Methods for lost circulation control and water shutoff in oil and gas wells

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background: Improving technologies for lost circulation control and water shutoff remains a key priority in drilling oil and gas wells. In West Kazakhstan, which holds significant hydrocarbon reserves, various methods are applied, including cement slurries, lost circulation materials (LCM) of different particle sizes, and high-viscosity or polymer systems. Despite notable progress in cementing technologies, universal solutions that combine lost circulation control with water shutoff are still scarce. Their effectiveness is highly dependent on the geological and technical conditions of each field. Current research focuses on selective materials that adapt to reservoir heterogeneity and deliver reliable sealing.

Aim: This study summarizes field experience with lost circulation and water shutoff technologies in wells drilled in West Kazakhstan. It also analyzes existing isolation materials and systems in terms of their effectiveness, limitations, and future potential.

Materials and methods: The study used data from wells drilled in West Kazakhstan, results of field tests, and patent and technical literature on modern cementing and isolation materials.

Results: This study reviews existing isolation systems, their mechanisms, and limitations, supported by field examples and patented technologies. A key focus is the concept of a universal sealing material able to address both lost circulation and water shutoff. This approach could enhance the efficiency of isolation treatments, lower operating costs, and reduce environmental risks.

Conclusion: The effectiveness of isolation treatments depends on both the proper selection of materials and the technology of their application. The analysis of existing solutions indicates that, despite a variety of options, consistent performance is not always achieved under complex geological conditions. Therefore, further research is required to optimize formulations and adapt technologies to the specific characteristics of regional fields.

About the authors

Sayat Zh. Raikulov

Petro-Unit

Author for correspondence.
Email: raikulov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6736-4958
Kazakhstan, Aksai

Sergey V. Maryan

NDF KAZAKHSTAN

Email: s.maryan@petro-unit.kz
ORCID iD: 0009-0009-6708-2016
Kazakhstan, Oral

Tolegen Kh. Yamagulov

Petro-Unit

Email: t.yamagulov@petro-unit.kz
ORCID iD: 0009-0009-4215-7608
Kazakhstan, Aksai

References

  1. Luzardo J, Oliveira EP, Derks PWJ, et al. Alternative Lost Circulation Material for Depleted Reservoirs. OTC Brasil; 2015 Oct 27–29; Rio de Janeiro, Brazil. Available from: onepetro.org/OTCBRASIL/proceedings-abstract/15OTCB/15OTCB/D031S029R001/77827.
  2. Makarenko PS. Issledovaniye sposobov predotvrashcheniya katastroficheskikh pogloshcheniy burovogo rastvora na mestorozhdeniyakh Vostochnoy Sibiri I Respubliki Sakha (Yakutiya) [dissertation]. Tomsk; 2017. Available from: earchive.tpu.ru/handle/11683/38915. (In Russ).
  3. Nikolaev NI, Khaoya L. Results of cement-to-rock contact study. Journal of Mining Institute. 2017;226:428–434. doi: 10.25515/PMI.2017.4.428. (In Russ).
  4. Velayati A, Kazemzadeh E, Soltanian H, Tokhmechi B. Gas migration through cement slurries analysis: A comparative laboratory study. International Journal of Mining and Geo-Engineering. 2015;49(2):281–288. doi: 10.22059/ijmge.2015.56113.
  5. Becker T, Morgan R, Chin W, Griffith J. Improved rheology model and hydraulics analysis for tomorrow’s wellbore fluid applications. SPE Production and Operations Symposium; 2003 March 23–26; Oklahoma City, USA. Available from: onepetro.org/SPEOKOG/proceedings-abstract/03POS/03POS/SPE-82415-MS/137357.
  6. Nikolaev NI, Ivanov AI. Higher Efficiency in Drilling of Oil and Gas Wells Under Complicated Conditions. Journal of Mining Institute. 2009;183:308–310.
  7. Sabins F, Wiggins ML. Parametric study of gas entry into cemented wellbores. SPE Drill & Compl. 1997;12(3):108–187. doi: 10.2118/28472-PA.
  8. Lootens D, Hébraud P, Lécolier E, Van Damme H. Gelation, Shear-Thinning and Shear-Thickening in Cement Slurries. Oil Gas Sci. Technol. 2004;59(1):31–40. doi: 10.2516/ogst:2004004.
  9. Pukharenko YV, Ryzhov DI, Staroverov VD. Peculiar Properties of Structural Formation of Cement Composites in the Presence of Fueleroid Type Carbon Nanoparticles. Vestnik MGSU. 2017;12(7):718–723. doi: 10.22227/1997-0935.2017.7.718-723. (In Russ).
  10. Alkinani HH, Al-Hameedi AT, Flori RE, et al. Updated Classification of Lost Circulation Treatments and Materials with an Integrated Analysis and Their Applications. SPE Western Regional Meeting; 2018 Apr 22–26; Garden Grove, California, USA. Available from: onepetro.org/SPEWRM/proceedings-abstract/18WRM/18WRM/D031S003R005/215405.
  11. Alkinani HH. A Comprehensive Analysis of Lost Circulation Materials and Treatments with Applications in Basra’s Oil Fields, Iraq: Guidelines and Recommendations: dissertation. Missouri: Missouri University of Science and Technology; 2017. Available from: scholarsmine.mst.edu/masters_theses/7873/.
  12. Raikulov S., Mohan R.S., Shoham O. Nanoparticles Stabilized Oil Water Emulsion Flow. SPE/IADC Middle East Drilling Technology Conference and Exhibition; 2023 May 23–25; Abu Dhabi, UAE. Available from: onepetro.org/SPEMEDT/proceedings-abstract/23MEDT/23MEDT/D011S004R002/519767.
  13. Gabdullin RH, Lipatov AV. Classification of creaming mixtures for elimination of zones of drilling mudids. International Journal of Humanities and Natural Sciences. 2024;10-1(97):149–153. doi: 10.24412/2500-1000-2024-10-1-149-153. (In Russ).
  14. Bulatov AI, Savenok OV. Kapital’nyy podzemnyy remont neftyanykh I gazovykh skvazhin. Krasnodar: Yug Publisher House; 2012. 540 p. (In Russ).
  15. Aadnøy BS, Looyeh R. Petroleum Rock Mechanics: Drilling Operations and Well Design. 1th ed. Houston: Gulf Professional Publishing; 2011. 308 p.
  16. Patent RoK №35176/ 20.11.20. Byul. №46. Kamalov KS, Yamagulov TK. Universal cementing composition for the remediation of oil and gas wells and mitigation of drilling fluid loss. Available from: gosreestr.kazpatent.kz.
  17. Patent RoK №34718/ 02.07.21. Byul. №26. Kamalov KS, Yamagulov TK. Selective composition for the isolation of loss zones during drilling and the control of water inflow in oil and gas wells.. Available from: gosreestr.kazpatent.kz.
  18. Patent RUS2380394C2/ 27.01.10. Byul. №3. Gasumov RA, Shikhaliev IJ, Ponomarenko MN, et al. Viscous Elastic Composition for Borehole Operations. Available from: patents.google.com/patent/RU2380394C2/ru. (In Russ).
  19. Patent RUS2575489C1/ 20.02.16. Byul. №5. Il’jasov SE, Okromelidze GV, Garshina OV, et al. Acid-Soluble Lightweight Plugging Material to Liquidate Absorption in Productive Formations. Available from: patents.google.com/patent/RU2575489C1/ru. (In Russ).
  20. Patent RUS2563856C2/ 20.09.15. Byul. №26. Natsepinskaja AM, Grebneva FN, Il’jasov SE, et al. Method of Drilling of Wells Complicated by Absorbing Horizons. Available from: patents.google.com/patent/RU2563856C2/ru. (In Russ).
  21. Patent RUS2391489C2/ 10.06.10. Byul. №16. Kryuchkov VI, Mannanov FN, Sterlyadev YR, et al. Method of Formation Absorption Zone Isolation. Available from: patents.google.com/patent/RU2391489C2/ru. (In Russ).
  22. Dudler T, Gombotz WR, Parent JB, et al, inventors; Omeros Corporation, assignee. Compositions for inhibiting masp-2 dependent complement activation. United States patent US 2019226288. 2012 Nov 8.
  23. Shaarpour M, inventor. Method and composition for preventing or treating lost circulation. United States patent US 2006/0178275 A1. 2006 Mar 16.
  24. Mohamed Ali MS, Imam Jafar Khan MI, Udaiyar Shanmugavel Ezhil A, et al. inventors. Fluid loss control additive. WO2019175648A1. 2019 Sep
  25. Gotmukle SB, Gupta NR, Miller JJ, inventors. Modified vegetable oil as fluid loss control additive. WO2023215648A1. 2013 Nov 09.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. Classification of cement slurries (after V.I. Krylov [13])

Download (270KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. Well A data

Download (119KB)
Indexing metadata
4. Figure 3. Well B data

Download (117KB)
Indexing metadata
5. Figure 4. Geomechanical analysis of Well B

Download (99KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Raikulov S.Z., Maryan S.V., Yamagulov T.K.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».