Материал пермских ученых предотвратит осложнения при строительстве скважин

Новый изоляционный материал на основе цемента и «сшитого» полимера, предотвращающий катастрофическое поглощение бурового раствора, разработали ученые ПермНИПИ нефть и Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 19 июня сообщает пресс-служба вуза.

При строительстве нефтяных скважин производится бурение горной породы, в процессе которого возникает необходимость промывания от частиц породы (шлама) образующегося отверстия и бурового инструмента, а также его охлаждения. С этой целью в формируемую скважину под высоким давлением закачивают буровой раствор.

Поскольку проходимая при бурении порода имеет различные трещины, то достаточно часто жидкость уходит через них, а не поднимается по скважине. Если поглощаемый при этом буровой раствор достигает слишком большого объема, то такую ситуацию называют катастрофическим поглощением. Строительство скважины приостанавливается, а исправление ситуации требует больших дополнительных затрат.

В настоящее время для изолирования трещиноватых пластов используют различные составы, но для сильных поглощений они не эффективны. Решить проблему катастрофических поглощений взялись ученые ПермНИПИ нефть и ПНИПУ. Созданный ими материал адаптируется к особенностям структуры пласта, предотвращая осложнения при строительстве скважин.

Результаты исследования эффективности предложенного нового изоляционного материала на основе цемента и «сшитого» полимера были представлены в статье, опубликованной в журнале «Записки горного института. Геотехнология и инженерная геология», 2024 год.

Катастрофическим поглощением считается расход бурового раствора, превышающий 15 кубометров в час. Оно возникает тогда, когда порода содержит большие карстовые провалы и крупные трещины в пласте. Такие породы часто встречаются на месторождениях Республики Коми и Западной Сибири.

Поглощения бурового раствора низкой и средней интенсивности в настоящее время успешно предотвращаются с помощью стандартных технологий. Однако изоляция катастрофических зон требует постепенного заполнения пустотного пространства тампонажными (перекрывающими) материалами, например, на основе цемента.

При этом эффективности цементных растворов в некоторых случаях недостаточно — под действием гравитации они сильно растекаются, не закупоривая трещины. Из-за этого приходится проводить много таких операций, закачивая в скважину большой объем раствора, что удорожает строительство скважины.

Составы на основе сшитых полимеров, у которых молекулы «сшиваются» между собой в более плотную связанную структуру, обладают повышенной вязкостью, предотвращающей растекание. Такие упругие гели без водоотдачи способны адаптироваться к различному объему канала. Но давление породы на затвердевшую структуру такого геля разрушает ее.

Пермские ученые объединили свойства сшитого геля и цементного раствора в разработанном ими новом составе. Такой тампонажный раствор не растекается, адаптируется к структуре трещиноватого пласта и выдерживает давление, возникающее при строительстве скважины.

Аспирант кафедры «Нефтегазовые технологии» Пермского Политеха Андрей Предеин пояснил, как работает новый состав:

«Наш сшивающийся тампонажный изоляционный материал (СТИМ) — это комбинация цемента и „сшитого“ полимера. После смешивания состав проходит три фазовых перехода: в скважину он закачивается как жидкость и в таком же состоянии движется по бурильным трубам. В нижней части колонны происходит „сшивка“, и в зону поглощения состав попадает уже в упругом состоянии, что не дает ему растекаться по трещиноватой полости. После материал затвердевает и набирает прочность, которая позволяет ему противостоять гидродинамическим давлениям, возникающим при последующем процессе строительства скважины».

Рассказ Андрея Предеина дополнил доцент кафедры «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ, кандидат технических наук Александр Мелехин:

«Необходимые свойства обеспечиваются за счет использования базового состава (цемент, жидкость затворения, функциональные добавки) и полимера. Такая комбинация позволяет нам получить однородную смесь, у которой плотность и время загустевания могут быть подобраны в соответствии с конкретными геолого-технологическими условиями путем добавления обычных добавок к цементу — реагентов замедлителей».

СТИМ, разработанный учеными филиала ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПермНИПИнефть» и Пермского Политеха, имеет короткое время схватывания (5 минут) и не размывается в условиях движения пластовых вод. Его применение обеспечит экономию средств за счет значительного сокращения объемов закачанных изоляционных составов и сроков борьбы с осложнениями при строительстве скважин.