Technologia wykonywania otworów wiertniczych w celu wydobycia gazu niekonwencjonalnego do zaspokajania potrzeb energetycznych jest już znana od kilkunastu lat. Pionierami w tej dziedzinie oraz obecnie największymi dostawcami takiego gazu są Amerykanie oraz Kanadyjczycy. Technologia ta jest jednak dostosowana do warunków geologicznych panujących w tamtych rejonach świata. W Polsce mamy odmienne od amerykańskich warunki geologiczno-złożowe, w których zalegają formacje gazu niekonwencjonalnego. Formacje te udokumentowane zostały na znacznie większych głębokościach, obserwuje się różną zmienność przewiercanych skał nadkładu, wód złożowych itp., co już na wstępie stanowi wyzwanie w zakresie znalezienia odpowiedniej nowej lub/i ulepszonej technologii procesu wiertniczego. W konsekwencji niezbędna wydaje się modernizacja obecnie stosowanych urządzeń wiertniczych oraz opracowanie nowych rozwiązań, zaprojektowanie nowych konstrukcji otworów, technologii wiercenia poszczególnych odcinków otworów, stworzenie innowacyjnych zaczynów cementowych oraz płuczek wiertniczych, a także zagospodarowanie na inne cele wyeksploatowanych odwiertów.
- Contents
-
Summary 9
Wstęp 11
1. Litostratygrafia utworów na terenie koncesji „Wejherowo” i „Kartuzy-Szemud” na poszukiwanie gazu ziemnego „shale gas” 17
1.1. Zarys budowy geologicznej obszaru badań 17
1.2. Charakterystyka litostratygraficzna profili otworów badawczych 26
1.3. Profil syntetyczny 34
2. Analiza parametrów technologicznych zaczynów uszczelniających stosowanych do cementowania kolumn rur okładzinowych w otworach wiertniczych w basenie pomorskim 44
3. Badania laboratoryjne parametrów technologicznych świeżych i stwardniałych zaczynów uszczelniających 55
3.1. Metodyka badań laboratoryjnych 55
3.2. Zakres badań laboratoryjnych właściwości technologicznych świeżych i stwardniałych zaczynów cementowych 56
3.2.1. Badania parametrów świeżych zaczynów uszczelniających 56
3.2.1.1. Pomiar gęstości zaczynu uszczelniającego 57
3.2.1.2. Pomiar rozlewności zaczynu uszczelniającego 58
3.2.1.3. Pomiar parametrów reologicznych 59
3.2.1.4. Pomiar odstoju 61
3.2.1.5. Stabilność sedymentacyjna 62
3.2.1.6. Filtracja zaczynu uszczelniającego 62
3.2.1.7. Czas gęstnienia (przetłaczalności, konsystencji) 65
3.2.1.8. Statyczna wytrzymałość strukturalna zaczynu cementowego 67
3.2.1.9. Pomiar czasu wiązania 68
3.2.2. Badania parametrów stwardniałych zaczynów uszczelniających 68
3.2.2.1. Wytrzymałość mechaniczna 68
3.2.2.2. Przyczepności kamienia cementowego 69
3.2.2.3. Przepuszczalność 71
3.2.3. Badania kinetyki hydratacji, składu fazowego oraz mikrostruktury stwardniałych zaczynów uszczelniających 72
3.2.3.1. Mikrokalorymetria 73
3.2.3.2. XRD – dyfrakcja rentgenowska 73
3.2.3.3. Analiza termiczna 74
3.2.3.4. Skaningowa mikroskopia elektronowa 74
3.2.3.5. Porozymetria rtęciowa 75
4. Wyniki badań laboratoryjnych zaczynów cementowych zastosowanych podczas uszczelniania kolumn rur okładzinowych w basenie pomorskim 77
4.1. Wyniki badań parametrów technologicznych świeżych zaczynów cementowych 79
4.1.1. Wyniki badań parametrów reologicznych świeżych zaczynów cementowych 83
4.1.2. Wyniki badań statycznej wytrzymałości strukturalnej zaczynów cementowych 88
4.1.3. Wyniki pomiarów i przebieg czasu gęstnienia zaczynów uszczelniających 91
4.2. Omówienie wyników badań laboratoryjnych świeżych zaczynów uszczelniających 94
4.2.1. Wnioski z wyników badań dotyczących świeżych zaczynów cementowych z rejonu basenu pomorskiego 96
4.3. Badania kinetyki hydratacji, składu fazowego stwardniałych zaczynów oraz mikrostruktury stwardniałego materiału 98
4.3.1. Badania kinetyki hydratacji 98
4.4. Badania składu fazowego 106
4.4.1. Badania XRD (dyfrakcja rentgenowska) 106
4.4.2. Badania DTA/TG/MS (badań składu fazowego metodą analizy termicznej) 113
4.5. Badania mikrostruktury 126
4.5.1. Morfologia faz – badania SEM 126
4.5.2. Badania BM SEM 137
4.6. Omówienie wyników badań składu fazowego i mikrostruktury stwardniałych zaczynów 144
4.7. Parametry stwardniałych zaczynów uszczelniających 145
4.7.1. Parametry wytrzymałościowe stwardniałych zaczynów uszczelniających 145
4.7.2. Przyczepność stwardniałych zaczynów uszczelniających do rury stalowej 146
4.7.3. Przepuszczalność stwardniałych zaczynów uszczelniających 147
4.8. Omówienie uzyskanych wyników dotyczących stwardniałych zaczynów uszczelniających 148
5. Opracowanie nowych receptur zaczynów cementowych do aplikacji podczas cementowania kolumn rur okładzinowych w otworach wierconych w celu poszukiwania gazu z łupków w basenie pomorskim 149
5.1. Charakterystyka materiałów stosowanych do sporządzania zaczynów cementowych 150
5.1.1. Cement 150
5.1.2. Mielony granulowany żużel wielkopiecowy 151
5.1.3. Popiół lotny krzemionkowy 153
5.1.4. Popiół lotny z fluidalnego spalania węgla kamiennego 155
5.1.5. Pył krzemionkowy 156
5.1.6. Mikrosilika 157
5.2. Badania laboratoryjne parametrów technologicznych zaczynów z wytypowanymi dodatkami modyfikującymi ich właściwości 159
5.3. Charakterystyka zmodyfikowanych stwardniałych zaczynów zawierających dodatki mineralne 165
5.4. Analiza wyników 196
5.5. Podsumowanie informacji dotyczących zmodyfikowanych zaczynów zawierających dodatki mineralne 205
6. Receptury zaczynów cementowych do cementowania rur okładzinowych w otworach wierconych w celu poszukiwania gazu z łupków w basenie pomorskim 206
7. Wnioski 219
Literatura 225
