tumnigИзвестия высших учебных заведений. Нефть и газOil and Gas Studies0445-01083033-8174Industrial University of Tyumen10.31660/0445-0108-2025-3-66-81LOYYUItumnig-1325Research ArticleБУРЕНИЕ СКВАЖИН И РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙDRILLING OF WELLS AND FIELDS DEVELOPMENTЛабораторно-стендовые и промысловые исследования волновой и струйной кольматации проницаемой породыLaboratory, bench and field studies wave and jet colmatation of permeable rockГаниевО. Р.GanievO. R.

Ганиев Олег Ривнерович, доктор технических наук, член-корр

Москва

Oleg R. Ganiev, Doctor of Engineering, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Director of NWMTC of RAS

Moscow

АверьяновА. П.Aver’yanovA. P.

Аверьянов Алексей Петрович, доктор технических наук, главный научный сотрудник, лаборатория технологии бурения и освоения скважин Научного центра НВМТ

Москва

Aleksey P. Aver’yanov, Doctor of Engineering, Chef Researcher, Laboratory of Technologies of Drilling and Development of NWMTC of RAS

Moscow

ГаниевС. Р.GanievS. R.

Ганиев Станислав Ривнерович, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория технологии бурения и освоения скважин Научного центра НВМТ

Москва

Stanislav R. Ganiev, Candidate of Engineering, Leading Researcher, Laboratory of Drilling and Well Development Technology of NWMTC of RAS

Moscow

КузнецовЮ. С.KuznetsovJu. S.

Кузнецов Юрий Степанович, доктор технических наук, заведующий лабораторией технологии бурения и освоения скважин Научного центра НВМТ

Москва

Juriy S. Kuznetsov, Doctor of Engineering, Head of the Laboratory of Technologies Of Drilling And Development Of Wells of NWMTC of RAS

Moscow

КузнецовР. Ю.KuznetsovR. Ju.

Кузнецов Роман Юрьевич, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория технологии бурения и освоения скважин Научного центра НВМТ

Москва

Roman Ju. Kuznetsov, Doctor of Engineering, ld. Researcher, Laboratory of Technologies of Drilling And Development of NWMTC of RAS

Moscow

МнацакановВ. А.MnacakanovV. A.

Мнацаканов Вадим Александрович, доктор технических наук, начальник ЦТСиРС 

Санкт-Петербург

Vadim A. Mnacakanov, Doctor of Engineering, Head of The CCSiRS

Sankt-Peterburg

ФедоровВ. Н.FedorovV. N.

Федоров Вячеслав Николаевич, доктор технических наук, гл. научный сотрудник, лаборатория технологии бурения и освоения скважин Научного центра НВМТ

Москва

Vyacheslav N. Fedorov, Doctor of Engineering, Researcher, Laboratory of Technologies of Drilling And Development of Wells of NWMTC of RAS

Moscow

ШамовН. А.ShamovN. A.

Шамов Николай Александрович, доктор технических наук, гл. научный сотрудник, лаборатория колебаний и волновых процессов Научного центра НВМТ

Москва

Nikolay A. Shamov, Doctor of Engineering, Researcher, Laboratory of Oscillations and Wave Processes of NWMTC of RAS

Moscow

shamov.na@meil.ruСултановаИ. И.SultanovaI. I.

Султанова Ирина Игоревна, кандидат технических наук, младший научный сотрудник, лаборатория технологии бурения и освоения скважин Научного центра НВМТ

Москва

Irina I. Sultanova, Candidate of Engineering, Junior Researcher, Laboratory of Technologies of Drilling and Development of NWMTC of RAS

Moscow

СултановД. Р.SultanovD. R.

Султанов Данир Ризифович, кандидат технических наук, ст. научный сотрудник, лаборатория технологии бурения и освоения скважин Научного центра НВМТ

Москва

Danir R. Sultanov, Candidate of Engineering, Laboratory of Technologies of Drilling and Development of Wells of NWMTC of RAS

Moscow

Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАНРоссияMechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of SciencesRussian FederationООО «Газпром ВНИИГАЗ»РоссияGazpromRussian Federation202508072025036681Copyright © Ганиев О.Р., Аверьянов А.П., Ганиев С.Р., Кузнецов Ю.С., Кузнецов Р.Ю., Мнацаканов В.А., Федоров В.Н., Шамов Н.А., Султанова И.И., Султанов Д.Р., 20252025Ганиев О.Р., Аверьянов А.П., Ганиев С.Р., Кузнецов Ю.С., Кузнецов Р.Ю., Мнацаканов В.А., Федоров В.Н., Шамов Н.А., Султанова И.И., Султанов Д.Р.Ganiev O.R., Aver’yanov A.P., Ganiev S.R., Kuznetsov J.S., Kuznetsov R.J., Mnacakanov V.A., Fedorov V.N., Shamov N.A., Sultanova I.I., Sultanov D.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tumnig.tyuiu.ru/jour/article/view/1325

Кольматация проницаемой породы известна в природе и промышленной деятельности, в частности в строительстве и эксплуатации скважин. В процессе бурения возникает естественная кольматация твердыми частицами бурового раствора и разбуренной горной породы с образованием непрочного проницаемого внутрипорового слоя и рыхлой фильтрационной корки на стенке скважины, которые осложняют последующий спуск и снижают качество цементирования обсадных колонн. Кроме того, не предотвращаются межпластовые перетоки, поглощения буровых и тампонажных растворов, загрязнения пластов фильтратом и твердой фазой на значительное удаление от скважины. Все это приводит к увеличению материальных и финансовых затрат, сроков заканчивания, освоения и ввода в эксплуатацию скважин. Практика строительства скважин показала, что наиболее несложными и эффективными приемами преодоления перечисленных выше проблем служат некоторые виды принудительной кольматации в процессе бурения стволов скважин. Наиболее широкое распространение в нефтегазовой отрасли получили следующие два способа кольматации: гидродинамический струйный и волновой кавитационно-вихревой, созданный на основе достижений теории и практики нелинейной волновой механики многофазных сред.

Цель лабораторно-стендовых и промысловых исследований — установить, какой из указанных выше способов кольматации имеет преимущество перед другим, и на этом основании разработать более эффективные виды техники и технологии кольматации для применения в строительстве скважин.

В ходе наблюдений получены математические модели, описывающие влияние основных исследуемых факторов на результаты волнового и струйного способов репрессионной принудительной кольматации. Установлено положительное влияние на улучшение характеристик глинистых растворов. Отмечается, что растворы приобретают более высокую устойчивость к седиментации их твердой фазы вследствие ее попутного диспергирования. Проведены многочисленные промысловые испытания технологии и техники волнового и струйного способов кольматации, которые подтвердили указанные выше результаты и ожидания. Более эффективный способ кольматации — волновой.

Colmatation is a well-known phenomenon in both natural and industrial processes, particularly in the construction and operation of wells. During drilling, natural colmatation occurs when solid particles from the drilling fluid and cuttings create a weakly permeable internal pore layer and a loose filter cake on the wellbore wall. These formations complicate subsequent casing operations and reduce the quality of cementing. Moreover, they do not prevent interlayer flows, leading to losses of drilling and cementing fluids, as well as contamination of the reservoir with filtrate and solid particles, sometimes extending considerable distances from the well. Consequently, the costs, timeframes, and complexity of well completion, development, and commissioning can increase significantly. Well-construction experience has demonstrated that certain types of forced colmatation during drilling can effectively address these issues. Two methods have emerged as the most widely utilized in the oil and gas industry: Hydrodynamic jet colmatation Wave-induced cavitation-vortex colmatation, which is based on advancements in nonlinear wave mechanics of multiphase media.

The primary goal of this laboratory and field research is to determine which of these two colmatation methods is more effective. This comparison will facilitate the development of more efficient techniques and technologies for well construction. This paper presents mathematical models that have been developed based on laboratory bench-scale experiments. These models describe the effects of key parameters on the wave- and jet-induced forced commutation in permeable rock.

The study revealed a positive effect of these treatments on the properties of clay-based drilling fluids. In particular, the fluids demonstrated enhanced resistance to sedimentation of the solid phase, due to simultaneous dispersion during treatment. Extensive field trials of wave and jet colmatation technologies were also conducted, which confirmed the laboratory results and validated initial expectations. Among the two methods, wave-induced colmatation proved to be more effective.

волновая кавитационно-вихревая и гидродинамическая струйнаявиды кольматацииспособы обработки многофазного бурового растворадавление начала фильтрации через слой кольматации в породеобъемная концентрация и седиментация твердой фазыинтенсивность расходуемой энергиистепень кольматацииwave cavitation-vortex and hydrodynamic jettypes of colmationmultiphase drilling fluid treatment methodsfiltration onset pressure through the colmatation layer in the rockvolume concentration and sedimentation of the solid phaseintensity of energy consumptiondegree of colmatationReferencesГаниев, Р. Ф. Нелинейная волновая механика и технология. Волновые и колебательные явления в основе высоких технологий / Р. Ф. Ганиев, Л. Е. Украинский. – Изд. 2-е, дополн. – Москва : Институт компьютерных исследований; Научно-издательский центр «Регулярная и хаотическая динамика». – 2011. – 780 с. – Текст : непосредственный.Ganiev, R. F., & Ukrainskiy, L. E. (2011). Non-Linear Wave Mechanics and Technologies. Moscow. Institut komp’yuternykh issledovanyu Publ., 780 p. (In Russian).Ганиев, Р. Ф. Волновые машины и технологии (Введение в волновую технологию) / Р. Ф. Ганиев. – Москва : Регулярная и хаотическая динамика, 2008. – 192 с. – Текст : непосредственный.Ganiev, R. F. (2008). Volnovye mashyny i tekhnology (Introduction to Wave Technology). Moscow. Reguliarnaia i khaotichnaia dinamika Publ., 192 p. (In Russian).Wave technology in mechanical engineering: industrial applications of wave and oscillation phenomena / R. F. Ganiev, S. R. Ganiev, V. P. Kasilov, A. P. Pustovgar. – John Wiley & Sons, 2015. – 156 p. – Text : direct.Ganiev, R. F., Ganiev, S. R., Kasilov, V. P., & Pustovgar, A. P. (2015). Wave technology in mechanical engineering: industrial applications of wave and oscillation phenomena. John Wiley & Sons, 156 p. (In English).Мавлютов, М. Р. Управляемая кольматация призабойной зоны пластов при бурении и заканчивании скважин / М. Р. Мавлютов, Ю. С. Кузнецов, В. Н. Поляков. – Текст : непосредственный // Нефтяное хозяйство. – 1984. – № 6. – С. 7–10.Mavlyutov, M. R., Кuznetsov, Yu. S., & Polyakov, V. N. (1984). Upravlyemaya kol'mataciya prizaboynoy zony plastov pri bureny i zakanchivany skvazhin. Oil industry, (6), pp. 7-10. (In Russian).Маслов, В. В. Исследование кавитационной технологии приготовления буровых технологических жидкостей / В. В. Маслов, Е. А. Коновалов, Р. В. Плаксин. – Текст : непосредственный // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2006. – № 6. – С. 38–42.Maslov, V. V., Konovalov, E. A., & Plaksin, R. V. (2006). Issledovanie kavitatsionnoy tekhnology prigotovleniya burovykh technologyicheskikh zhidkostey. Construction of oil and gas wells on land and sea, (6), pp. 38-42. (In Russian).Патент № 2313655 Российская Федерация, МПК E21B 37/02, E21B 33/13. Устройство для очистки и кольматации ствола скважины (варианты) : № 2006116200/03 : заявл. 2006.05.12 : опубл. 2007.12.27 / Шамов Н. А.; патентообладатель : Шамов Николай Александрович. – 17 с. – Текст : непосредственный.Shamov, N. A. Ustroystvo dlya ochistki i kol'matatsii stvola skvazhiny (varianty). Pat. RF 2313655. No 2006116200/03. Applied: 2006.05.12. Published: 2007.12.27, 17 p. (In Russian).Украинский, Л. Е. Исследования процессов репрессионно-волновой кольматации образцов искусственной породы / Л. Е. Украинский, И. Г. Устенко, Н. А. Шамов. – DOI 10.31857/S0235711923010121. – Текст : непосредственный // Проблемы машиностроения и надежности машин». – 2023. – № 1. – С. 3–15.Ukrainskiy, L. E., Ustenko, I. G., & Shamov, N. A. (2023). Issledovaniya processov repressionno-volnovoy kol'matatsii obrascov iskusstvennoy porody. Probemy mashinostroeniya i nadezhnosti mashin, (1), pp. 3–15. (In Russian). DOI: 10.31857/S0235711923010121Ukrainskiy, L. E. Studies of Repression-Wave Colmatation of Artificial Rock Samples / L. E. Ukrainskiy, I. G. Ustenko, N. A. Shamov. – Text : direct // Journal of Machineery Manufacture and Reliability. – 2023. – Vol. 52, Issue 1. – Р. 1–10.Ukrainskiy, L. E., Ustenko, I. G., & Shamov, N. A. (2023). Studies of Repression-Wave Colmatation of Artificial Rock Samples. Journal of Machinery Manufacture and Reliability, 52 (1). Рр. 1–10. (In English).Шамов, Н. А. Экспериментальные исследования процессов волновой кольматации проницаемой породы / Н. А. Шамов. – Текст : непосредственный // Проблемы машиностроения и автоматизации. – 2014. – № 2. – С. 34–39.Shamov, N. A. (2014). Experimental research of permeable rock wave colmatation. Probemy mashinostroeniya i avtomatisatsii, (2), рp. 34-39. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.