Визначення впливу армування базальтовою фіброю на деформаційно-міцнісні характеристики цементного каменю

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.288551

Ключові слова:

свердловинний цемент, цементні композиційні матеріали, базальтова фібра, міцність, деформаційні характеристики

Анотація

Об'єктом дослідження є якість цементування нафтових і газових свердловин з підвищенням міцності та деформаційної здатності цементного каменю з використанням базальтової фібри.

Цементний шлам, що використовується при цементуванні нафтових і газових свердловин, стикається з проблемою руйнування під впливом процесів гідророзриву пласта і перфорації. Дане руйнування призводить до утворення тріщин і може потребувати повторного цементування, що збільшує експлуатаційні витрати та ускладнює процес видобутку нафти і газу. Більш того, ця проблема може призвести до передчасного прориву води в свердловині і завдати серйозної шкоди, такої як виходи та викиди нафти і газу, що становить загрозу навколишньому середовищу і безпеці. Для вирішення проблеми руйнування цементного каменю при зовнішніх впливах у дослідженні запропоновано метод армування базальтовою фіброю.

У ході дослідження було розроблено та випробувано в'яжучий матеріал на основі портландцементу, армований базальтовою фіброю різної концентрації (0,1 %, 0,5 %, 1 % та 2 %). Проведені випробування цементу на міцність через 2, 7 і 14 днів з контролем деформації під навантаженням.

Додавання базальтової фібри до цементного каменю значно покращило його міцнісні характеристики. Найбільш успішні результати були досягнуті при додаванні 0,5 % базальтової фібри, що призвело до збільшення міцності на стиск і вигин на 11 %. Базальтова фібра доповнює структуру цементного каменю, підвищуючи його здатність до деформації.

Однією з ключових особливостей отриманих результатів є можливість підвищення міцності цементного каменю без втрати його плинності у вигляді цементного шламу.

Отримані результати можуть бути застосовані при розробці і виробництві цементних матеріалів на основі базальтової фібри. Це дозволить підвищити якість цементування свердловин та знизити ризики ускладнень

Біографії авторів

Arman Kabdushev, M.Kh. Dulaty Taraz Regional University

PhD

Department of Oil and Gas and Mining

Dinara Delikesheva, Satbayev University

PhD

Department of Petroleum Engineering

Darkhan Korgasbekov, Satbayev University

PhD

Department of Petroleum Engineering

Bauyrzhan Manapbayev, M.Kh. Dulaty Taraz Regional University

PhD

Department of Oil and Gas and Mining

Marzhan Kalmakhanova, M.Kh. Dulaty Taraz Regional University

PhD

Department of Chemistry and Chemical Technology

Посилання

  1. Zhu, H. Y., Deng, J. G., Zhao, J., Zhao, H., Liu, H. L., Wang, T. (2014). Cementing failure of the casing-cement-rock interfaces during hydraulic fracturing. Computers and Concrete, 14 (1), 91–107. doi: https://doi.org/10.12989/cac.2014.14.1.091
  2. Fedorov, B., Ratov, B., Sharauova, A. (2017). Development of the model of petroleum well boreability with PDC bore bits for Uzen oilfield (the Republic of Kazakhstan). Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (1 (87)), 16–22. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.99032
  3. Yan, Y., Guan, Z., Yan, W., Wang, H. (2020). Analysis Method of Cement Sheath Damage Zone After Perforation. SPE/IATMI Asia Pacific Oil & Gas Conference and Exhibition. doi: https://doi.org/10.2118/196556-ms
  4. Purnell, P., Short, N. R., Page, C. L., Majumdar, A. J. (2000). Microstructural observations in new matrix glass fibre reinforced cement. Cement and Concrete Research, 30 (11), 1747–1753. doi: https://doi.org/10.1016/s0008-8846(00)00407-5
  5. Bheel, N. (2021). Basalt fibre-reinforced concrete: review of fresh and mechanical properties. Journal of Building Pathology and Rehabilitation, 6 (1). doi: https://doi.org/10.1007/s41024-021-00107-4
  6. Paiva, L. C. M., Ferreira, I. M., Martinelli, A. E., Freitas, J. C. de O., Bezerra, U. T. (2019). Milled basalt fiber reinforced Portland slurries for oil well applications. Journal of Petroleum Science and Engineering, 175, 184–189. doi: https://doi.org/10.1016/j.petrol.2018.11.068
  7. Zheng, Y., Zhang, Y., Zhuo, J., Zhang, Y., Wan, C. (2022). A review of the mechanical properties and durability of basalt fiber-reinforced concrete. Construction and Building Materials, 359, 129360. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.129360
  8. Wang, S., Chen, F., Xue, Q., Zhang, P. (2020). Splitting Tensile Strength of Cement Soil Reinforced with Basalt Fibers. Materials, 13 (14), 3110. doi: https://doi.org/10.3390/ma13143110
  9. Afroz, M., Patnaikuni, I., Venkatesan, S. (2017). Chemical durability and performance of modified basalt fiber in concrete medium. Construction and Building Materials, 154, 191–203. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.07.153
  10. Ayub, T., Shafiq, N., Nuruddin, M. F. (2014). Mechanical Properties of High-performance Concrete Reinforced with Basalt Fibers. Procedia Engineering, 77, 131–139. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.07.029
  11. Zhang, H., Wang, B., Xie, A., Qi, Y. (2017). Experimental study on dynamic mechanical properties and constitutive model of basalt fiber reinforced concrete. Construction and Building Materials, 152, 154–167. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.06.177
  12. Zhou, H., Jia, B., Huang, H., Mou, Y. (2020). Experimental Study on Basic Mechanical Properties of Basalt Fiber Reinforced Concrete. Materials, 13 (6), 1362. doi: https://doi.org/10.3390/ma13061362
  13. Yang, L., Xie, H., Fang, S., Huang, C., Yang, A., Chao, Y. J. (2021). Experimental study on mechanical properties and damage mechanism of basalt fiber reinforced concrete under uniaxial compression. Structures, 31, 330–340. doi: https://doi.org/10.1016/j.istruc.2021.01.071
  14. Xie, L., Sun, X., Yu, Z., Zhang, J., Li, G., Diao, M. (2023). Experimental Study and Mechanism Analysis of the Shear Dynamic Performance of Basalt Fiber–Reinforced Concrete. Journal of Materials in Civil Engineering, 35 (1). doi: https://doi.org/10.1061/(asce)mt.1943-5533.0004549
  15. Zhang, H., Ji, S., Wang, L., Jin, C., Liu, X., Li, X. (2022). Study on dynamic splitting tensile damage characteristics of basalt fiber reinforced concrete based on AE and DSCM. Journal of Building Engineering, 57, 104905. doi: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.104905
  16. Zhou, Y., Zou, S., Wen, J., Zhang, Y. (2023). Study on the damage behavior and energy dissipation characteristics of basalt fiber concrete using SHPB device. Construction and Building Materials, 368, 130413. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.130413
  17. Kumbhar, P. V. (2014). An overview: basalt rock fibers-new construction material. Acta Engineering International, 2 (1), 11–18. Available at: https://www.researchgate.net/publication/302987042_An_overview_basalt_rock_fibres-new_construction_material
  18. Agzamov, F. A., Belousov, A. O. (2018). Substantiation of the methodology for assessing dangerous stresses in the body of cement stone during technological operations in a well. Oil Province, 4, 225–239.
  19. Gao, S. L., Mäder, E., Plonka, R. (2007). Nanostructured coatings of glass fibers: Improvement of alkali resistance and mechanical properties. Acta Materialia, 55 (3), 1043–1052. doi: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2006.09.020
  20. Barhum, R., Mechtcherine, V. (2012). Effect of short, dispersed glass and carbon fibres on the behaviour of textile-reinforced concrete under tensile loading. Engineering Fracture Mechanics, 92, 56–71. doi: https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2012.06.001
Визначення впливу армування базальтовою фіброю на деформаційно-міцнісні характеристики цементного каменю

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-10-31

Як цитувати

Kabdushev, A., Delikesheva, D., Korgasbekov, D., Manapbayev, B., & Kalmakhanova, M. (2023). Визначення впливу армування базальтовою фіброю на деформаційно-міцнісні характеристики цементного каменю. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(6 (125), 58–65. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.288551

Номер

Том 5 № 6 (125) (2023): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Arman Kabdushev, Dinara Delikesheva, Darkhan Korgasbekov, Bauyrzhan Manapbayev, Marzhan Kalmakhanova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.