Rozszerzona metodyka doboru modelu reologicznego zaczynów cementowych stosowanych w wiertnictwie
Extended methodology for selecting rheological models of cement slurries used in drilling technology
Krzysztof Skrzypaszek
Streszczenie
W artykule przedstawiono rozszerzoną metodykę doboru modelu reologicznego zaczynów cementowych stosowanych
w technologiach wiertniczych, bazującą na autorskiej procedurze Rheosolution. Standardowe modele reologiczne
zalecane przez normy API (Binghama, Ostwalda de Waele oraz Herschela-Bulkleya) często okazują się niewystarczające do
precyzyjnego odwzorowania zachowania współczesnych, chemicznie modyfikowanych zaczynów cementowych. W odpowiedzi
na te ograniczenia zaproponowano wdrożenie zaawansowanego, nieliniowego modelu vom Berga, zawierającego
funkcję odwrotnego sinusa hiperbolicznego (sinh⁻¹) dotychczas stosowanego głównie w przemyśle budowlanym.
Celem przeprowadzonych badań było sprawdzenie skuteczności tego modelu w opisie zależności naprężeń stycznych
w funkcji szybkości ścinania oraz porównanie wyników z klasycznym podejściem wg norm API. Przeprowadzono szczegółowe
badania laboratoryjne pięciu modyfikowanych chemicznie zaczynów cementowych opartych na cemencie klasy G,
różniących się współczynnikiem wodno-cementowym (w/c w zakresie od 0,40 do 0,60). Do badań zastosowano standardowy
lepkościomierz rotacyjny typu Fann, a analiza danych oparta została o numeryczne metody regresji najmniejszych kwadratów
oraz statystyczne kryteria jakości dopasowania (współczynnik korelacji liniowej Pearsona, test Fishera-Snedecora,
suma kwadratów odchyleń).
Uzyskane rezultaty jednoznacznie wykazały, że model vom Berga zapewnia najwyższą zgodność z danymi eksperymentalnymi
(średni współczynnik korelacji Pearsona ~ 0,999), znacząco przewyższając dokładność tradycyjnie stosowanych modeli
zalecanych przez API. Implementacja nowej metodyki w autorskim oprogramowaniu Rheosolution pozwala na dokładniejsze
projektowanie i realizację zabiegów cementowania, zmniejszając ryzyko awarii technicznych oraz optymalizując
koszty operacyjne. Zaprezentowane wyniki stanowią mocne uzasadnienie dla uwzględnienia modelu Vom Berga w przyszłych
normatywnych rekomendacjach branżowych oraz sugerują konieczność dalszych badań w warunkach uwzględniających
wpływ temperatury i ciśnienia.
w technologiach wiertniczych, bazującą na autorskiej procedurze Rheosolution. Standardowe modele reologiczne
zalecane przez normy API (Binghama, Ostwalda de Waele oraz Herschela-Bulkleya) często okazują się niewystarczające do
precyzyjnego odwzorowania zachowania współczesnych, chemicznie modyfikowanych zaczynów cementowych. W odpowiedzi
na te ograniczenia zaproponowano wdrożenie zaawansowanego, nieliniowego modelu vom Berga, zawierającego
funkcję odwrotnego sinusa hiperbolicznego (sinh⁻¹) dotychczas stosowanego głównie w przemyśle budowlanym.
Celem przeprowadzonych badań było sprawdzenie skuteczności tego modelu w opisie zależności naprężeń stycznych
w funkcji szybkości ścinania oraz porównanie wyników z klasycznym podejściem wg norm API. Przeprowadzono szczegółowe
badania laboratoryjne pięciu modyfikowanych chemicznie zaczynów cementowych opartych na cemencie klasy G,
różniących się współczynnikiem wodno-cementowym (w/c w zakresie od 0,40 do 0,60). Do badań zastosowano standardowy
lepkościomierz rotacyjny typu Fann, a analiza danych oparta została o numeryczne metody regresji najmniejszych kwadratów
oraz statystyczne kryteria jakości dopasowania (współczynnik korelacji liniowej Pearsona, test Fishera-Snedecora,
suma kwadratów odchyleń).
Uzyskane rezultaty jednoznacznie wykazały, że model vom Berga zapewnia najwyższą zgodność z danymi eksperymentalnymi
(średni współczynnik korelacji Pearsona ~ 0,999), znacząco przewyższając dokładność tradycyjnie stosowanych modeli
zalecanych przez API. Implementacja nowej metodyki w autorskim oprogramowaniu Rheosolution pozwala na dokładniejsze
projektowanie i realizację zabiegów cementowania, zmniejszając ryzyko awarii technicznych oraz optymalizując
koszty operacyjne. Zaprezentowane wyniki stanowią mocne uzasadnienie dla uwzględnienia modelu Vom Berga w przyszłych
normatywnych rekomendacjach branżowych oraz sugerują konieczność dalszych badań w warunkach uwzględniających
wpływ temperatury i ciśnienia.