Чтобы добывать трудноизвлекаемую нефть, в скважину закачивают гель, который помогает создать трещину и удержать ее с помощью распорок. Потом гель надо убрать: если он останется, то закупорит поры и добыча остановится. Для удаления используют специальные вещества‑разрушители. Но обычные срабатывают слишком рано, еще во время закачки, а капсулы из пластика, в которые их помещают для отсрочки, не выдерживают давления и жара на глубине — размягчаются и выпускают состав раньше времени. Ученые Пермского Политеха вместе с китайскими коллегами придумали капсулы, которые выдерживают экстремальные условия, срабатывают точно в нужный момент и стоят втрое дешевле пластиковых. Об этом порталу Наука Mail сообщила пресс-служба вуза. Исследование опубликовано в международном журнале «Construction and Building Materials».
Доля трудноизвлекаемой нефти в России стремительно растет: если в 2010 году она составляла около 20%, в 2025 поднялась до 63%, а к 2050 году, по прогнозам, достигнет 87%.Старые «легкие» месторождения постепенно истощаются, а новые открываются в более сложных условиях. Нефть там залегает в плотных породах, и сама не течет к скважине — ее приходится буквально выдавливать из камня, поэтому ее и называют трудноизвлекаемой.
При добыче трудноизвлекаемой нефти применяют гидроразрыв: в скважину под давлением закачивают гель с твердыми частицами‑распорками — они держат трещины открытыми. Потом гель надо убрать, иначе он перекроет выход нефти. Для этого используют разрушители в капсулах с отсрочкой.
На глубине 4−5 км очень жарко (до 150°C) и огромное давление — обычные пластиковые капсулы там размягчаются и срабатывают раньше времени, да и делают их нестабильно. Ученые из Пермского Политеха и Китая создали более надежные капсулы из геополимерной керамики: она твердая, не деформируется в жестких условиях, высвобождает состав точно в срок и стоит дешевле пластика.
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.
Керамические капсулы пористые, поэтому их покрывают смолой, чтобы разрушитель не вышел сразу. Эпоксидная и акриловая смолы не подошли: первая трескается из‑за химических реакций, вторая плохо держит состав при нагреве. Лучше всего сработала фенольная смола — она не размягчается при 150°C и давлении 50 МПа.
Чтобы капсулы не слипались при производстве, в смолу добавляют диспергатор. Тальк утяжелял их, карбонат кальция вступал в реакцию с разрушителем, а кремнеземная пудра подошла идеально: не склеивается, не утяжеляет и не реагирует с составом. Капсула работает в два этапа: во время закачки вода понемногу вымывает разрушитель — гель начинает распадаться; когда закачку останавливают и давление падает, пласт сдавливает капсулы — они лопаются и выпускают остаток реагента, полностью разрушая гель.
Испытания показали: при 150°C за полтора часа выходит 82% активного вещества — этого хватает для очистки. При давлении 50 МПа 81% капсул остаются целыми во время закачки, а при 90°C гель дольше сохраняет нужную вязкость — как раз столько, сколько требуется для работы.
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.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что придуман способ обеспечить бесперебойную добычу нефти на Крайнем Севере.