Zmiana parametrów technologicznych zaczynu cementowego pod wpływem przeciwsedymentacyjnego dodatku żywicy ksantanowej

Projektowane zaczyny cementowe zawierają w swoim składzie szereg różnego rodzaju środków, które zgodnie z oczekiwaniami mają za zadanie zmienić parametry technologiczne opracowywanej receptury. Obecność w zaczynie cementowym drobnych frakcji, zarówno spoiwa hydraulicznego, jak również dodatków modyfikujących parametry zaczynu, może powodować frakcjonowanie fazy stałej [6]. W celu wyeliminowania tego zjawiska wymagane jest zastosowanie środków powodujących zatrzymanie drobnych cząstek w całej objętości zaczynu. Dodatkami takimi są zazwyczaj odpowiednie polimery wielkocząsteczkowe. Jednakże niekiedy powodują one znaczny wzrost lepkości zaczynu, co w efekcie może wywoływać problemy, począwszy od trudności z zatłoczeniem zaczynu, a skończywszy na znacznym wzroście ciśnienia tłoczonego zaczynu w przestrzeni pierścieniowej i pozarurowej [10]. Z uwagi na powyższe postanowiono zastosować nieużywany podczas projektowania zaczynów biopolimer żywicy ksantanowej, stosowany dotychczas w technologii płuczek wiertniczych. W trakcie realizacji prac badawczych, których celem było określenie zmiany parametrów technologicznych świeżego i stwardniałego zaczynu cementowego za pomocą biopolimeru żywicy ksantanowej, sporządzono kontrolne receptury zaczynów, w celu dokonania porównania działania zastosowanego dodatku. W badaniach określone zostały takie właściwości zaczynu jak: parametry reologiczne, filtracja, czas gęstnienia, odstój wody, stabilność sedymentacyjna. Dla próbek stwardniałych zaczynów wyznaczono wpływ dodatku żywicy ksantanowej na parametry mechaniczne (wytrzymałość na ściskanie), parametry fizykomechaniczne (przyczepność do rur stalowych i przyczepność do formacji skalnej). Dodatkowo stwardniały zaczyn cementowy poddano badaniom opisującym mikrostrukturę próbki (wykonane zostały badania porowatości oraz przepuszczalności). W celu określenia wpływu biopolimeru żywicy ksantanowej na parametry zaczynu i powstałego z niego stwardniałego zaczynu, wykonano testy 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.

Designed cement slurries contain a number of different types of measures that are designed to change the technological parameters of the recipe being developed as expected. The presence of fine fractions in the cement slurry, both hydraulic binder as well as additives modifying parameters, may result in solid phase fractionation [6]. In order to eliminate this phenomenon, it is required to use agents that retain fine particles in the entire volume of the cement slurry. Such additives are usually suitable macromolecular polymers. However, they sometimes cause a significant increase in the viscosity of the leaven, which in turn may cause problems ranging from difficulties with the injection of the grout, and ending with a significant increase of the pressure in the annular space [10]. In view of the above, it was decided to use a biopolymer of xanthan resin, not used in the design of cement slurries, but has been used until now in the technology of drilling fluids. During the implementation of research works aimed at determining the change of technological parameters of fresh and hardened cement slurry with a biopolymer of xanthan gum, control leaven formulations were made to compare the effect of the additive used. In the research, properties of the cement slurry were determined such as: rheological parameters, filtration, thicking time, water retention, sedimentation stability. For samples of hardened slurries, the effect of the addition of xanthan gum on the mechanical parameters (compressive strength), physico-mechanical parameters (adhesion to steel pipes and adhesion to rock formation) was determined. In addition, the hardened cement slurry was subjected to tests describing the microstructure of the sample (porosity and permeability tests were carried out). In order to determine the influence of biopolymer of xanthan gum on the parameters of grout and the hardened grout resulting from it, tests were carried out for recipes intended to seal openings in borehole conditions at 30° C to 90° C and pressure from 5 MPa to 35 MPa.