Neftyanaya Provintsiya Journal

No.3(15),2018

FIBER-REINFORCED LIGHTWEIGHT CEMENT

Bekbaev A.A., Agzamov F.A., Komleva S.F.

DOI https://doi.org/10.25689/NP.2018.3.127-141

PP.127-141

Download article

Adobe_PDF_Icon.png
 
 

Abstract

Despite the wide application in the well construction, lightweight materials cannot provide the required quality of the well cementing. It happens due to the fact that the most common method of obtaining lightweight cement is to increase the initial water content of solutions (watercement ratio – W/C), leading to deterioration of the basic properties of the cement slurry and the resulting cement stone. The use of expanding cements containing additives, which are increased in volume when interacting with water, increases the adhesion of the cement stone to the confining surfaces, but in lightweight cement the efficiency of the expanding additive is significantly reduced. The addition of the reinforcing additives into a lightweight cement increases the effectiveness of expanding additives, improves the impact resistance of the resulting stone and improves the sealing of the annular space. The research was carried out on modern instruments, according to the API standards (American Petroleum Institute), ISO 10426 and GOST 1581-96. As lightweight additives were applied: glass microspheres - 30 μm in diameter, alumina-silicate hollow microspheres with a diameter of 50-300 μm, foam glass with a particle size of 200-500 μm. As an expanding additive - DR50, based on oxide expansion. Increasing the W/C always lowers the coefficient of linear expansion (LEC). Fiber of any type has a reinforcing effect on the expansion of the cement stone, the best results were obtained with the addition of polypropylene fiber. The use of foam glass showed the best values of LEC compared to other lightweight additives. The best results in assessing impact resistance were obtained with the addition of basalt fiber. The use of various reinforcing additives to a cement has an impact on the stability of the cement stone to dynamic loads. Moreover, the addition of any type of fiber in an amount of up to 0.5% does not adversely affect the mobility of cement slurries.

Key words:

cement slurry, fiber, basalt fiber, microsphere, expansion, linear expansion coefficient, well construction.

References

1. Nelson Erick B., Guillot Dominique. Well cementing. Second Edition. Schlumberger, 2006. – 799 p.

2. Malyshev A., Doronina T., Popov P., Ryabchikov A., Shulga A. Optimized Particles Size Distribution Lightweight Cement at Low Temperatures: Case Study from Eastern Siberia, Russia. – SPE Arctic and Extreme Environments Conference held in Moscow. – 2013. - SPE 166849

3. Курбанов Я.М., Каримов Н.Х., Хафизова Э.Н. Совершенствование составов и технологических свойств облегченных тампонажных растворов. – Известия вузов. Нефть и газ. – 2002. - №6. – С. 18-25.

4. Папков С.П. Новые технологии получения облегченных промывочных жидкостей и облегченных тампонажных растворов. Стеклянные микросферы 3М – новейшие разработки. – Нефть. Газ. Новации. – 2016. - №3. С. 58-61.

5. Курбанов Я.М. Облегченные тампонажные растворы. - Газовая промышленность. – 1998, №3. – С.42-44

6. Лукманов Р.Р., Бакиров Д.Л., Бурдыга В.А. Предупреждение поглощений тампонажных растворов и креплении скважин на месторождениях ООО «ЛУКойлЗападная Сибирь». - Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2003. - №11. – С. 25-30.

7. Brandl Andreas, Valentino Vincentius, Fauchille Guillaume, Syed Haidher, Dean Greg, Stanley Rick. Improved Zonal Isolation in High-Temperature Offshore Wells with an Advanced Lightweight Cement Design - Gulf of Thailand Case Histories – Offshore Technology Conference Asia, Kuala Lumpur, 2014

8. Агзамов Ф. А., Измухамбетов Б. С., Токунова Э. Ф. Химия тампонажных и буровых растворов. С-Пб. : Недра, 2011. 268 с.

9. Данюшевский В.С., Алиев Р.М., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1987. – 373 с.

10. Агзамов Ф.А., Бекбаев А.А. Исследование влияния армирующих добавок на расширение в облегченных цементах. – Нефтегазовое дело. – 2016. – Т.14, №1. – С. 11-19.

11. Бекбаев А.А., Агзамов Ф.А., Хафизов А.Р., Лягов А.В. Исследование армированных облегченных тампонажных материалов. – Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. – 2017. – Т. 9, №4. – С. 131-148.

12. Кузнецова Т.В., Кривобородов Ю.Р. Состав и применение специальных цементов. Технологии бетонов №2, 2014, С. 8-11.

13. Агзамов Ф.А., Бабков В.В., Каримов И.Н.О необходимой величине расширении тампонажных материалов. Территория Нефтегаз № 8, 2011, с.14-15

14. Ghofrani Reza and Heiko Plack. CaO- and/or MgO-Swelling Cements: A Key for Providing a Better Annular Sealing? - SPE/IADC Drilling Conference, Amsterdam, 1993.

15. Baumgarte, C., Thiercelin, M., SPE, & Klaus, D., Schlumberger Dowell Case Studies of Expanding Cement To Prevent Microannular Formation – SPE Annual Conference, Houston, 1999

16. Polat Rıza, Demirbog Ramazan, Khushefati Waleed H. Effects of nano and micro size of CaO and MgO, nano-clay and expanded perlite aggregate on the autogenous shrinkage of mortar. Construction and Building Materials, 2015.

17. Агзамов Ф. А., Тихонов М. А., Каримов И. Н. Влияние фиброармирования на свойства тампонажных материалов // Территория нефтегаз, 2013. № 4. С. 76-80.

18. Ишбаев Г. Г., Дильмиев М. Р., Ишбаев Р. Р., Латыпов Т. Р. Разработка тампонажных материалов повышенной ударной прочности // Бурение и Нефть. 2015. № 9. С. 38.

19. Гасумов Р.А., Минченко Ю.С. Повышение качества цементирования скважин применением дисперсно-армированных тампонажных материалов // Нефтепромысловое дело. – 2016. - №8 – С. 53-57

20. Бентур А. Композиционные армированные цеметные материалы // Издание Тэйлор и Фр T.

21. В.В.Бабков, В.Н.Мохов, М.Б.Давлетшин, А.В.Парфенов. Технологические возможности повышения ударной выносливости цементных бетонов.//Строительные материалы.-2000.-№10.- С.19-20.

22. Aly T, Sanjayan J. G. Collins F. Effect of polypropylene fibers on shrinkage and cracking of concretes – Materials and Structures, 2007.

23. ISO 10426-1:2000, Нефтяная и газовая промышленность – цементы и материалы для цементирования скважин – часть 1: Технические условия

24. В.В.Бабков, В.Н.Мохов, М.Б.Давлетшин, А.В.Парфенов. Технологические возможности повышения ударной выносливости цементных бетонов.//Строительные материалы.-2000.-№10.- С.19-20.

25. Jafariesfad Narjes, Gong Yi, Rica Geiker Mette, Skalle Pål. Nano-Sized MgO with Engineered Expansive Property for Oil Well Cement Systems – SPE Bergen One Day Seminar, Bergen, 2016

26. Saje Drago, Bandelj Branko, Šušteršič Jakob, Lopatič Jože,; Saje Franc. Shrinkage of Polypropylene Fiber-Reinforced High-Performance Concrete – American Society of Civil Engineers, 2011.

Authors

Agzamov F.A., Dr.Sc, Professor, Oil and Gas Well Drilling Department, Ufa State Petroleum Technical University, Ufa, Bashkortostan, Russia E-mail: faritag@yandex.ru

Komleva S.F., PhD, Associate Professor, Oil and Gas Well Drilling Department, Ufa State Petroleum Technical University, Ufa, Bashkortostan, Russia E-mail: svet2001@yandex.ru

Bekbaev A.A., PhD student of Oil and Gas Well Drilling Department, Ufa State Petroleum Technical University, Ufa, Bashkortostan, Russia E-mail: arstan.bekbaev@gmail.com

For citation:

A.A. Bekbaev, F.A. Agzamov, S.F. Komleva Dispersnoe armirovanie oblegchennyh cementov [Fiber-reinforced lightweight cement]. Neftyanaya Provintsiya, No. 3(15), 2018. pp. 127-141. https://doi.org/10.25689/NP.2018.3.127-141 (in Russian)