W artykule omówiono wyniki badań laboratoryjnych przeprowadzonych dla receptur projektowanych w celu obniżenia przepuszczalności stwardniałego zaczynu cementowego. Próbki kamieni cementowych hydratyzowały przez okres od 2 do 28 dni w warunkach otworopodobnych. Dla próbek hydratyzujących 28 dni wykonano badania opisujące ich kluczowe parametry technologiczne oraz mikrostrukturę stwardniałych zaczynów cementowych. Przeprowadzono analizę korelacyjną przepuszczalności dla gazu, porowatości i parametrów opisujących mikrostrukturę stwardniałych zaczynów cementowych. Przedstawiono zależności najbardziej wpływające na obniżenie przepuszczalności i-tym samym-na zwiększenie szczelności tworzącego się płaszcza cementowego. Słowa kluczowe: przepuszczalność, porowatość, stwardniały zaczyn cementowy, mikrostruktura, krzywa regresji, średnica progowa, ciśnienie progowe, porowatość, efekt brzegowy, powierzchnia właściwa. Correlation of permeability and parameters describing the structure of hardened cement slurries used to seal boreholes in the area of the Pomeranian Basin The article discusses the results of laboratory tests for recipes designed to reduce the permeability of hardened cement slurry. Samples of hardened cement slurries were cured from two to 28 days of hydration in borehole similar conditions. For samples cured for 28 days there were tests performed describing their crucial technological parameters and microstructure. The correlation analysis for gas permeability, porosity, and parameters describing the microstructure of the hardened cement slurries was performed. Most important factors influencing the reduction of permeability and thus improvement of tightness of cement sheath were analyzed and presented.

Przyczyny i skutki przepływu gazu w zacementowanej przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego oraz metody zapobiegania temu zjawisku W artykule zaprezentowano zagadnienia dotyczące migracji gazu. Omówione zostały poszczególne etapy wystę-powania tego niepożądanego zjawiska. Przedstawiono przyczyny powstawania migracji gazu, skutki jego przepły-wu w przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego oraz metody mające na celu zapobieganie temu zjawisku.Słowa kluczowe: zaczyn cementowy, kamień cementowy, ekshalacja gazu, płaszcz cementowy, mikrostruktura porowa.The causes and effects of gas flow in the cemented annular space of borehole and methods to prevent this phenomenonThe article presents the issues related to gas migration. Various stages of the occurrence of this undesirable phenomena were discussed. Causes of gas migration, the effects of the gas flow in annular space and methods to prevent this phenomenon were presented.

No abstract

Nanocząsteczki -nowa droga w kształtowaniu parametrów świeżych i stwardniałych zaczynów cementowychZwiększające się wymagania odnośnie właściwości zaczynu i kamienia cementowego sprawiają, iż konieczne jest poszukiwanie niekonwencjonalnych rozwiązań i materiałów, które zapewnią uzyskanie jak najlepszych efektów. Przy stosowaniu odpowiednich ilości nanocząsteczek możliwe jest zaprojektowanie zaczynu cementowego o dobrych parametrach reologicznych, dużej wytrzymałości, a równocześnie charakteryzującego się niską filtracją. W wyniku przeprowadzonych w INiG -PIB badań nad wpływu nanotlenku krzemu i nanotlenku glinu na właściwości zaczynu cementowego można stwierdzić, że komponenty te powodują wyraźną poprawę parametrów stwardniałe-go zaczynu cementowego. Na uwagę zasługuje fakt, że kamienie cementowe uzyskane z zaczynów zawierających nanokomponenty charakteryzowały się wysokimi wartościami wytrzymałości na ściskanie, co jest spowodowane upakowaniem się w przestrzeniach porowych nanocząsteczek o bardzo małych rozmiarach. Nawet w temperaturze 25°C próbki z nano-SiO 2 i nano-Al 2 O 3 osiągały bardzo wysokie wartości wytrzymałości na ściskanie, dochodzące w niektórych przypadkach nawet do 30 MPa po 2 dniach i prawie 50 MPa po 28 dniach. W porównaniu z kamieniem cementowym bez dodatku nanocząsteczek jest to przyrost wytrzymałości na ściskanie sięgający kilkudziesięciu procent. Stwardniałe zaczyny cementowe z dodatkiem nanocząsteczek wykazywały również znacznie bardziej zwartą mikrostrukturę w porównaniu z tzw. "czystym" zaczynem bazowym. Próbki z nanocząsteczkami posiadały także bardzo niską (około 1,5÷2%) zawartość porów kapilarnych, mogących tworzyć kanaliki dla przepły-wu mediów złożowych przez płaszcz cementowy w otworze wiertniczym. Pory o najmniejszych rozmiarach (poniżej 100 nm) stanowią zdecydowaną większość (95÷98%) z ogólnej ilości porów występujących w matrycy cementowej. Świadczy to o bardzo niskiej przepuszczalności dla medium złożowego w przypadku zastosowania próbek z dodatkami nanokomponentów. Zaprezentowane w niniejszym artykule zaczyny cementowe z nanocząsteczkami krzemu i glinu mogą być podstawą do opracowania szerokiej gamy innowacyjnych receptur zaczynów uszczelniających o podwyższonych wytrzymałościach mechanicznych i bardzo wysokiej szczelności matrycy cementowej.Słowa kluczowe: nanokrzemionka, zaczyn cementowy, stwardniały zaczyn cementowy, wytrzymałość mechaniczna. Nanoparticles -new direction in improvement of liquid and hard cement slurriesIncreasing requirements on the properties of slurry and set cement slurry enforce seeking unconventional solutions and materials that will ensure obtaining the best results. By using appropriate amounts of nanoparticles, it will be possible to design a cement slurry with good rheological parameters, high compressive strength, and at the same time low filtration. The results of research carried out in The Oil and Gas Institute -National Research Institute, concerning the influence of nanosilica and nano alumia oxide (nano-Al 2 O 3 ) on the properties of cement...

Influence of the contact time of the preflush fluid with the filter cake on the effectiveness of the purification of the annular spaceIn the process of drilling wells, tightness in the annular space between casing string and beyond is of particular importance. In order to eliminate undesirable gas migration due to lack of tightness, lowered casing string should be sealed by filling the annular space with cement slurry. During the pumping of cement slurry, drilling mud is removed from the annular space. However, cement slurry pumped directly after the mud, cannot sufficient remove residues from the mud. In order to properly seal the borehole with cement slurry, which after binding is designed to prevent the flow of gas, it is necessary to clean the annular space from filter cake by pumping the preflush fluid, and then completely removing the mud by spacer fluid and cement slurry. Fulfilling these conditions and obtaining a properly cleaned annular space prior to cementation can help improve the sealing and to some extent eliminate the possibility of undesirable gas migration at the contact of the cement sheath with the contact surfaces (casing string and rock formation). Taking into account the problem of improving the cleaning of the annular space and related issues, the laboratory tests have been carried out to determine the effect of the contact time of the preflushes on the purification of the annular space. During conducting the laboratory tests used the simplest type of preflush fluid, which was water. Such selection was conditioned by the necessity to demonstrate the effect of contact time on the efficiency of cleaning the annular space, excluding the physico-chemical action of the surfactant used in the preflush liquid. In order to pick up changes, control samples were also prepared on which no filter cake was produced. Laboratory tests of the effect of the contact time of the preflush fluid on the purification of the annular space were conducted by determining the adhesion of the cement sheath to the rock formation, from which the previously produced filter cake was removed.Key words: contact time of the preflush fluid, wash fluid, preflush fluid, cleaning of the annular space.Wpływ czasu kontaktu cieczy przemywającej z osadem płuczkowym na skuteczność oczyszczenia przestrzeni pierścieniowej W procesie wiercenia otworów wiertniczych szczególne znaczenie odgrywa zapewnienie szczelności w przestrzeni pierścieniowej pomiędzy kolumnami rur oraz poza nimi. W celu wyeliminowania m.in. niepożądanych zjawisk migracji gazu na skutek braku szczelności należy zapuszczoną kolumnę rur okładzinowych uszczelnić wypełniając przestrzeń pierścienio-wą lub pozarurową zaczynem cementowym. W trakcie tłoczenia zaczynu cementowego z przestrzeni pierścieniowej wypierana jest płuczka. Jednak tłoczony zaczyn cementowy nie jest w stanie dostatecznie dobrze usunąć pozostałości po płuczce. W celu dobrego uszczelnienia otworu zaczynem, który po związaniu ma za zadanie uniemożliwić przepływ gazu konieczne jest dokładne oczyszczenie pr...

Wpływ perlitu pylistego na własności technologiczne zaczynu cementowego W artykule przedstawiono wpływ domieszki perlitu pylistego na parametry zarówno świeżego, jak również stwardniałego zaczynu cementowego. Obecność perlitu w technologiach budowlanych znana jest już od dłuższego czasu, jednak w przemyśle naftowym nie był on wykorzystywany. Dlatego też postanowiono poddać badaniom zaczyny cementowe z domieszką najdrobniejszych frakcji perlitu, który określa się mianem perlitu pylistego bądź perlitu filtracyjnego. Środka tego użyto w celu regulacji parametrów technologicznych świeżego zaczynu cementowego oraz poprawy mikrostruktury płaszcza cementowego. Drobne frakcje dodatków i domieszek umożliwiają z reguły wypełnienie przestrzeni międzyziarnowych, dzięki czemu możliwe jest uzyskanie szczelnej matrycy płaszcza cementowego. Wspomnieć należy, iż dodatkowa cecha perlitu, którą jest jego bardzo niski ciężar właściwy, umożliwia zaprojektowanie zaczynu cementowego o obniżonej gęstości. Jest to korzystne na przykład podczas uszczelniania horyzontów wykazujących prawdopodobieństwo ucieczek podczas prac rekonstrukcyjnych lub posiadających niskie gradienty szczelinowania. Jednak w tym celu stosowane są znacznie większe ilości tego środka. W trakcie realizacji prac badawczych, których celem było określenie wpływu domieszki perlitu na parametry technologiczne zaczynu cementowego, zastosowano perlit pylisty 0,5% w stosunku do ilości masy cementu. W celu wychwycenia zmian w parametrach zaczynów sporządzono receptury kontrolne. Określone zostały takie właściwości zaczynu jak: parametry reologiczne, filtracja, czas gęstnienia, odstój wody, stabilność sedymentacyjna. Dla próbek stwardniałych zaczynów określono wpływ domieszki na parametry mechaniczne (wytrzymałość na ściskanie) i parametry fizykomechaniczne (przyczepność do rur stalowych i przyczepność do formacji skalnej). Dodatkowo stwardniały zaczyn cementowy poddano badaniom opisującym mikrostrukturę próbki i wykonano badania porowatości oraz przepuszczalności. W celu określenia wpływu domieszki perlitu pylistego na parametry zaczynu i powstałego z niego stwardniałego zaczynu, badania przeprowadzone zostały dla receptur przeznaczonych do uszczelniania otworów w warunkach otworowych o temperaturze od 30°C do 90°C oraz ciśnieniu od 5 MPa do 35 MPa. Słowa kluczowe: zaczyn cementowy, perlit ekspandowany, własności technologiczne zaczynu cementowego, szczelność płaszcza cementowego, drobne frakcje, stabilność sedymentacyjna.

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. Słowa kluczowe: migracja gazu, zaczyn cementowy, środki zapobiegające migracji gazu, cementowanie otworów wiertniczych, parametry zaczynu, wiertnictwo.

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