طراحی و بهینه‌سازی دانه‌بندی غیریکنواخت سیمان حفاری به منظور دست‌یابی به خواص مطلوب دوغاب و سنگ سیمان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

پژوهشگاه صنعت نفت، مرکز مطالعات اکتشاف و تولید، پژوهشکده مهندسی نفت

چکیده

در تحقیق حاضر، ویژگی‎های یک فرمولاسیون پیشنهادی جهت ساخت و تولید سیمان کلاس G چاه نفت ارائه گردیده است. سیمان‌های تولیدی مورد استفاده در چاه‎های نفت کشور فاقد رئولوژی، زمان بندش و همچنین مقاومت مناسب می‌باشند. آنچه در این مقاله مورد بحث و بررسی قرار می‎گیرد، تأثیر تغییرات توزیع دانه‌بندی به عنوان عامل مهم و اساسی بر روی خواص مهم سیمان نظیر خصوصیات رئولوژیکی، استحکام تراکمی، زمان بندش و همچنین سازگاری سیمان طراحی شده با افزایه‌های مورد مصرف در فرمولاسیون سیمان مانند کندکننده‎ها و افزایه کنترل کننده افت صافی می‎باشد. سیمان ارائه شده یک محصول غیریکنواخت و دانه درشت‌تر نسبت به سیمان‌های موجود بوده و 50% ذرات تشکیل دهنده آن در محدوده 3-30 میکرون قرار گرفته‎اند، در صورتی‎که در سیمان‎های استاندارد موجود این مقدار بیشتر از 70 % می‌باشد. سیمان حاصل دارای خصوصیات رئولوژیکی مناسب بوده و انرژی کمتری برای تولید آن مورد نیاز است. همچنین میزان آب مصرفی دوغاب نیز به اندازه 10 % کاهش یافته تا استحکام تراکمی بالاتری نسبت به سیمان‌های معمولی حاصل شود. با توجه به اینکه افزودن افزایه‎های اضافی باعث افزایش هزینه در تولید سیمان سنگین می‎شود، سیمان ارائه شده به گونه ای طراحی شده است که بدون استفاده از افزایه‎های وزن افزا، سیمان سنگین به دست آید.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design and Optimization of a Non-uniform Particle Sized Portland Cement in Order to Achieve the Desired Properties of the Slurry and Set Cement

نویسندگان [English]

  • Ali Hassani
  • Mohammadreza Monavaryan
Center of Exploration and Production Studies, Petroleum Engineering Division, Research Institute of Petroleum Industry, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper, the properties of a new formulation for manufacturing and production of class G cement has been proposed. The produced industry cements have no proper rheological properties, thickening time and compressive strength. This paper investigates the effects of particle size distribution changes as a basic parameter on the principal properties of cements such as rheological properties, compressive strength, thickening time and also compatibility of designed cement with certain additives used in oilwell cements formulation such as retarders and fluid loss control. The designed cement is non-uniform and coarser than conventional cements which 50 percent of particles are in the range of 3-30 µm where this amount is more than 70 percent for other standard class G cements. The designed cement has very good rheological properties and requires lesser energy for production and more compressive strength will be obtained due to 10 percent decrease in the amount of water usage in the cement system. Since the use of additional additives leads to more cost, the proposed cement designed in a way that a heavy cement will be obtained without using weighting agents.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Particle Size Distribution
  • Non-uniform Cement
  • Specific Surface Area
  • Compressive Strength
  • Cement Slurry

[1]. Bensted J., Shaunak R., “Early hydration of class G oilwell cement”, Proc. 11th Int. conf. Cem. Microsc., New Orleans, pp. 198-224, 1989.

[2]. Lota J. S., Bensted J. and Pratt P. L., “Characterisation of an unhydrated class G oilwell cement”, L’ Industrial Italiana del Cementom, No. 729, pp. 172-183, 1998.

[3]. Bentz D. P., Garboezi E. J., Haecker C. J. and Jensen O. M., “Effects of cement particle size distribution on performance properties of Portland cement based materials”, Journal of Cement and Concrete Research, vol. 29, pp. 1663-1671, 1999.

[4]. Celick I. B., “The effects of particle size distribution and surface area upon cement strength development”, Journal of Powder Technology, Vol. 188, pp. 272-276, 2009.

[5]. Bye G. C., Portland cement: composition, production and properties, Pergamon Press, UK, 1999.

[6] Tsivilis S., Tsimas S., Benetatou E. and Haniotakis E., “Study on the contribution of the fineness on cement strength”, ZKG 1, pp. 26-29, 1990.

[7]. Sprung S., Kuhlmann K. and Ellerbrock H. G., “Particle size distribution and properties of cement”, Part 1: strength of Poetland cement, ZKG 6, pp. 136-145, 1985.

[8]. Ellerbrock H. G., Sprung S. and Kuhlmann K., “Particle size distribution and properties of cement”, Part 3: Influence of grinding process, ZKG 3, pp. 275-281, 1990.

[9]. Sprung S., Kuhlmann K. and Ellerbrock H. G., “Particle size distribution and properties of cement”, Part 2: Water demand of portland cement, ZKG 9, pp. 275-281, 1985.

[10]. Lawrence C. D., “The constitution and specifications of Portland cements”, in: C. Hewlett Peter (Ed.), Lea’s Chemistry of Cement and Concrete”, Fourth Edition, John Wiley&Sons, New York, pp. 131-188, 1998.

[11]. American Petroleum Institute, Specification for materials and testing for well cements' APl specification 10A, American Petroleum lnstitute,Washington D.C., 1995.