Буровой раствор — то, без чего невозможно пробурить ни одну скважину. Но значительная его часть уходит через трещины в горной породе, и компании ежегодно теряют сотни миллионов рублей. Учёные Пермского Политеха совместно с исследователями из Китая и Саудовской Аравии впервые в мире создали гель, который ликвидирует утечки прямо в процессе бурения. Об этом сообщили в пресс-службе ПНИПУ.
Для создания нефтяных и газовых скважин инженеры бурят тысячи метров горных пород с использованием специализированного оборудования и бурового раствора. Этот жидкий химический состав охлаждает буровое долото, смазывает механические части и поддерживает давление на стенки скважины, предотвращая их обрушение.
Горные породы неоднородны и содержат зоны с трещинами и пустотами, через которые раствор проникает глубоко в землю. В некоторых слоях потери достигают более 10% от общего объёма закачки, что составляет тысячи кубометров дорогостоящей жидкости. Компании страдают не только от перерасхода реагентов, но и от простоев, вызванных необходимостью остановки оборудования для устранения утечек.
Для борьбы с утечками применяются цементные растворы и полимерные гели. Однако они могут застывать либо слишком рано, препятствуя работе инструментов, либо слишком поздно, не успевая перекрыть трещины.
Новый «умный» гель трансформируется в сверхпрочный полимер именно в момент достижения зоны утечки. Основной компонент — вещество на базе алюминия, способное превращать жидкость в устойчивый полимер. Для защиты от агрессивной среды учёные соединили его с оксидом цинка, который действует как защитная оболочка, предотвращая преждевременную реакцию при низких температурах. Когда гель попадает в глубокие горячие пласты, связь между оксидом цинка и алюминием разрывается, активное вещество высвобождается и преобразуется в прочный гель.
«Чтобы проверить, насколько эффективно работает новое решение, мы провели серию экспериментов. Для этого использовали стеклянные трубки, заполненные кварцевым песком, который имитирует трещиноватую породу. Сначала через образцы пропускали воду, измеряя их проницаемость, затем закачивали гель и оставляли его при разных температурах — от 30 до 90 градусов Цельсия, что соответствует условиям глубоких скважин», — рассказал Сергей Чернышов, заведующий кафедрой «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ, доктор технических наук.
Исследования продемонстрировали, что гель сохраняет свою текучесть более двух часов, что позволяет безопасно доставить его к месту утечки, не опасаясь закупорки насосного оборудования. Полное застывание происходит примерно через три часа. Эффективность перекрытия составляет свыше 90%, что в 1,5 раза превышает показатели аналогов. Гель также выдерживает более высокие температуры, работая до 120°C, в то время как большинство существующих материалов разрушаются при 80–90°C. Кроме того, материал отличается более низкой себестоимостью благодаря использованию доступного оксида цинка и является экологически безопасным. Публикация статьи состоялась в международном журнале «Гели».
Пермские учёные работают не только с буровыми растворами, но и с технологиями обработки хрупких материалов. Как рассказывала интернет-газета «ЖУК», учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали эффективный способ сверления хрупкого кварца, который позволяет избежать сколов и трещин.