ПОЛЕГШЕНІ ТАМПОНАЖНІ РОЗЧИНИ ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ЦЕМЕНТУВАННЯ СВЕРДЛОВИН В УМОВАХ ВЕРХНЬОМАСЛОВЕЦЬКОГО РОДОВИЩА ПАТ «УКРНАФТА»
DOI:
https://doi.org/10.31471/2304-7399-2025-21(79)-207-226Ключові слова:
родовище, свердловина, полегшений тампонажний розчин, цементування, цементний каміньАнотація
Аналізуючи літературні джерела та фахові видання встановлено, що значна кількість родовищ нафти і газу в Україні відноситься до категорії родовищ з важковидобувними запасами. Однак такі родовища забезпечують вагомий обсяг видобутку та є резервом для нарощування видобувного потенціалу. Здійснено короткий огляд гірничо-геологічних умов та охарактеризовано особливості споруджування свердловин на Верхньомасловецькому родовищі ПАТ «Укрнафта», яке відноситься до категорії родовищ з важковидобувними запасами вуглеводнів. Проаналізовано базові технологічні рішення, що застосовувались для цементування експлуатаційних колон. На основі проведених досліджень типових полегшених тампонажних розчинів встановлено невідповідності даних матеріалів умовам якісного кріплення, що зумовлено порушенням технологічних параметрів тампонажного розчину та зниженими міцнісними характеристиками цементного каменю. Охарактеризовано ризики та встановлено порушення технологічного процесу під час цементування експлуатаційних колон. Розроблено новий тип полегшеного тампонажного матеріалу з густиною цементного тіста 1,25 г/см3 і проведено дослідження основних технологічних параметрів тампонажного розчину та фізико-механічних властивостей цементного каменю. Спроектовану тампонажну систему протестовано відповідно до технологічних та термобаричних умов цементування свердловин Верхньомасловецького родовища. Досліджено особливості структуроутворення розробленого матеріалу. Результати досліджень свідчать про стабільність тампонажної системи та високі міцнісні характеристики полегшеного тампонажного матеріалу. Дослідженнями рентгенофлуоресцентної спектроскопії та рентгеноструктурного аналізу підтверджено отримання основних кристалізуючих фаз цементного каменю, що підтверджують швидку кінетику структуроутворення спроектованої тампонажної системи. Проведені комплексні дослідження та отримані результати свідчать про переваги розробленого тампонажного матеріалу як за технологічними, так і експлуатаційними властивостями над базовими матеріалами.
Посилання
1. Дорошенко В.М. Основні напрями вдосконалення систем розробки родовищ та потенціал нарощування видобутку нафти в Україні / В.М. Дорошенко, Ю.О. Зарубін, В.П. Гришаненко, В.Й. Прокопів, О.А. Швидкий // Нафтогазова галузь України. – 2013. – № 2. – С. 27-30.
2. Дорошенко В.М. Щодо впровадження полімерного заводнення на нафтових родовищах України / В.М. Дорошенко, В.Й. Прокопів, М.І. Рудий, Р.Б. Щербій // Нафтова і газова промисловість. – 2013. – № 3.– С. 29-32.
3. Лукін О.Ю. Вуглеводневий потенціал надр України та основні напрямки його освоєння / О.Ю. Лукін // Вісник Національної академії наук України. – 2008. – № 4. – С. 56-67.
4. Романюк О.М. Практика впровадження Production Enhancement Contracts та угод про розподіл продукції / Нафта і газ України (oil-gas.com.ua) – Режим доступу: Практика впровадження Production Enhancement Contracts та угод про розподіл продукції | Нафта і Газ України (oil-gas.com.ua).
5. Safety and health for the oil and gas industry / C. Lutchmedial // Publisher: OSHE Consultants. – 2015. – 336 p.
6. Ziaja J. Sealing slurries limiting natural gas exhalations from the annular space of a wellbore / J. Ziaja, St. Stryczek, A. Jamrozik, D. Knez, O. Vytyaz // Przemysł Chemiczny. – 2017. – No 5. – P. 990-992. Available from: https://doi.org/10.15199/62.2017.5.9.
7. Thomas Heinold, The Effect of Key Cement Additives on the Mechanical Properties of Normal Density Oil and Gas Well Cement Systems / Thomas Heinold, Robert L. Dillenbeck, Murray J. Rogers // Society of Petroleum Engineers (SPE). Paper presented at the SPE Asia Pacific Oil and Gas Conference and Exhibition. – October 8, 2002. Available from: https://doi.org/10.2118/77867-MS.
8. Орловський В.М. Тампонажні матеріали, що розширюються при твердінні / В.М. Орловський. – Полтава: ПолтНТУ, 2015. – 129 с.
9. Ulm F.-J. Strength Growth as Chemo-Plastic Hardening in Early Age Concrete / F.-J. Ulm, O. Coussy // Journal of Engineering Mechanics. – 1996.– Vol. 122. – No 12. – P. 1123-1132. Available from: https://doi.org/10.1061/ (ASCE)0733-9399(1996)122:12(1123).
10. Vamsi Krishna Kudapa. Investigation of carbon black nanoparticles on effectiveness of cementation in oil and gas well / Vamsi Krishna Kudapa // MaterialsToday: Proceedings. – 2024. – Vol. 99. – P. 162-169. Available from: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.07.111.
11. Hossain M.E. Drilling engineering: problems and solutions / M.E. Hossain, M.R. Islam // Scrivener publishing LLC. – 2018. Available from: https://doi.org/10.1002/9781118998632.
12. Liu G. Applied Well Cementing Engineering / G. Liu // Publisher: Gulf Professional Publishing. – 2021. – 621 p.
13. Koroviaka Ye. Research on occurrence features and ways to improve the quality of productive hydrocarbon horizons demarcation / Ye. Koroviaka, Ye. Stavychnyi, O. Martsynkiv, A. Ihnatov, A. Yavorskyi // Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. – 2024. – No 3. – P. 5-11. Available from: https://doi.org/10.33271/nvngu/2024-3/005.
14. Ammerer N.H., Hashemi R. Completion Fluids Drilling. – 1983. – Vol. 44. – No 8.
15. Piatkivskyi S. Well rehabilitation is a promising area for increasing hydrocarbon production / S. Piatkivskyi, Ye. Stavychnyi, Ya. Femiak, B. Tershak, D. Ahafonov, M. Kovbasiuk // Strojnícky časopis – Journal of Mechanical Engineering. – 2024. – Vol. 74. – No 1. – P. 141-158. Available from: https://doi.org/10.2478/ scjme-2024-0015.
16. Агафонов Д.Ю. Досвід успішного закінчування свердловини на Верхньомасловецькому родовищі ПАТ «Укрнафта» / Д.Ю. Агафонов, Б.А. Тершак, Є.М. Ставичний, М.М. Плитус, С.А. Пятківський, Н.М. Савчук // Нафтогазова енергетика. – 2022. – № 1(37). – С. 22-32. Режим доступу: https://doi.org/10.31471/1993-9868-2022-1(37)-22-32.
17. Соболь Х.С. Использование технологии сухих строительных смесей для изготовления облегченных тампонажных материалов / Х.С. Соболь, В.С. Терлыга // Сухие строительные смеси. – 2011. – № 4. – С. 41-43.
18. Tkaczewska E., Malata G. Properties of the Cement, Slag and Fly Ash Mixture Composition Corresponding to CEM II/C-M and CEM VI / E. Tkaczewska, G. Malata // Materials Proceedings. – 2023. – Vol. 13, Issue 1. Available from: https://doi.org/ 10.3390/materproc2023013011.
19. Gursel A.P. A life-cycle approach to environmental, mechanical, and durability properties of «green» concrete mixes with rice husk ash / A.P. Gursel, H. Maryman, C. Ostertag // Journal of Cleaner Production. – 2016. – Vol. 112, Part 1. – P. 823-836. Available from: https://doi.org/10.1016/ j.jclepro.2015.06.029.
20. Gholampour A. Performance of sustainable concretes containing very high-volume Class-F fly ash and ground granulated blast furnace slag / A. Gholampour, T. Ozbakkaloglu // Journal of Cleaner Production. – 2017. – Vol. 162. – P. 1407-1417. Available from: https://doi.org/10.1016/j.jclepro. 2017.06.087.
21. Król A. Properties of Concrete Made with Low-Emission Cements CEM II/C-M and CEM VI / A. Król, Z. Giergiczny, J. Kuterasińska-Warwas // Materials. – 2020. – Vol. 13, Issue 10. – 2257. Available from: https://doi.org/10.3390/ma13102257.
22. Proske T. Concretes made of efficient multi-composite cements with slag and limestone / T. Proske, M. Rezvani, S. Palm, C. Muller, C.A. Graubner // Cement and Concrete Composites. – 2018. – Vol. 89. – P. 107-119. Available from: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp. 2018.02.012.
23. Stryczek S. Multi-Component Cements for Sealing Casing Columns in Boreholes / S. Stryczek, M. Kremieniewski // Buildings. – 2023. – Vol. 13, Issue 7. – 1633. Available from: https://doi.org/10.3390/buildings13071633.
24. Kapeluszna E. The effect of highly reactive pozzolanic material on the early hydration of alite – C3A – gypsum synthetic cement systems / E. Kapeluszna, L. Kotwica, G. Malata, P. Murzyn, W. Nocuń-Wczelik // Construction and Building Materials. – 2020. – Vol. 251. – 118879. Available from: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118879.
25. Tarun R. Naik, Fethullah Canpolat, Yoon-moon Chun. Limestone powder use in cement and concrete. Report No. CBU-2003-31. REP-525 // Department of Civil Engineering and Mechanics College of Engineering and Applied Science. The University of Wisconsin – Milwaukee. July. 2003. Available from: https://www.scribd.com/document/284711305/REP-525
26. De Schutter G. Effect of limestone filler as mineral addition in self-compacting concrete // 36th Conference on Our World in concrete & Structures. Singapore. – 2011. – P. 49-54. Available from: http://hdl.handle.net/1854/LU-2939937.
27. Zajac M. Influence of limestone and anhydrite on the hydration of Portland cements / M. Zajac, A. Rossberg, G. Le Saout, B. Lothenbach // Cement and Concrete Composites. – 2014. – Vol. 46. P. 99-108. Available from: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2013.11.007.
28. Matschei T. The role of calcium carbonate in cement hydration / T. Matschei, B. Lothenbach, F.P. Glasser // Cement and Concrete Composites. – 2007. – Vol. 37, Issue 4. – P. 551-558. Available from: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2006.10.013.
29. Hea H. Particle packing density and limestone fillers for more sustainable cement / H. Hea, L. Courardb, E. Pirardc // Key Engineering Materials. – 2012. – Vol. 517. – P. 331-337. Available from: https://doi.org/ 10.4028/www.scientific.net/KEM.517.331.
30. Орловський В.М. Нові полегшені і легкі тампонажні матеріали / В.М. Орловський, С.Г. Михайленко, О.В. Лужаниця // Науковий вісник Івано-Франків. нац. техн. ун-ту нафти і газу. – 2010. – № 3. – С. 10-14.
31. Горський В.Ф. Тампонажні матеріали і розчини / В.Ф. Горський. – Чернівці, 2006. – 524 с.
32. Орловський В.М. Модифікований тампонажний матеріал зниженої густини / В.М. Орловський, А.М. Похилко // Мінеральні ресурси України. – 2017. – № 3. – C. 40-43.
33. Bülichen, D. Working mechanism of methyl hydroxyethyl cellulose (MHEC) as water retention agent / D. Bülichen, J. Kainz, J. Plank // Cement and Concrete Research. – 2012. – Vol. 42, Issue 7. – P. 953-959. Available from: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2012.03.016.
34. Haichuan Lu. Cement Slurries With Rheological Properties Unaffected by Temperature / Lu Haichuan, Xie Chengbin, Gao Yonghui, Li Lirong, Zhu Haijin // SPE Drilling & Completion. – 2015. – Vol. 30 (04). P. 316-321. Available from: https://doi.org/10.2118/178922-PA.
35. Терлига В.С. Фізико-механічні властивості модифікованих полегшених тампонажних сумішей / В.С. Терлига, Х.С. Соболь, Н.І. Петровська, М.Б. Ковальчук // Теорія і практика будівництва. – 2013. – № 755. – С. 417-421.
36. Li Jin. Influence Laws for Hydraulic Sealing Capacity in Shale Gas Well Cementing / Jin Li, Jian Liu, Zaoyuan Li, Yang Liu, Xuning Wu, Weitao Song // SPE Drilling & Completion. – 2023. – Vol. 38 (01). – P. 120-130. Available from: https://doi.org/10.21.18/212291-PA.
37. Stavychnyi Ye.M. Influence of acid systems on bottomhole zone decolmatization and set cement stability / Ye.M. Stavychnyi, S.M. Rudyi, Ya.M. Femiak, B.A. Tershak, S.A. Piatkivskyi, M.M. Klymyuk, V.V. Kindrat // Physics and Chemistry of Solid State. – 2024. – Vol. 25, No 3. – P. 664-674. Available from: https://doi.org/10.15330/pcss.25.3.664-674.
38. Stavychnyi Ye.M. Research of cement stone degradability in difficult mining and geological conditions of Ukraine / Ye.M. Stavychnyi, Ya.M. Femiak, O.Yu. Vytyaz, B.A. Tershak, M.M. Klymyuk, V.V. Kindrat // Physics and Chemistry of Solid State. – 2024. – Vol. 25, No 4. – P. 924-936. Available from: https://doi.org/10.15330/pcss.25.4.924-936.
39. Саницький М.А. Модифіковані композиційні цементи / М.А. Саницький, Х.С. Соболь, Т.Є. Марків. – Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2010. – 132 с.
40. Vytyaz O. Increasing the reliability of oil and gas well fastening with polycomponent plugging systems / O. Vytyaz, O. Chernova, Ye. Stavychnyi, R. Martyniuk, J. Ziaja // Mining of Mineral Deposits. – 2024. – Vol. 18, Issue 3. – P. 82-93. Available from: https://doi.org/10.33271/mining18.03.082.
41. Taylor H.F.W. Cement Chemistry / H.F.W. Taylor. – London: Academis press., 1990. – 512 p.
42. Спеціальні тампонажні системи / М.В. Сенюшкович, Б.А. Тершак, І.І. Витвицький, О.Б. Марцинків. – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2022. – 407 с.
43. Ihnatov A.O. Development and Implementation of Innovative Approaches to Fixing Wells in Difficult Conditions / A.O. Ihnatov, J. Haddad, Ye.M. Stavychnyi, M.M. Plytus // Journal of The Institution of Engineers (India): Series D. – 2022. – Vol. 104. – P. 119-130. Available from: https://doi.org/10.1007/s40033-022-00402-5.
44. Stryczek S. Forecasting Strength Parameters of Hardened Geopolymer Slurries Applied to Seal Casing Columns in Boreholes / S. Stryczek, A. Gonet, M. Kremieniewski, T. Kowalski // Energies. – 2023. – Vol. 16. – 4458. Available from: https://doi.org/10.3390/en16114458.
45. Конструкційні матеріали нового покоління та технологія їх впровадження у будівництво / Р.Ф. Рунова, В.І. Гоц, І.І. Назаренко та ін. – К.: УВПК «ЕксОб», 2008. – 360 с.
46. В’яжучі речовини: підручник / Р.Ф. Рунова, Л.Й. Дворкін, О.Л. Дворкін, Ю.Л. Носовський. – К.: Основа, 2012. – 448 с.
