Ученые из Пермского Политеха создали самовосстанавливающийся тампонажный раствор для нефтяных скважин

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.

Фото: Openverse by Paul Lowry, CC BY 2.0

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.

Уточнения

Скважина — горная выработка круглого сечения, пробурённая с поверхности земли или с подземной выработки без доступа человека к забою под любым углом к горизонту, диаметр которой намного меньше её глубины. Бурение скважин проводят с помощью специального бурового оборудования.