«Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море»

Использование ультразвуковых методов исследований для оценки упругих свойств тампонажного камня

УДК: 622.245.422.2
DOI: 10.33285/0130-3872-2022-12(360)-42-49

Авторы:

¹ Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия
² Ухтинский государственный технический университет, Ухта, Россия

Ключевые слова: цементный камень, модуль Юнга, коэффициент Пуассона, ультразвук, прочность, упругость, цементирование скважин, тампонажная смесь

Аннотация:

В процессе строительства скважин тампонажный материал, используемый при креплении обсадных колонн, испытывает динамические нагрузки, в результате которых теряет свою целостность. Это приводит к нарушению герметичности затрубного пространства и последующим перетокам пластовых флюидов. Данная статья посвящена способам оценки упругих свойств тампонажного камня как с помощью статического метода нагружения, так и с помощью неразрушающих ультразвуковых методов. В ходе работы были определены основные методы неразрушающей оценки упругих свойств тампонажного камня, которые сопоставлены с результатами экспериментов разрушающего контроля. Оценка упруго-прочностных свойств производилась на сертифицированном оборудовании центра "Геомеханики и проблем горного производства", прошедшем все необходимые поверки. К основным выводам работы можно отнести успешное использование ультразвуковых методов оценки упругих свойств тампонажного камня по скорости и времени прохождения продольных и поперечных волн, значения которых более приближены к скважинным динамическим условиям.

Список литературы:

1. Табатабаи Моради С.Ш., Николаев Н.И., Николаева Т.Н. Разработка составов буферных жидкостей и тампонажных растворов для крепления скважин в условиях высоких температур // Зап. Горного ин-та. – 2020. – Т. 242, № 2. – С. 174–178. – DOI: 10.31897/PMI.2020.2.174
2. Николаев Н.И., Леушева Е.Л. Тампонажные составы пониженной плотности для цементирования скважин в условиях аномально низких пластовых давлений // Зап. Горного ин-та. – 2019. – Т. 236. – С. 194–200. – DOI: 10.31897/PMI.2019.2.194
3. Zimina D.A., Zhapkhandaev C.A., Petrov A.A. Analysis of the effect of nanosilicates on the strength and porosity of cement stone // Key Engineering Materials. – 2020. – Vol. 854. – P. 175–181. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/kem.854.175
4. Нуцкова М.В., Рудяева Е.Ю. Обоснование и разработка составов для оперативной ликвидации поглощений промывочной жидкости // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2018. – № 9. – С. 15–20. – DOI: 10.30713/0130-3872-2018-9-15-20
5. Merzliakov M.Y., Podoliak A.V. Improving the efficiency of well cementing in permafrost regions by using gas-liquid cement mixtures // Int. J. of Applied Engineering Research. – 2017. – Vol. 12, No. 9. – P. 1879–1882.
6. Разработка концепции метода ускоренного проведения экспериментов по нахождению состава тампонажных смесей для строительства скважин в условиях вечной мерзлоты / С.В. Ефименко, М.Ю. Мерзляков, А.А. Клавдиев, В.Е. Трушников // Горный информ.-аналит. бюл. (науч.-техн. журн.). – 2019. – № 1. – С. 48–56.
7. Опыт применения искусственных нейронных сетей для прогнозирования оптимальных параметров режима бурения скважин / Г.В. Буслаев, М.М. Павлов, А.А. Куншин [и др.] // Науч. журн. российского газового общества. – 2019. – № 2(21). – С. 51–55.
8. Problems of land reclamation during liquidation of coalmining enterprises / G.B. Pospehov, K.V. Pankratova, I.A. Straupnik, D.L. Ustiugov // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2017. – Vol. 87, Issue 4. – DOI: 10.1088/1755-1315/87/4/042015
9. Kupavykh K.S., Kupavykh A.S., Morenov V.A. Analysis of Implementation Effectiveness of Two Working Fluids Characterized by Different Viscoelastic Characteristics at Hydrodynamic Impact on the Borehole Bottom Zone // Science and Technique. – 2019. – Vol. 18, No. 2. – P. 164–170. – DOI: 10.21122/2227-1031-2019-18-2-164-170
10. Shagiakhmetov A.M., Podoprigora D.G., Terleev A.V. The study of the dependence of the rheological properties of gelforming compositions on the crack opening when modeling their flow on a rotational viscometer // Periódico Tchê Química. – 2020. – Vol. 17, No. 34. – P. 933–939. – DOI: 10.52571/ptq.v17.n34.2020.957_p34_pgs_933_939.pdf
11. Investigation of thermal operational regimes for diamond bit drilling operations / V.G. Gorelikov, Y.V. Lykov, L.K. Gorshkov, A.M. Uspechov // Int. J. of Engineering. – 2019. – Vol. 32, Issue 5. – P. 790–793. – DOI: 10.5829/ije.2019.32.05b.21
12. Белей И.И. Методы лабораторных испытаний тампонажных растворов для цементирования обсадных колонн в газовых и газоконденсатных скважинах // Бурение и нефть. – 2008. – № 7-8. – С. 19–22.
13. Дмитриев А.Н., Будовская М.Е. Динамика температурного режима озерной воды на забое скважины // Вестн. Междунар. академии холода. – 2018. – № 2. – С. 28–33. – DOI: 10.17586/1606-4313-2018-17-2-28-33
14. Барановский В.Д., Булатов А.И., Крылов В.И. Крепление и цементирование наклонных скважин. – М.: Недра, 1983. – С. 168–187.
15. Обеспечение эффективности разобщения пласта после окончания эксплуатации скважин / М. Беллабарба, Э. Бюльте-Лойе, Б. Фрелиш [и др.] // Нефтегазовое обозрение. – 2008. – Т. 20, № 1. – С. 22–37.
16. Исмагилова Э.Р., Агзамов Ф.А. Разработка добавок в "самозалечивающиеся" цементы для восстановления герметичности цементного кольца нефтяных и газовых скважин // Бурение и нефть. – 2016. – № 5. – С. 36–41.
17. Гнибидин В.Н. Результаты исследований в области предотвращения потери герметичности затрубного пространства скважин в результате воздействия статических и динамических нагрузок // Булатовские чтения. – 2017. – Т. 3. – С. 54–59.
18. Булатов А.И. Что представляет собой зацементированное заколонное пространство // Бурение и нефть. – 2016. – № 6. – С. 30–35.
19. Булатов А.И. Миф о "Расширяющихся цементах" // Бурение и нефть. – 2016. – № 2. – С. 12–17.
20. Агзамов Ф.А., Ахметзянов А.Д., Комлева С.Ф. Опыт исследований тампонажных материалов для крепления паронагнетательных скважин // Нефтегазовое дело. – 2020. – Т. 18, № 3. – С. 22–29. – DOI: 10.17122/ngdelo-2020-3-22-29
21. Агзамов Ф.А., Белоусов А.О., Комлев Я.К. Применение упругого цементного камня для повышения устойчивости крепи скважин при ударных и динамических нагрузках // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2020. – № 2(124). – С. 9–19. – DOI: 10.17122/ntj-oil-2020-2-9-19
22. Технологии затворения тампонажного цемента с добавлением фиброволокна / В.П. Овчинников, С.Ю. Рожков, О.В. Рожкова, П.В. Овчинников // Бурение и нефть. – 2021. – № 3. – С. 46–49.
23. Использование армирующих добавок в цементном материале / С.Ю. Рожков, В.П. Овчинников, О.В. Рожкова, П.В. Овчинников // Вестн. Ассоциации буровых подрядчиков. – 2021. – № 1. – С. 33–37.
24. К вопросу разработки рецептур утяжеленных тампонажных растворов / Д.Л. Бакиров, В.П. Овчинников, В.А. Бурдыга [и др.] // Нефтепромысловое дело. – 2019. – № 5(605). – С. 60–63. – DOI: 10.30713/0207-2351-2019-5(605)-60-63
25. Фролов С.Ю., Рожков С.Ю., Рожкова О.В. Добавки к тампонажным растворам для цементирования скважин с повышенными пластовыми давлениями и температурами // Материалы междунар. науч.-практ. конф. молодых исследователей им. Д.И. Менделеева: сб. ст., Тюмень, 15 нояб. 2019 г. – Тюмень: ТИУ, 2020. – С. 313–316.
26. Овчинников В.П., Капустин Е.О. Анализ нагрузок, испытываемых элементами бурильного инструмента в процессе бурения // Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Западной Сибири: материалы докл. Междунар. академ. конф., Тюмень, 05 февр. 2020 г. – Тюмень: ТИУ, 2020. – С. 186–191.
27. Булатов А.И. Мифы о сцеплении как факторе обеспечения герметичности крепи скважин // Булатовские чтения. – 2017. – Т. 3. – С. 17–21.
28. Исследования напряжений по крепи скважин при воздействии давления горных пород / Д.С. Герасимов, В.П. Овчинников, В.Г. Кузнецов [и др.] // Изв. вузов. Нефть и газ. – 2018. – № 5. – С. 89–96. – DOI: 10.31660/0445-0108-2018-5-89-96
29. Тампонажные составы с добавкой микросфер для различных термобарических условий / А.А. Фролов, П.В. Овчинников, С.Р. Ганиев [и др.] // Колебания и волны в механических системах: материалы Междунар. науч. конф., М., 21–23 нояб. 2017 г. – М.: Столица, 2017. – С. 83–84.
30. Седиментационно-устойчивый тампонажный состав / А.Ф. Аржанов, В.Ю. Артамонов, Р.Ю. Кузнецов [и др.] // Колебания и волны в механических системах: материалы Междунар. науч. конф., М., 21–23 нояб. 2017 г. – М.: Столица, 2017. – С. 77–79.
31. Проблемы и их решения при цементировании эксплуатационных колонн высокотемпературных скважин / В.П. Овчинников, П.В. Овчинников, А.В. Мелехов, О.В. Рожкова // Изв. вузов. Нефть и газ. – 2019. – № 1. – С. 39–46. – DOI: 10.31660/0445-0108-2019-1-39-46
32. Карманский Д.А., Петраков Д.Г. Анализ изменения свойств коллекторов нефти и газа на различных этапах разработки нефтяных месторождений // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2020. – № 1(325). – С. 46–50. – DOI: 10.33285/0130-3872-2020-01(325)-46-50
33. Петраков Д.Г., Купавых К.С., Купавых А.С. Экспериментальное исследование упруго-пластичных свойств пород нефтяного пласта с учетом насыщенности // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2020. – № 3(327). – С. 33–38. – DOI: 10.33285/0130-3872-2020-3(327)-33-38
34. Litvinenko V.S. Digital economy as a factor in the technological development of the mineral sector // Natural Resources Research. – 2020. – Vol. 29, No. 3. – P. 1521–1541. – DOI: 10.1007/s11053-020-09716-1
35. Tcvetkov P.S., Cherepovitsyn A.E., Makhovikov A.B. Economic assessment of heat and power generation from small-scale liquefied natural gas in Russia // Energy Reports. – 2020. – Vol. 6, Suppl. 2. – P. 391–402. – DOI: 10.1016/j.egyr.2019.11.093