В любой скважине есть стальная обсадная труба, по которой нефть поднимается на поверхность. Вокруг нее заливают цементный раствор. Он нужен, чтобы труба стояла прочно, а нефть не уходила в другие пласты, например, в водоносные. Однако затвердевший цемент – материал хрупкий. Когда нефть поднимается, давление постоянно меняется, при этом температура у поверхности и на глубине отличается на десятки градусов, к тому же добавляются вибрации от оборудования – все это постепенно разрушает цементный камень.
Сначала повреждения незаметны, но когда они становятся сквозными, нефть начинает двигаться не по трубе вверх, а по цементным трещинам, то есть в соседние пласты или на поверхность. Чтобы не допустить катастрофы, скважину останавливают и проводят дорогостоящий ремонт. Только по газовым скважинам такие затраты составляют миллиарды рублей в год. Добавляются и потери от простоя, не говоря уже об экологических нарушениях.
Для решения этой проблемы ученые Пермского политеха разработали новый состав для цементирования скважин. В него добавили натуральный каучук. С водой каучук не реагирует и не увеличивается в объеме, зато при контакте с нефтью или газом он набухает и превращается в густой гель.
Для создания добавки каучук измельчают до частиц размером меньше миллиметра. Чтобы они не слипались, их обрабатывают диоксидом кремния – безопасным порошком, который часто используют в пищевой и фармацевтической промышленности как добавку против комкования. Благодаря этому вещество остается сыпучим и равномерно смешивается с цементом, а после закачки распределяется по раствору в виде мелких частиц.
Чтобы проверить технологию, ученые приготовили два состава – бездобавочный и цемент с добавкой каучука (3,75 процента от массы) – и из каждого сделали образцы. Через двое суток их разрушили для имитации появления трещины. Позже части соединили и опустили в керосин – это продукт переработки нефти. Через час каучук начал превращаться в гель. Через два часа трещина была полностью закрыта. Обычный же цемент остался треснутым.
– Более густая консистенция будет положительно влиять качество цементирования – такой раствор лучше удерживает жидкость и уменьшает показатель фильтрации. При взаимодействии керосина и добавки натурального каучука, находящегося в цементного камне, за час происходит процесс гелеобразования, который способствует самозалечиванию трещин в цементном камне, – рассказал заведующий кафедрой нефтегазовых технологий ПНИПУ, доктор технических наук Сергей Чернышов.
По словам ученых, натуральный каучук – доступное и недорогое сырье. Технология его добавления в цемент не требует сложного оборудования или длительной подготовки. Это простое и быстрое решение, которое можно применять как при строительстве новых скважин, так и при ремонте существующих.
Разработка позволит снизить количество дорогостоящих ремонтов, повысить качество крепления скважин и увеличить срок их службы, а значит, уменьшить риск аварий.
Технология может быть востребована в России и за рубежом: проблема межколонных давлений стоит перед нефтяниками по всему миру.
Подписывайтесь на нас в Telegram и Max!
Автор: Владислав Поспелов