 |
Учёные ПНИПУ создали умные капсулы, которые удешевляют добычу нефти втрое
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.
Исследование опубликовано в международном журнале «Construction and Building Materials».
Доля трудноизвлекаемой нефти в России стремительно растёт: если в 2010 году она составляла около 20%, в 2025 поднялась до 63%, а к 2050 году, по прогнозам, достигнет 87%. Старые «лёгкие» месторождения постепенно истощаются, а новые открываются в более сложных условиях. Нефть там залегает в плотных породах, и сама не течёт к скважине — её приходится буквально выдавливать из камня, поэтому ее и называют трудноизвлекаемой.
Для добычи такого сырья породу искусственно раскалывают — метод называется гидроразрывом: в скважину под высоким давлением закачивают жидкость, которая создаёт трещины. Но как только напор падает, разломы начинают закрываться. Чтобы этого не произошло, вместе с жидкостью закачивают крошечные твёрдые частицы — пропант, которые остаются внутри как распорки и не дают стенкам сомкнуться.
Жидкость-носитель должна быть густой, иначе «песчинки» будут неравномерно распределены в потоке, поэтому её превращают в гель. Он доставляет частицы в трещины, но после этого сам становится помехой: забивает поры и перекрывает нефти выход. Чтобы убрать этот гель, используют химические разрушители. Если добавить их сразу, состав потеряет вязкость ещё в процессе закачки, и песчинки не достигнут цели. Поэтому разрушитель помещают в капсулы с отсрочкой, которые активируются только после закрепления частиц на месте. Обычно их делают из пластика.
Проблема в том, что на нужной глубине 4–5 километров (именно там сосредоточены основные трудноизвлекаемые запасы) — экстремальные условия: температура доходит до 150°C, а давление сравнимо с тем, что на дне океана. В такой среде пластик размягчается, и многие из этих оболочек теряют герметичность или разрушаются раньше времени. К тому же при производстве они склонны слипаться — это мешает равномерно покрыть каждую защитным слоем: на одних местах слой получается слишком тонким, на других — слишком толстым, и изделия работают нестабильно. В итоге существующие решения часто не справляются с задачей в сложных скважинах.
Китайские учёные совместно с коллегами из Пермского Политеха создали капсулы-разрушители, которые работают там, где пластик выходит из строя. Они выдерживают температуру до 150°C и давление 50 МПа (как на глубине 5 км), высвобождаются ровно в нужное время и стоят в несколько раз дешевле пластиковых аналогов.
Такой результат стал возможен благодаря особому материалу — геополимерной керамике. Её получают из глинистого сырья и отходов металлургии, добавляя специальные вещества для затвердения и обжигая при 800–900 градусах. После керамика становится твёрдой как камень, не плавится, не деформируется и сохраняет прочность в самых жёстких условиях. При этом материал позволяет создавать полые микросферы с контролируемой пористостью — именно это и нужно для капсулы с отсрочкой.
— Из геополимерной керамики сделали полые микросферы. Затем под вакуумом в заготовки добавили концентрированный раствор разрушителя — так достигли вмещающей способности почти 37% активного вещества. Это отличный показатель для реального производства: он сопоставим с лучшими лабораторными образцами. Сверху микросферы покрыли тонким слоем фенольной смолы с добавлением кремниземной пудры, — поясняет Сергей Чернышов, заведующий кафедрой «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ, доктор технических наук.
Керамическая капсула пористая — без покрытия вода проникнет внутрь мгновенно, и разрушитель выйдет сразу. Чтобы получить отсрочку, микросферы покрывают тонким слоем смолы. Исследователи перебрали несколько видов. Эпоксидная не подошла: внутри капсулы со временем образуется перекись водорода (она появляется при разложении разрушителя), которая разъедает покрытие — оно трескается, и состав выходит раньше времени. Акриловая смола тоже плохо работает при нагреве: она не может надёжно удерживать разрушитель внутри, и он выходит слишком быстро. Лучшей оказалась фенольная смола — она не разъедается, не размягчается при 150°C и давлении 50 МПа и удерживает содержимое ровно столько, сколько нужно.
При производстве капсулы склонны слипаться. Чтобы этого избежать, в смолу добавляют специальные вещества — диспергаторы (это мелкие сыпучие порошки, которые создают прослойку между частицами и не дают им склеиться). Учёные проверили три самых доступных и дешёвых варианта: тальк, карбонат кальция (мел) и кремнеземную пудру (очень мелкий и легкий кварцевый песок). Тальк оказался слишком тяжёлым — он сильно увеличивал массу капсул. Карбонат кальция реагировал с разрушителем, когда тот начинал выходить через покрытие, — это нарушало целостность защитного слоя. А кремнезёмная пудра не слипалась, не утяжеляла капсулы и не вступала в реакцию с разрушителем. Поэтому выбрали именно её.
Новая капсула работает в два этапа. Сначала, во время закачки, вода из геля проникает через микротрещины в покрытии и постепенно вымывает активное вещество — гель начинает понемногу разрушаться. Затем, когда закачку останавливают и давление падает, пласт сдавливает капсулы, они раздавливаются и выпускают остатки реагента, разрушая гель полностью.
Испытания подтвердили эффективность. При экстремальной температуре 150°C за полтора часа высвобождается 82% активного вещества — этого достаточно для полной очистки (в отличие от пластиковых капсул, которые при такой жаре текут и теряют контроль). При давлении 50 МПа (как на глубине 5 километров) 81% капсул остаются целыми — это значит, что во время закачки они не лопаются преждевременно. При 90°C гель сохраняет вязкость на 60–90 минут дольше, чем с обычным разрушителем — как раз столько времени нужно, чтобы закончить процесс.
— Самое дорогое в капсуле — активное вещество (разрушитель геля) и высокотемпературный обжиг керамики (800–900°C). Тем не менее, тонна новых стоит около 8 тысяч юаней (примерно 105 тысяч рублей), что в 3–4 раза ниже, чем у пластиковых аналогов (30–50 тысяч юаней, или 390–650 тысяч рублей). При этом капсулы можно хранить: за три месяца при комнатной температуре они теряют всего 2% активности, а при 60°C — 2,2% за две недели. Это хороший показатель для промышленного применения: технология позволяет производить партии, складировать и поставлять на промыслы без существенной потери качества, — поясняет Хуаджи Лиу, доктор наук, профессор школы нефтегазового инжиниринга, Китайского Нефтяного Университета г. Циндао.
Таким образом, керамические капсулы, созданные учёными Пермского Политеха совместно с китайскими коллегами, решают сразу несколько проблем: они выдерживают экстремальные температуры и давление, работают в два этапа (медленное вымывание и мгновенное разрушение при закрытии трещины), в несколько раз дешевле пластиковых аналогов и пригодны для длительного хранения. Всё это делает технологию перспективной для промышленного освоения трудноизвлекаемых запасов.
Контактное лицо: Макарова Татьяна Андреевна (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 17:05, 17.08.2026
Количество просмотров: 639
Страна: Россия
| Ученые ПНИПУ нашли новый способ очищать воду от стронция, ПНИПУ, 21:28, 13.10.2026, Россия |
73 |
| Сегодня нередко в стоки и водоёмы попадают ионы стронция, способные вызывать у человека тяжелые заболевания. Но удалять их одновременно дёшево и быстро пока не получается. Ученые ПНИПУ создали новый материал для удаления стронция из воды. Их сорбент связывает больше ионов и работает в 3 раза быстрее аналогов. |
|
| «Поток-сирота»: ученый Пермского Политеха рассказал о звездопаде Дельта-Ауригиды, ПНИПУ, 21:26, 13.10.2026, Россия |
50 |
| В ночь с 10 на 11 октября можно будет увидеть Дельта-Ауригиды — один из самых интригующих, но малоизвестных звездопадов осени. Его радиант располагается в созвездии Возничего, а пик активности приходится на 11 октября. О том, почему Дельта-Ауригиды называют «потоком-сиротой» и как его не пропустить, рассказывает ученый Пермского Политеха. |
|
| Ученые Пермского Политеха рассказали, на что смотреть при покупке незамерзайки для машины, ПНИПУ, 21:15, 13.10.2026, Россия |
51 |
| С наступлением холодов перед каждым водителем встает вопрос: какую стеклоомывающую жидкость залить в бак, чтобы она не замерзла, справлялась с грязью и не навредила ни машине, ни людям в салоне. О том, из чего состоит незамерзайка и на что ориентироваться при ее выборе, рассказали ученые Пермского Политеха. |
|
|
|
