Effekt av SiO2 nanopartikler og Kvarts mikropartikler på den nylig formulerte geopolymeren: Eksperimentelle og modelleringsstudier

Abstract

I olje- og gassindustrien brukes sement som en brønnbarrierekomponent. Studier av brønnintegritet på produksjons- og injeksjonsbrønner i Nordsjøen har vist at omtrent 11% av integritetsfeilene er relatert til sement. Dette er en indikasjon på at sementen i oljebrønnen ikke fungerer uten feil, og derfor ikke oppfyller kravene i NORSOK D-10 standarden.

I de siste årene har petroleumindustrien søkt etter alternative materialer for plugging og forlatelse av brønner. Geopolymer er en av kandidatene som vurderes, og den er for tiden under forskningsfasen. Før bruk, må geopolymere først kvalifiseres som en barrierekomponent.

I denne avhandlingen ble en ny geopolymer formulert, og effekten av SiO2 og kvartsmikropartikler er også blitt undersøkt. De mekaniske, reologiske og fluidlekkasjeeigenskapene er blitt sammenlignet med de konvensjonelle egenskapene til ren Portland G-klasse sement (OPC) etter 10 dager med herding (62ºC).

Resultatene viste at: • Nyformulert geopolymer forbedret uniaxial trykkstyrke og mindre fluidabsorpsjon sammenlignet med OPC. • Mindre endringer med tilsetning av kvarts og SiO2 sammenlignet med den rene geopolymereferansen.

Disse resultatene er gyldige for de vurderte herdebetingelsene som tid, temperatur og trykk. Derfor kan endring av en eller flere av disse oppnå forskjellige resultater.

In the oil and gas industry cement is used as a well barrier element. Well integrity studies on the North Sea production and injection wells have shown that about 11% of integrity failures are related to cement. This is an indication that the oil well cement does not function without failure and hence does not satisfy the NORSOK D-10 standard requirements.

In recent years, the petroleum industry is searching for alternative materials for plug and abandonment operations. Among others, geopolymer is one of the candidates and it is currently under research phase. Before its application, geopolymers first should be qualified as a barrier element.

In this thesis, a new geopolymer was formulated and the impact of SiO2 and quartz microparticles have also been investigated. The mechanical, rheological, and fluid leakage properties have been compared with the conventional properties of neat Portland G-class cement (OPC) after 10 days of curing (62ºC).

Results showed that: • Newly formulated geopolymer improved uniaxial compressive strength and less fluid absorption compared to OPC. • Minor changes with the addition of quartz and SiO2 compared to the neat geopolymer reference.

These results are valid for the considered curing conditions like time, temperature, and pressure. Therefore, changing one or more of these may achieve different results.