В ПНИПУ разработали самовосстанавливающийся тампонажный раствор для скважин

Тампонажный раствор для цементирования обсадных колонн нефтяных скважин, способный самовосстанавливаться при возникновении микрозазоров и трещин в затвердевшем растворе, разработали специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 3 октября сообщает пресс-служба вуза.

Цементирование обсадных колонн нефтяных скважин тампонажными растворами проводят с целью повышения их срока эксплуатации. Такой раствор представляет собой комбинацию основы — воды и портландцемента — с добавками — специальными модифицирующими веществами. Застывая в цементный камень, такой раствор выполняет несколько функций: укрепляет обсадную колонну в толще породы, предотвращая обвал стенок скважины, разделяет нефтяные продуктивные горизонты и изолирует их от водоносных пластов.

Добавки в тампонажных растворах предназначены для улучшения их структурно-механических свойств. Однако состава, который идеально бы соответствовал всем требованиям нефтедобытчиков, пока не существует.

Обсадная колонна представляет собой конструкцию из свинченных между собой труб, которую помещают в стволе пробуренной скважины для ее укрепления и предотвращения осыпания горных пород. После того как обсадная колонна спущена в скважину, в пространство между ней и породой заливают тампонажный раствор. Его задача без пустот заполнить пространство между обсадной колонной и стенкой ствола скважины на всем интервале цементирования.

После отверждения тампонажного раствора образовавшийся цементный камень подвергается различным воздействиям из-за колебания температур и механических динамических нагрузок разного рода, а также коррозии и агрессии сероводорода. Другой проблемой является не всегда плотный контакт цементного камня с горными породами и стенками скважины.

Состав, разработанный учеными Пермского Политеха, отличается от других улучшенными показателями основных технологических свойств, которые обеспечивают плотный контакт образующегося цементного камня с обсадной колонной и стенкой скважины. Разработчики получили на него патент на изобретение № 2825932 «Тампонажный раствор с регулируемыми технологическими свойствами».

Заведующий кафедрой нефтегазовых технологий ПНИПУ доктор технических наук Сергей Чернышов пояснил суть изобретения:

«Получаемый цементный камень нашего раствора обладает способностью к линейному расширению, из-за чего обеспечивается его плотный контакт с обсадной колонной и стенкой скважины. А также он восстанавливает свою целостность в случае образования в нем микрозазоров и трещин при контакте с пластовой водой. Использование предложенного тампонажного раствора снижает к минимуму необходимость проведения дорогостоящих ремонтно-изоляционных работ, при этом свойства цементного раствора-камня являются технологически применимыми для различных горно-геологических условий».

Таких преимуществ применения разработанного тампонажного раствора политехники добились за счет того, что к классическому тампонажному портландцементу и базовым модифицирующим реагентам они добавили комплексную минеральную смесь из нанооксида алюминия, талька, гидроксида кальция, полугидрата гипса и некоторых других веществ, о которых рассказал ассистент кафедры нефтегазовые технологии ПНИПУ Вадим Дерендяев:

«В состав входят синтетический полимер на основе полиакриламида, который снижает процессы водоотделения и водоотдачи, и пеногаситель на основе кремнийорганического полимера, уменьшающий пенообразование. Добавление пластифицирующей добавки на основе поликарбоксилатного сополимера позволяет получить необходимую подвижность раствора, а расширяющей добавки — увеличить плотность контакта цементного камня с обсадной колонной и горной породой».

О процессе самовосстановления рассказал ведущий инженер отдела разработки рабочих проектов филиала ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПермНИПИнефть» в Перми Михаил Кармаенков:

«Частицы минеральной добавки вступают в реакцию с поступающей в трещину или микрозазор пластовой водой. Взаимодействуют с ней и формируют дополнительные новообразования в виде нерастворимых структур, которые заполняют трещину и перекрывают поток воды».

В результате разработанный учеными ПНИПУ состав по сравнению с аналогами обладает более высокой подвижностью, повышенной прочностью на изгиб, но основным его преимуществом является способность образующегося из него цементного камня в процессе эксплуатации скважины восстанавливать свою целостность в случае ее нарушения.