Материалы и технологии герметизации заколонного пространства скважин

Материалы и технологии герметизации заколонного пространства скважин,  
вчера, сегодня, завтра

Materials and technologies for  wells annulus sealing, yestarday, today, tomorrow

         Несмотря на существенные достижения в развитии средств обеспечения герметичности заколонного пространства скважин, проблема остается нерешенной. Требуется качественный скачок в создании новых материалов  и технологий исключения заколонных перетоков флюидов

         Despite significant advances in the development of the means to insure wells annulus sealing, the problem remains unsolved. It requires qualitative leap in creation of new materials and technologies of exeption  fluid and gas migration in  annulus

         Ключевые слова: геметизация заколонного пространства скважины, перетоки жидкости и газа в заколонном пространстве

         Key words: wells annulus sealing  fluid and gas migration in  annulus

         Анатолий Иванович Булатов начал свою научную деятельность в 1954 году, взявшись за решение  актуальной проблемы ― разработку тампонажных цементов, пригодных  для  применения  при  цементировании глубоких скважин с температурой на забое  выше 100ОС. К тому времени  уже около  40 лет  скважины  ( заколонное пространство скважин) цементировали растворами  портландцемента без попыток как -то еще, кроме использования самого лучшего по качеству  цемента, улучшить технологические и эксплуатационные свойства цементных растворов.

         В 1970 году был создан Всесоюзный НИИ по креплению скважин и буровым растворам — ВНИИКРнефть. А.И. Булатов возглавил институт  и руководил  им  все  годы его существования. ВНИИКРнефть, став одним из крупнейших в мире научно-технических центров в области буровых растворов, крепления и ремонта скважин, сделал свой  существенный вклад в развие материалов, технологических способов, оборудования и  техники в области промывки и крепления скважин, их ремонта.

         Кратко освещу  достижения ученых (не только «вниикровцев», но и  всех специалистов по промывке и креплению скважин)  только в одной части строительства скважин — создании техники, технологий и материалов для   обеспечения качественной изоляции заколонного пространства скважин.

         Буровые растворы. От бурового раствора существенно зависят скорость бурения и устойчивость стенок скважины, а значит ― насколько форма ствола скважины окажется  приближена к цилиндрической. Чем ближе форма ствола к цилиндрической, тем лучше предпосылки для замещения бурового раствора тампонажным. Важными  свойствами  бурового раствора, являются реологические, они, как  и его  плотность,  влияют на  степень  замещения бурового раствора  тампонажным.      Важны и свойства фильтрационной корки бурового раствора, т.к. предположительно она и ее контакт с тампонажным камнем могут  служить  зоной в кольцевом пространстве, в которой возникают флюидопроводящие каналы.

         Современные буровые растворы имеют высокую  ингибирующую способность, или вообще негидратируют глины (обратные эмульсии), мало  или  безглинистые, не создают фильтрационную корку большой толщины, «легко текучие» — имеют невысокие и стабильные значения структурно-реологических показателей, проявляют эффект  псевдопластичности, содержат инертные к воде, но растворяющиеся в кислотах карбонатные кольматанты.

         Похоже, что  более подходящие  с точки зрения создания условий  для качественного цементирования скважин буровые растворы создать  нельзя.

         Буферные жидкости. Они  претерпели существенное развитие от «чистой» воды до  кольматирующих и способных  к утяжелению составов, моющих, абразивных  и даже  «сдирающих» (в настоящее время проходит испытания буферная жидкость «СДИР», содержащая турбулизирующие поток  вращающиеся в нем с большой скоростью чешуйки  по форме напоминающие ладью с острыми твердыми кремниевыми концами ).

         Тампонажные растворы в наше время  не только  могут быть  закачаны  в глубокие скважины с забойными  температурами до 300ОС при всех существующих аномалиях пластовых давлений, но, главное, усилия ученых дали результат, тампонажные растворы теперь стали «облагороженными». В их состав вводят водоудерживающие полимеры,  кольматанты пор структуры  цементной суспензии, структурообразователи, расширяющие и армирующие добавки, пластификаторы и регуляторы сроков загустевания  и  схватывания так, чтобы раствор после момента «стоп» быстро превращался в камень. Усилия инженеров направлены на то, чтобы тампонажный раствор не только успешно закачать в заколонное пространство  и в максимальной  степени вытеснить им буровой раствор, но и предать цементной суспензии -камню достаточную изолирующую  способность ― способность заполнить собой весь объем кольцевого пространства, обеспечив непроницаемый контакт с ограничивающими поверхностями и став непроницаемым барьером для флюидов.

         Для  повышения степени замещения бурового раствора тампонажным  и в конечном счете для достижения  герметичности зацементированного пространства  повсеместно применяются  различные элементы оснастки обсадных колонн ― центраторы, турбулизаторы, скребки.

         Выполняются гидравлические программы цементирования, так  же направленные на достижение изоляции заколонного пространства скважин.

         Доказали свою эффективность способы поддержания  давления в зацементированном заколонном пространстве во время ОЗЦ  для исключения возникновения опасного градиента давления, направленного из пласта в скважину ― движущей силы заколонной миграции флюидов.

         Кажется, специалисты по креплению скважин достигли вершин в своем деле: можно уже назвать  совершенными (заметьте, без кавычек)  буровые растворы, буферные жидкости, тампонажные растворы, технологические приемы и технику цементирования скважин. Их применение в комплексе дает положительный результат.

          Но увы, не всегда и не навсегда! Проблема гарантированного, «на все времена» предупреждения перетоков пластовых флюидов в заколонном пространстве скважин не снята

«с повестки дня»,  она остается актуальной. И очень важной! Важной с точки зрения охраны недр, окружающей среды, ресурсов.

         Решить эту проблему нужно как можно скорее.

         Представляется, что самым ответственным, но в то же время самым слабым  звеном  в технологическом комплексе создания герметичной крепи скважин остается тамонажный раствор-камень.

         В скважине особенно при высоких температурах вязкость жидкостей и особенно  растворов полимеров значительно снижается, электростатические силы взаимодействия друг с другом частиц цемента ослабевают, ускоряются процессы седиментации твердой фазы и суффозионного разрушения структуры из цементных частиц, возрастает вероятность возникновения флюидопроводящих каналов  в цементной суспензии.

         А.И. Булатов считал возможным образование каналов в остатках глинистого раствора под воздействием цементного раствора-камня.

         Для получения эффекта от расширения тампонажного камня требуется управление процессом расширения камня. Но процесс настолько многофакторный, что практически не поддается  управлению.

         Тампонажный камень не пластичен, при уменьшении диаметра обсадной колонны он не заполняет образовавшийся зазор. Камень разрушается при динамических нагрузках. Цементный камень подвержен коррозии.

         Похоже, возможности минерального вяжущего  для применения в качестве тампонажного материала исчерпаны. Дальнейшее эволюционное развитие тампонажных растворов на основе цемента представляется  неперспективным.

          Нужен качественный скачок!

         Автор взял на себя смелость предложить идею использования в роли изолирующего  материала в заколонном пространстве скважин вспененную резину — полиуретан [ см.ссылку ]. Выдвинуто предположение, что вспененный полиуретановый расширившийся  и заполнивший собой весь объем заколонного пространства, непроницаемый при всех возможных градиентах давления, неразрушающийся, вечный, эластичный и меняющий свой объем вслед за деформирующимися трубами пакер, сформированный на всю длину обсадной колонны,  навсегда оставит заколонное пространство  герметичным.

         Вновь обосновываю и озвучиваю данную идею на  конференции в основном студентов и молодых специалистов, посвященной памяти главного  корифея  по тампонажным цементам, в надежде на то, что молодое поколение специалистов  шагнет дальше и изобретет изоляционный материал для скважин  более подходящий для выполнения возлагаемых на него функций, чем  минеральный цемент. Или, в наш век бурного и еще более  ускоряющегося научно- технического прогресса придумает еще что-нибудь тако…о…е…!

         Успехов молодым !

         Литература

А.В.Черненко, Г.Н.Лышко, «Негерметичность заколонного пространства скважин. Проблема, которую следует срочно решить», LAP LAMBERT Academic Publishing. Электронная почта info@omniscriptum.com

         Literature

А.V.Chernenko, G.N.Lyshko, «Leakage in well annulus. The problem that should be solved urgently», LAP LAMBERT Academic Publishing,