Ocena przepuszczalności kamieni cementowych pod kątem ograniczenia migracji gazu

W części ogólnej pracy dotyczącej oceny przepuszczalności kamieni cementowych pod kątem ograniczenia migracji gazu przedstawiono studium literaturowe dotyczące zagadnienia przepuszczalności ciał stałych, a w szczególności kamieni cementowych. Przeprowadzona została również krótka charakterystyka dodatków i domieszek do zaczynów cementowych, ze szczególnym uwzględnieniem środków, które wpływają na zmniejszenie przepuszczalności kamienia cementowego. Część doświadczalna pracy zawiera wyniki badań laboratoryjnych, do których wykorzystano w pierwszej kolejności zaczyny „bazowe”. Z zaczynów tych sporządzono próbki do badań przepuszczalności kamieni cementowych po określonym czasie hydratacji dla wytypowanych warunków otworowych (temperatura od 25 do 80°C oraz ciśnienie od 3 do 42 MPa). Kolejnym etapem prac było przeprowadzenie modyfikacji receptur zaczynów mających na celu obniżenie przepuszczalności tworzących się kamieni cementowych. Po uzyskaniu wymaganego rezultatu (obniżona przepuszczalność dla gazu powstałych kamieni cementowych) w celu weryfikacji działania zastosowanych dodatków i domieszek wykonane zostały badania struktury porowej. Następnie na podstawie korelacji uzyskanych wyników przepuszczalności z parametrami charakteryzującymi strukturę próbek (głównie porowatości) dokonano oceny wpływu przeprowadzonych modyfikacji na obniżenie przepuszczalności kamieni cementowych. Na podstawie przeprowadzonych badań możliwe było określenie łączności kanalików w strukturze kamienia cementowego, a następnie poprawa szczelności płaszcza cementowego poprzez modyfikację receptur zaczynów. Na podstawie analizy otrzymanych wyników badań dobrano optymalne receptury ograniczające migrację gazu w trakcie wiązania i po związaniu zaczynu. W pracy zaprezentowano nowe receptury zaczynów cementowych, które po stwardnieniu znacznie obniżają przepuszczalność płaszcza cementowego dla gazu.

---

The theoretical part of work aimed at evaluation of permeability of cement stones for limited gas migration shows bibliography on the subject of permeability of solids, in particular cement stones. It also contains short characteristics of admixtures and additives for cement slurries, with particular emphasis on additives that contribute to the reduction of cement stone permeability. The experimental part of the thesis discusses the results of laboratory tests, for which "basic" cement slurries were used in the first place. From these slurries samples for stone cement permeability study for selected borehole conditions were prepared (temperature from 25 to 80°C and a pressure from 3 to 42 MPa). The next stage was to perform slurries recipes modification to reduce permeability of the hardening cement stones. After obtaining the required result (reduced cement stones gas permeability) in order to verify the influence of the additives and admixtures, pore structure study was done. Then, based on the correlation between permeability and sample structure parameters (mainly porosity) we assessed the impact of the modification to reduce permeability of cement stones. Based on the study it was possible to determine connectivity channels in the structure of cement stone, and then improve the cement sheath sealing by modifying slurries recipes. On the basis of analysis of the obtained results optimal recipes were selected to reduce gas migration during setting and after setting the slurry. The paper presents new recipes of cement slurries, which after setting significantly reduce gas permeability of the cement sheath.