Skomentuj 
Podziel się!
Udostępnij
Twittnij
Wyślij
Drukuj
W artykule przedstawiono, na podstawie badań laboratoryjnych, ramowe składy zaczynów cementowych proponowane do zastosowania w warunkach przemysłowych z różnymi ilościami blokatorów ograniczających ucieczki zaczynu w warstwy chłonne (takimi jak: łupinki orzechów, blokatory węglanowe o różnej granulacji, płatki celofanowe, włókno szklane, włókno polipropylenowe i in.). Składy tych zaczynów mogą być użyte w otworach, w których wymagane jest zapobieganie ewentualnym ucieczkom zaczynu w warstwy chłonne.
Zjawisko ucieczki płuczki lub zaczynu cementowego w warstwy chłonne w trakcie cementowania rur może stanowić bardzo poważne zagrożenie podczas wykonywania zabiegów uszczelniania rur okładzinowych. Przyczyny występowania chłonności skał mogą być naturalne (związane z ich właściwościami oraz budową geologiczną rejonu wierceń) lub też techniczne (związane z przebiegiem procesu wiercenia). Do naturalnych przyczyn chłonności skał zaliczamy: dużą porowatość i przepuszczalność, małą zwięzłość, występowanie kawern, szczelin bądź spękań. Do skał odznaczających się powiększoną chłonnością należą głównie piaskowce o małym zróżnicowaniu wielkości ziaren (wskutek tego silnie porowate i przepuszczalne), skały spękane oraz skały o dużym stopniu skawernowania. Do przyczyn technicznych powodujących powiększenie chłonności można zaliczyć: zmiany ciśnienia w otworze powstałe podczas wyciągania przewodu wiertniczego, gwałtowne zwiększenie ciśnienia w otworze powodujące rozwarstwienie skał, a także zastosowanie nieprawidłowo dobranej płuczki wiertniczej (np. zbyt dużej gęstości i lepkości). Wszystkie te czynniki mogą powodować ucieczki płuczki niestabilność ściany otworu, co w znaczny sposób utrudnia dalsze wiercenie otworu oraz późniejsze cementowanie rur okładzinowych.
W celu zapobiegania ucieczkom zaczynu w warstwy chłonne podczas zabiegu cementowania dobiera się odpowiednie materiały uszczelniające i dodaje je do zaczynu cementowego. Rodzaj materiałów stosowanych do cementu jest zbliżony do tych, jakie stosuje się do likwidacji ucieczek płuczki [2, 3, 5, 6]. Mogą to być np. łupiny orzeszków o różnym stopniu uziarnienia. Ostatnio często wykorzystywany jest celofan o rozmiarach 9,5 - 19 mm (w ilości od 2,3 - 36 kg na tonę cementu) a także różnego rodzaju włókna szklane (w ilości od 2,3 - 4,5 kg na tonę cementu).
Badania laboratoryjne
Badania nad ograniczaniem zaników zaczynów cementowych w formacje skalne zostały przeprowadzone na specjalnie skonstruowanym stanowisku badawczym składającym się z przezroczystej rurki ciśnieniowej o średnicy wewnętrznej 50 mm i długości 30 cm zatykanej dwoma korkami uszczelniającymi i zamocowanej na statywie. W korku dolnym znajduje się zawór spustowy, a w kroku górnym przyłącze, za pomocą którego doprowadzany jest do rurki gaz z butli. Kolumnę pomiarową wypełniano (do wysokości 12 cm od spodu) ziarnami piasku lub żwiru skalnego o określonej granulacji, tworząc symulowany porowaty model złoża [1, 3]. Do tego celu materiał skalny przesiewano przez specjalne sita wibracyjne o odpowiednich rozmiarach. Badania laboratoryjne przeprowadzono dla czterech modeli złoża o różnej granulacji i różnej wielkości porów: model złoża I to frakcja 0,5 - 1 mm (fot. 1) model złoża nr II to frakcja 1 - 2 mm (fot. 2), model złoża nr III to frakcja 2 - 5 mm (fot. 3) oraz model złoża nr IV to frakcja 5 - 20 mm (fot. 4). Dla najdrobniejszej frakcji, tj. modelu złoża nr I (0,5 - 1 mm) praktycznie nie obserwowano inwazji czy też filtracji (nawet dla zaczynu niezawierającego znacznych ilości blokatorów), dlatego też wykonano na nim tylko kilka badań wstępnych. Badania zasadnicze prowadzono na modelach złoża o większej granulacji (tj. od nr II do nr IV).
Wyselekcjonowany model złoża "zalewano" następnie zaczynem cementowym z dodatkami blokatorów (wysokość słupa zaczynu wynosiła również 12 cm). Pozostałą część rurki zostawiano pustą. Następnie przykładano ciśnienie z butli z azotem o wartości 0,7 MPa. Efektywność blokowania przez dany materiał doszczelniający oznaczano na podstawie inwazji zaczynu cementowego w model złoża oraz obniżeniu się poziomu zaczynu cementowego w stosunku do położenia początkowego, a także na podstawie ilości wypływającego filtratu z zaczynu przez dolny zawór spustowy po czasie 30 minut pod ciśnieniem 0,7 MPa (rys. 1).
Na rys. 2 zamieszczono wygląd zaczynu cementowego zawierającego różnego rodzaju blokatory (strzałkami zaznaczono ułożenie poszczególnych blokatorów).
Po wykonaniu szeregu badań na stanowisku pomiarowym widocznym na rys. 1 możliwe było wytypowanie optymalnych receptur zaczynów cementowych.
W tablicy 1 przedstawiono zaczyny cementowe z dobranymi proporcjami materiału ograniczającego ucieczki w określony rodzaj złoża. Na podstawie stopnia wnikania poszczególnych zaczynów w model złoża, dokonano ich umownego podziału na receptury "dobrze" i "bardzo dobrze" blokujące ucieczki zaczynu [4].
• Główne składniki zaczynu cementowego: woda wodociągowa w/c = 0,48 - 0,54, KCl, odpieniacz: około 0,2 - 0,4%, upłynniacz: ok. 0,2 - 0,4%, regulator czasu wiązania: 0,1 - 1,0%, dodatek antyfiltracyjny: ok. 0,1 - 0,2%, mikroce- ment: ok. 20%, cement.
Gęstość: 1,79 - 1,83 g/cm3 Czas gęstnienia: 3 - 5 godz. Wytrzymałość na ściskanie po 48 godzinach: od 20 do 25 MPa.
• Główne składniki zaczynu cementowo - lateksowego: woda wodociągowa w/c = 0,44 - 0,48, KCl, odpieniacz: około 0,2 - 0,4%, upłynniacz: ok. 0,2 - 0,4%, regulator czasu wiązania: 0,1 - 1,0%, dodatek antyfiltracyjny: ok. 0,1 - 0,2%, lateks: ok. 10%, mikrocement: ok. 20%, cement.
Gęstość: 1,77 - 1,82 g/cm3. Czas gęstnienia: 3 - 5 godz. Wytrzymałość na ściskanie po 48: godzinach od 18 do 22 MPa.
Podsumowanie
Badania laboratoryjne wykonane na złożach o różnym uziarnieniu i kształcie pozwoliły na skuteczny dobór odpowiednich zaczynów cementowych oraz ilości zastosowanych w nich materiałów blokujących zaniki.
Po przeprowadzeniu szeregu szczegółowych badań można stwierdzić, że ważnym czynnikiem w zapobieganiu ucieczkom zaczynów cementowych w warstwy chłonne jest odpowiedni dobór blokatorów (tzn. ich ilości, wielkości ziaren oraz proporcji).
Zastosowanie kombinacji materiałów uszczelniających różniących się między sobą kształtem, powierzchnią, elastycznością oraz granulacją pozwala osiągnąć skuteczne uszczelnienie porów w skałach.
Użycie zbyt dużej ilości blokatorów większych rozmiarów (zwłaszcza długich włókien) może powodować znaczny wzrost lepkości zaczynu cementowego i problemy z jego przetłoczeniem. Dlatego też w takim przypadku należy zachować dużą ostrożność w trakcie cementowania.
Literatura
1. Błaż. S. i inOgraniczenie ucieczek płuczek wiertniczych w formacje skalne. Praca niepublikowana INiG, 2010.
2. Hoff T, OConnor R, Growcock F: Drilling fluid selection to minimize formation invasion - a new test method. AADE-05-NTCE-73, Houston, Texas, 2005.
3. Nelson E B: Weil Cementing. Schlumberger Educational Service, Houston, Teksas, USA, 1990.
4. Rzepka M, Kut Ł: Opracowanie dodatków do zaczynów cementowych ograniczających występowanie zaników i chłonności w czasie zabiegu cementowania, zlecenie wewnętrzne INiG-PIB nr 0774/KW/13, Kraków, 2013.
5 Shaker Selim S: Loss of circulation: Causes and consequences in geopressured systems. AADE-08-DF-HO-22, Houston, Texas, 2008. 6. Whitfill Donald L, Miller Matthew. and Whit- fill: Developing and Testing Lost Circulation Materials. AADE-08-DF-HO-24, Houston, Texas, 2008.
6
KOMENTARZE (0)
Do artykułu: Badania zaczynów uszczelniających ograniczających występowanie zaników w warstwy chłonne podczas cementowania rur okładzinowych