Исследования упруго-прочностных свойств базового цементного камня для крепления нефтяных и газовых скважин

UDK: 622.245.422

DOI: 10.24887/0028-2448-2025-7-26-29

Ключевые слова: цементный камень, крепление скважин, предел прочности, механические свойства, упруго-прочностные свойства, лабораторные исследования

Авт.: И.И. Гирфанов, к.т.н. (ТатНИПИнефть); И.Т. Усманов, к.ф.-м.н. (ТатНИПИнефть); Р.С. Гуфронов (ТатНИПИнефть); Д.Р. Сабирзянов (ТатНИПИнефть); И.Р. Мухлиев (ПАО «Татнефть»)

Требования к показателям производимых и используемых при строительстве нефтяных скважин марок цемента определены в государственных стандартах. Основным показателем является прочность на изгиб при различных температурах применения. Тем не менее остается открытым вопрос, насколько достаточны прочностные свойства цемента для диапазона нагрузок при эксплуатации скважин конкретных объектов разработки. В работе образцы для одной из применяемых в производственной практике марок цемента созданы при термобарических условиях разрабатываемых пластов, прочностные свойства исследованы для диапазона нагрузок интервалов окрестности скважины. Для экспериментов использована установка псевдотрехосного нагружения. Построены паспорта прочности цемента с разделением образцов по условиям формирования. Значения угла внутреннего трения по результатам исследований составляют 29–31 °, предел прочности цемента - 53,9–102,6 МПа, наблюдается характерное увеличение прочности при увеличении давления обжима. Полученные значения прочности являются достаточными для сохранения целостности цементного камня в скважинах при технологических операциях в процессе разработки. Для численного моделирования напряженно-деформированного состояния окрестности скважины требуются в том числе упругие свойства цементов, для части задач необходимы зависимости данных свойств от изменения давления. В работе определены модуль Юнга и коэффициент Пуассона для условий характерных нагрузок разрабатываемых нефтяных месторождений Республики Татарстан. Интервалы изменения пределов прочности и упругих свойств для двух условий формирования образцов цемента различаются незначительно, следовательно, применим общий паспорт прочности с единой предельной границей состояний.

Список литературы

1. Нуцкова М.В., Алхаззаа М. Обзор проблем крепления скважин и применяемых тампонажных материалов // Neftegaz.RU. – 2023. – № 11. – С. 90–96. –

EDN: DQSNHH

2. Тампонажные смеси и добавки для крепления участков скважин в условиях ММП. Анализ составов / В.В. Никишин [и др.] // Neftegaz.RU. – 2023. –

№ 8. – С. 94–101. – EDN: WDRECS

3. Аслзода М., Азизов Р.О. Тампонажный цемент для обеспечения качественного крепления нефтегазовых скважин // Доклады Академии наук Республики Таджикистан. – 2015. – Т. 58. – № 8. – С. 721–725. – EDN: WACLZT

4. Применение облегченных тампонажных материалов при строительстве скважин ПАО «Татнефть» / А.Р. Исхаков [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 2021. – №. 7. – С. 14–17. – https://doi.org/10.24887/0028-2448-2021-7-14-17. – EDN: XCJVOU

5. Катеев Т.Р. Повышение качества крепления скважин на нефтяных месторождениях Республики Татарстан // Записки Горного института. – 2004. –

Т. 159. – № 2. – С. 11–14.

6. Кожевников Е.В. Исследование свойств тампонажных растворов для крепления скважин и боковых стволов с наклонными и горизонтальными участками // Вестник ПНИПУ. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2015. – № 17. – С. 24–31. – https://doi.org/10.15593/2224-9923/2015.17.3. – EDN: VBHRAN

7. ГОСТ 1581-2019. Портландцементы тампонажные. Технические условия: межгосударственный стандарт. – М.: Стандартинформ, 2019. – 8 с.

8. ГОСТ 21153.2-84. Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном сжатии. – М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. – 8 с.

9. Petroleum Related Rock Mechanics / E. Fjaer, R.M. Holt, P. Horsund [et al.]. – Elsevier, 2008. – 514 p.