 |
Ученые Пермского Политеха разработали «зеленые» реагенты для добычи нефти из отходов растений
Ученые Пермского Политеха совместно с международными исследователями разработали реагенты для нефтедобычи, сочетающие биоразлагаемые основы и наночастицы, которые сокращают вредные утечки более чем на 31%, полностью разлагаясь без вреда для природы.
Статья опубликована в журнале «Journal of Molecular Liquids».
Бурение скважин — это единственный физический метод, позволяющий добраться до подземных углеводородных ресурсов. Поскольку доступ к ним остается критически важным для мировой экономики, объемы таких работ в мире стабильно растут. Согласно прогнозам, к 2026 году ежегодно будут осваиваться около 60 000 новых объектов.
По сути, это строительство многослойной трубы, уходящей на километры вглубь. Специальная буровая установка разрушает породу мощной вращающейся головкой (долотом). Параллельно в скважину непрерывно закачивается буровой раствор, который охлаждает инструмент, выносит на поверхность образующийся шлам и создает давление, предотвращающее обрушение стенок и выброс нефти и газа. По мере углубления ствол укрепляется стальными обсадными трубами, которые цементируются, формируя прочную и безопасную конструкцию.
Главная проблема заключается в том, что традиционный буровой раствор, от которого зависит успех всей этой сложной операции, сам по себе становится источником долгосрочной экологической угрозы. Для выполнения своих функций в его состав включают синтетические полимеры и химические реагенты на нефтяной основе. После использования тысячи кубометров этой токсичной жидкости вместе с захваченной горной породой образуют опасные отходы, которые медленно разлагаются, отравляя почву и грунтовые воды.
В свою очередь, это запускает цепную реакцию для всей экосистемы. Токсины, попадая в водоносные горизонты, снижают качество питьевой воды и наносят ущерб сельскому хозяйству. Загрязнение ведет к деградации мест обитания, накоплению ядов в растениях и потере биоразнообразия. Таким образом, негативное воздействие отходов становится долгосрочной угрозой для здоровья людей и устойчивости природы в регионах бурения.
На сегодня существуют решения, направленные на смягчение этой проблемы. Основной путь — поиск и внедрение биоразлагаемых добавок, которые могут заменить опасные компоненты в составе бурового раствора. В качестве таких используются природные материалы: например, отходы сельского хозяйства (кожура цитрусовых, скорлупа орехов, жмых), растительные масла (рапсовое, льняное) вместо нефтяных, а также природные полимеры вроде ксантановой камеди (загуститель, который производят бактерии). Их ключевое преимущество — способность распадаться в окружающей среде на безопасные вещества (углекислый газ, вода, биомасса) после завершения работ.
Другой, более технологичный подход — использование наночастиц (микроскопических частиц оксидов металлов или кремния) для кардинального улучшения свойств раствора: они хорошо «запечатывают» поры и выдерживают высокие температуры. Однако у каждого подхода есть свой существенный недостаток: простые растительные отходы часто не выдерживают экстремальных условий в глубоких скважинах — высоких температур и давлений, теряя работоспособность. А сами по себе наночастицы, хоть и эффективны, часто требуют сложного и дорогого производства, не всегда являясь полностью «зелеными». Эта разрозненность создает технологический барьер для широкого промышленного применения экологичных решений.
Ученые Пермского Политеха совместно с международными коллегами разработали новые классы реагентов для добычи нефти, которые сочетают в себе биоразлагаемые добавки с наночастицами.
Сначала специалисты изучили десятки исследований, чтобы систематизировать все известные «зеленые» добавки — от простой картофельной кожуры до сложных биополимеров. Основной задачей было понять, какие комбинации природных материалов и наночастиц могут обеспечить эффективную и стабильную работу бурового раствора в широком диапазоне условий — от умеренных до экстремально высоких температур (свыше 150°C), характерных для глубоких скважин.
— Мы выяснили, что ключевой принцип заключается во взаимном усилении грубых растительных частиц и микроскопических наноусилителей. Первые создают прочный каркас, а вторые, как умный герметик, заполняют мельчайшие трещины и поры, которые не под силу более крупным частицам, — рассказал Дмитрий Мартюшев.
В результате была разработана серия из трех конкретных готовых реагентов — точных «рецептов» для бурового раствора.
— Один из наиболее эффективных — это гибридная композиция на основе порошка из семян дикорастущего растения гунделии и наностержней оксида цинка. Порошок из гунделии здесь работает как структурная основа, а наночастицы, которые ученые синтезируют экологичным способом с помощью растительных экстрактов, выступают в роли усилителя. Вместе они создают мощный реагент, который удерживается в скважине, не уходя в породу, даже при сильном нагреве, — пояснил Дмитрий Мартюшев.
В отличие от обычных синтетических наноматериалов, которые высокоэффективны, но часто токсичны, наночастицы в этом реагенте созданы «зеленым» методом и не отравляют геологическую среду. Таким образом, разработка превосходит простые материалы по результативности, а обычные синтетические добавки — по безопасности.
Для решения других технологических задач были разработаны реагенты на альтернативной основе. Для улучшения вязкости и контроля фильтрации был создан состав на основе нанобиополимера из обычной пшеничной муки. Ее измельчение до наноразмеров превращает ее в ультрамелкий порошок, который не только стабилизирует реологические свойства раствора (текучесть и вязкость), но и значительно сокращает его потери в пласт.
По сравнению с синтетическими полимерами этот аналог работает экологичнее, так как производится из возобновляемого сырья и безопаснее разлагается. В то время как грубые природные добавки (простая молотая кожура или необработанный крахмал) часто недостаточно эффективны, наноразмерная структура обеспечивает более высокую результативность, стабильное и экономичное действие, формируя в жидкости однородную систему.
Однако для экстремальных условий — например, в скважинах с температурами от 150–200 °C — потребовалось более сложное решение. Ученые создали комбинацию из натуральной трагакантовой камеди (природного загустителя) с наночастицами оксида цинка. Такая добавка делает раствор значительно гуще и резко сокращает его вредные утечки в породу, что критически важно для безопасного бурения на больших глубинах. В отличие от чистой трагакантовой камеди, которая при таких температурах быстро разлагается и теряет свои загущающие свойства, наночастицы цинка стабилизируют ее структуру, выступая термостойким каркасом.
В итоге все разработанные реагенты значительно улучшают рабочие характеристики раствора, снижая вредные утечки на 31% и более, но при этом сохраняют способность к быстрому и безопасному разложению в окружающей среде.
Тем не менее, все эти инновации касаются именно добавок. Для фундаментального решения экологической проблемы также необходимо менять саму основу бурового раствора — токсичную нефтяную жидкость.
— В качестве полноценной замены можно использовать эфиры масла черного тмина или миндаля. Эти жидкости способны полностью заменить токсичное дизельное топливо в составе бурового раствора. По своим рабочим характеристикам — смазывающей способности и стабильности — они сопоставимы с традиционными нефтяными продуктами. Однако их ключевое преимущество — экологичность. Такие биоосновы разлагаются в природных условиях на 80–90% всего за несколько недель, в то время как дизельные фракции могут отравлять почву и грунтовые воды годами, — добавил Дмитрий Мартюшев.
Все это позволяет не только решить проблему токсичных отходов бурения, но и значительно упростить и удешевить их утилизацию, снижая экологические риски и финансовые издержки для компаний.
Таким образом, созданные реагенты и базовые жидкости позволяют не только сохранить высокую технологическую эффективность процесса бурения, но и кардинально снизить его вред для природы. Решается проблема токсичных отходов, упрощается и удешевляется их утилизация, что ведет к снижению как экологических рисков, так и финансовых издержек для компаний.
Контактное лицо: Фазлетдинова Эллина Руслановна (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 21:23, 24.12.2025
Количество просмотров: 74
Страна: Россия
| Грибная перезагрузка: ученый Пермского Политеха рассказал, что меняется в лесу в конце лета, ПНИПУ, 11:07, 18.08.2026, Россия |
496 |
| Многие люди привыкли считать, что в августе лес продолжает давать те же грибы, что и в июле, только в больших количествах, но реальность гораздо сложнее. Ученый ПНИПУ рассказал, как меняется тихая охота в августе, почему сейчас так легко ошибиться и сорвать ядовитый двойник, и как правильно готовить августовские грибы. |
|
| Учёные ПНИПУ создали умные капсулы, которые удешевляют добычу нефти втрое, ПНИПУ, 17:05, 17.08.2026, Россия |
590 |
| Для добычи трудноизвлекаемой нефти используют специальный гель, чтобы создать трещины. После операции его нужно удалить, однако существующие средства срабатывают слишком рано или не выдерживают высоких температур. Учёные ПНИПУ создали новые капсулы для добычи, которые стоят в 3 раза дешевле аналогов. |
|
|
|
