Қазақстанның мұнай-газ саласының хабаршысыҚазақстанның мұнай-газ саласының хабаршысы2707-42262957-806XKMG Engineering10899410.54859/kjogi108994Improving the quality of well cementing through the use of nanocomposites: field data analysis and evaluation of their effect on cement slurry propertiesAbdrakhmanovDinmukhammed R.dimash.26.05.2015@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0004-6449-6241SabirovBolatkhan F.b.sabirov@kmge.kzhttps://orcid.org/0009-0006-2206-8542UmraliyevB. T.<p>Doct. Sc. (Engineering)</p>b.umraliyev@kmge.kzhttps://orcid.org/0009-0000-9083-5308Atyrau Branch of KMG EngineeringKMG Engineering831405202629062026Copyright © , Abdrakhmanov D.R., Sabirov B.F., Umraliyev B.T.<p class="my-2 [+p]:mt-4 [_strong:has(+br)]:inline-block [_strong:has(+br)]:pb-2">To conduct a comprehensive analysis of cement slurry formulations used in the cementing of wells US-1 (Uaz Severny field) and G-1 (Western Prorva field), identify their key technological deficiencies, and substantiate the feasibility of introducing nanocomposites (SiO₂, Al₂O₃ nanoparticles and carbon nanotubes) to enhance the reliability of zonal isolation under the conditions of mature fields in Western Kazakhstan.</p> <p class="my-2 [+p]:mt-4 [_strong:has(+br)]:inline-block [_strong:has(+br)]:pb-2">Data from three actual cementing programs were used; laboratory testing of cement slurries was performed in accordance with ISO 10426-2 requirements (compressive strength, fluid loss, free water, spread, thickening time). Hydrodynamic modeling of the cementing process for well G-1 was carried out in the iCem software package (Halliburton) in 2D and 3D modes with dynamic temperature profile and ECD calculations.</p> <p class="my-2 [+p]:mt-4 [_strong:has(+br)]:inline-block [_strong:has(+br)]:pb-2">The compressive strength of the lightweight cement slurry of well US-1 was found to be 10.2 MPa (after 24 h at 34°C), which is below the ISO 10426-2 minimum standard of 13.8 MPa; fluid loss reached a critical value of 110 ml/30 min at a water-to-cement ratio of 0.82. For well G-1, a risk of retrograde strength degradation of 20–30% over the first 5 years of operation at 72°C was identified. Introduction of a hybrid SiO₂/Al₂O₃ (2:1) nanocomposite at a concentration of 2.5% bwoc is theoretically shown to provide strength of 14.8–15.8 MPa, reduction of fluid loss to 35–45 ml/30 min, and decrease of the water-to-cement ratio to 0.65–0.70.</p> <p class="my-2 [+p]:mt-4 [_strong:has(+br)]:inline-block [_strong:has(+br)]:pb-2">The application of SiO₂, Al₂O₃ nanoparticles and carbon nanotubes in cement slurries represents a promising direction for eliminating identified deficiencies of standard formulations and ensuring long-term zonal isolation at Western Kazakhstan fields. The findings are recommended for laboratory validation under simulated reservoir conditions of the studied fields.</p>Cement slurry, well cementing, nanomaterials, nanocomposites, SiO₂, Al₂O₃, cement stone strength, fluid loss, two-stage cementing, zonal isolationТампонаждық ерітінді, ұңғыманы цементтеу, наноматериалдар, нанокомпозиттер, SiO₂, Al₂O₃, цемент тасының беріктігі, сұйықтық сіңіруі, екі сатылы цементтеу, зоналық оқшаулауЦементный раствор, цементирование скважин, наноматериалы, нанокомпозиты, SiO₂, Al₂O₃, прочность цементного камня, водоотдача, двухступенчатое цементирование, зональная изоляция1.168,3 мм қаптама тізбегін цементтеу бағдарламасы, №УС-1 ұңғымасы, «Уаз Солтүстік» кен орны. — MCF Services ЖШС, Munai Service LTD ЖШС, 30.05.2025.2.3.177,80 мм өндірістік қаптаманың 1-ші сатысын цементтеу бағдарламасы, Б.Прорва Г-1 ұңғымасы. — ҚМГ-Бұрғылау / Halliburton International GmbH, 2.0 нұсқасы, 09.09.2025.4.5.177,80 мм өндірістік қаптаманың 2-ші сатысын цементтеу бағдарламасы, Б.Прорва Г-1 ұңғымасы. — ҚМГ-Бұрғылау / Halliburton International GmbH, 1.0 нұсқасы, 10.09.2025.6.7.Нельсон Э.Б., Гийо Д. Ұңғымаларды цементтеу. — Schlumberger Educational Services, 2-ші басылым, 2006. — 773 б.8.9.Сантра А.К., Боул П., Панг Х. Наноматериалдардың мұнай ұңғымасы цементінің гидратациясы мен механикалық қасиеттеріне әсері // SPE-163814-MS. — 2012.10.11.Силвейра Б., Моралес Р., Алмутайри А. Нано-кремнеземнің G сыныпты цементтің механикалық және физика-химиялық қасиеттеріне әсері // Journal of Petroleum Science and Engineering. — 2018. — Т. 162. — Б. 66–76. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2017.12.02312.13.Халифе М., Осен А. Ұңғымаларды тұрақты бітеу және жою технологиясына кіріспе. — Springer, 2020. — 338 б.14.15.Рахимов М.М., Абдрахманов Д.Н. Батыс Қазақстан кен орындарында ұңғымаларды күрделі жөндеу кезінде цемент ерітінділерінде арматуралаушы қоспаларды қолдану // Мұнай өнеркәсібі. — 2024. — №3. — Б. 45–52.16.17.ISO 10426-1:2009. Мұнай және газ өнеркәсібі — Ұңғымаларды цементтеуге арналған цементтер мен материалдар — 1-бөлім: Техникалық талаптар. — ISO, 2009.18.19.Беликов В.Г., Нацепинское А.М. Наноқұрылымды қоспалары бар цемент ерітінділері: зертханалық және өндірістік сынақтар // Бұрғылау және мұнай. — 2020. — №11. — Б. 28–33.20.21.Ли Х., Сяо Х.Г., Юань Дж., Оу Дж. Нанобөлшектері бар цемент ерітіндісінің микроқұрылымы // Composites Part B: Engineering. — 2004. — Т. 35. — Б. 185–189.22.23.Сюй З., Чжоу З., Ду П., Чэн Х. Нано-алюминий оксидінің цементке негізделген материалдардың қасиеттеріне әсері // Journal of Materials in Civil Engineering. — 2019. — Т. 31(8). — 04019157.24.25.Конста-Гдутос М.С., Метакса З.С., Шах С.П. Көміртекті нанотүтікшелермен армирленген жоғары дисперсті цементке негізделген материалдар // Cement and Concrete Research. — 2010. — Т. 40. — Б. 1052–1059.