В современном нефтяном секторе России перед учёными и промышленниками стоит важная задача — уменьшить обводненность скважин и повысить экономическую отдачу добычи нефти. Обводненность становится одной из главных проблем в отечественной нефтедобыче: зачастую из скважин добывают жидкость, где основную часть составляет обычная вода, а доля нефти не превышает 15%. Такая ситуация снижает эффективность добычи, повышает производственные затраты и мешает развитию нефтяной отрасли.
Обводненность нефтяных скважин: вызов отрасли
Многие российские месторождения сталкиваются с тем, что на каждый литр сырой нефти из скважины приходится около шести литров воды. Это обстоятельство негативно отражается на экономике производства, ведь добывающие предприятия вынуждены ежемесячно тратить миллионы рублей на утилизацию и транспортировку воды, а не на освоение новых резервов или внедрение инновационных технологий. В результате общая рентабельность проектов падает, а себестоимость нефти возрастает.
Ключевой причиной столь высокой обводненности является постепенное разрушение цементного кольца, укрепляющего скважину. При бурении нефтяной скважины ствол изолируют цементным раствором между породой и обсадной трубой, получая прочный герметичный барьер. Его цель — не допустить проникновения пластовой воды в добываемую продукцию. Однако со временем под воздействием нагрузок, температурных перепадов и химических процессов в цементе формируются микротрещины, по которым вода проникает в скважину.
Существующие методы и их недостатки
Для защиты скважин сегодня применяют буферные жидкости, помогающие очистить стенки перед цементированием, и современные цементы, которые должны создавать надежную защиту от проникновения газа и воды. Однако такие решения не способны полностью устранить риски. Промывочные жидкости зачастую оставляют на стенках скважины загрязнения и пленку, мешающую крепкому сцеплению цемента с породой. Итог — появление слабых зон, где могут образовываться микроразломы.
Стандартные цементные смеси не обладают способностью к самовосстановлению. Если в бетоне оказывается трещина, она не закрывается со временем, а, напротив, может расширяться под воздействием жидкости и давления. Это приводит к тому, что качество герметизации быстро снижается — пластовая вода начинает просачиваться внутрь, вызывая обводненность и снижение продуктивности.
Прорыв российской научной мысли: инновация от Пермского Политеха
Команда специалистов Пермского Политехнического университета внесла революционный вклад в решение этой проблемы, представив совершенно иную концепцию защиты скважин. Учёные разработали интегрированную систему, включающую новую формулу буферных жидкостей и инновационный самовосстанавливающийся цемент. Особенность этой технологии — способность сохранять прочность и герметичность на всей протяжённости жизненного цикла скважины.
В основе методики — трёхступенчатая подготовка внутренней поверхности ствола. Первая жидкость расщепляет и удаляет загрязнения, гарантируя чистоту поверхности. Вторая применяется для создания специальной защитной плёнки, увеличивающей адгезию к цементу. Третья жидкость — с наночастицами — обеспечивает максимальное сцепление цемента с породой. Такая последовательность исключает образование трудновыводимых пленок и слабых участков, характерных для обычных систем промывки.
Уникальный цемент: самозалечивание трещин за 14 часов
Главной инновацией стала цементная смесь со способностью к самовосстановлению. В формулу добавлены специальные реагенты: одни из них при контакте с водой вступают в химическую реакцию, заполняют трещины и образуют новый цементный слой, другие — при намокании расширяются, полностью перекрывая повреждения и предотвращая поступление воды. Благодаря такому составу искусственно созданные трещины затягиваются всего за 14 часов, что невозможно для стандартных цементов.
Проведённые лабораторные испытания подтвердили прочностные характеристики обновлённой системы. Было отмечено, что сцепление цемента с поверхностью возрастает в 4 раза по сравнению с традиционными методиками. Это обеспечивает долговременную герметичность и существенное снижение риска преждевременного обводнения скважины даже при интенсивной эксплуатации или проведении сложных технических операций, таких как гидроразрыв пласта.
Экономические и экологические преимущества
Внедрение самовосстанавливающегося цемента и новых буферных жидкостей на российских месторождениях открывает возможности значительно повысить эффективность и экологическую безопасность нефтедобычи. В долгосрочной перспективе это означает:
- Сокращение затрат на утилизацию воды и снижение операционных расходов;
- Увеличение срока эксплуатации скважин без необходимости дорогостоящего ремонта;
- Рост объёма добычи нефти за счёт уменьшения доли воды;
- Улучшение экологического состояния за счёт снижения рисков разгерметизации скважин и загрязнения грунтовых вод.
На рынке России на сегодняшний день отсутствуют технологии, которые решали бы обе важные задачи — тщательную очистку поверхности скважины и долговременную защиту от воды — комплексно, в рамках единой системы.
Перспективы внедрения и значение для отрасли
Новая разработка открывает дорогу для массового внедрения передовых технологий в нефтегазовом комплексе страны. Особенно важной эта система станет для месторождений в сложных геологических условиях и для скважин, на которых реализуются современные методы увеличения нефтеотдачи, требующие стабильной и надёжной изоляции.
Использование инновационного цемента и последовательной подготовки ствола повышает шансы на безаварийную, долгосрочную эксплуатацию даже наиболее сложных и обводнённых скважин. Это не только увеличит эффективность нефтедобывающих предприятий, но и приведёт к сокращению потерь нефти, снизит влияние добычи на окружающую среду и обеспечит устойчивый рост отрасли.
Оптимистичный взгляд в будущее
Совместная работа российских исследователей и технологов приводит к появлению решений мирового уровня, которые способны укрепить позиции страны на рынке нефти. При поддержке государства и заинтересованных компаний новая разработка может стать отечественным стандартом для защиты скважин и существенно продвинуть нефтяную отрасль к цифровому, экологически безопасному будущему.
Источник: naked-science.ru
