بررسی تأثیر اندازه و سطح ویژه دانه‌های تشکیل دهنده سیمان بر روی خواص دوغاب و سنگ سیمان چاه‌های نفت و گاز

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

پژوهشکده مهندسی نفت، مرکز مطالعات اکتشاف و تولید، پردیس پژوهش بالادستی، پژوهشگاه صنعت نفت

چکیده

در تحقیق حاضر یک فرمولاسیون اصلاح شده جدید جهت ساخت و تولید سیمان کلاس G چاه‌های نفت ارائه گردیده است. از آنجایی که سیمان‌های تولیدی کشور فاقد رئولوژی، زمان بندش و همچنین مقاومت مناسب می‌باشند لذا یک فرمولاسیون جدید جهت ساخت این سیمان در مقیاس آزمایشگاهی ارائه گردید [1]. کلینکر مورد استفاده با استفاده از سرندهای آزمایشگاهی به اجزای مختلف با اندازه‌های متنوع طبقه‌بندی شده و در نهایت با درصد مشخصی از گچ مخلوط و سیمان مورد نظر آماده‌سازی گردید. سیمان آماده‌سازی شده یک محصول غیریکنواخت و دانه درشت‌تر نسبت به سیمان‌های موجود بوده و50% ذرات تشکیل دهنده آن در محدوده 3 تا μ 30                                                                                       قرار گرفته‌اند که در مقایسه با سیمان‌های استاندارد کاهش 20 تا 30% در محدوده مورد نظر را دارا می‌باشد. علیرغم وجود خصوصیات رئولوژیکی مناسب، سازگاری با افزایه‌های مختلف، زمان بندش مطلوب و همچنین کاهش آب مصرفی دوغاب به اندازه 10% که منجر به استحکام تراکمی 24 ساعته بالاتر سیمان نسبت به سیمان‌های معمولی می‌شد از دیگر ویژگی‌های این نوع سیمان می‌باشند؛ اما سیمان مورد نظر به دلیل درشت دانه بودن دارای استحکام تراکمی 8 ساعته کمتری نسبت به سیمان‌های استاندارد می‌باشد. لذا سیستم تولید این سیمان از حالت تولید با سیستم آسیاب و سرند به تولید کامل با آسیاب‌های گلوله‌ای تغییر یافته و محصولی کاملاً همگن با سطح ویژه یکسان آماده‌سازی شد. نتایج کنترل کیفی سیمان مورد نظر نشان می‌دهد که علاوه بر بهبود تمامی خصوصیات مورد بررسی، با کاهش آب به اندازه 10%، مقاومت تراکمی 8 ساعته به اندازه 21% نسبت به سیمان‌های استاندارد افزایش یافته است. همچنین این سیستم دارای قابلیت اجرایی کامل در کارخانجات تولیدی داخلی می‌باشد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Effects of Particle Size and Specific Surface Area on the Slurry and Set Properties of Oil Well Cements

نویسندگان [English]

  • Ali Hasani
  • Seyyed Mohammad Javad Modjtahedi
  • Seyyed Alireza Mortazavi
Petroleum Engineering Department, Center for Exploration and Production Studies and Research, Research Institute of Petroleum Industry (RIPI),
چکیده [English]

In this paper, a modified formulation of class G cement for manufacturing and production has been proposed. Since the produced industry cements have no proper rheological properties, thickening time, and compressive strength, a new formulation has been proposed on the laboratory scale. The clinker was classified into a wide range of particle sizes and the final cement was prepared by mixing them with gypsum. The designed cement is non-uniform and coarser than conventional cements and 50 percent of particles are in the range of 3-30 µm, which shows a 20-30% decrease in the aforementioned range as compared to standard cements.
Although the designed cement has very good rheological properties, thickening time, and lesser water usage about 10% which causes a higher 24-hour compressive strength, there is a lower early compressive strength when compared to standard cements. Hence the production system was changed from ball mill and sieves to production by ball mill alone and homogenous cement with the same specific surface area was produced. In addition to having all the desired properties, by a 10% decrease of water usage in the cement system, the early compressive strength was improved by 21% compared to standard cements based on quality control results. Moreover, this production system can completely be implemented at the production plants.

 

[1]. حسنی ع.، منوریان م. ر.، طراحی و بهینه‌سازی دانه‌بندی غیریکنواخت سیمان حفاری به منظور دستیابی به خواص مطلوب دوغاب و سنگ سیمان، مجله پژوهش نفت، 1391.

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

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

[4]. Bullard J. W., Jennings H. M. and Livingson R. A., “Mechanism of cement hydration”, Journal of Cement and Concrete Research, Vol. 41, pp. 1715-1731, 2010.

[5]. Zhang J., Weissinger E. A. and Peethamparan S., “Early hydration and setting of oil well cement”, Journal of Cement and Concrete Research, Vol. 40, pp. 1023-1033, 2010.

[6]. 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.

[7]. 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.

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

[9]. 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.

[10]. 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.

[11]. 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.

[12]. 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.

[13]. 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.

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