Badanie frakcjonowania lekkich materiałów obniżających gęstość jako wstępnego parametru podczas projektowania receptury zaczynu lekkiego

Lekkie domieszki obniżające gęstość zaczynów są stosowane w recepturach przeznaczanych do cementowania otworów wiertniczych w rejonie występowania skał słabo zwięzłych, sypkich, niekiedy do rekonstrukcji odwiertu bądź w razie konieczności podniesienia zaczynu na duże wysokości w przestrzeni pierścieniowej (głębokie otwory). Zastosowanie wypełniaczy lekkich pozwala w szybki i skuteczny sposób obniżyć gęstość projektowanego zaczynu, jednak ciągle pojawia się problem z nadmiernym frakcjonowaniem zaczynu zawierającego takie materiały. Rozdzielanie się poszczególnych frakcji zaczynu skutkuje uzyskaniem niejednorodnej struktury płaszcza cementowego, nieskutecznym zacementowaniem oraz możliwością powstawania dróg migracji i ekshalacji gazu. W celu wyeliminowania tego niekorzystnego zjawiska stosuje się różnego rodzaju środki (np. polimerowe), które poprzez zwiększenie lepkości cieczy zarobowej oraz granicy płynięcia projektowanego zaczynu pozwalają utrzymać lekką frakcję w całej objętości cieczy. Jednak obecność polimerów może niekiedy wpływać niekorzystnie na pozostałe parametry zaczynu, które decydują o efektywności uszczelnienia otworu. Dlatego też bardzo istotny jest odpowiedni dobór jakościowy i ilościowy planowanych do zastosowania dodatków i domieszek. Jednym z ważnych badań podczas projektowania receptury zaczynu lekkiego jest określenie wstępnego parametru, czyli frakcjonowania lekkich domieszek obniżających gęstość zaczynu. Tego rodzaju testy zostały omówione w niniejszej publikacji. W artykule przedstawiono metodykę badań frakcjonowania wybranych wypełniaczy lekkich oraz zaprezentowano uzyskane wyniki. W trakcie realizacji prac skoncentrowano się głównie na określeniu szybkości frakcjonowania lekkich materiałów wypełniających, ponieważ to właśnie te dodatki wykazują największy wpływ na stabilność sedymentacyjną opracowywanego zaczynu cementowego. Wykonane zostały badania frakcjonowania wypełniaczy lekkich w jednostce czasu, na podstawie czego możliwe było określenie przydatności danego dodatku lekkiego do sporządzenia zaczynu lekkiego o odpowiedniej stabilności sedymentacyjnej.

Light additives reducing cement slurry density are used in recipes intended for cementing boreholes in the area of weak, loose rocks, sometimes for bore reconstruction or when it is necessary to raise the slurry to high heights in the annular space (deep holes). The use of lightweight additives makes it possible to quickly and effectively reduce the density of the designed cement slurry but there is still a problem with the excessive fractionation of the cement slurry containing such materials. Separation of individual fractions results in obtaining a heterogeneous structure of the cement sheath, ineffective cementing and the possibility of formation of migration and gas exhalation paths. In order to eliminate this unfavorable phenomenon, various agents (e.g. polymeric) are used which, by increasing the viscosity of the mixing fluid and the flow limit of the proposed cement slurry, allow keeping the light fraction in the entire volume of the liquid. However, the presence of polymers can sometimes adversely affect other grout parameters that determine the effectiveness of sealing the borehole. Therefore, it is very important to choose the right qualitative and quantitative additions and additives planned for use. One of the important research factors when designing a lightweight cement slurry recipe is to determine the initial parameter, i.e. the fractionation of light admixtures that reduce the leaven density. These types of tests are discussed in this publication. The article presents the methodology of fractionation testing of selected light fillers and the results obtained. During the implementation of the work, the focus was mainly on determining the fractionation rate of lightweight filler materials because these additives are the ones that show the greatest effect on the sedimentation stability of the cement slurry being developed. Light fractionation tests were performed per unit of time, based on which it was possible to determine the suitability of a given light additive in order to prepare a light cement slurry with appropriate sedimentation stability.