Для продления срока службы нефтяных скважин применяется цементирование с использованием тампонажных растворов. Эти растворы, состоящие из воды, портландцемента и различных модифицирующих добавок, со временем застывают, укрепляя обсадную колонну и изолируя продуктивные пласты от водоносных.
Однако до сих пор не существовало идеального состава, который бы полностью удовлетворял всем требованиям. Ученые из Пермского политехнического университета предложили инновационное решение — тампонажный раствор, способный восстанавливать свою структуру при возникновении микротрещин.
На разработку был получен патент, а само исследование выполнено в рамках программы "Приоритет 2030".
Обсадная колонна, состоящая из соединенных труб, устанавливается в стволе скважины для предотвращения осыпания горных пород. После ее спуска проводится цементирование, где тампонажный раствор должен заполнить пространство между колонной и стеной скважины, обеспечивая надежную изоляцию.
Однако традиционные тампонажные составы часто не справляются с воздействием температурных колебаний, механических нагрузок и коррозионных сред, что приводит к образованию трещин и нарушению герметичности.
Разработанный в Пермском Политехе раствор обладает уникальной способностью к самовосстановлению. Он способен восстанавливать свою целостность при появлении микротрещин, что значительно снижает необходимость в дорогостоящих ремонтно-изоляционных работах.
Доктор технических наук, заведующий кафедрой нефтегазовых технологий Сергей Чернышов пояснил, что цементный камень, образующийся из нового раствора, обладает линейным расширением, что обеспечивает плотный контакт с обсадной колонной и стенкой скважины.
Основой уникального состава являются портландцемент, базовые модифицирующие реагенты и минеральная добавка, включающая нанооксид алюминия, тальк, гидроксид кальция и полугидрат гипса. Эти компоненты позволяют раствору восстанавливать свою структуру при взаимодействии с пластовой водой.
В состав раствора также входят синтетический полимер на основе полиакриламида, который уменьшает водоотделение, и пеногаситель на основе кремнийорганического полимера, снижающий пенообразование. Пластифицирующая добавка на основе поликарбоксилатного сополимера обеспечивает необходимую подвижность, а расширяющие компоненты увеличивают плотность контакта цементного камня с обсадной колонной и горными породами.
Ведущий инженер Михаил Кармаенков из ООО "ЛУКОЙЛ-Инжиниринг" рассказал, что процесс самовосстановления происходит благодаря взаимодействию минеральной добавки с пластовой водой, которая проникает в трещину. В результате образуются нерастворимые структуры, которые заполняют трещину и перекрывают поток воды.
В сравнении с аналогами, новый тампонажный раствор отличается повышенной подвижностью, прочностью на изгиб и, самое главное, способностью к самовосстановлению. Эти характеристики позволят значительно улучшить качество герметизации обсадной колонны в стволе скважины, обеспечивая надежную и долговечную эксплуатацию.