На месторождениях нефти, которые используются более 50 лет, происходит потеря герметичности скважин. Это приводит к обводнению добываемой продукции, что значительно снижает эффективность процесса. Один из перспективных методов уменьшения воды в скважинах – использование гелеобразующего состава на основе ксантана. Это природное химическое соединение в виде белого порошка без запаха, оно обладает высокой проникающей способностью и низкой стоимостью. Обычно в нефтяной промышленности ксантан используют для буровых растворов, чтобы качественно очищать скважину от шлама. Ученые ПНИПУ нашли новый способ применения этого биополимера, на его основе разработали состав геля для эффективной герметизации старых скважин. Ранее ксантан таким образом не использовался.
Исследование представлено на международной научно-практической конференции «Технологические решения строительства скважин на месторождениях со сложными геолого-технологическими условиями их разработки» в 2023 году. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Водоизоляционные составы на нефтяных месторождениях делятся на селективные и неселективные. Главный недостаток неселективных – блокировка притока не только вод, но и нефти. Из-за этого возникает необходимость создавать дополнительные отверстия в стенках скважины. Поэтому ученые ПНИПУ рассмотрели селективные составы, которые увеличивают фильтрацию без закупорки нефтенасыщенной части.
Сейчас широко применяются смеси на основе силиката натрия и соляной кислоты, растворы кремнийорганических соединений. Их недостатки – блокирование газонефтяной части пласта, которое приводит к снижению продуктивности скважины. Среди новых методов можно отметить использование биополимеров, например, ксантана. Это экологичное вещество легко добывается, стоит дешево, обладает свойствами загустителя и стабилизатора. Именно поэтому ученые ПНИПУ решили использовать его как основу для водоизоляционного геля.
В качестве дополнительных компонентов пермские политехники добавили магниевую соль, моющее средство и лимонную кислоту. При выборе компонентов важно учитывать минерализацию вод, поскольку при ее высоких значениях гелеобразование раствора происходит быстрее. Это затрудняет приготовление и проникновение геля в пласт. В качестве замедлителя растворения ксантана ученые ПНИПУ применили водный раствор хлорида магния. Детергент (моющее вещество) необходимо для того, чтобы улучшить сцепление полученного состава с породой, а лимонная кислота – для усиления межмолекулярного взаимодействия внутри него.
– Закачка состава в пласт происходит при помощи специальных цементировочных машин. Обычно это необходимо делать быстро во избежание преждевременного гелеобразования. Наша смесь обладает необходимой вязкостью и достаточным временем для прокачки без превышения допустимых давлений цементировочных машин, то есть, он остается текучим, что позволит закачать его в скважину до начала гелеобразования, – рассказывает ассистент кафедры нефтегазовых технологий ПНИПУ Вадим Дерендяев.
– Мы разработали гель, у которого есть ряд преимуществ: устойчивость к разрушению при взаимодействии с пластовой водой, низкая вязкость до начала гелеобразования и более глубокое проникновение в пласт, а значит, изоляция будет качественной. Кроме того, он может применяться в широком диапазоне температур и в условиях высокой минерализации вод, что делает его достаточно универсальным, – объясняет инженер научно-образовательного центра геологии и разработки нефтяных и газовых месторождений горно-нефтяного факультета ПНИПУ Михаил Миронов.
Так ученые ПНИПУ разработали новый гелеобразующий водоизоляционный состав на основе ксантана. Раствор отличается от аналогов своей низкой стоимостью и лучшими показателями – эффективным проникновением и своевременным застыванием. Он позволит обеспечить качественную герметизацию на старых месторождениях и сделает нефтедобычу более эффективной.
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель – формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % – региональные университеты.
