An Analytical Solution to the Problem of Increasing the Efficiency of Liner Cementing with Rotation at Non-Zero Eccentricity

High-quality and reliable wall cementing is a key criterion for evaluating the success of well construction, which directly affects the duration and efficiency of its further operation. In addition, the quality of the cement support is directly related to the main environmental risks, even after the well is removed from the main operating stock. In other words, maintaining the strength characteristics of the cement stone of existing wells and ensuring the integrity of the cement bridge in mothballed and liquidated wells in conditions where the number of wells to be liquidated is steadily increased, along with stricter environmental requirements and increasing economic costs of underground repair operations makes the search and testing of methods to improve the mechanical properties of cement stone relevant for the next decade. For this purpose, the article considers a theoretical analysis of the steady-state flow of a viscous fluid in the space between two coaxial cylinders capable of rotating relative to each other and around their axes. Based on these solutions, the possibility of studying the efficiency of liner drilling with rotation at non-zero eccentricity is shown. The article presents a theoretical description of the fluid flow and the law of motion between a stationary outer cylinder and an inner cylinder rotating around its axis, using expressions obtained from the system of equations of the vector velocity field of a viscous fluid. Bipolar coordinates are introduced, related to Cartesian coordinates, which makes it possible to relate the velocity of fluid particles in space to the geometric characteristics of the centralizer and the well, in which rotation is carried out with non-zero eccentricity. The use of simplified analytical models of mud displacement under rotation conditions demonstrated increased efficiency of mud displacement by cement compared to standard displacement without rotation.

Аналитическое решение задачи повышения эффективности цементирования хвостовика с вращением при ненулевом эксцентриситете

Качественное и надежное цементирование стен является ключевым критерием оценки успешности строительства скважин, что напрямую влияет на продолжительность и эффективность ее дальнейшей эксплуатации. Кроме того, качество цементной крепи непосредственно связано с основными экологическими рисками даже после вывода скважины из состава действующего фонда. Иными словами, поддержание прочностных характеристик цементного камня действующих скважин и обеспечение целостности цементного моста в законсервированных и ликвидированных скважинах в условиях, когда число скважин, подлежащих ликвидации, неуклонно растет, наряду с ужесточением экологических требований и ростом экономических затрат на подземные ремонтные работы, делает поиск и апробацию методов повышения механических свойств цементного камня актуальной задачей на ближайшее десятилетие. Для этого в статье рассматривается теоретический анализ установившегося течения вязкой жидкости в пространстве между двумя соосными цилиндрами, способными вращаться друг относительно друга и вокруг своих осей. На основании этих решений показана возможность исследования эффективности бурения хвостовика с вращением при ненулевом эксцентриситете. В статье представлено теоретическое описание течения жидкости и закона движения между неподвижным наружным цилиндром и внутренним цилиндром, вращающимся вокруг своей оси, с помощью выражений, полученных из системы уравнений векторного поля скоростей вязкой жидкости. Введены биполярные координаты, связанные с декартовыми координатами, что позволяет связать скорость перемещения частиц жидкости в пространстве с геометрическими характеристиками центратора и скважины, при котором осуществляется вращение с ненулевым эксцентриситетом. Использование упрощенных аналитических моделей замещения бурового раствора в условиях вращения продемонстрировало повышенную эффективность замещения бурового раствора цементным по сравнению со стандартным замещением без вращения.