerowe z analizowanych otworów o wysokim stopniu zasolenia zawierały w składach głównie środki celulozowe typu PAC o różnej lepkości w połączeniu z CMC LV, żywicę ksantanową oraz PHPA i poliglikol. Otrzymane w wyniku ich zestalenia próbki półproduktu posiadały zbliżone właściwości mechaniczne. Wartości wytrzymałości półproduktu z płuczki zastosowanej w otworze A – BB, zawierającego 4% i 5% szkła sodowego oraz 20–35% materiału wiążącego mieściły się w zakresie 0,65 MPa do 1,2 MPa, natomiast z otworu B – BP wynosiły od 0,45 MPa do 1,37 MPa. Ze względu na prawie pełne zasolenie tych płuczek podczas ich twardnienia na powierzchni próbek półproduktu zachodziła krystalizacja soli, która w większym stopniu występowała w próbkach zestalonych cementem. W ramach oceny ekologicznej półproduktów otrzymanych z zestalonych zużytych płuczek wiertniczych przeprowadzono analizy ich odcieków otrzymanych z półproduktów zestalanych pod kątem określenia dopuszczalnych granicznych wartości wymywania takich składników jak: stałe związki rozpuszczone (TDS), rozpuszczony węgiel organiczny (DOC), zawartość metali ciężkich (arsen, bar, kadm, chrom, miedź, rtęć, molibden, nikiel, ołów, antymon, selen, cynk) oraz jonów, takich jak: chlorki, siarczany oraz fluorki, zgodnie z rozporządzeniem Ministra Gospodarki (Dz.U. z 2015, poz. 1277). Wyniki analiz odcieku z zestalonych płuczek bentonitowych zarówno z otworu A – BP, jak i B – BP wskazywały, że zawartość poszczególnych oznaczanych składników kształtowała się na niskim poziomie i nie przekraczała dopuszczalnych granicznych wartości wymywania. Natomiast analiza fizykochemiczna odcieku wodnego z półproduktów zestalonych poszczególnymi spoiwami zasolonych zużytych płuczek potasowo-polimerowych zarówno z otworu A – BB, jak i B – BP wykazywała trzykrotne przekroczenie granicznych wartości wymywania stałych związków rozpuszczonych (TDS) oraz wysoką zawartość ogólnego węgla organicznego i jonów chlorkowych. Natomiast zawartość siarczanów, fluorków oraz metali ciężkich nie przekraczała dopuszczalnych granicznych wartości wymywania. Odciek wodny z półproduktu zestalonych płuczek polimerowych do dowiercania zarówno z otworu A – BB, jak i B – BP cechował się niższymi wartościami wymywanych składników w porównaniu z odciekami z półproduktów zestalonych zasolonych płuczek potasowo-polimerowych. W celu rozszerzenia oceny ekologicznej otrzymane odcieki z wymywalności szkodliwych substancji z wytypowanych półproduktów zestalonych płuczek wiertniczych pochodzących z otworu wiertniczego A – BB oraz z otworu B – BP poddano badaniom toksykologicznym z wykorzystaniem testów nowej generacji (Microtox, Ostracodtoxit, Daphtoxikit, Spirodela, Phytotoxkit), należących do różnych poziomów troficznych: konsumentów, reducentów i producentów. Odcieki z półproduktów zestalonych bentonitowych płuczek wiertniczych zarówno z otworu A – BB, jak i z otworu B – BP cechowały się niską toksycznością i zostały zaliczone do niskotoksycznych (I–II klasa toksyczności). Natomiast odcieki z półproduktów zestalonych zasolonych płuczek potasowo-polimerowych zarówno z otworu A – BB, jak i z otworu B – BP wykazywały istotny efekt toksyczny ze względu na wysoką zawartość chlorków, substancji organicznych mierzonych wskaźnikiem DOC oraz odczyn itp., w związku z czym zostały zaliczone do III klasy toksyczności. Odcieki z półproduktów zestalonych płuczek polimerowych do dowiercania otworów, które charakteryzowały się niższą toksycznością w porównaniu z odciekami z półproduktów zestalonych zasolonych płuczek potasowo-polimerowych, zostały zaliczone do niskotoksycznych (klasa II–III toksyczności). Jak wykazały badania, skład płuczek wiertniczych ma wpływ nie tylko na przebieg ich zestalania, ale również na toksyczność odcieków otrzymanych z półproduktów po zestaleniu tych płuczek wiertniczych. Odcieki z półproduktów otrzymane po zestaleniu kompozycją środków zestalających (szkło wodne + Silment CQ-25) płuczek wiertniczych zarówno z otworu A – BB, jak i z otworu B – BP cechowały się niższą toksycznością w przeliczeniu na jednostki toksyczności (TU) w porównaniu z odciekami z półproduktów otrzymanych po zestaleniu płuczek wiertniczych przy użyciu szkła wodnego i cementu CEM I 32,5. Przeprowadzone badania pod kątem określenia zawartości pierwiastków promieniotwórczych (K, U, Th) wykazały, że półprodukty zestalonych zużytych bentonitowych płuczek wiertniczych zarówno z otworu A – BB, jak i z otworu B – BP posiadały najniższą zawartość pierwiastków. Natomiast najwyższe wartości tych pierwiastków promieniotwórczych (potasu, uranu, toru) odnotowano dla półproduktów zestalonych zużytych płuczek polimerowych do dowiercania. Na zbliżonym poziomie kształtowała się zawartość pierwiastków promieniotwórczych w półproduktach zestalonych zużytych zasolonych płuczek polimerowo-potasowych. Ze względu na niskie stężenie pierwiastków promieniotwórczych w zestalonych półproduktach, zgodnie z rozporządzeniem Rady Ministrów z dnia 2 stycznia 2007 r. w sprawie wymagań dotyczących zawartości naturalnych izotopów promieniotwórczych potasu 40K, radu 226Ra i toru 228Th w surowcach i materiałach stosowanych w budynkach przeznaczonych na pobyt ludzi i inwentarza żywego, a także w odpadach przemysłowych stosowanych w budownictwie, oraz kontroli zawartości tych izotopów (Dz.U. Nr 4, poz. 29), mogą być one wykorzystane jako materiały budowlane. W celu weryfikacji skuteczności opracowanej technologii zestalania zużytych płuczek, przeprowadzono w warunkach półprzemysłowych próbę zestalania zużytych płuczek (0,75 m3). Przed przystąpieniem do wykonania próby półprzemysłowej mieszaninę płuczek otworowych poddano zestaleniu w warunkach laboratoryjnych, zgodnie z zaleceniami zawartymi w opracowanej technologii, przy użyciu kompozycji na osnowie 30% i 35% cementu CEM I 32,5 z dodatkiem 4% i 5% szkła sodowego. Na podstawie przeprowadzonych badań określono początek wiązania mieszaniny płuczek po ok. 30 h, koniec wiązania po ok. 80 h oraz wytrzymałość na ściskanie otrzymanego półproduktu, która po 7 dniach wynosiła 0,9 MPa, a po 14 dniach 1,9 MPa. Przeprowadzone badania wymywalności substancji szkodliwych w odcieku z półproduktu wykazały następujące wartości oznaczeń: stałe związki rozpuszczone (TDS) – 58 424 mg/kg s.m., chlorki Cl− – 21 300 mg/kg s.m., siarczany – 1984 mg/kg s.m., ogólny węgiel organiczny (DOC) – 3200 mg O2/kg s.m., zawartość metali ciężkich, która kształtowała się na niskim poziomie. Spośród wykonanych oznaczeń jedynie zawartość węgla organicznego (DOC) przekroczyła graniczne wartości wymywania (Dz.U. z 2015 r. poz. 1277, załącznik nr 5), co mogło być spowodowane obecnością polimerów organicznych zawartych w składach zestalonych płuczek oraz substancji ropopochodnych je zanieczyszczających. Ponadto wykonano badania toksykologiczne odcieku z zestalonego półproduktu z wykorzystaniem wytypowanych testów toksykologicznych. Toksyczność wyrażona w jednostkach toksyczności (TU) wytypowanych do badań testów wynosiła: Microtox – 4,3; Daphtoxkit (48 h) – 9,9; Spirodela – 9,5. Odciek z półproduktu można zaliczyć do niskotoksycznych (II klasa toksyczności TU < 10). Prezentowana technologia została objęta ochroną patentową nr P.418959 pt. „Sposób zestalania zużytych wodnodyspersyjnych płuczek wiertniczych typu bentonitowego i polimerowego”, która została nagrodzona złotym medalem na międzynarodowej wystawie wynalazczości w Genewie.

EN

During work, large amounts of waste are generated, which occurs in the form of used drilling fluid and the excavated spoil. However, its basic part (about 60–80%) consists of used drilling fluids in the form of liquid waste, while the remaining amount is solid waste in the form of cuttings contaminated with the drilling fluid and hydrated sludges removed from the hole wall during its casing. The generated waste might be harmful to the environment due to the high content of chloride ions (in the case of highly salinated fluids) and sulphate, heavy metals, organic substances measured with the DOC index, undissolved substances, dissolved solids (TDS), surfactants and others. On the basis of a series of laboratory tests carried out in INiG – PIB using waste drilling fluids differing in composition, rheological properties, density and chemical contamination content, a composition of a solidifying agent for such fluids and the technology for their solidification together with the methodology for the assessment of mechanical, chemical and toxicological properties of the obtained semi-finished product were developed. The drilling fluid solidification process is technologically more difficult than the solidification of the spoil due to its liquid form, concentrated with dispersed polymers and clay particles derived from the drilled layers and containing dissolved chemical compounds, which are used for the regulation and processing of its technological parameters. When solidifying the fluid, it is important to select binding agents, the task of which is to convert the suspension of the drilling fluid into a solid body with sufficient mechanical strength in order to minimize the leaching of hazardous substances in the form of soluble compounds. Solidification of different types of used, waste fluids coming from the holes: A – BB (Baltic Basin) and B – BP (Podlaski Basin) were conducted in two stages in order to identify the possibility of binding the liquid phase of the fluid together with selected binding and stabilizing agents such as: cement, a hydraulic-pozzolans binder containing a large amount of active silica – CQ-25 Silment, Gruntar, sodium water glass. The aim of the first stage of testing was to initially select the type of binding agents determined on the basis of changes in the consistency of the borehole fluid at successive doses of a given agent and increase in rheological parameters until the moment of obtaining their immeasurable values and observation of the symptoms of the presence of water loss during binding. In turn, the primary objective of stage two of the tests was to select the optimal amount of selected binding agents introduced into the fluid suspension in the appropriate order, in terms of their influence on the time of the beginning and end of binding, compressive strength of the solidified sample of the fluid and its leachability of harmful compounds. As a result of these tests, a set of agents constituting a composition based on Portland cement CEM I 32.5 or hydraulic binder – CQ-25 Silment in the amount of 20–35% containing 4–5% sodium water glass per m3 of fluid was selected. The choice of these agents was determined by their chemical properties and their effect on the mechanical properties of the solid formedafter solidification of the borehole fluid. Application of the chosen measures required the development of a solidification technology, which consisted of the introduction of the required quantity of water glass into the fluid in the first place, and then, after about 30 minutes, mixing the selected binding materials. The gelled homogeneous mass of the mixture was transferred to containers, where it was stored at ambient temperature for a period of 7 to 14 days or even 28 days, while measurements of binding time, compressive strength were taken and observation of the sample during hardening was performed. The conducted research has shown that bentonite fluids are easier to solidify than polymer fluids. Binding of a bentonite fluid sample took a maximum of about two days, while the process of binding polymeric fluids lasted for about 6 – 8 days. The beginning of the bentonite fluid binding time, which was solidified with the use of 4 to 5% water glass and 20 to 35% of the binding material, was determined after approx. 28 hours and the end after max. approx. 55h. During the solidification of polymeric fluids with the same amounts and types of solidifying agents, it was observed that their hardening took place most rapidly in the surface layer, while the center of the sample often remained in the form of moist soil. A longer time of binding was required in order to properly determine the strength parameters of the obtained semi-finished product. Optimal parameters of the bentonite fluid sample binding from borehole A – BB were obtained using the composition based on Portland CEM I 32.5 cement in the amount of 20–30% and a hydraulic binder – CQ-25 Silment in the amount of 20–35% with the addition of 5% sodium glass. The compressive strength of these samples containing Portland cement CEM I 32.5 after 14 days ranged from approximately 0.5 to 1.17 MPa, while that of CQ-25 Silment – from around 0.7 to 1.0 MPa. The process of solidification of bentonite liquid was carried out from bore B – BP using 4 and 5% sodium glass and 5 to max 20% of the binding material. Significant reduction of the binding material in the solidifying agent composition was caused by the contamination of this fluid with chemical compounds in the form of Ca2+–240 mg/dm3 and Mg2+–73 mg/dm3 ions, which were obtained from the drilled layers. Their reaction with binding materials applied in the amounts of 5 and 10% resulted in an almost 10-fold increase in compressive strength of the obtained semi-finished products (1.6 – 3.2 MPa) as compared to the strength of the samples solidified using the same materials in the amounts of 15 and 20% (0.2 – 0.35 MPa). During the hardening process, it was observed that, regardless of the quantity of water glass used and the amount and type of binding material (CEM I 32.5 cement or CQ-25 Silment), the volumes of semi-finished products obtained from bentonite fluid were reduced. Polymer potassium fluids from the analyzed holes had a high degree of salinity and contained mainly PAC cellulose agents of different viscosity in combination with CMC LV, xanthan resin, PHPA and polyglycol. The semi-finished product samples obtained as a result of their solidification had similar mechanical properties. The strength values of the semi-finished product of the fluid used in bore A-BB containing 4 and 5% sodium glass and 20–35% of the binding material ranged from 0.65 to 1.2 MPa, while those in bore B – BP ranged from 0.45 to 1.37 MPa. Due to the almost complete salinity of these fluids, during their hardening on the surface of the samples of semi-finished products there was crystallization of salt, which was more common in cement solidified samples. As part of the environmental assessment of semi-finished products obtained from solidified used drilling fluids, leachates from solidified semi-finished products were analyzed to determine the limit values for leaching of such components as: dissolved solid compounds (TDS), dissolved organic carbon (DOC), heavy metals (arsenic, bar, cadmium, cadmium, chromium, copper, mercury, molybdenum, nickel, lead, antimony, selenium, zinc) and ions such as chlorides, sulphates and fluorides according to the Regulation of the Minister of Economy (Journal of Laws from 2015, item 1277). The results of the leachate analysis from solidified bentonite from both the A – BP and the B – BP hole was found to contain low levels of the determined ingredients and did not exceed the limit leaching values. On the other hand, the physicochemical analysis of water leachate from the semi-finished products solidified with individual binders of used salinated potassium-polymer fluids from both boreholes A – BB and B – BP showed three times higher leaching values of solid dissolved compounds (TDS) and a high content of total organic carbon and chloride ions. In contrast, the content of sulphates, fluorides and heavy metals did not exceed the leaching limit values. The water effluent from the semi-finished product of solidified polymer fluids used for drilling from boreholes A – BB and B BP was characterized by lower values of leached components in comparison with leachate from solidified semi-finished products of salinated potassium-polymer fluids. In order to extend the ecological assessment, leachate from the leaching of harmful substances from selected semi-finished solidified drilling fluid products from borehole A – BB and from borehole B – BP, was subjected to toxicological examinations using new generation tests (Microtox, Ostracodtoxit, Daphtoxikit, Spirodela, Phytotoxkit) belonging to various trophic levels: consumers, reducers and producers. The effluents from semi-finished solidified bentonite drilling fluids from both borehole A – BB and borehole B – BP were of low toxicity and were classified as low toxic (I – II toxicity class). On the other hand, leachate from semi-finished solidified products of salinated potassium-polymer fluids was found to have a significant toxic effect due to high content of chlorides, organic substances measured by DOC and reaction, etc. and in connection with this they were given the III toxicity class. Leachate from semi-finished products of solidified polymer fluids for drilling holes, which were of a lower toxicity compared to leachate from semi-finished products of solidified salinated potassium-polymer fluids and were classified as low toxic (toxicity class II – III). Research has shown that the composition of drilling fluids not only influences their solidification process, but also the toxicity of leachate from semi-finished products after solidification of these drilling fluids. Leachate from the semi-finished products obtained after solidification with a composition of solidifying agents (water glass + CQ-25 Silment) of drilling fluids from both borehole A – BB and borehole B – BP were characterized by lower toxicity in TU (toxicity units) compared to leachate from semi-finished products obtained after solidification of drilling fluids with water glass and CEM I 32.5 cement. Studies carried out to determine radioactive element content (K, U, Th) have shown that semi-finished products of solidified bentonite drilling fluids from both borehole A – BB and borehole B – BP had the lowest radioactive element content (potassium, uranium, thorium). In contrast, the highest values of radioactive elements (potassium, uranium, thorium) were recorded for semi-finished products of solidified used polymer drilling. The content of radioactive elements in semi-finished products of solidified used salinated polymer and potassium fluids was at a similar level. Due to the low concentration of radioactive elements in solidified semi-finished products according to the Regulation of the Council of Ministers of 2 January 2007 concerning requirements for the content of natural radioactive isotopes of potassium K-40, radium Ra- 226 and thorium Th-228 in raw materials and materials used in buildings for intended humans and livestock and industrial waste used in construction, and the control of the content of these isotopes (Journal of Laws of Laws No. 4, item 29), they may be used as building materials. In order to verify the effectiveness of the developed technology of solidifying used drilling fluids, an attempt was made to solidify used drilling fluids (0.75 m3) in semi-industrial conditions. Prior to the semi-industrial test, the borehole fluid mixture was solidified under laboratory conditions, in accordance with the recommendations of the developed technology, using a composition on a 30 and 35% CEM I 32.5 cement carcass with the addition of 4 and 5% sodium glass. On the basis of the conducted tests, the beginning of binding of the mixture of fluids was determined after approx. 30 h, the end of binding after approx. 80 h, and compression strength of the obtained semi-finished product was determined, which after 7 days was 0.9 MPa, and after 14 days – 1.9 MPa. The test of leaching of harmful substances in the leachate from the semi-finished product showed the following values of determinations: solid dissolved compounds (TDS) –58 424 mg/kg d. m., Cl-chlorides – 21 300 mg/kg d. m., sulphates – 1 984 mg/kg d. m., total organic carbon (DOC) – 3 200 mg O2/kg d. m., heavy metal content, which was at a low level. Of the performed determinations, only organic carbon content (DOC) exceeded the leaching limit values (Journal of Laws of 2015, item 1277, Appendix no. 5), which may have been caused by the presence of organic polymers contained in solidified fluids and petroleum substances contaminating them. In addition, toxicological studies of leachate from the solidified semi-finished product were performed using selected toxicological tests. The toxicity expressed in TU units of the tests selected for the research was as follows: Microtox – 4.3; Daphtoxkit (48 h) – 9.9; Spirodela – 9.5. Leachate from the semi-finished product may be classified as low toxic (toxicity class II TU < 10). The presented technology has been granted patent protection No. P. 418959 under the title “The method of solidification of used water dispersion bentonite and polymeric drilling fluids”, which was awarded with a gold medal at the international exhibition of inventions in Geneva.

2

Zestalanie zużytych płuczek wiertniczych – próba półprzemysłowa

Steliga T., Uliasz M., Jakubowicz P., Szajna A.

Nafta-Gaz

|

2018

|

R. 74, nr 11

821--827

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych zestalania płuczek bentonitowych i beziłowych polimerowych pod kątem dobru rodzaju i optymalnej ilości środka wiążącego oraz badania otrzymanego zestalonego półproduktu. Przy zestalaniu płuczki ważny jest dobór środków wiążących, których zadaniem jest takie przekształcenie suspensji płuczki wiertniczej w ciało stałe o odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej, aby w jak największym stopniu ograniczyć wymywanie się z niego substancji niebezpiecznych występujących w postaci związków rozpuszczalnych. W wyniku tych badań wytypowano zestaw środków stanowiących kompozycję na bazie cementu portlandzkiego CEM I 32,5 lub spoiwa hydraulicznego – Silment CQ-25 w ilości 20÷35% zawierającą 4÷5% szkła wodnego sodowego. O wyborze tych środków zdecydowały ich właściwości chemiczne i wpływ na właściwości mechaniczne ciała stałego powstałego po zestaleniu płuczki otworowej. W celu weryfikacji opracowanej technologii zestalania zużytych płuczek wiertniczych przeprowadzono próbę w skali półprzemysłowej. Zestalony półprodukt poddano badaniom pod kątem wytrzymałości na ściskanie – po 7 dniach wytrzymałość wynosiła 0,9 MPa, a po 14 dniach – 1,9 MPa. Przeprowadzone badania wymywalności substancji szkodliwych w odcieku z półproduktu wykazały następujące wartości oznaczeń: stałe związki rozpuszczone (TDS) – 58 424 mg/kg s.m., chlorki Cl− – 21 300 mg/kg s.m., siarczany – 1984 mg/kg s.m., ogólny węgiel organiczny (DOC) – 3200 mg O2/kg s.m., zawartość metali ciężkich – na niskim poziomie. Spośród wykonanych oznaczeń jedynie zawartość węgla organicznego (DOC) przekroczyła graniczne wartości wymywania (Dz.U. z 2015 r., poz. 1277, załącznik nr 5), co mogło być spowodowane obecnością polimerów organicznych zawartych w składach zestalonych płuczek oraz zanieczyszczających je substancji ropopochodnych. Ponadto wykonano badania toksykologiczne odcieku z zestalonego półproduktu z wykorzystaniem wytypowanych testów toksykologicznych. Toksyczność wyrażona w jednostkach toksyczności (TU) w wytypowanych do badań testach wynosiła: Microtox – 4,3; Daphtoxkit (48 h) – 9,9; Spirodela – 9,5. Odciek z półproduktu można zaliczyć do niskotoksycz- nych (II klasa toksyczności, TU < 10). Prezentowana technologia została objęta ochroną patentową nr P.418959 pt.: Sposób zestalania zużytych wodnodyspersyjnych płuczek wiertniczych typu bentonitowego i polimerowego.

EN

The article presents results of laboratory tests of solidification of bentonite and non-clay polymeric muds to select a type and an optimum amount of a bonding agent and to examine the obtained solidified semi-finished product. When solidifying the fluid, it is important to select binding agents, the task of which is to convert the suspension of the drilling fluid into a solid body of sufficient mechanical strength in order to minimize the leaching of hazardous substances in the form of soluble compounds. As a result of these tests, a set of agents constituting a composition based on Portland cement CEM I 32.5 or hydraulic binder – CQ-25 Silment in the amount of 20÷35% containing 4÷5% sodium water glass was selected. The choice of these agents was determined by their chemical properties and their effect on the mechanical properties of the solid produced after the solidification of the borehole fluid. In order to verify the developed technology of solidification of used drilling fluids, a semi-industrial test was carried out. The semiproduct of solidification was tested for compressive strength – after 7 days it was 0.9 MPa, whereas after 14 days – 1.9 MPa. The test of leaching of harmful substances in the leachate from the semi-finished product, showed the following values of determinations: solid dissolved compounds (TDS) – 58 424 mg/kg d. m., Cl-chlorides – 21 300 mg/kg d. m., sulphates – 1984 mg/kg d. m., total organic carbon (DOC) – 3200 mg O2/kg d. m., heavy metal content, which was at a low level. Of the performed determinations, only organic carbon content (DOC) exceeded the leaching limit values (Journal of Laws of 2015, item 1277, Appendix no. 5), which may have been caused by the presence of organic polymers contained in solidified fluids and petroleum substances contaminating them. In addition, toxicological studies of leachate from the solidified semi-finished product were performed using selected toxicological tests. The toxicity expressed in TU units of the tests selected for the research was as follows: Microtox – 4.3; Daphtoxkit (48 h) – 9.9; Spirodela – 9.5. Leachate from the semi-finished product may be classified as low toxic (toxicity class II TU < 10). The presented technology has been granted patent protection No. P. 418959 under the title The method of solidification of used water dispersion bentonite and polymeric drilling fluids, which was awarded with a gold medal at the international exhibition of inventions in Geneva.

3

Ocena wpływu poliwinyloaminy na inhibitujące właściwości płuczki wiertniczej

Uliasz M., Zima G., Jasiński B., Szajna A., Witek E.

Nafta-Gaz

|

2018

|

R. 74, nr 9

669--675

PL

Podczas przewiercania skał ilasto-łupkowych bardzo ważną kwestią jest zapobieganie ich hydratacji przy użyciu płuczek wiertniczych o działaniu inhibitującym. Podstawowym składnikiem takich płuczek są środki chemiczne pełniące funkcję inhibitorów hydratacji skał ilasto-łupkowych, jak KCl, PHPA, poliglikole oraz krzemiany: sodowy lub potasowy. Jak wykazały przeprowadzone w INiG – PIB badania laboratoryjne, rolę inhibitorów mogą pełnić również polimery zawierające pierwszorzędowe grupy aminowe (–NH2) bezpośrednio związane z atomami węgla w łańcuchu głównym. Przedstawicielem tych polimerów jest poliwinyloamina (PVAm), której syntezę przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych przy użyciu N-winyloformamidu (NVF). Otrzymana PVAm o niskiej i wysokiej średniej masie molowej wykorzystana została do opracowania nowej odmiany płuczki inhibitowanej aminowo-glikolowej. Właściwości inhibitujące uzyskanej płuczki określono na podstawie badań dyspersji oraz pęcznienia wybranych skał ilasto-łupkowych. Otrzymane wyniki badań dowodziły wyższej efektywności jej inhibitującego oddziaływania na skały ilasto-łupkowe w porównaniu z płuczką stosowaną w warunkach otworowych zawierającą w składzie jonowo-polimerowy zestaw inhibitorów, tj. KCl-PHPA-PEG.

EN

During drilling through shale rocks, it is very important to prevent their hydration by using drilling fluids with an inhibitory effect. The basic components of such drilling muds are chemical agents that act as hydration inhibitors of shale rocks such as KCl, PHPA, polyglycols and silicates: sodium or potassium. As shown by laboratory tests carried out at INiG – PIB, also polymers containing primary amine groups (-NH2) directly linked to carbon atoms in the backbone chain can also act as inhibitors. The representative of these polymers is polyvinylamine (PVAm), the synthesis of which has been carried out in laboratory conditions using N-vinylformamide (NVF). Low and high average molecular weight PVAm was obtained and used to develop a new type of inhibited drilling fluid – the amino-glycol drilling mud. The inhibition properties of the developed mud were determined on the basis of dispersion and swelling tests on selected shale rocks. Obtained results proved a higher efficiency of its inhibition effect on shale rocks in comparison to muds used in borehole conditions containing an ionic-polymer set of inhibitors, i.e. KCl-PHPA-PEG.

4

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

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

Gospodarka Surowcami Mineralnymi

|

2018

|

T. 34, z. 1

97--118

EN

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

PL

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

5

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.

6

Ciecze wiertnicze do różnych warunków geologiczno-złożowych opracowane w oparciu o badania laboratoryjne

Uliasz M., Błaż S., Zima G., Jasiński B.

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2017

|

R. 20, Nr 3 (221)

4--8

PL

W artykule przedstawiono najważniejsze kierunki badań laboratoryjnych przeprowadzonych w Instytucie Nafty i Gazu – Państwowym Instytucie Badawczym nad opracowaniem, do różnych warunków geologiczno-złożonych, płuczek wiertniczych do wiercenia otworów oraz cieczy specjalnych do udostępniania złóż i przygotowania odwiertów do eksploatacji.

EN

This article presents the most important directions of laboratory research conducted at the Oil and Gas Institute – National Research Institute on the creation of drilling muds for drilling holes and special fluids for deposits development and preparing wells for exploitation, in various geological conditions.

7

Nowe rodzaje inhibitorów i ich wpływ na właściwości hydratacyjne skał ilasto-łupkowych

Zima G., Uliasz M., Błaż S., Jasiński B., Wiśniowski R., Wysocki S.

Nafta-Gaz

|

2017

|

R. 73, nr 1

36--42

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań przydatności nowych środków aminowych, kopolimerów i poliglikoli pod kątem zastosowania ich w płuczkach wiertniczych przeznaczonych do przewiercania skał ilastych. W oparciu o dane literaturowe przeanalizowano możliwości wykorzystania do wierceń w formacjach łupkowych obecnie stosowanych płuczek inhibitowanych. W dalszej części artykułu przedstawiono wyniki badań właściwości płuczek mających na celu wytypowanie nowych środków chemicznych spełniających rolę inhibitorów hydratacji skał w płuczkach wiertniczych przeznaczonych do przewiercania skał ilastych. Przeprowadzono badania parametrów reologicznych opracowanych płuczek, ich wpływu na dezintegrację i pęcznienie wzorcowej skały ilastej (łupek mioceński) oraz badania odporności termicznej, odporności na skażenie jonami jedno- i wielowartościowymi. Na podstawie uzyskanych wyników zaproponowano składy płuczek wiertniczych charakteryzujących się odpowiednimi parametrami technologicznymi oraz skuteczną inhibitacją hydratacji skał ilastych.

EN

The paper presents the results of the usefulness of new amines, copolymers and poliglycols, for their application in drilling fluids earmarked for drilling shale rocks. Based on literature data, the possibility of currently used drilling muds for application in shale formations was analyzed. Later in the article, the results of research intended to select new chemicals used as inhibitors for hydration of the rocks in drilling muds for shale are presented. Studies of rheological parameters, their impact on the disintegration and swell of standard sample (Miocene) and research thermal resistance, resistance to contamination ions, single- and multi-valued were carried out. Based on the results obtained, drilling fluids characterized by the appropriate technological parameters and effective hydration inhibition of shale rocks were proposed.

8

Roztwory mrówczanów jako składniki płuczek wiertniczych

Uliasz M., Zima G., Błaż S., Jasiński B.

Przemysł Chemiczny

|

2016

|

T. 95, nr 2

297--302

PL

Badano możliwości sporządzania płuczek wiertniczych o gęstości regulowanej solami mrówczanowymi. Z mrówczanów potasu i sodu sporządzono płuczki wiertnicze o małej zawartości fazy stałej (gęstość 1,25–1,5 kg/dm3). Sole kwasu mrówkowego mogą być z powodzeniem stosowane w technologii cieczy wiertniczych jako środki chemiczne o wielofunkcyjnym działaniu.

EN

Drilling muds were prepd. by dissoln. of K and Na formates, suspending CaCO3 and cellulose and starch-based thickeners in H2O and studied for d. (1.25–1.5 kg/L) and filtrability. The muds met the quality requirements and were recommended for practical use.

9

Zestalanie urobku jako metoda zagospodarowania odpadów wiertniczych

Uliasz M., Steliga T., Kremieniewski M.

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2016

|

nr 209 wyd. konferencyjne

677--679

PL

W publikacji zaprezentowano wyniki badań nad doborem środków wiążących oraz efektywnością ich działania w procesie zestalania urobku. Wytypowane środki wiążące miały na celu zestalenie urobku wiertniczego w taki sposób, aby uzyskany produkt posiadał cechy ciała stałego o odpowiednich parametrach mechanicznych. Efektem prac było otrzymanie z urobku produktu stałego o cechach pozwalających na deponowanie go na składowiskach bez negatywnego oddziaływania na środowisko naturalne lub wykorzystanie jako np. podsadzka drogowa.

EN

The publication presents the results of research on the selection of binding agents and effectiveness of their actions in the process of solidification of excavated materials. The selected binders were to solidify excavated materials in such a way that the obtained product had the characteristics of a solid of appropriate mechanical properties. The outcome was to receive the excavated solid product with features that allow to deposit it in landfills without a negative impact on the environment or use, as eg. road foundation.

10

Wpływ materiałów obciążających o różnej granulacji na zmiany parametrów technologicznych płuczek wiertniczych w warunkach HPHT

Szajna A., Uliasz M., Zima G.

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2016

|

nr 209 wyd. konferencyjne

691--693

PL

W posterze przedstawiono, w oparciu o wyniki badań laboratoryjnych, wpływ wytypowanych materiałów obciążających na zmiany parametrów technologicznych płuczek wiertniczych w warunkach podwyższonej temperatury oraz ciśnienia (HPHT). W badaniach uwzględniono wpływ materiałów obciążających o różnej granulacji na filtrację i parametry reologiczne płuczek wiertniczych w warunkach HPHT. Dodatkowo przedstawiono również wyniki badań współczynnika tarcia na kontakcie metal – metal w środowisku płuczek wiertniczych zawierających materiały obciążające o różnej frakcji.

EN

This article presents the results of studies on the influence of selected weighting materials on the technological parameters of drilling muds in terms of high pressure and high temperature (HPHT). The studies examined the impact of weighting materials characterized by various granulation on filtration, rheological parameters of drilling muds at HPHT. Friction coefficient tests results in environment of drilling muds containing weighting materials are also shown in this paper.

11

Układy emulsyjne typu W/O jako płuczki inwersyjne do wiercenia otworów

Błaż S., Uliasz M., Zima G., Jasiński B., Szajna A.

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2016

|

nr 209 wyd. konferencyjne

253--257

PL

Płuczki inwersyjne są jednym z rodzajów płuczek, które mogą być stosowane do wiercenia otworów w prawie każdych warunkach geologicznych. W szczególności są zalecane do przewiercania formacji skał ilasto-łupkowych i solnych. Doskonałe właściwości smarne płuczek inwersyjnych pozwalają na wiercenie otworów kierunkowych i horyzontalnych, umożliwiają zmniejszenie momentu obrotowego i oporów tarcia. Płuczki inwersyjne są stabilne w bardzo wysokich temperaturach i zapewniają doskonałą ochronę przed korozją. W artykule przedstawione zostały wyniki badań laboratoryjnych nad doborem odpowiedniego oleju stanowiącego bazę płuczek inwersyjnych oraz skutecznych emulgatorów do wytworzenia stabilnych układów emulsyjnych. W wyniku przeprowadzonych badań laboratoryjnych dokonano doboru odpowiednich rodzajów emulgatorów oraz określono ich optymalne dodatki, przy których możliwe było otrzymanie emulsji o stabilności elektrycznej powyżej 300 V. Ponadto przeprowadzona została szczegółowa analiza mikroskopowa sporządzonych płuczek inwersyjnych w zależności od stosunku fazy olejowej do wodnej oraz ilości dostarczanej energii do emulgowania.

EN

Invert emulsion drilling mud is one of the types of fluids that may be used for drilling in almost any geological conditions. They are especially recommended for drilling through clay-shale rock formations and salt. Excellent lubricity allows drilling directional and horizontal holes, they also allow to reduce friction and torque. Invert emulsion drilling mud are stable at very high temperatures and they provide excellent protection against corrosion.The article presents results of laboratory tests on selection proper oil, which can be a base of invert emulsion drilling mud, and effective emulsifiers to generate stable emulsion systems. The studies made it possible to make a selection of appropriate types of emulsifiers and determine the optimal doses with which it was possible to obtain an emulsion of the electrical stability above 300 V. Detailed microscopic analysis of prepared muds with different ratios of water to oil was performed.

12

Dobór optymalnych inhibitorów hydratacji skał ilastych do przewiercania warstw łupkowych

Zima G., Uliasz M., Błaż S., Jasiński B., Wiśniowski R., Wysocki S.

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2016

|

nr 209 wyd. konferencyjne

259--263

PL

W referacie przedstawiono wyniki badań przydatności nowych środków aminowych, kopolimerów i poliglikoli pod kątem zastosowania ich w płuczkach wiertniczych przeznaczonych do przewiercania skał ilastych. Przeprowadzono badania parametrów reologicznych opracowanych płuczek, ich wpływu na dezintegrację wzorcowej skały ilastej (łupek mioceński) oraz badania odporności termicznej, odporności na skażenie jonami jedno- i wielowartościowymi. Na podstawie uzyskanych wyników zaproponowano składy płuczek wiertniczych charakteryzujących się odpowiednimi parametrami technologicznymi oraz skuteczną inhibitacją hydratacji skał ilastych.

EN

The paper presents the results of the usefulness of the new amine, copolymers and poliglycols for their application in drilling fluids for drilling shale rocks. There were carried out studies of rheological parameters, their impact on the disintegration of standard rocks (Miocene) and research of thermal resistance, resistance to contamination ions single- and multi-valued. Based on the obtained results were proposed drilling fluids characterized by the appropriate technological parameters and effective hydration inhibition of shale rocks.

13

Ciecze przemywające osady z płuczki glikolowo-potasowej przed zabiegiem cementowania

Jasiński B., Uliasz M., Zima G., Błaż S., Szajna A.

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2016

|

nr 209 wyd. konferencyjne

271--275

PL

Do przewiercania warstw ilasto-łupkowych stosuje się płuczki wiertnicze wykazujące zdolność do przeciwdziałania dyspersji i pęcznieniu materiałów ilastych. Są to głównie płuczki polimerowo-potasowe i glikolowo-potasowe, różniące się mechanizmami inhibitowania hydratacji skał. Badania wskazują, że płuczka glikolowo-potasowa skuteczniej zapobiega zjawisku hydratacji i dyspersji skały, natomiast może niekorzystnie wpływać na jakość zacementowania kolumn rur. W referacie omówiono wyniki badań laboratoryjnych nad opracowaniem składu cieczy przemywających, pozwalających uzyskać wysoką jakość zacementowania kolumn rur okładzinowych po stosowaniu podczas wiercenia otworu płuczki glikolowo-potasowej. W toku badań sprawdzono wpływ pięciu rodzajów cieczy przemywających na wartość przyczepności na kontakcie: stwardniały zaczyn cementowy – skała. Po analizie uzyskanych rezultatów wytypowano środki, których zastosowanie zapewnia najwyższą efektywność usuwania osadu wytworzonego przez płuczkę wiertniczą.

EN

Drilling through shale layers requires the use of drilling muds which have the ability to prevent swelling of clay materials. These are mainly polymer-potassium drilling mud and glycol based drilling mud, whose mechanisms of rocks hydration inhibition are different. Research indicates that the glycol based mud more effectively prevents hydration and dispersion of the rocks. However, geophysical surveys show poorer quality of cement bonding than in case of use of polymer-potassium mud. The paper presents results of laboratory tests on development of wash fluids compositions, which allow to acquire high quality of cement bonding after use of glycol based drilling mud. During studies was examined the impact of five types of wash fluids on the value of adhesion at the cement stone – rock contact. After analysis of obtained results was selected agent which provide highest efficiency of filter cake removal.

14

Badanie wymywalności i toksyczności substancji szkodliwych z zestalonych zużytych płuczek wiertniczych

Steliga T., Kluk D., Uliasz M., Jakubowicz P.

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2016

|

nr 209 wyd. konferencyjne

277--282

PL

W artykule opisano wyniki badań laboratoryjnych zestalania zużytych płuczek wiertniczych za pomocą różnego rodzaju środków wiążących. Zestalone płuczki poddano badaniom wymywalności substancji niebezpiecznych, kierując się kryteriami decydującymi o możliwości składowania ich na wysypiskach odpowiednich rodzajów odpadów – zgodnie z dopuszczalnymi granicznymi wartościami wymywania, zawartymi w rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dnia 8 stycznia 2013 r. w sprawie kryteriów oraz procedur dopuszczania odpadów do składowania na składowisku odpadów danego typu (Dz.U. z 2013, poz. 38). Wykorzystując mikrobiotesty typu ToxKit, określono wpływ odcieków wodnych zestalonych zużytych płuczek wiertniczych na środowisko. Na podstawie uzyskanych wyników wytypowano rodzaj stosowanych środków wiążących, dzięki którym zestalone płuczki charakteryzowały się wysoką wytrzymałością mechaniczną, ograniczoną zdolnością wymywania substancji niebezpiecznych oraz niską toksycznością.

EN

The aim of the article is to present laboratory research on solidification of spent drilling muds with the application of lime (solidify) agents of a wide range. Solidified muds were a subject of tests in harmful substances washout. There were applied criteria on dangerous substances storage in adequate dumping ground – according to Regulation of Ministry of Economy and Labour from 8 January 2013 on criteria and procedures of wastes storage in dumps. With the use of ToxKit tests influence of leachate from solidified muds on environment was appointed. On the base of data obtained in laboratory research, a type of lime agent was selected. As a result, the solidified muds had high mechanical endurance, limited ability to washout dangerous substances and low toxicity.

15

Analiza wpływu inhibitowanych płuczek wodnodyspersyjnych na efektywność uszczelnienia przestrzeni pierścieniowej

Uliasz M., Zima G., Kremieniewski M., Błaż S., Jasiński B.

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2016

|

nr 209 wyd. konferencyjne

265--269

PL

W oparciu o analizę materiałów otworowych i wyniki badań laboratoryjnych w artykule przedstawiono wpływ płuczek zawierających inhibitory polimerowe, tj. PHPH lub glikol, na jakość zacementowania kolumn rur okładzinowych w wybranych interwałach wytypowanych otworów. Badania laboratoryjne dotyczyły określenia stopnia dyspersji skał ilasto-łupkowych w środowisku ww. płuczek inhibitowanych i cieczy stosowanych podczas zabiegu cementowania, przyczepności kamienia cementowego do skały oraz wytrzymałości na ściskanie kamienia cementowego otrzymanego po skażeniu zaczynu płuczką wiertniczą.

EN

This article presents the influence of drilling muds containing polymeric inhibitors such as PHPA or glycol on the casing cementing quality in selected intervals, based on the analysis of borehole materials and results of laboratory tests. Laboratory tests were aimed at determining of dispersion degree of shales in the environment of these drilling muds and other fluids applicable during cementing operation, adhesion of cement stone to rock, and compressive strength of cement stone after contamination with drilling mud.

16

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.

17

Rola środków chemicznych w kształtowaniu właściwości technologicznych cieczy wiertniczych

Uliasz M., Zima G., Rzepka M., Dębińska E.

Przemysł Chemiczny

|

2015

|

T. 94, nr 5

715-722

PL

Przedstawiono zastosowanie różnych środków chemicznych w technologii cieczy wiertniczych. Środki te są niezbędne w recepturach płuczek i zaczynów cementowych, które mogą być używane w procesie wiercenia otworu, a następnie uszczelniania rur okładzinowych. Przedstawione środki chemiczne podzielono wg funkcji, jaką pełnią one w składach płuczek wiertniczych i zaczynów cementowych. Opisane środki zaliczono do regulatorów czasu wiązania zaczynów cementowych, wypełniaczy, materiałów podnoszących wytrzymałość kamienia cementowego, polimerowych inhibitorów hydratacji skał ilastych, elektrolitów, środków chemicznych zwiększających lepkość, materiałów ilastych, materiałów obciążających, środków obniżających parametry reologiczne, środków zmniejszających filtrację oraz środków chemicznych o specjalnym przeznaczeniu.

EN

A review with 36 refs., of additives to drilling fluids (gas migration-reducing agents, setting time controllers, filling materials, plastificators and superplastificators, thickeners, filtration-improving agents, liquefying agents, ballast matter, hydration inhibitors, surface-active agents and lubricants).

18

Ocena właściwości cieczy wiertniczych w aspekcie zapobiegania migracji gazu w otworach na przedgórzu Karpat

Uliasz M., Zima G., Błaż S., Jasiński B.

Nafta-Gaz

|

2015

|

R. 71, nr 1

11--17

PL

Przedstawione w artykule zagadnienie dotyczy wpływu właściwości technologicznych płuczek wiertniczych i cieczy przemywających na stopień uszczelnienia przestrzeni pierścieniowej na kontakcie kamień cementowy–skała. Podstawą oceny właściwości tych cieczy były wyniki badań laboratoryjnych w odniesieniu do wielkości wypływu gazu z przestrzeni międzyrurowych w warunkach otworowych. Dla wybranych otworów zrealizowanych na przedgórzu Karpat określono wartości przyczepności kamienia cementowego do próbki rdzenia i przepuszczalności dla gazu ze względu na parametry reologiczne zastosowanych płuczek wiertniczych oraz właściwości inhibitacyjne płuczek i cieczy przemywających. Wyniki badań wykazały, że w celu poprawy szczelności na kontakcie kamień cementowy–skała oraz ograniczenia przepuszczalności dla gazu, przed zabiegiem cementowania należy przeprowadzić modyfikację właściwości reologicznych płuczki otworowej oraz stosować odpowiednie ciecze przemywające charakteryzujące się właściwościami inhibitacyjnymi.

EN

This article describes the impact of the technological properties of drilling muds and spacer fluids on the quality of the annular space sealing at the cement stone – rock contact. Evaluation of the properties of these liquids was made on the basis of laboratory tests in relation to the size of the outflow of gas from the annular space in borehole conditions. For selected boreholes completed in the Carpathian Foredeep, the adhesion of the cement stone to core samples and gas permeability due to the rheological and inhibitive parameters of used drilling muds and spacer fluids was identified. Obtained results showed that in order to improve sealing quality at the cement stone – rock contact and to reduce gas permeability, cementing should be preceded by the modification of the rheological properties of drilling mud and in addition proper spacer fluids with appropriate inhibitive properties should be used.

19

An analysis of the possibilities of using new types of polymeric inhibitors in the technology of drilling fluids in shale formations

Uliasz M., Zima G., Błaż S., Jasiński B., Wiśniowski R., Wysocki S.

Nafta-Gaz

|

2015

|

R. 71, nr 11

884--892

EN

The paper presents an overview of the currently used inhibited drilling fluids with the ability to reduce the hydration of the shale. Based on literature data the possibility of using drilling muds in shale formations was analysed. The rest of the article presents the results of research intended to select new chemicals used as inhibitors of the hydration of rocks in drilling muds for drilling in shale. In this study agents such as a new type of polyglycol, an alkoxy derivative of butanol and an amine compound were used. New types of inhibitors were used in the composition of drilling fluids developed for drilling in shale. The carried out investigations of thermal resistance, resistance to pollution with mono- and multivalent ions, and studies on their impact on the disintegration of Miocene shale have shown that the developed muds have suitable technological parameters, are resistant to pollution with bivalent metal ions and temperature, and provide effective protection against Miocene shale hydration up to 100%. The investigations were performed under the Blue Gas project

PL

W artykule przedstawiono przegląd obecnie stosowanych płuczek wiertniczych inhibitowanych wykazujących zdolność ograniczania niekorzystnych zjawisk fizykochemicznych zachodzących w układzie łupek ilasty–płuczka wiertnicza. W oparciu o dane literaturowe przeanalizowano możliwości wykorzystania do wierceń w formacjach łupkowych obecnie stosowanych płuczek inhibitowanych. W dalszej części artykułu przedstawiono wyniki badań mające na celu wytypowanie nowych środków chemicznych spełniających rolę inhibitorów hydratacji skał w płuczkach wiertniczych przeznaczonych do przewiercania skał ilastych. W przeprowadzonych badaniach zostały zastosowane środki takie jak: nowy rodzaj poliglikolu, alkoksylowa pochodna butanolu oraz związek aminowy. Nowe rodzaje inhibitorów znalazły zastosowanie w opracowanych składach płuczek wiertniczych do przewiercania skał ilastych. Przeprowadzone badania odporności termicznej, odporności na skażenie jonami jedno- i wielowartościowymi oraz badania ich wpływu na dezintegrację łupka mioceńskiego wykazały, że opracowane płuczki charakteryzują się odpowiednimi parametrami technologicznymi, są odporne na skażenie jonami metali dwuwartościowych i podwyższoną temperaturę oraz zapewniają skuteczną ochronę łupka mioceńskiego przed hydratacją nawet do wartości bliskich 100%. Przedstawione badania wykonano w ramach projektu Blue Gas – Polski Gaz Łupkowy

20

Drilling mud for shale gas drilling

Kędzierski M., Wysocki S., Wiśniowski R., Uliasz M., Zima G.

AGH Drilling, Oil, Gas

|

2015

|

Vol. 32, no. 3

503--516

EN

The selection of the relevant components the drilling of 5mud can reduce the occurrence of negative physical-chemical phenomena observed between shales and drilling mud. The purpose of laboratory examination was to estimate the impact of different polymer inhibitors for hydration of clays and shales. A laboratory test were performed in order to estimate the concentration of polymer inhibitors in preventing the phenomena taking place in contact with the shale rocks – drilling mud. Also, research the influence a drilling fl uids containing different kinds of hydration inhibitors on swelling and clays and shales dispersion.