Для повышения срока эксплуатации нефтяных скважин проводят их цементирование с помощью тампонажных растворов. Это комбинация специальных модифицирующих веществ и материалов, основу которых составляют вода и портландцемент. Со временем застывая, они укрепляют обсадную колонну в толще породы, разобщают продуктивные горизонты и изолируют их от водоносных пластов, а также предотвращают обвал стенок скважины. Раствор может содержать различные добавки, влияющие на его структурно-механические свойства. Но пока не существует того состава, который идеально бы соответствовал всем требованиям. Ученые Пермского Политеха разработали тампонажный раствор, способный самовосстанавливать свою целостность при появлении микрозазоров и трещин. Состав характеризуется улучшенными показателями основных технологических свойств, обеспечивает плотный контакт цементного камня с обсадной колонной и стенкой скважины.

На разработку выдан патент (№2825932). Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Обсадная колонна – это конструкция из свинченных между собой труб, которая размещается в стволе пробуренной скважины для укрепления и предотвращения осыпания горных пород. После спуска обсадной колонны происходит процесс ее цементирования с помощью тампонажного раствора. Он должен полностью, без пустот, заполнить пространство между обсадной колонной и стенкой ствола скважины на всем интервале цементирования.

Тампонажные составы для крепления скважин после отверждения подвержены восприятию различных воздействий, вызванных из-за колебания температур, механических нагрузок, воздействия коррозионной и сероводородной агрессии. А также не всегда обеспечивают плотный контакт цементного камня с горными породами и стенками скважины.

Ученые Пермского Политеха разработали уникальный состав тампонажного раствора, который может самовосстанавливать свою целостность после разрушения из-за воздействия на крепь скважины динамических нагрузок (опрессовки, перфорации, гидроразрыва пласта и т.д.), восстанавливая герметичность затрубного пространства.

– 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, – поделился доктор технических наук, заведующий кафедрой нефтегазовых технологий ПНИПУ Сергей Чернышов.

Раствор, предлагаемый политехниками, отличается тем, что помимо тампонажного портландцемента и базовых модифицирующих реагентов, его основа дополнительно содержит комплексную минеральную добавку из нанооксида алюминия, талька, гидроксида кальция, полугидрата гипса и прочих примесей. Именно она обеспечивает восстановление цементного камня после различных нарушений.

– В состав входят синтетический полимер на основе полиакриламида, который снижает процессы водоотделения и водоотдачи, и пеногаситель на основе кремнийорганического полимера, уменьшающий пенообразование. Добавление пластифицирующею добавки на основе поликарбоксилатного сополимера позволяет получить необходимую подвижность раствора, а расширяющей добавки – увеличить плотность контакта цементного камня с обсадной колонной и горной породой, – добавляет ассистент кафедры нефтегазовые технологии ПНИПУ Вадим Дерендяев.

– Процесс самовосстановления происходит так: 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, – объясняет ведущий инженер отдела разработки рабочих проектов филиала ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПермНИПИнефть» в г. Перми Михаил Кармаенков.

По сравнению с аналогом разработанный состав политехников характеризуется улучшенными значениями показателей основных технологических свойств: более высокой подвижностью, повышенной прочностью на изгиб и самое главное – способностью к самовосстановлению. В промысловых условиях такие свойства позволят получить качественную герметичную крепь обсадной колонны в стволе скважины за счет формирования прочного цементного камня, способного восстанавливать целостность в случае ее нарушения.