IImproved quality of cementing jobs through reduced contraction of cement
Authors: Платицын И.Е. , Токунова Э.Ф. 
Published: July 2024

Одна из актуальных проблем на сегодняшний день, это обеспечение высокого качества крепления скважин. Одной из причин отсутствия высокого качества крепления скважины является контракция, которая несет ряд негативных явлений при тампонажных работах. К ним относятся всасывание пластовых флюидов из окружающей среды в результате развития вакуума в поровой системе цементного камня, обезвоживание остатков глинистого раствора на непроницаемых породах и металле обсадных труб, твердения камня в межколонном пространстве или против непроницаемых пород может привезти к усадке цементного камня, а это в свою очередь к образованию каналов по всему объему цементного камня и др. Контракция это явление уменьшения суммарного объема системы в химических или физических процессах. Целью статьи было исследовать контракцию, изучить виды контракции, характер поведения интенсивность усадки во времени, изучить имеющиеся методы борьбы, получить новый эффективный метод борьбы, способный исключить контракцию либо минимизировать её. Рассматривается борьба с двумя видами контракции: молекулярной и физической. Предложенный метод борьбы основывается не идеи компенсации объема выделяющимся газом в процессе твердения. Для борьбы с контракцией подобран комплекс добавок. Основной добавкой является газвыделяющая добавка алюминиевая пудра. Алюминиевая пудра способно равномерно распределяться по всему объему, а при взаимодействии со щелочной средой выделять кислород. Скорость выделения кислорода намного больше скорости усадки, так же кислород начинает выделяться сразу, а для подавления контракции он необходим через промежуток времени, когда тампонажный раствор будет находиться в затрубном пространстве и начнется процесс твердения. В связи с этим теоретически и практически были подобраны добавки замедляющие выделения кислорода и способные создать необходимый инкубационный период для алюминиевый пудры. При подборе добавок и экспериментальном исследование был получен синергетический эффект, который позволил достичь желаемого результата
High quality of cementing jobs is a challenging issue today. One of the reasons for poor cementing quality is cement contraction resulting in a number of adverse effects. These include influx of reservoir fluids from the surrounding rock due to de-aeration of pore system in set cement; dehydration of clay mud residues on impermeable rock and casing walls; setting of cement in tubing-casing annulus or against an impermeable rock can result in cement shrinkage, which in turn entails channeling across the set cement, and so on. Contraction is decrease of bulk volume of material in chemical or physical processes. This paper analyses contraction and its types, studies contraction behavior, degree of contraction over time, discusses current contraction control methods and a new efficient method to eliminate or minimize contraction. The paper analyzes two types of contraction, molecular and physical. The proposed new method is based on volume filling with gas liberated during cement setting. A number of additives have been selected to control cement contraction, and the primary agent is a gas-yielding aluminum powder. Aluminum powder can uniformly propagate over the total volume and release oxygen in alkaline environment. Rate of oxygen release is much higher than rate of contraction. Moreover, oxygen evolution starts immediately, yet oxygen is required some time later to control contraction, when the process of cement slurry thickening starts in the annulus. Hence, some additives have been selected in theoretical and practical terms to retard oxygen release and to provide the required incubation interval for the aluminum powder. Synergetic effect obtained during additives selection and research tests delivered the desired results