Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Zaczyny do uszczelniania otworów w warunkach niskich wartości gradientów ciśnienia szczelinowania skał oraz do prac rekonstrukcyjnych

100%

Kremieniewski M.

|

2020

|

tom R. 76, nr 2

102--109

PL

Receptury o obniżonej gęstości to zaczyny najczęściej stosowane w warunkach występowania niskich wartości gradientów ciśnienia szczelinowania, w rejonie skał słabozwięzłych, chłonnych, lub podczas prowadzenia prac rekonstrukcyjnych odwiertu. Stosowanie zaczynów lekkich zawierających frakcje o wymiarach większych niż średnica ziaren cementu pozwala wyeliminować ewentualność przesiąkania cieczy uszczelniającej przez strukturę skały o znacznej chłonności. Odpowiednio dobrany zaczyn lekki na skutek niskiej wartości ciśnienia hydrostatycznego nie powoduje rozszczelinowania struktury skał słabozwięzłych. Jednak mimo licznych zalet zaczynu lekkiego pojawiają się również negatywne aspekty, do których w pierwszej kolejności można zaliczyć nadmierne frakcjonowanie. Takie zachowanie zaczynu jest niekorzystne, ponieważ powoduje tworzenie się niejednolitej struktury płaszcza cementowego po związaniu. W związku z powyższym głównym parametrem, któremu należy poświęcić najwięcej uwagi podczas projektowania receptury zaczynu lekkiego jest właśnie stabilność sedymentacyjna. W celu wyeliminowania nadmiernego frakcjonowania stosuje się środki, które pozwalają utrzymać w całej objętości cieczy zarobowej cząstki o różnej gęstości. Odpowiedni dobór jakościowy i ilościowy poszczególnych domieszek pozwala na uzyskanie zaczynu cementowego o optymalnych parametrach, dostosowanych do konkretnych warunków geologiczno-technicznych, który nie będzie ulegał sedymentacji, a powstały z takiej receptury płaszcz cementowy będzie posiadał porównywalne wartości badanych parametrów bez względu na miejsce pomiaru. Zagadnienia dotyczące receptur zaczynów o obniżonej gęstości z przeznaczeniem do uszczelniania otworów w warunkach niskich wartości gradientów ciśnienia szczelinowania oraz do prac rekonstrukcyjnych wymagają ciągłego doskonalenia i prowadzenia prac badawczych. W związku z powyższym w niniejszej publikacji omówiono wyniki prac badawczych nad opracowaniem nowych zaczynów przeznaczonych do uszczelniania otworów w warunkach jak wspomniano powyżej. Zaprojektowano 4 receptury zaczynów o obniżonej gęstości, których parametry porównywano do receptury kontrolnej. W trakcie realizacji prac badawczych użyto zarówno dotychczas stosowane, jak również nowe lekkie dodatki wypełniające i środki ograniczające nadmierne frakcjonowanie projektowanych receptur. Opracowano nowe receptury zaczynów dla warunków otworowych o temperaturze około 30°C i ciśnieniu około 5 MPa. Wykonane zostały badania frakcjonowania zaczynów i przeprowadzono badania parametrów decydujących o efektywności uszczelniania. W przypadku próbek stwardniałych zaczynów wykonano badania wytrzymałości na ściskanie oraz określono siłę związania (przyczepności) stwardniałego zaczynu cementowego z powierzchnią rury okładzinowej.

EN

The slurries most commonly used in the conditions of occurrence of low values of fracturing pressure gradients, in the area of weak, porous rocks, or during bore workover operations are reduced density recipes. The use of lightweight slurries containing fractions with dimensions larger than the diameter of cement grains allows to eliminate the possibility of seeping of sealing liquid through the rock struc- ture with significant absorbency. Due to the low value of hydrostatic pressure properly selected, lightweight slurry doesn’t cause fracturing of the structure of weak rocks. However, despite the numerous advantages of lightweight slurry, there are also negative aspects, which may include first of all excessive fractionation. This cement slurry behavior is disadvantageous because it causes the formation of a heterogeneous structure of the cement sheath after setting. Therefore, the main parameter that should be given the most attention when designing a lightweight cement slurry recipe is the sedimentation stability. In order to eliminate excessive fractionation, means that allow particles of different densities to be maintained in the entire volume of the liquid are used. Appropriate qualitative and quantitative selection of individual additives allows to obtain cement slurry with optimal properties, adapted to specific geological and technical conditions, which will not sediment. The resulting cement sheath will have comparable values of tested parameters regardless of the place of measurement. Issues regarding reduced density slurry recipes intended for sealing boreholes under low fracture pressure gradients and for workover operations require continuous improvement and research. Therefore, this publication discusses the results of research work on the development of new cement slurries for sealing holes under conditions mentioned above. Four low density cement slurry recipes were designed, whose parameters were compared with the control recipe. During the implementation of research works, both previously used as well as new lightweight fillers and measures to limit excessive fractionation of designed recipes were used. New slurry recipes have been developed for well conditions with a temperature of about 30°C and a pressure of about 5 MPa. Slurry fractionation were tested and parameters determining the sealing efficiency were studied. In the case of samples of hardened cement slurries, compressive strength tests were performed and the bonding strength (adhesion) of the hardened cement slurry with the surface of the casing pipe was determined.

2

Korelacja skuteczności działania środków dyspergujących o różnym mechanizmie upłynniania

100%

Kremieniewski M.

|

2020

|

tom R. 76, nr 11

816--826

PL

Efektywne uszczelnienie otworu wiertniczego zależy od wielu właściwości zaczynu cementowego. Do ważniejszych należą parametry reologiczne. Zaprojektowanie zaczynu o wymaganych wartościach lepkości plastycznej, granicy płynięcia czy współczynnika konsystencji przyczynia się do sprawnego przeprowadzenia zabiegu cementowania i pozwala efektywnie wypełnić cementowaną przestrzeń pozarurową. W celu dostosowania parametrów reologicznych do wymagań technologicznych wykorzystuje się środki dyspergujące. Działanie tych upłynniaczy bądź superplastyfikatorów związane jest z ich budową chemiczną, która ma wpływ na mechanizm upłynniania. Dlatego też w celu odpowiedniego doboru środka upłynniającego korzystne jest zaznajomienie się z jego mechanizmem działania, dzięki czemu możliwe będzie zastosowanie optymalnych ilości dla danej receptury zaczynu. W publikacji omówiona została skuteczność działania środków dyspergujących w zależności od ich mechanizmu upłynniania. Realizowane prace badawcze polegały na modyfikacji zaczynu cementowego za pomocą soli sodowych polikondensatów formaldehydowych kwasów naftalenosulfonowych oraz dyspergatora polimerowego na bazie karboksylanów. Zastosowano ilości środka dyspergującego w zakresie od 0,05% (bwoc1 ) do 1,0% (bwoc). Przeprowadzono badania parametrów reologicznych opisywanych za pomocą pięciu modeli reologicznych, tj. Newtona, Binghama, Ostwalda de Waele’a, Cassona, Herschela-Bulkleya. Głównym celem prac opisanych w artykule było przeprowadzenie analizy korelacyjnej zmiany parametrów reologicznych zaczynów modyfikowanych środkami dyspergującymi należącymi do różnych grup w zależności od ich mechanizmu upłynniania. Dzięki temu możliwe było wskazanie efektywności działania dodatków dyspergujących w zależności od zastosowanej ilości upłynniacza należącego do danej grupy. Zrealizowane prace są pomocne przy określeniu optymalnej ilości środka dyspergującego danego rodzaju (o danym mechanizmie działania).

EN

Effective borehole sealing depends on many properties of the cement slurry. The rheological parameters are the most important. Designing the cement slurry with the required values of plastic viscosity, yield point or consistency coefficient contributes to the efficient performance of the cementing procedure and allows for effective filling of the cemented space outside the tubing. In order to adjust rheological parameters to technological requirements, dispersants are used. The operation of these plasticizers or superplasticizers is related to their chemical structure, which determines their liquefaction mechanism. Therefore, in order to properly select a fluidizing agent, it is beneficial to become familiar with its mechanism of operation, thanks to which it will be possible to use the optimal amounts for a given cement slurry recipe. The publication discusses the effectiveness of dispersing agents depending on their liquefaction mechanism. The research work carried out consisted in the modification of the cement slurry with the use of sodium salts of polycondensates of naphthalene sulfonic acids and a polymer dispersant based on carboxylates. Amounts of dispersant ranging from 0.05% (bwoc) to 1.0% (bwoc) were used. The rheological parameters described by means of five rheological models, i.e. Newton, Bingham, Ostwald de Waele, Casson and Herschele-Bulkley, were tested for the cement slurries. The main goal of the work presented in the article was to conduct a correlation analysis of the change in rheological parameters of slurries modified with dispersants belonging to different groups depending on their liquefaction mechanism. Thanks to this, it was possible to indicate the effectiveness of the dispersing additives depending on the amount of the fluid used belonging to a specific group. The work carried out is helpful in determining the optimal amount of dispersing agent depending on its type (mechanism of action).

3

Poprawa szczelności płaszcza cementowego za pomocą innowacyjnych dodatków antymigracyjnych

80%

Kremieniewski M. , Rzepka M.

|

tom 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.

4

Korelacja wyników badań wytrzymałości na ściskanie i przyczepności do rur stalowych płaszcza cementowego z zaczynu o obniżonej gęstości

80%

Kremieniewski M.

|

tom R. 75, nr 10

613--624

PL

Podczas projektowania receptury zaczynu cementowego jednym z najczęściej określanych parametrów po związaniu zaczynu jest jego wytrzymałość na ściskanie. Parametr ten może być badany za pomocą metody niszczącej w hydraulicznej prasie wytrzymałościowej, jednak w ostatnich latach coraz częściej wytrzymałość mechaniczną wyznacza się przy użyciu metody nieniszczącej – poprzez pomiar prędkości przenikania fali w ultradźwiękowym analizatorze cementu. Ze względu na to, że jest to badanie proste do przeprowadzenia, ponieważ urządzenie automatycznie rejestruje przyrost wytrzymałości mechanicznej w jednostce czasu, to badanie takie najczęściej wykonuje się w ośrodkach badawczych, a wyniki są umieszczane w wytycznych do cementowania. Należy jednak zaznaczyć, że pod względem poprawy efektywności uszczelniania i stabilizacji kolumn rur okładzinowych bardziej istotna jest przyczepność tworzącego się płaszcza cementowego do powierzchni rur okładzinowych i formacji skalnej. Jednak tego rodzaju wyniki badań najczęściej są zaniedbywane. Ze względu na zależność pomiędzy wartością wytrzymałości mechanicznej i przyczepności stwardniałego zaczynu do powierzchni rur stalowych występuje możliwość obliczenia z dużym prawdopodobieństwem wartości przyczepności na podstawie uzyskanych wyników wytrzymałości na ściskanie stwardniałego zaczynu. Istnieją publikacje poruszające tematykę zależności analizowanych cech, jednak nie natrafiono na wyniki analizy korelacyjnej, na podstawie czego można by było określić, w jakim stopniu porównywane parametry mogą się pokrywać, a szczególnie w przypadku próbek z zaczynów o obniżonej gęstości. W związku z powyższym w niniejszej publikacji omówione zostały wyniki badań, na podstawie których przeprowadzono analizę korelacyjną wartości wytrzymałości na ściskanie i przyczepności do rur stalowych płaszcza cementowego powstałego z zaczynu o obniżonej gęstości. Analiza korelacyjna została wykonana dla wyników badań wartości wytrzymałości na ściskanie i przyczepności do rur stalowych próbek powstałych z 9 receptur zaczynów lekkich. Zaczyny podzielono na 3 grupy w zależności od rodzaju dodatku obniżającego gęstość. Dodatkową zmienną była temperatura i ciśnienie hydratacji. Dla tak sporządzonych próbek stwardniałych zaczynów wykonane zostały badania wytrzymałości na ściskanie oraz badanie przyczepności stwardniałego zaczynu do rury stalowej po czasie hydratacji wynoszącym 2, 7, 14 oraz 28 dni. Następnie uzyskane wyniki zostały poddane analizie korela- cyjnej, na podstawie której określono relacje pomiędzy analizowanymi cechami. Korelowano zależność przyczepności do rur od wartości wytrzymałości dla dwóch grup analizowanych cech. W pierwszej grupie analizie poddano stały skład zaczynu w zmieniającej się temperaturze pomiaru, natomiast w drugiej grupie analizowano różne receptury zaczynów w tej samej temperaturze. Na podstawie uzyskanych wyników wykreślono równania empiryczne. Obliczono również, jaki procentowy udział w wartości wytrzymałości na ściskanie stanowi wartość przyczepności do rur stalowych. Uzyskane wyniki mogą być pomocne przy określaniu wartości przyczepności płaszcza cementowego z zaczynu lekkiego do rur stalowych w przypadku posiadania tylko wartości wytrzymałości na ściskanie.

EN

When designing the cement slurry recipe, one of the most commonly deter-mined parameters after setting the slurry is its compressive strength. This parameter can be tested by a destructive method using a hydraulic testing machine. In recent years, however, mechanical strength has increasingly been determined using a non-destructive method by measuring the speed of wave penetration in the Ultrasonic Cement Analyzer. As this test is simple to perform because the device automatically records the increase in mechanical strength per unit of time, it is most often carried out in research centers, and the results are included in the cementing guidelines. It should be noted that in terms of improving the efficiency of sealing and stabilization of the casing pipe columns, the adhesion of the cement sheath to the surface of the casing and rock formation is more important. However, these types of test results are mostly neglected. Due to the relationship between the value of mechanical strength and adhesion of the hardened cement slurry to the surface of steel pipes, it is possible to calculate the adhesion value with high probability based on the obtained compressive strength of the hardened cement slurry. There are publications on the dependencies of the analyzed features, but no correlation analysis results based on which it would be possible to determine to what extent the compared parameters can overlap were found, especially in the case of lightweight cement slurries. This publication therefore discusses the results of the research on the basis of which a correlation analysis of the values of compressive strength and adhesion to steel pipes of the cement sheath produced from reduced density cement slurry was carried out. The said analysis was carried out for the results of the tests of compressive strength and adhesion values for steel pipes of samples made from 9 lightweight cement slurries recipes. The cement slurries were divided into 3 groups depending on the type of density-reducing additive. An additional variable was the temperature and hydration pressure. For such prepared samples of hardened cement slurries, compressive strength tests and adhesion tests of hardened slurry to steel pipe after hydration time of 2, 7, 14 and 28 days were performed. The obtained results were then subjected to a correlation analysis on the basis of which the relations between the analyzed features were determined. The dependence of adhesion to pipes depending on the strength value for two groups of analyzed features was correlated. In the first group, a constant composition of cement slurries with changing temperature of the measurement was analyzed, while in the second group, various recipes of cement slurries were analyzed at the same temperature. On the basis of the obtained results, empirical equations were plotted. It was also calculated what percentage share of the value of compressive strength constitutes the value of adhesion to steel pipes. The results obtained can be helpful in determining the adhesion value of the cement sheath made of lightweight slurry to steel pipes when only compressive strength values are available.