Иллюстративное фото. Источник: energycapitalpower.com
Повышенная обводнённость — широко распространённая проблема на большинстве российских месторождений. Она заключается в том, что вместе с целевым углеводородным сырьём на поверхность поступает значительный объём пластовой воды.
Ключевая причина этого явления — нарушение целостности цементного кольца (камня), герметизирующего ствол скважины. Под воздействием различных механических нагрузок в нём формируются микроповреждения, служащие каналами для проникновения воды, что постепенно приводит к обводнению нефтяного пласта. Применяемые в настоящее время тампонажные материалы не всегда способны обеспечить долговременную изоляцию.
Учёные из Пермского Политеха создали инновационные для отечественной практики материалы, призванные гарантировать надёжную защиту скважин от раннего обводнения. Результаты исследования размещены в издании «International Journal of Engineering, Transactions A: Basics».
Обводненность скважин — проблема нефтедобычи РФ
Согласно актуальной статистике, средний дебит скважин по стране представляет собой жидкость, содержащую около 85% воды и лишь 15% нефти, что серьёзно снижает эффективность добывающих операций. Подобное положение дел негативно отражается на экономике отрасли, сокращая общие объёмы добычи и в разы увеличивая операционные расходы.
Ежемесячно компании вынуждены направлять десятки миллионов рублей не на разведку новых запасов или модернизацию оборудования, а на сбор, транспортировку и утилизацию попутной воды.
Одна из главных причин обводнения — потеря изоляционных свойств из-за постепенной деградации цементного барьера, расположенного между горной породой и обсадной колонной. При сооружении скважины её ствол цементируется для создания прочного изолирующего слоя, чьей важнейшей функцией является блокировка доступа воде к эксплуатационной колонне.
Однако со временем в этом цементном камне возникает множество микротрещин. Через эти дефекты вода просачивается в ствол, что и приводит к обводнению. Для предупреждения таких процессов при бурении сегодня используются буферные жидкости для очистки ствола и цементные растворы для формирования герметичного барьера.
Сложность в том, что эти материалы не обеспечивают долгосрочной изоляции. Так, промывочные жидкости могут оставлять на стенках скважины плохо смываемую плёнку. Это ухудшает адгезию цементного раствора, который впоследствии закачивается и твердеет, к поверхности породы. Обычные цементы также не способны «залечивать» микроповреждения, возникающие под нагрузкой. Это нарушает герметичность конструкции, открывая путь пластовой воде внутрь скважины.
Ученые ПНИПУ предложили решение — самовосстанавливающийся цемент
Решение данной проблемы предложили исследователи Пермского Политеха. Ими была разработана комплексная система буферных жидкостей и цемент с эффектом самовосстановления, предназначенные для защиты скважин от преждевременного обводнения.
Срок нормального функционирования скважины напрямую связан с качеством подготовки её стенок перед цементированием, которая проводится последовательно. Первый обрабатывающий состав растворяет и удаляет все виды загрязнений. Второй — формирует на очищенной поверхности специальный подготовительный слой. Третий — содержит микрочастицы, которые фиксируются на этом слое и гарантируют максимально прочное сцепление с последующим цементным камнем.
Параллельно была разработана модификация цемента с функцией самозалечивания. Состав был усовершенствован специальными добавками. Одна из них, взаимодействуя с водой, проникшей в трещину, вступает в химическую реакцию, растворяется и заполняет полость. Другой компонент обладает свойством набухания, увеличиваясь в объёме и перекрывая образовавшийся зазор. Такой материал способен полностью устранить искусственно созданную трещину в течение 14 часов, тогда как традиционные составы с этой задачей не справляются. Система буферных жидкостей позволила увеличить прочность сцепления цемента со стенкой скважины в 4 раза по сравнению с применяемыми сегодня аналогами.
Таким образом, испытания показали — предложенные материалы являются эффективными, на российском рынке в настоящее время отсутствуют их аналоги, комплексно решающие задачи очистки ствола скважины и её защиты от обводнения.
По просьбе журнала «Химагрегаты», в пресс-служба ПНИПУ прокомментировали некоторые вопросы применения инновационного цемента:
-Трещины какого размера способен «залечивать» самовосстанавливающийся цемент?
От 100 до 400 мкм.
— При каких условиях самовосстановление цемента перестает работать?
Самовосстановление цемента многоцикловое, т.е. несколько раз может самовосстанавливаться (экспериментально доходили до 6 раз, более не стали проверять).
— Важно ли для цемента, на какой породе пробурена конкретная скважина или на прочность его сцепления это не влияет?
Прочность сцепления от породы не зависит.