Российские исследователи разработали самовосстанавливающийся цемент для защиты нефтяных скважин

❋ 4.8

Сегодня большая часть месторождений в России страдает от преждевременной обводненности. Это означает, что на поверхность вместе с нефтью поднимается значительное количество воды. Главная причина этой проблемы — разрушение цементного камня, который находится вокруг скважины и обеспечивает ее герметичность. В результате различных нагрузок в нем образуются микротрещины, через которые вода начинает перетекать и постепенно обводнять нефть. Однако существующие материалы, которыми сегодня цементируют скважины, не всегда обеспечивают долговечную герметичность. Ученые Пермского Политеха разработали уникальные для России материалы, которые обеспечат качественную защиту скважин от преждевременного обводнения.

ПНИПУ

# добыча нефти

# материал

# нефть

# скважина

# технологии

# цемент

Нефтяная качалка, расположенная к югу от города Мидленд, Техас / © Eric Kounce, Wikipedia

Представьте, что вы качаете из колодца не чистую воду, а смесь, где на каждую каплю полезной жидкости приходится почти целый стакан ненужной примеси. Примерно так сейчас работают многие нефтяные скважины в России. Основной проблемой отрасли сегодня считается их высокая обводненность.

Это значит, что вместо чистой нефти из недр добывается большое количество пластовой воды. По последним данным, в среднем по стране из скважин добывают жидкость, которая на 85% состоит из воды и лишь на 15% — из нефти, что приводит к снижению эффективности добычи.

Такая ситуация напрямую бьет по экономике, снижая общие объемы, а главное — многократно увеличивая затраты. Десятки миллионов рублей ежемесячно компании вынуждены тратить не на поиск новых месторождений или модернизацию технического оборудования, а на сбор и утилизацию этой воды.

Одной из основных причин, по которой происходит обводнение, является потеря герметичности из-за постепенного разрушения цементного слоя, который находится между горными породами и скважиной. При строительстве ее стенки цементируют, чтобы создать прочный изолирующий барьер, одной из основных задач которого является предупреждение поступления воды в скважину. Однако со временем в этом цементном слое появляется множество микротрещин. Через эти повреждения вода начинает поступать в скважину, что и приводит к обводнению.

Для предотвращения подобных явлений при строительстве скважин на сегодняшний день применяются буферные жидкости для очистки стенок и цемент для создания газо- и водонепроницаемого барьера. Проблема в том, что эти материалы не гарантируют долгосрочной герметичности. Так, промывочные жидкости могут оставлять на стенках скважины трудно отмываемую пленку. Из-за этого цементный раствор, который далее закачивается в скважину и превращается в камень, плохо сцепляется с поверхностью. Обычные цементы также не устраняют появляющиеся под нагрузками микротрещины. Это нарушает герметичность всей скважины, и пластовая вода начинает проникать в нее.

Решение этой проблемы нашли ученые Пермского Политеха. Они создали новую систему буферных жидкостей и самовосстанавливающийся цемент, которые защитят скважины от преждевременного обводнения. Статья опубликована в журнале International Journal of Engineering, Transactions A: Basics.

Долговечность работы скважины зависит от подготовки ее поверхности перед цементированием. Поэтому вместо одной «очищающей» жидкости ученые создали систему последовательной обработки из трех составов. Первый растворяет и смывает все загрязнения. Второй покрывает очищенную поверхность специальной пленкой и подготавливает ее для дальнейшей обработки. Третий содержит мельчайшие частицы, которые оседают на покрытии и обеспечивают максимальное сцепление с цементом.

Но даже хорошо подготовленная поверхность не гарантирует защиты, если сам изоляционный слой со временем разрушается. Поэтому параллельно исследователи разработали специальный цемент с функцией самовосстановления. Для этого ученые модифицировали состав специальными добавками. Одна из них при попадании воды в трещину вступает с ней в химическую реакцию, растворяясь и заполняя повреждение. Другая добавка разбухает, увеличивается в объеме и перекрывает зазор. Такой состав может полностью перекрыть искусственно созданную трещину всего за 14 часов, в то время как традиционные добавки не способны ее перекрыть.

— Лабораторные испытания показали конкретные преимущества нового решения. Во-первых, система буферных жидкостей обеспечила увеличение прочности сцепления с цементом в 4 раза по сравнению с применяемыми сегодня составами. Во-вторых, был создан самовосстанавливающийся цемент, который полностью перекрывал микротрещину всего за 14 часов, — объяснил Вадим Дерендяев, младший научный сотрудник кафедры «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ.

Предложенные материалы эффективны, поскольку на рынке России сегодня нет таких аналогов, которые бы комплексно решали проблему очистки скважины и ее защиты от обводнения. Новую систему можно внедрять на месторождениях для повышения защиты скважин в условиях высоких нагрузок — например, на тех, где планируются работы по проведению гидроразрыва пласта.

Важно, что разработка актуальна для России, поскольку может существенно снизить риск преждевременного обводнения и повысить экономическую эффективность добычи на сложных объектах.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.