|
|
 |
|
|
 |
Ученые ПНИПУ нашли способ добывать арктическую нефть, не растапливая вечную мерзлоту
Перспективы российской нефтедобычи сегодня связаны с трудноизвлекаемой нефтью Восточной Сибири и Арктики. Ученые Пермского Политеха создали виртуальный двойник скважины, который с точностью 95% рассчитывает идеальный режим прогрева, чтобы растопить нефть, но сохранить мерзлоту и целостность скважины.
Статья опубликована в журнале «Научно-технический вестник Поволжья» №5 2025.
При текущем уровне добычи рентабельных запасов нефти России хватит всего на 26 лет. Об этом заявил министр природных ресурсов и экологии Александр Козлов во время правительственного часа в Госдуме. Из 31 млрд тонн разведанных запасов экономически целесообразно извлекать лишь 13 млрд тонн, сосредоточенных в основном в традиционных регионах вроде Западной Сибири и Поволжья. При этом свыше 70% неразведанных ресурсов находятся в Арктике и зонах вечной мерзлоты, где добыча сопряжена с особыми сложностями. Без освоения этих месторождений страна уже в ближайшие десятилетия столкнется с резким падением добычи, что приведет к росту цен на топливо для населения и потере бюджетами важного источника доходов.
Основная проблема нефтедобычи на севере — это уникальная высоковязкая нефть. Чтобы поднять ее на поверхность, необходимо разогревать горную породу.
Самый эффективный метод — подача перегретого пара, который обеспечивает прогрев до температур 200-300°C, что позволяет ему нести больше тепловой энергии и не остывать при движении по скважине. Пар проникает в пласт и «растапливает» нефть прямо под землей, чтобы она могла подняться.
Для добычи высоковязкой нефти существуют и другие методы, но в условиях вечной мерзлоты каждый из них сталкивается с серьезными технологическими барьерами. Например, химические растворители требуют постоянных затрат и могут нанести вред экологии, а их эффект часто оказывается кратковременным. Внутрипластовое горение напоминает управление подземным пожаром — процесс плохо поддается контролю, может привести к безвозвратной потере части запасов и создает прямую угрозу безопасности: процесс может привести к резким выбросам пламени, разрушению скважин и возгоранию. Электрический нагрев потребляет колоссальные объемы энергии и экономически не оправдан для крупных месторождений. Механические методы, например, специализированные насосы, просто не справляются с экстремальной вязкостью нефти в таких условиях.
Пар остается наиболее практичным решением, потому что сочетает высокую эффективность прогрева с экономической доступностью. Это проверенная технология, которая позволяет равномерно прогреть большие объемы и не оставлять после себя вредных химических следов.
Однако и у пара есть серьезный побочный эффект. При движении по скважине он сильно нагревает всё вокруг. Это тепло растапливает многолетнемёрзлые породы — природный фундамент, который тысячелетиями обеспечивал прочность и стабильность грунта. Когда вечная мерзлота тает, исчезает естественная опора всего месторождения.
Мерзлые породы теряют прочность, скважины деформируются и выходят из строя, что приводит к авариям и миллионным убыткам. До 30% тепла тратится впустую и вместо прогрева нефти уходит на оттаивание мерзлоты. Таяние грунта запускает цепную реакцию: проседают фундаменты зданий, нарушается водный баланс территорий, высвобождаются парниковые газы. Это создает угрозу для инфраструктуры всего региона и усиливает глобальное изменение климата, делая проблему не только производственной, но и общеэкологической.
Поэтому ключевая задача ученых — не отказываться от пара, а научиться использовать его максимально эффективно. Нужно доставлять тепло целенаправленно к нефтяному пласту, уменьшая его воздействие на просадку земли.
Сейчас для этого используют теплоизолированные лифтовые трубы (ТЛТ), которые также называют термокейсами. Эти многослойные конструкции работают по принципу термоса: между двумя стальными стенками размещают теплоизоляционный материал. При закачке пара в скважину такая изоляция предотвращает утечку тепла в окружающие мерзлые породы. Благодаря чему он эффективно прогревает нефтяной пласт, и не размораживает замерзший грунт.
Несмотря на эффективность термокейсов, при их использовании сохраняется серьезная проблема. Инженеры не могут заранее точно определить необходимый уровень теплоизоляции для разных скважин. Это приводит к двум крайностям: компании либо перестраховываются, неся дополнительные расходы на избыточную изоляцию, либо экономят, рискуя столкнуться с авариями из-за деформации мерзлоты.
Решение нашли ученые Пермского Политеха. Они создали виртуальный двойник скважины — математическую модель процессов тепломассопереноса в ТЛТ, которая прогнозирует распространение тепла в нефтяных скважинах, оборудованных термокейсами. Уникальность модели в том, что она впервые в мире создана как полноценная 3D-модель, которая точно рассчитывает распространение тепла через все слои скважины одновременно.
Ученые «перевели» на язык математики цепочку теплопередачи в скважине. Модель просчитывает весь путь теплового потока — от момента подачи пара по трубам до его взаимодействия с окружающими породами. Эта цифровая копия учитывает множество параметров одновременно. Она отслеживает, как материалы меняют свойства при нагреве, как тепло распространяется во времени, и все уникальные особенности конструкции скважины и окружающего грунта.
— Эффективность модели проверяли на данных с Усинского месторождения в Республике Коми. Этот регион был выбран неспроста — там сочетаются вечная мерзлота, залежи вязкой нефти и проблемы с парафиновыми отложениями. Последние представляют особую сложность: при снижении температуры парафины в нефти затвердевают и оседают на стенках трубопроводов, уменьшая их диаметр, повышая давление в системе и создавая риск полной блокировки потока нефти, — рассказывает Дмитрий Пинягин, аспирант кафедры «Конструирование и технологии в электротехнике» ПНИПУ.
Результаты испытаний показали высокую точность математической модели во всех режимах работы скважины. В фоновом режиме (без подачи пара) расхождение между расчетами и фактическими данными составило менее 0,1% — практически идеальное совпадение.
В рабочих режимах точность тоже впечатляющая. В режиме пропитки — при умеренном нагреве до 143°C — расхождения не превысили 8%. В наиболее интенсивном режиме нагрева до 273°C модель показала хороший результат — 95% соответствия экспериментальным данным.
— Небольшие расхождения между расчетными и фактическими данными в рабочих режимах связаны с объективными производственными факторами. На реальном месторождении теплоизоляция постепенно теряет первоначальные характеристики, а в местах соединения труб неизбежно возникают дополнительные теплопотери, которые на данном этапе не были учтены в математической модели, — поясняет Наталия Труфанова, заведующая кафедрой «Конструирование и технологии в электротехнике» ПНИПУ, доктор технических наук.
Математическая модель пермских ученых позволяет точно прогнозировать распределение тепла в скважине и определять оптимальные параметры ее работы: необходимую температуру и расход пара, а также подбирать трубы с требуемыми теплоизоляционными характеристиками. Модель использует реальные данные о конструкции скважины и свойствах материалов, что обеспечивает высокую точность расчетов. Особенностью разработки является возможность индивидуальной настройки каждого термокейса с учетом вероятности дефектов, что позволяет оценивать тепловые процессы в условиях реальной эксплуатации.
Разработка особенно важна для месторождений со сложными мерзлотными условиями, где инженерная ошибка может привести к многомиллионным убыткам и серьезному экологическому ущербу. Внедрение модели позволит повысить эффективность добычи, снизить энергозатраты, увеличить межремонтный период скважин и предотвратить аварии, связанные с оттаиванием мерзлых пород. Гибкость и масштабируемость решения позволяют применять его для различных типов скважин.
Контактное лицо: Макарова Татьяна (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 22:14, 20.11.2025
Количество просмотров: 171
Страна: Россия
| Ученый Пермского Политеха рассказал об изменениях в правилах для водителей, ПНИПУ, 21:48, 16.03.2026, Россия |
103 |
| С 1 марта 2026 года в России вступают в силу законодательные изменения, которые коснутся всех автовладельцев. Нововведения затронут цифровизацию электронных паспортов и усиление ответственности за нарушение ПДД. Ученый Пермского Политеха рассказал, какие изменения ждут водителей, как они повлияют на бюджет и авторынок, и что делать, чтобы избежать лишних расходов. |
|
| Ученые Пермского Политеха рассказали 10 неочевидных фактов про сон, ПНИПУ, 21:18, 16.03.2026, Россия |
26 |
| 13 марта отмечается Всемирный день сна. Ученые ПНИПУ рассказали, сколько плод спит в беременность, почему дети не видят себя во сне, как головной мозг избавляется от токсичных белков, зачем нам негативные сновидения, как нехватка сна приводит к диабету и какие психологические установки порождают бессонницу. |
|
| Ученая Пермского Политеха развеяла миф о вреде зимне-весенних овощей, ПНИПУ, 21:15, 16.03.2026, Россия |
20 |
| Существует миф, что зимне-весенние овощи содержат большое количество пестицидов и нитратов. Ученая Пермского Политеха разбирает популярный миф о зимне-весенних овощах, в чем их отличие от сезонных, как меняется количество витаминов в плодах и какие лучше всего употреблять для поддержания иммунитета. |
|
| Ученая Пермского Политеха поделилась 10 полезными фактами про почки, ПНИПУ, 21:55, 12.03.2026, Россия |
383 |
| 12 марта отмечается Всемирный день почки. Ученая ПНИПУ рассказала, когда формируются почки у ребенка, как работают, почему влияют на давление, мозг и витамин D, как часто их пересаживают, у кого выше риск образования камней, полезно ли есть арбуз и где разрабатывают искусственную почку. |
|
| Пермские ученые объяснили, почему на спутнике Сатурна бьют гейзеры, а на других — нет, ПНИПУ, 21:54, 12.03.2026, Россия |
383 |
| Европа, Энцелад и Титан — ледяные спутники Юпитера и Сатурна с подледными океанами. Только Энцелад выбрасывает воду в космос через гейзеры. Почему при сходном строении остальные спутники скрыты подо льдом, выяснили ученые Пермского Политеха и УрО РАН, создав математическую модель, которая объяснила этот феномен. |
|
|
|
|
|
|
|
Разделы //
Новости по странам //
Сегодня у нас публикуются //
|
|
