3D-распечатанный керн улучшает моделирование в нефтяной геологии

Для исследований в нефтегазовой отрасли необходим керн — образец породы, извлекаемый из скважины. Бурение с отбором керна дорогое, а свойства пластов сильно различаются даже внутри одного месторождения. Исследование показывает, как искусственный керн, напечатанный на 3D-принтере, способен заменить природный образец в лабораторных тестах.

Образец 3D распечатанного керна

Источник: Results in Engineering

Работу провела международная команда из Персидского университета Персидского залива (Иран) и Московского физико-технического института (МФТИ) совместно с Институтом физики Земли РАН. Авторы статьи напечатали керн из смолы методом стереолитографии (SLA) — это технология, в которой ультрафиолетовый лазер отверждает жидкий полимер слой за слоем.

Для тестов использовали принтер Elegoo Mars 3, а структура образца имитировала регулярную упаковку сфер. Такой подход позволил точно смоделировать пористую среду и рассчитать проницаемость с помощью компьютерного моделирования (CFD). Исследование опубликовано в журнале Results in Engineering.

Сравнение внешнего вида искусственного керна до и после длительного контакта с нефтяными флюидами. a — образец до начала эксперимента; b — 60-дневное насыщение флюидами в лабораторных условиях; c — изменения цвета и структуры керна после контакта с флюидами.

Источник: Results in Engineering

Результаты экспериментов:

• Смачиваемость: контактный угол воды составил 109,6°, а для конденсата — 0°, что говорит о нейтральной смачиваемости по отношению к воде и отличной — к углеводородам.
• Проницаемость: измеренная абсолютная проницаемость варьировалась от 18 до 44 Дарси в зависимости от давления и конфигурации керна. После шлифовки торца значение стабилизировалось на уровне 40 Дарси.
• Газонасыщенность: при вытеснении глицерина азотом при давлении 10 бар достигнуто 88% извлечения.
• Термостойкость: по результатам тестов материалы керна устойчивы до 200°C.
• Механическая прочность: испытания при давлениях до 1500 psi подтвердили стабильность структуры при моделировании условий пласта.

Искусственный керн позволяет заменить натуральные образцы без потери точности экспериментов. Он избавляет от необходимости бурения для получения породы, снижая затраты и экологический вред. При этом печатный образец можно адаптировать под любые параметры: задать конкретную пористость, проницаемость или геометрию структуры.

Это делает возможным не только точные лабораторные тесты, но и масштабируемые исследования для подбора оптимальных методов разработки месторождений. Авторы подчеркивают, что такая технология не просто воспроизводит свойства породы, но и служит инструментом для фундаментальных и прикладных задач нефтегазовой геологии.

Ранее мы рассказывали, как специалисты Казанского федерального университета разработали инновационный метод создания 3D-копий керна.