Улучшение реологических свойств геополимеров щелочной активации с применением технологических жидкостей на безводной основе

A. A. Алієв

doi:10.31471/1993-9973-2021-3(80)-60-67

Автор(и)

A. A. Алієв НИПИ Нефтегаз, ГНКАР, AZ1012, г. Баку, Проспект Зардаби, 88А

DOI:

https://doi.org/10.31471/1993-9973-2021-3(80)-60-67

Ключові слова:

портландцемент, реология, щелочно-активированный цемент, зольная пыль, технологические жидкости на безводной основе, инвертно-эмульсионные растворы.

Анотація

Геополимерные системы вполне успешно применяются в таких операциях как промышленное и гражданское строительство, изготовление огнестойкого бетона, изоляция и захоронения радиоактивных отходов и т.д. Не исключением явилась и нефтегазовая отрасль. Они являются одними из наиболее перспективных альтернатив портландцементу при тампонажных работах и позволяют достичь достаточно высоких показателей прочности конструкции скважин, устойчивости к коррозийному воздействию, а в некоторых составах эти показатели существенно превосходят показатели портландцемента. В последние годы было проведено значительное количество исследований, направленных на разработку геополимерных составов для цементирования нефтяных и газовых скважин показавших, что данные системы обладают сопоставимыми с портландцементом прочностными характеристиками, низкой проницаемостью, устойчивостью к воздействию бурового раствора и пластовых условий, способностью способность к самовосстановлению. Однако, несмотря на все преимущества применения данных систем, наиболее существенным их недостатком является плохая регулируемость реологических свойств. Геополимеров (ГП) с низким содержанием зольной пыли не обеспечивают должных реологических характеристик для применения в операциях крепления и изоляции. Низкие значения прокачиваемости растворов все еще являются серьезным препятствием для широкого практического внедрения. Применение геополимерных растворов при правильном подборе композиционного состава способных продемонстрировать значительные улучшения прочностных и реологических показателей в результате смешения с безводными буровыми растворами является весьма многообещающим решением данной задачи. В работе представлены результаты исследований добавок технологических жидкостей на безводной основе (ТЖБО), таких как буровые растворы на нефтяной и синтетической основе, инвертных эмульсионных буровых растворов на реологию геополимеров. Полученные результаты позволяют констатировать улучшение реологических показателей геополимерных составов до сравнимых с портландцементом значений, что значительно расширяет современный диапазон применения данных растворов до использования в операциях первичного цементирования, цементирования под давлением и капитальном ремонте скважин.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Vishnyakov V., Suleimanov B., Salmanov A., Zeynalov E. Primer on Enhanced Oil Recovery. Gulf Professional Publishing. 2019.

Veliyev E. F., Aliyev A.A., Mammadbayli T.EMachine Learning Application to Predict the Efficiency of Water Coning Prevention Techniques Implementation. SOCAR Proceedings. 2021. No 1, P. 104-113.

Veliyev E. F. Review of modern in-situ fluid diversion technologies. SOCAR Proceedings. 2020. No 2, P. 50-66.

Suleimanov B. A., Guseynova N. I., Veliyev E. F. Control of displacement front uniformity by fractal dimensions. SPE Russian Petroleum Technology Conference. OnePetro. 2017, October.

Veliyev E. F. Mechanisms of polymer retention in porous media. SOCAR Proceedings. 2020. No 3, 126-134.

Suleimanov B. A., Veliyev E. F., Naghiyeva N. V. Preformed particle gels for enhanced oil recovery. International Journal of Modern Physics. 2020. B, 34(28), 2050260.

Suleimanov B. A., Veliyev E. F., Naghiyeva N. V. Colloidal dispersion gels for in-depth permeability modification. Modern Physics Letters. 2021. B, 35(01), 2150038.

Suleimanov B. A., Latifov Y. A., Veliyev E. F. Softened water application for enhanced oil recovery. SOCAR Proceedings. 2019. No 1, P. 19-29.

Veliyev E. F. Polymer dispersed system for in-situ fluid diversion. Prospecting and Development of Oil and Gas Fields. 2021. (1(78), P. 61–72. https://doi.org/10.31471/1993-9973-2021-1(78)-61-72

Duxson P., Fernández-Jiménez A., Provis J. L., Lukey G. C., Palomo A., van Deventer J. S. Geopolymer technology: the current state of the art. Journal of materials science. 2007. No 42(9), P. 2917-2933.

Zhao R., Sanjayan J. G. Geopolymer and Portland cement concretes in simulated fire. Magazine of Concrete research. 2011. No 63(3), P. 163-173.

Davidovits J. Geopolymer cement. A review. Geopolymer Institute, Technical papers. 2013. No 21, P. 1-11.

Bakharev T. Resistance of geopolymer materials to acid attack. Cement and concrete research. 2005. No 35(4), P. 658-670.

Singh B., Ishwarya G., Gupta M., Bhattacharyya S. K. Geopolymer concrete: A review of some recent developments. Construction and building materials. 2015. No 85, P. 78-90.

Aleem M. A., Arumairaj P. D. Geopolymer concrete – a review. International journal of engineering sciences & emerging technologies. 2012. No 1(2), 118-122.

Duxson P., Provis J. L., Lukey G. C., Mallicoat S. W., Kriven W. M., Van Deventer J. S. Understanding the relationship between geopolymer composition, microstructure and mechanical properties. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2005. No 269(1-3), P. 47-58.

Van Chanh N., Trung B. D., Van Tuan D. Recent research geopolymer concrete. In The 3rd ACF International Conference-ACF/VCA, Vietnam 2008, November. Vol. 18, P. 235-241.

Salehi S., Khattak M. J., Ali N., Ezeakacha C., Saleh F. K. Study and Use of Geopolymer mixtures for Oil and Gas well cementing applications. Journal of Energy Resources Technology. 2018. No 140(1), 012908.

Ahdaya M., Imqam A. Fly ash Class C based geopolymer for oil well cementing. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2019. No 179, P. 750-757.

Rahman S. H. A., Zulkarnain N. N., Shafiq N. Experimental study and design of experiment using statistical analysis for the development of geopolymer matrix for oil-well cementing for enhancing the integrity. Crystals. 2021. No 11(2), 139.

Paiva M. D., Silva E. C., Melo D. M., Martinelli A. E., Schneider J. F. A geopolymer cementing system for oil wells subject to steam injection. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2018. No 169, P. 748-759.

Suppiah R. R., Rahman S. H. A., Irawan S., Shafiq N. Development of new formulation of geopolymer cement for oil well cementing. In International Petroleum Technology Conference. OnePetro. 2016, November.

Sugumaran M. Study on effect of low calcium fly ash on geopolymer cement for oil well cementing. In SPE/IATMI Asia Pacific Oil & Gas Conference and Exhibition. OnePetro. 2015, October.

Ridha S., Yerikania U. The Strength Compatibility of Nano-SiO2 Geopolymer cement for oil well under HPHT conditions. Journal of Civil Engineering Research. 2015. No 5(4A), P. 6-10.

Kimanzi R., Wu Y., Salehi S., Mokhtari M., Khalifeh M. Experimental Evaluation of Geopolymer, Nano-Modified, and Neat Class H Cement by Using Diametrically Compressive Tests. Journal of Energy Resources Technology. 2020. No 142(9), 092101.

Alvi M. A. A., Khalifeh M., Agonafir M. B. Effect of nanoparticles on properties of geopolymers designed for well cementing applications. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2020. No 191, 107128.

Ridha S., Abd Hamid A. I., Halim A. A., Zamzuri N. A. Elasticity and expansion test performance of geopolymer as oil well cement. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018, April. Vol. 140, No. 1, P. 012147.

Khalifeh M., Saasen A., Hodne H., Godøy R., Vrålstad T. Geopolymers as an alternative for oil well cementing applications: A review of advantages and concerns. Journal of Energy Resources Technology. 2018. No 140(9).

Suleimanov B. A., Veliyev E. F. The effect of particle size distribution and the nano-sized additives on the quality of annulus isolation in well cementing. SOCAR proceedings. 2016. No 4, P. 4-10.

Haut R. C., Crook R. J. Primary cementing: The mud displacement process. In SPE Annual Technical Conference and Exhibition. OnePetro. 1979, September.

Renteria A., Frigaard I. A. Primary cementing of horizontal wells. Displacement flows in eccentric horizontal annuli. Part 1. Experiments. Journal of Fluid Mechanics. 2020. 905.

Maleki A., Frigaard I. Primary cementing of oil and gas wells in turbulent and mixed regimes. Journal of Engineering Mathematics. 2017. No 107(1), P. 201-230.

Zuhua Z., Xiao Y., Huajun Z., Yue C. Role of water in the synthesis of calcined kaolin-based geopolymer. Applied Clay Science. 2009. No 43(2), P. 218-223.

Patankar S. V., Jamkar S. S., Ghugal Y. M. Effect of water-to-geopolymer binder ratio on the production of fly ash based geopolymer concrete. Int. J. Adv. Technol. Civ. Eng. 2013. No 2(1), P. 79-83.

Umniati B. S., Risdanareni P., Zein F. T. Z. Workability enhancement of geopolymer concrete through the use of retarder. In AIP Conference Proceedings. 2017, September. Vol. 1887, No. 1, P. 020033. AIP Publishing LLC

Huajun Z., Xiao Y. Effect of retarder on reaction process of metakaolin-slag-based geopolymer. Journal of Theoretical and Applied Information Technology. 2013. No 48(3), P. 1384-1390.

Koutnik P., Soukup A., Bezucha P., Šafář J., Kohout J. Low viscosity metakaolinite based geopolymer binders. Construction and Building Materials. 2020. No 230, 116978.

Romagnoli M., Leonelli C., Kamse E., Gualtieri M. L. Rheology of geopolymer by DOE approach. Construction and Building Materials. 2012. 36, P. 251-258.

Pilehvar S., Szczotok A. M., Carmona M., Pamies R., Kjøniksen A. L. The effect of microencapsulated phase change materials on the rheology of geopolymer and Portland cement mortars. Journal of the American Ceramic Society. 2020. No 103(10), P. 5852-5869.

Ahdaya M., Imqam A. Investigating geopolymer cement performance in presence of water based drilling fluid. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2019. No 176, P. 934-942.

Eid E., Tranggono H., Khalifeh M., Salehi S., Saasen A. Impact of Drilling Fluid Contamination on Performance of Rock-Based Geopolymers. SPE Journal, 2021. P. 1-8.

Ahdaya M. S. The development of a new formulation of fly ash class C based geopolymer and assessing its performance in presence of drilling fluid contamination. Missouri University of Science and Technology. 2018.

Kanesan D., Chandran D., Azhar N. A. B. Contamination Effect Of Synthetic Based Mud On Fly ASH Based Geopolymer Cement Slurry. 2006.

Liu X., Nair S., Aughenbaugh K., van Oort E. Mud-to-cement conversion of non-aqueous drilling fluids using alkali-activated fly ash. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2019. No 182, 106242.

Weng L., Sagoe-Crentsil K., Brown T., Song S. Effects of aluminates on the formation of geopolymers. Materials Science and Engineering. 2005. B, No 117(2), P. 163-168.