Ocena działania dodatków opóźniających czas wiązania zaczynów cementowych na podstawie badań laboratoryjnych

摘要

The paper presents results of tests performed on reduced-, normal- and high-density cement slurries used to seal casings at depths to about 3000÷4000 meters. Laboratory tests were carried out in conditions similar to those that occur in deep boreholes i.e. at about 90℃ and a pressure of about 60 MPa. The density of slurries was adjusted by adding microspheres and hematite. A flexible agent was added to reduced and normal density slurries to obtain higher values of elasticity cement stone. Tests were performed for two different types of retarders A and B, which belong to the most commonly used group of retarders - modified lignosulfonates. They were resistant to salinity, and can be used in slurries attaining 20% brine and based on fresh water about different salinity (KCl - 3%, NaCl - 10%). It caused a proportional increase of thickening time with increase of their concentration. Simultaneously after reaching the time needed to pumping cement slurry it provided a short period of transition between 30 to 100 Be. Better results were obtained using retarder marked A, because smaller amounts of this retarder were enough to increase thickening time. For slurries present in this article the following properties were measured: density, fluidity, thickening time, rheological parameters, free water and nitration. Mechanical parameters for cement stone were determined: compressive strength, adhesion to the pipe, gas permeability. As a result of the testing, a new recipe of cement slurries was developed. These cement slurries can potentially be applied in industry for sealing deep HTHP boreholes (with high temperatures and pressures).%Artykuł przedstawia wyniki badań zaczynów cementowych o obniżonej, „normalnej" i zwiększonej gęstości, przeznaczonych do uszczelniania kolumn rur okładzinowych na głębokościach około 3000÷4000 metrów. Badania laboratoryjne prowadzono w warunkach otworopodobnych, tj. w temperaturze około 90℃ i ciśnieniu około 60 MPa. Gęstości zaczynów regulowano dodatkami odciążającymi (mikrosfery) i obciążającymi (hematyt). Do składów o obniżonej i „normalnej" gęstości dodawano ponadto środek uplastyczniający, który zwiększał elastyczność kamienia cementowego. Badania wykonywano dla dwóch rodzajów środków opóźniających czas wiązania, o symbolach A i B, należących do grupy najczęściej stosowanych dodatków opóźniających - modyfikowanych lignosulfonianów. Były one odporne na zasolenie i można je było stosować w zaczynach zarabianych 20-procentową solanką, jak i bazujących na wodzie słodkiej o różnym zasoleniu (KCl - 3%, NaCl - 10%). Zastosowane opóźniacze wiązania powodowały proporcjonalne narastanie czasu gęstnienia wraz ze wzrostem ich stężenia w zaczynie cementowym, a ponadto wpływały na obniżenie konsystencji zaczynu. Jednocześnie po osiągnięciu założonego czasu potrzebnego do zatłoczenia zaczynu do otworu zapewniały krótki okres przejścia między 30 Bc a 100 Bc. Za skuteczniejszy dodatek opóźniający uznano środek A, gdyż niewielkie jego ilości wystarczały, aby znacznie wydłużyć czas gęstnienia zaczynu cementowego. Dla prezentowanych w artykule zaczynów cementowych wykonano oznaczenia gęstości, rozlewności, parametrów Teologicznych, czasu gęstnienia, odstoju wody i wielkości filtracji. W przypadku kamieni cementowych określono parametry mechaniczne: wytrzymałości na ściskanie i przyczepności do rur oraz przepuszczalności dla gazu. W wyniku badań opracowano receptury zaczynów cementowych mogących znaleźć zastosowanie w przemyśle do uszczelniania kolumn rur w głębokich otworach wiertniczych przy wysokich temperaturach i ciśnieniach.