Визначення закономірностей процесу утворення тріщин у глинистій кірці при тампонуванні свердловин

Автор(и)

  • Ярослав Михайлович Кочкодан Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Україна https://orcid.org/0000-0001-8771-6586
  • Андрій Петрович Джус Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Україна https://orcid.org/0000-0002-2660-5134
  • Андрій Романович Юрич Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Україна https://orcid.org/0000-0002-8772-6191
  • Лідія Романівна Юрич Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Україна https://orcid.org/0000-0002-2435-9785

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.334789

Ключові слова:

герметичність кріплення свердловини, тампонажний розчин/камінь, процес тріщиноутворення у глинистій кірці

Анотація

Об’єктом дослідження є процес утворення тріщин у глинистій кірці при її контакті з твердіючим тампонажним розчином / каменем.

При тампонуванні свердловини неможливо повністю видалити сформовану на її стінках фільтраційну кірку. Це є передумовою до неякісного кріплення з утворенням на межі контакту та безпосередньо у кірці каналів для перетоку флюїдів. Дослідження процесів, що мають місце при тампонуванні, дають можливість краще зрозуміти характер їх перебігу та запропонувати елементи технології для забезпечення герметичності кріплення свердловини.

Встановлено, що процес утворення тріщин характеризується трьома періодами: індукції, тріщиноутворення та стабілізації. Тривалість кожного визначається станом системи «глиниста кірка – твердіючий тампонажний розчин / камінь». Найбільш інтенсивним перебігом процес характеризується за умов, що відповідають приустьовій частині свердловини. Це пояснюється зневодненням тампонажного розчину при його прокачуванні в кільцевому просторі та неущільненою структурою кірки. При цьому площа ураженої тріщинами глинистої кірки сягає понад 80%, в той же час для умов привибійної частини стовбура не перевищує 30%.

Досліджено вплив водних розчинів електролітів на тріщиностійкість глинистої кірки. Встановлено, що зі зменшенням концентрації CaCl2 та зі збільшенням концентрації NaCl площа ураженої тріщинами кірки зменшується. Не виявлено утворення тріщин в кірці після її оброблення 2% та 5% розчином Na2CO3.

Встановлено, що зі зменшенням товщини цементного кільця періоди індукції та тріщиноутворення збільшуються, а загальна площа ураженої глинистої кірки зменшується.

Отримані результати слугуватимуть основою для розроблення комплексного підходу до забезпечення якісного кріплення свердловин. Він може включати оптимізацію їх конструкції, а також удосконалення рецептур технологічних рідин для конкретних геолого-технічних умов.

Біографії авторів

Ярослав Михайлович Кочкодан, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра буріння свердловин

Андрій Петрович Джус, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

Доктор технічних наук, професор

Кафедра нафтогазових машин та обладнання

Андрій Романович Юрич, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра буріння свердловин

Лідія Романівна Юрич, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра буріння свердловин

Посилання

  1. Cormack, D. (2017). An Introduction to Well Control Calculations for Drilling Operations. Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-319-63190-5
  2. Kiran, R., Teodoriu, C., Dadmohammadi, Y., Nygaard, R., Wood, D., Mokhtari, M., Salehi, S. (2017). Identification and evaluation of well integrity and causes of failure of well integrity barriers (A review). Journal of Natural Gas Science and Engineering, 45, 511–526. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2017.05.009
  3. Khalifeh, M., Saasen, A. (2020). Introduction to Permanent Plug and Abandonment of Wells. Ocean Engineering & Oceanography. Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-030-39970-2
  4. Ahmed, S., Salehi, S., Ezeakacha, C. (2020). Review of gas migration and wellbore leakage in liner hanger dual barrier system: Challenges and implications for industry. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 78, 103284. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2020.103284
  5. Tao, C., Rosenbaum, E., Kutchko, B. G., Massoudi, M. (2021). A Brief Review of Gas Migration in Oilwell Cement Slurries. Energies, 14 (9), 2369. https://doi.org/10.3390/en14092369
  6. Kremieniewski, M., Rzepka, M. (2016). Przyczyny i skutki przepływu gazu w zacementowanej przestrzeni pierścieniowej otworu wiertniczego oraz metody zapobiegania temu zjawisku. Nafta-Gaz, 72 (9), 722–728. https://doi.org/10.18668/ng.2016.09.06
  7. Bayanak, M., Zarinabadi, S., Shahbazi, K., Azimi, A. (2021). Comprehensive review on gas migration and preventative strategies through well cementing. International Journal of New Chemistry, 8 (1), 16–29.
  8. Foroushan, H. K., Lund, B., Ytrehus, J. D., Saasen, A. (2021). Cement Placement: An Overview of Fluid Displacement Techniques and Modelling. Energies, 14 (3), 573. https://doi.org/10.3390/en14030573
  9. Lupyana, S. D., Maagi, M. T., Gu, J. (2020). Common well cements and the mechanism of cement-formation bonding. Reviews in Chemical Engineering, 38 (1), 17–34. https://doi.org/10.1515/revce-2019-0028
  10. Mahmoud, A. A., Abdalrahman, E. M., Nje, L., Almadani, A., Al Ramadan, M., Elkatatny, S., Sultan, A. (2024). Challenges of Cementing in Extreme Environments. GOTECH. https://doi.org/10.2118/219144-ms
  11. Effective Strategies for Well Cementing in Offshore and Deepwater Wells (2025). Esimtech. Available at: https://www.esimtech.com/effective-strategies-for-well-cementing-in-offshore-and-deepwater-wells.html
  12. Plank, J., Tiemeyer, C., Buelichen, D., Echt, T. (2014). A Study of Cement/Mudcake/Formation Interfaces and Their Impact on the Sealing Quality of Oilwell Cement. IADC/SPE Asia Pacific Drilling Technology Conference. https://doi.org/10.2118/170452-ms
  13. Bai, X., Xu, Y., Zhang, X., Yong, X., Ning, T. (2021). Enhancing the Solidification Between Mud Cake and Wall Rock for Cementing Applications: Experimental Investigation and Mechanisms. Journal of Energy Resources Technology, 143 (7). https://doi.org/10.1115/1.4050497
  14. Ihnatov, A. O., Stavychnyi, Ye. M. (2021). Geological and technical-and-technological features of casing oil and gas wells, taking into account the physical and chemical state of their wellbore. Instrumental Materials Science, 24 (1), 87–102.
  15. Jaffal, H. A., El Mohtar, C. S., Gray, K. E. (2017). Modeling of filtration and mudcake buildup: An experimental investigation. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 38, 1–11. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2016.12.013
  16. Ma, Y., Cui, M., Guo, X., Shi, Q., Li, L. (2007). How to Evaluate the Effect of Mud Cake on Cement Bond Quality of Second Interface? SPE/IADC Middle East Drilling and Technology Conference. https://doi.org/10.2118/108240-ms
  17. Opedal, N., Todorovic, J., Torsæter, M., Vrålstad, T., Mushtaq, W. (2014). Experimental Study on the Cement-Formation Bonding. SPE International Symposium and Exhibition on Formation Damage Control. https://doi.org/10.2118/168138-ms
  18. Torsæter, M., Todorovic, J., Lavrov, A. (2015). Structure and debonding at cement-steel and cement-rock interfaces: Effect of geometry and materials. Construction and Building Materials, 96, 164–171. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.08.005
  19. Agbasimalo, N., Radonjic, M. (2012, June). Experimental study of portland cement/rock interface in relation to wellbore stability for Carbon Capture and Storage (CCS). ARMA US Rock Mechanics/Geomechanics Symposium. ARMA.
  20. Radonjic, M., Oyibo, A. (2014). Comparative experimental evaluation of drilling fluid contamination on shear bond strength at wellbore cement interfaces. World Journal of Engineering, 11 (6), 597–604. https://doi.org/10.1260/1708-5284.11.6.597
  21. Hao, H., Gu, J., Huang, J., Wang, Z., Wang, Q., Zou, Y., Wang, W. (2016). Comparative study on cementation of cement-mudcake interface with and without mud-cake-solidification-agents application in oil & gas wells. Journal of Petroleum Science and Engineering, 147, 143–153. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2016.05.014
  22. Lichinga, K. N. (2023). Experimental study on modification of water-based filtercake to improve the bonding strength at the wellbore cement-formation interface. Petroleum Research, 8 (4), 531–540. https://doi.org/10.1016/j.ptlrs.2022.10.002
  23. Ntelo, B. S. A., Lin, P., Ntelo, C. E., Johnson, F. J., Lichinga, K. N. (2023). The experimental investigation on the geo-polymerization of water-based filtercake at the second interface of the oil-gas well. Geoenergy Science and Engineering, 221, 211353. https://doi.org/10.1016/j.geoen.2022.211353
  24. Liu, K., Gao, D., Taleghani, A. D. (2018). Analysis on integrity of cement sheath in the vertical section of wells during hydraulic fracturing. Journal of Petroleum Science and Engineering, 168, 370–379. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2018.05.016
  25. Zhang, W., Eckert, A. (2020). Micro-annulus generation under downhole conditions: Insights from three-dimensional staged finite element analysis of cement hardening and wellbore operations. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 12 (6), 1185–1200. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2020.03.003
  26. Kotskulych, Ya. S., Kolisnyk, V. I., Hrymaniuk, V. I. (2013). Otsinka trishchynostiikosti filtratsiinoi kirky burovoho rozchynu ta metody yii pidvyshchennia. Nafta i haz Ukrainy-2013. Yaremche, 59–60.
Regularities of the process of crack formation in clay filter cake during well cementing

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-08-30

Як цитувати

Кочкодан, Я. М., Джус, А. П., Юрич, А. Р., & Юрич, Л. Р. (2025). Визначення закономірностей процесу утворення тріщин у глинистій кірці при тампонуванні свердловин. Technology Audit and Production Reserves, 4(1(84), 58–64. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.334789

Номер

Том 4 № 1(84) (2025): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Технології та системи енергопостачання

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Yaroslav Kochkodan, Andriy Dzhus, Andriy Yurych, Lidiia Yurych

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.