Қазақстанның мұнай-газ саласының хабаршысыҚазақстанның мұнай-газ саласының хабаршысы2707-42262957-806XKMG Engineering10441310.54859/kjogi104413Research ArticleViscoelastic systems for well constructionLoginovaMarianna E.ufamel@yandex.ruAgzamovFarit A.<p>Doctor of Sciences in Technology, Professor, Oil and Gas Well Drilling Department</p>faritag@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5850-5261Ufa State Petroleum Technical University160520224158680303202209032022Copyright © 2022, Loginova M.E., Agzamov F.A.2022<p>One of the most important factors ensuring the required quality of well cementing is the use of effective flushing fluids (spacers). Among these fluids are viscoelastic systems (VES), which provide the best displacement of the drilling fluid during the cementing process.</p> <p>The article discusses the mechanism of polymerization of viscoelastic systems when using polyacrylamide cross-linked with polyvalent metal cations and the prospects for using these systems for oil and gas wells cementing. Models of the viscoelastic systems flow and their differences due to the presence of normal stresses in viscoelastic systems are shown in this article. The substantiation of the component composition of viscoelastic systems and their main properties, ensuring their efficiency as flushing fluids are given. The article also provides a description of the scientific instruments that were used during the research.</p> <p>It has been experimentally confirmed that it is necessary to use additives with the highest oxidation state when choosing a polyvalent cation as a "cross-linker" for viscoelastic systems. This will help to increase the rate of strength characteristics development. The most adequate ratios of components have been experimentally substantiated and the best solids-carrying capacity of a viscoelastic flushing fluid in comparison with other types has been proven. This eliminates the possibility of cement slurry flowing down in the annular space after the completion of the cementing process.</p> <p>The special installations proved the best degree of wellbore cleaning in vugular formation zones with a laminar flow regime. In order to minimize the negative effect of polymer films from viscoelastic systems on the adhesion of the cement stone to the casing strings it is recommended to inject a portion of the liquid containing the polymer destructor after a portion of the viscoelastic fluid.</p>spacer fluidannulusviscoelastic systemspolymerrheologyбуферлік сұйықтыққұбыр сыртындағы кеңістіктұтқыр серіпмді жүйелерполимерреологиябуферная жидкостьзатрубное пространствовязкоупругие системыполимерреология1.Агзамов Ф.А., Акбулатов Т.О., Аксенова Н.А., Анашкина А.Е., и др. Технология бурения нефтяных и газовых скважин. Учебник для студентов вузов в 5 томах/под общей редакцией В.П.Овчинникова. – Тюмень, 2014, т. 1. // Agzamov F.A., Akbulatov T.O., Aksenova N.A., Anashkina A.E., and others. Tehnologiya bureniya neftyanyh i gazovyh skvazhin. Uchebnik dlya studentov vuzov v 5 tomah/pod obshhei redakciei V.P. Ovchinnikova [Technology of drilling oil and gas wells. Textbook for university students in 5 volumes / under the general editorship of V.P. Ovchinnikov]. – Tjumen', 2014, v. 1.2.Булатов А.И. Детективная биография герметичности крепи скважин. – Краснодар, Просвещение-Юг, 2008, 767 с. // Bulatov A.I. Detektivnaya biografiya germetichnosti krepi skvazhin [Detective biography of well support integrity]. – Krasnodar, Prosveshhenie-Yug, 2008, 767 p.3.Постников В.О., Аиграфьян М.О. Способы и устройства для разрушения глинистых корок при производстве изоляционных работ в скважинах. – Тр. ВНИИКРнефть «Осложнения при бурении и цементировании скважин», Краснодар, 1973, с. 173–181. // Postnikov V.O., Aigraf'yan M.O. Sposoby i ustroistva dlya razrusheniya glinistyh korok pri proizvodstve izolyacionnyh rabot v skvazhinah [Methods and devices for the destruction of clay cakes when performing insulation work in wells]. – Tr. VNIIKRneft' «Oslozhneniya pri burenii i cementirovanii skvazhin» [Proceedings of the All-Union Research Institute for Well Cementing and Drilling Fluids "Complications in Drilling and Cementing Wells"], Krasnodar, 1973, pp. 173–181.4.Ашрафьян М.О., А.И. Булатов, А.Л. Волик, О.А. Лебедев. Влияние течение растворов на полноту вытеснения жидкостей из кольцевого пространства при цементировании скважин. – Труды Краснодарского филиала ВНИИ, 1970, вып. 23. // Ashraf'jan M.O., A.I. Bulatov, A.L. Volik, O.A. Lebedev. Vlijanie techenie rastvorov na polnotu vytesneniya zhidkostei iz kol'cevogo prostranstva pri cementirovanii skvazhin [Influence of fluid flow on the completeness of fluid displacement from the annulus during well cementing]. – Trudy Krasnodarskogo filiala VNII [Proceedings of the Krasnodar branch of the All-Russian Research Institute], 1970, vyp. 23.5.Лихушин А.М., Мясищев В.Е., Мязин О.Г. К вопросу выбора рационального типа буферной жикдкости. – Электронный журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», 2013, вып. 12, с. 35–39. // Lihushin A.M., Mjasishhev V.E., Mjazin O.G. K voprosu vybora racional'nogo tipa bufernoi zhikdkosti [On the issue of choosing a rational type of flush liquid]. – Jelektronnyj zhurnal «Stroitel'stvo neftjanyh i gazovyh skvazhin na sushe i na more» [Electronic journal "Construction of oil and gas wells on land and at sea"], 2013, vyp. 12, pp. 35–39.6.Коптяева Е.И., Каразеев Д.В., Стрижнев В.А., Вежнин С.А., Телин А.Г. Новые сшитые полимерные составы на основе частично гидролизованного полиакриламида для ограничения водопритока и выравнивания профиля приемистости. – Нефть. Газ. Новации, 2014, №10, с. 45–49. // Koptyaeva E.I., Karazeev D.V., Strizhnev V.A., Vezhnin S.A., Telin A.G. Novye sshitye polimernye sostavy na osnove chastichno gidrolizovannogo poliakrilamida dlya ogranicheniya vodopritoka i vyravnivaniya profilya priemistosti [New cross-linked polymer compounds based on partially hydrolyzed polyacrylamide to limit water influx and levele the injectivity profile]. – Neft'. Gaz. Novacii [Oil. Gas. innovations], 2014, No.10, pp. 45–49.7.Олдройд Дж. Г. Неньютоновское течение жидкостей и твердых тел. (Под ред. Эйриха Ф.М.) – Реология, теория и приложения, М., ИЛ, 1972, 763 с. // Oldrojd Dzh. G. Nen'yutonovskoe techenie zhidkostei i tverdyh tel. (Pod red. Jejriha F.M.) [Non-Newtonian Flow of Liquids and Solids (Under the editorship of Eirich F.M.)] – Reologiya, teoriya i prilozheniya [Rheology, theory and applications], Moscow, IL, 1972, 763 p.8.Шрамм Г. Основы практической реологии и реометрии. (Пер. с англ. И.А. Лавыгина. Под ред. В.Г. Куличихина). – М., КолосС, 2003, 312 с. // Shramm G. Osnovy prakticheskoi reologii i reometrii. (Per. s angl. I.A. Lavygina. Pod red. V.G. Kulichihina) [Fundamentals of practical rheology and rheometry. (Translated from English by I.A. Lavygina. Edited by V.G. Kulichikhin)]. – Moscow, KolosS, 2003, 312 p.9.Mezger T.G., The rheology handbook: for users of rotational and oscillatory rheometers. – Hanover, Vincentz Network, 2002, 432 р.10.Barnes H.A. A handbook of elementary rheology. – Aberystwyth: Univ of Wales, Institute of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 2000, 204 р.11.Бортников В.Г. Основы технологии переработки пластических масс: Учебное пособие для вузов. – Л., Химия, 1983, 304 с. // Bortnikov V.G. Osnovy tehnologii pererabotki plasticheskih mass: Uchebnoe posobie dlja vuzov [Fundamentals of plastics processing technology: Textbook for universities]. – L., Himija [Chemistry], 1983, p. 304.12.Телин А., Хлебникова М., Сингизова В., Калимуллина Г., Хакимов А., Кольчугин И., Исмагилов Т. Регулирование реологических и фильтрационных свойств сшитых полимерных систем с целью повышения эффективности воздействия на пласт. – Вестник инжинирингового центра ЮКОС, 2002, № 4, с. 41–45. // Telin A., Hlebnikova M., Singizova V., Kalimullina G., Hakimov A., Kol'chugin I., Ismagilov T. Regulirovanie reologicheskih i fil'tracionnyh svoistv sshityh polimernyh sistem s cel'yu povysheniya effektivnosti vozdeistviya na plast [Regulation of rheological and filtration properties of cross-linked polymer systems in order to increase the efficiency of reservoir stimulation]. – Vestnik inzhiniringovogo centra YuKOS [Bulletin of the Yukos Engineering Center], 2002, No. 4, pp. 41–45.13.Гумерова Г.Р., Яркеева Н.Р. Технология применения сшитых полимерных составов. Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2017, № 2, с. 63–79. // Gumerova G.R., Yarkeeva N.R. Tehnologiya primeneniya sshityh polimernyh sostavov [Technology of application of cross-linked polymer compositions]. Jelektronnyj nauchnyj zhurnal «Neftegazovoe delo» [Electronic scientific journal "Oil and Gas Business"], 2017, No. 2, pp. 63–79.14.Окромелидзе Г.В. Совершенствование технологии глушения нефтяных и газовых скважин с использованием вязкоупругих составов. – Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Уфа, 2016, 198 с. // Okromelidze G.V. Sovershenstvovanie tehnologii glusheniya neftyanyh i gazovyh skvazhin s ispol'zovaniem vyazkouprugih sostavov [Improving the technology of killing oil and gas wells using viscoelastic compositions]. – Dissertacija na soiskanie uchenoj stepeni kandidata tehnicheskih nauk [Thesis for the degree of candidate of technical sciences], Ufa, 2016, 198 p.15.Мачихин Ю.А. Реометрия пищевого сырья и продуктов: Справочник. – М., Агропромиздат, 1990, с. 175–180. // Machihin Ju.A. Reometriya pishhevogo syr'ya i produktov: Spravochnik [Rheometry of food raw materials and products: Handbook]. – Moscow, Agropromizdat, 1990, pp. 175–180.16.Ильин С.О. Малкин А.Я., В.Г. Куличихин Применение метода высокоамплитудных гармонических воздействий для анализа свойств полимерных материалов в нелинейной области механического поведения. – Высокомолекулярные соединения. Серия А, 2014, т. 56, № 1, с. 99–112. // Il'in S.O. Malkin A.Ja., V.G. Kulichihin Primenenie metoda vysokoamplitudnyh garmonicheskih vozdeistvii dlya analiza svoistv polimernyh materialov v nelineinoi oblasti mehanicheskogo povedeniya [Kulichikhin Application of the method of high-amplitude harmonic effects for the analysis of the properties of polymeric materials in the nonlinear region of mechanical behavior]. – Vysokomolekuljarnye soedinenija [High-molecular compounds]. Serija A, 2014, v. 56, No. 1, pp. 99–112.17.Ильин С.О. Нелинейность реологических свойств при испытании полимерных материалов в режиме больших периодических деформаций. – Высокомолекулярные соединения. Серия А, 2015, т. 57, № 6, с. 568–581. // Il'in S.O. Nelineinost' reologicheskih svoistv pri ispytanii polimernyh materialov v rezhime bol'shih periodicheskih deformacii [Nonlinearity of rheological properties during testing polymeric materials in the regime of large periodic deformations]. – Vysokomolekuljarnye soedinenija [High-molecular compounds]. Serija A, 2015, v. 57, No. 6, pp. 568–581.18.Воробьева Е.В. Крутько Н.П. Полимерные комплексы в водных и солевых средах. – Минск, Ин-т общ. и неорган. химии Нац. акад. наук. Белоруссии, 2010, 175 с. // Vorob'eva E.V. Krut'ko N.P. Polimernye kompleksy v vodnyh i solevyh sredah [Polymer complexes in aqueous and salt media]. – Minsk, In-t obshh. i neorgan. himii Nac. akad. nauk. Belorussii [Institute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus], 2010, 175 p.19.Нагимов И.Р., Фатихов Р.И., Агзамов Ф.А. Экспериментальная оценка эффективности применения центраторов обсадной колонны при цементировании наклонных скважин. Булатовские чтения: материалы II Международной научно-практической конференции (2018 г.): в 5 т.: сборник статей / под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. О.В. Савенок. – Краснодар, Издательский Дом – Юг, т. 3, c. 206–210. // Nagimov I.R., Fatihov R.I., Agzamov F.A. Eksperimental'naya ocenka effektivnosti primeneniya centratorov obsadnoi kolonny pri cementirovanii naklonnyh skvazhin [Experimental Evaluation of the Efficiency of Casing Centralizers in Cementing Deviated Wells]. Bulatovskie chtenija: materialy II Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii (2018 g.): v 5 t.: sbornik statej / pod obshh. red. d-ra tehn. nauk, prof. O.V. Savenok. [Bulatov's Readings: Proceedings of the II International Scientific and Practical Conference (2018): in 5 volumes: compilation of articles / under the general editorship of Doctor of Engineering Sciences, Professor O.V. Savenok] – Krasnodar, Publ. Izdatel'skij Dom – Jug, v. 3, pp. 206–210.20.Агзамов Ф.А., Шайбеков М.С., Садртдинов Р.Р., Николаев А.И. Установка для исследования процесса вытеснения последовательно текущих жидкостей при цементировании обсадных колонн. – Патент РФ № 2017117360; заявка 18.05.2017; опубл. 25.01.2018, бюлл. № 3. // Agzamov F.A., Shajbekov M.S., Sadrtdinov R.R., Nikolaev A.I. Ustanovka dlya issledovaniya processa vytesneniya posledovatel'no tekushhih zhidkostei pri cementirovanii obsadnyh kolonn [Installation for studying the process of displacement of sequentially flowing fluids during cementing of casing strings]. – Patent of RF No. 2017117360; zajavka 18.05.2017; publ. 25.01.2018, bull. No. 3.21.Базилевский А.В., Ентов В.М., Рожков А.Н., Лернер М.М. Распад нитей полимерных растворов. – Высокомолекулярные соединения, Серия А, 1997, т. № 39, № 3, с. 474–482. // Bazilevskii A.V., Entov V.M., Rozhkov A.N., Lerner M.M. Raspad nitei polimernyh rastvorov [Disintegration of threads of polymer solutions]. – Vysokomolekulyarnye soedineniya [High-molecular compounds], Serija A, 1997, v. No. 39, No. 3, pp. 474–482.