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The application of Nano-silica gel in sealing well micro-annuli and cement channeling
arXiv - EE - Systems and Control Pub Date : 2023-01-19 , DOI: arxiv-2301.08288
Olaytunji Olayiwola, Vu Nguyen, Randy Andres, Ning Liu

The possibility for hydrocarbon fluids to migrate through debonded micro-annuli wells is a major concern in the petroleum industry. With effective permeability of 0.1-1.0 mD, the existence of channels in a cement annulus with apertures of 10-300 micrometer constitutes a major threat. Squeeze cement is typically difficult to repair channels-leakage with small apertures; hence, a low-viscosity sealer that can be inserted into these channels while producing a long-term resilient seal is sought. A novel application using nano-silica sealants could be the key to seal these channels. In the construction and sealing of hydrocarbon wells, cementing is a critical phase. Cement is prone to cracking during the life cycle of a well because of the changes in downhole conditions. The usage of micro-sized cross-linked nano-silica gel as a sealant material to minimize damaged cement sheaths is investigated in this study. Fluid leakage through channels in the cement was investigated using an experimental system. With a diameter of 0.05 inches, the impact of the cement channel size was explored. The sealing efficiency increased from 86 percent to 95 percent when the nano-silica concentration of the sealing gel increased from 13 percent to 25 percent. This demonstrates that the concentration of nano-silica in the sealing gel affects the gel's ability to seal against fluid flow. This research proposes a new way for improving cement zonal isolation and thereby lowering the impact of cement failure in the oil and gas industry.

中文翻译:

纳米硅胶在封井微环空及水泥窜槽中的应用

烃类流体通过剥离的微环空井迁移的可能性是石油工业中的主要关注点。有效渗透率为 0.1-1.0 mD,孔径为 10-300 微米的水泥环空通道的存在构成了主要威胁。挤水泥通常难以修复小孔渗漏的通道;因此,需要一种可以插入这些通道同时产生长期弹性密封的低粘度密封剂。使用纳米二氧化硅密封剂的新应用可能是密封这些通道的关键。在油气井的施工和密封中,固井是一个关键阶段。由于井下条件的变化,水泥在井的生命周期中容易开裂。本研究调查了使用微米尺寸的交联纳米硅胶作为密封材料,以最大限度地减少水泥环的损坏。使用实验系统研究了通过水泥中的通道的流体泄漏。直径为 0.05 英寸时,研究了水泥通道尺寸的影响。当密封凝胶中的纳米二氧化硅浓度从13%增加到25%时,密封效率从86%增加到95%。这表明密封凝胶中纳米二氧化硅的浓度会影响凝胶密封流体流动的能力。这项研究提出了一种改善水泥层间隔离的新方法,从而降低水泥失效对石油和天然气行业的影响。使用实验系统研究了通过水泥中的通道的流体泄漏。直径为 0.05 英寸时,研究了水泥通道尺寸的影响。当密封凝胶中的纳米二氧化硅浓度从13%增加到25%时,密封效率从86%增加到95%。这表明密封凝胶中纳米二氧化硅的浓度会影响凝胶密封流体流动的能力。这项研究提出了一种改善水泥层间隔离的新方法,从而降低水泥失效对石油和天然气行业的影响。使用实验系统研究了通过水泥中的通道的流体泄漏。直径为 0.05 英寸时,研究了水泥通道尺寸的影响。当密封凝胶中的纳米二氧化硅浓度从13%增加到25%时,密封效率从86%增加到95%。这表明密封凝胶中纳米二氧化硅的浓度会影响凝胶密封流体流动的能力。这项研究提出了一种改善水泥层间隔离的新方法,从而降低水泥失效对石油和天然气行业的影响。当密封凝胶中的纳米二氧化硅浓度从13%增加到25%时,密封效率从86%增加到95%。这表明密封凝胶中纳米二氧化硅的浓度会影响凝胶密封流体流动的能力。这项研究提出了一种改善水泥层间隔离的新方法,从而降低水泥失效对石油和天然气行业的影响。当密封凝胶中的纳米二氧化硅浓度从13%增加到25%时,密封效率从86%增加到95%。这表明密封凝胶中纳米二氧化硅的浓度会影响凝胶密封流体流动的能力。这项研究提出了一种改善水泥层间隔离的新方法,从而降低水泥失效对石油和天然气行业的影响。
更新日期:2023-01-23
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