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

Исследование упруго-прочностных свойств тампонажных цементов

УДК: 622.245.422.4
DOI: -

Авторы:

¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия

Ключевые слова: тампонажный раствор, цементный камень, фибра, динамическая устойчивость, углеродное волокно, межпластовые перетоки, обсадная колонна

Аннотация:

Одной из наиболее важных операций, обеспечивающих безопасное строительство и эксплуатацию нефтяных и газовых скважин, является цементирование обсадных колонн. В процессе бурения колонна бурильных труб создает динамические нагрузки через обсадную колонну на цементный камень, что может привести к нарушению целостности крепи скважины, межпластовым перетокам и грифонообразованию. В связи с этим актуальным является вопрос улучшения прочностных характеристик цементного камня. На основе анализа отечественных и зарубежных источников выявлены основные методы изучения прочностных характеристик цементного камня, а также влияние различных армирующих добавок на его свойства. Предложена методика оценки динамической стойкости цементного камня на специально сконструированном стенде. Получены и проанализированы результаты динамических и статических испытаний на прочность цементных образцов в чистом виде и с добавлением ряда наполнителей (углеродное волокно, базальт, ПАН фибра, полипропилен). Полученные данные свидетельствуют о возможности использования фиброармирующих добавок в тампонажных растворах. Тем не менее, волокнистые материалы могут оказывать влияние не только на прочностные, но и на другие важные свойства тампонажного раствора (растекаемость, водоотдача, контракция и т. д.), в связи с чем определены перспективные направления дальнейших исследований.

Список литературы:

1. Анализ и выбор тампонажной смеси, устойчивой к динамическим нагрузкам, с целью повышения качества герметичности крепи в затрубном пространстве / П.А. Блинов, А.В. Шаньшеров, Д.М. Черемшанцев [и др.] // Изв. Томского политехн. ун-та. Инжиниринг георесурсов. – 2022. – Т. 333, № 11. – С. 115–123. – DOI: 10.18799/24131830/2022/11/3726
2. Литвиненко В.С., Николаев Н.И. Математическая модель цементирования обсадных колонн при строительстве и капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин // Зап. Горного ин-та. – 2012. – Т. 197. – С. 9–14.
3. Нуцкова М.В., Кучин В.Н., Ковальчук В.С. Профилактика и ликвидация осложнений, возникающих при заканчивании скважин // Вестн. ПНИПУ. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2020. – № 1. – Т 20. – С. 14–26. – DOI: 10.15593/2224-9923/2020.1.2
4. Композиционные утяжеленные тампонажные растворы / В.П. Овчинников, А.В. Мелехов, П.В. Овчинников, О.В. Рожкова // Стр-во нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2020. – № 7(331). – С. 24–27. – DOI: 10.33285/0130-3872-2020-7(331)-24-27
5. Тсикплону Д.Э., Двойников М.В., Дживорну К.К. Экспериментальное исследование нарушения герметичности заколонного пространства при разбуривании цементного камня и оснастки обсадных колонн // Стр-во нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2021. – № 3(339). – С. 10–14. – DOI: 10.33285/0130-3872-2021-3(339)-10-14
6. Агзамов Ф.А., Белоусов А.О., Комлев Я.К. Определение динамической прочности цементного камня в условиях близких к всестороннему сжатию // Нефтяная провинция. – 2020. – № 1(21). – С. 83–96. – DOI: 10.25689/NP.2020.1.83-96
7. Разработка тампонажных материалов повышенной ударной прочности / Г.Г. Ишбаев, М.Р. Дильмиев, Р.Р. Ишбаев, Т.Р. Латышов // Бурение и нефть. – 2015. – № 9. – С. 38–41.
8. Effect of modified sepiolite and carbon fiber composite on performance of oil-well cement and mechanism analysis / Zhang Yihang, He Miao, Xu Mingbiao [et al.] // Construction and Building Materials. – 2020. – Vol. 239. – P. 117837. – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.117837
9. Improving mechanical properties of oil well cement using polypropylene fibers and evaluating a new laboratory method for measuring the casing cement bonding strength / H. al Khalaf, G.F. Kovacsne, N.A. Mohammed, F. Remeczki // Rudarsko-geološko-Naftni Zbornik. – 2022. – Vol. 37, No. 5. – P. 22–38. – DOI: 10.17794/rgn.2022.5.3
10. Assessment on mechanical properties of concrete with polypropylene fiber / M. Jayaram, J.R. Naresh, K. Thipparthi, V.K. Kiran // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. Vol. 982. 2021 Int. Conf. on Innovative and Sustainable Technologies in Civil Engineering, Bapatla, India, Sept. 24–25, 2021. – IOP Publishing, 2022. – DOI: 10.1088/1755-1315/982/1/012004
11. Повышение динамической прочности фибробетонов / Р.С. Федюк, А.В. Баранов, Ю.Л. Лисейцев [и др.] // Вестн. инженерной шк. Дальневосточ. федер. ун-та. – 2019. – № 2(39). – С. 90–99. – DOI: 10.24866/2227-6858/2019-2-11
12. Improvement of the well cementing technology / M. Hadid, Y. Minchenko Y., O. Shemelina [et al.] // E3S Web of Conf. Vol. 383. Int. Scientific Conf. on Transport Technologies in the 21st Century (TT21C-2023) "Actual Problems of Decarbonization of Transport and Power Engineering: Ways of Their Innovative Solution". – 2023. – P. 04078. – DOI: 10.1051/e3sconf/202338304078
13. Evaluation of mechanical properties and abrasion resistance of PAN fiber-reinforced sulfoaluminate cement composites / Wang Junfeng, Zhang Renshuang, Lu Liulei [et al.] // Case Studies in Construction Materials. – 2023. – Vol. 18. – P. e01973. – DOI: 10.1016/j.cscm.2023.e01973
14. Çelik Z., Bingöl A.F. Fracture properties and impact resistance of self-compacting fiber reinforced concrete (SCFRC) // Materials and Structures. – 2020. – Vol. 53, Issue 3. – Article No. 50. – DOI: 10.1617/s11527-020-01487-8
15. Zhang Weiguo, Zhang Yunlong, Liu Baochang. Hybrid effect of basalt fiber and carbon fiber on the mechanical properties and microstructure of oil well cement // Construction and Building Materials. – 2021. – Vol. 286. – P. 122696. – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.122696
16. Milled basalt fiber reinforced Portland slurries for oil well applications / L.C.M. Paiva, I.M. Ferreira, A.E. Martinelli [et al.] // J. of Petroleum Science and Engineering. – 2019. – Vol. 175. – P. 184–189. – DOI: 10.1016/j.petrol.2018.11.068
17. Optimisation of mechanical properties and impact resistance of basalt fibre reinforced concrete containing silica fume: Experimental and response surface assessment / I.A. Ja'e, R.A. Naquib bin R. Sazrin, A. Syamsir [et al.] // Developments in the Built Environment. – 2024. – Vol. 17, Issue 6. – P. 100368. – DOI: 10.1016/j.dibe.2024.100368
18. Study on Mechanical Properties and Optimum Fiber Content for Basalt/Polyacrylonitrile Hybrid Fiber Reinforced Concrete / Zeng Zhenhai, Li Chuanxi, Chen Zhuoyi, Ke Lu // Advances in Materials Science and Engineering. – 2022. – DOI: 10.1155/2022/4181638
19. Heat Control Effect of Phase Change Microcapsules upon Cement Slurry Applied to Hydrate-Bearing Sediment / Yang Guokun, Liu Tianle, Zhu Hai [et al.] // Energies. – 2022. – Vol. 15, Issue 12. – P. 4197. – DOI: 10.3390/en15124197
20. 50kg Load Cells with HX711 and Arduino. – URL: https://circuitjournal.com/50kg-load-cells-with-HX711 (дата обращения 31.03.2024).