И предложение заключалось в применении одной из программ имитационного моделирования методом молекулярной динамики применительно к моделированию процесса сушки вновь синтезированного каучука с последующим поиском наилучших условий (температура, давление, продолжительность, возможно снятие характеристик диффузии и пр.). На такое предложение непосредственному начальнику получил ответ, что не требуется; а предложив руководителю того офиса... Тот обратился к моему непосредственному руководителю - и очередное "нет. Спустя некоторое время предложил и директору центра э... заводской лабоработории занятся исследованиями в таком направлении, конечно, на платной основе для меня. Но и здесь - тоже "нет", и это при том, что, вроде бы, Сбербанк совместно с тем предприятием решил заняться теми исследованиями через полгода после дня, когда предложил тому директору.

* - Рекомендую искать справочники по физ-свойствм воды при различных состояниях.

Строительство нефтяных скважин происходит с помощью бурения горной породы. Специальная техника разрушает ее слои и образует отверстие, через которое позже добывают полезные ископаемые. Для промывки скважины и инструмента от частиц породы (шлама) используют буровой раствор, который под сильным давлением вымывает все лишнее. Но из-за того, что пласт содержит различные трещины, часто жидкость уходит в них, а не поднимается по скважине. В результате пласт поглощает в себя большой объем бурового раствора. Если его потеря становится слишком значительной, то это называют катастрофическим поглощением. Оно приводит к остановке строительства и большим затратам на исправление ситуации. Сейчас применяются различные составы, которые изолируют трещиноватые пласты, но ни один из них не эффективен для сильных поглощений. Ученые ПермНИПИ нефть и Пермского Политеха разработали новый изоляционный материал на основе цемента и «сшитого» полимера. Такая комбинация адаптируется к особенностям структуры пласта и предотвращает осложнения при строительстве скважин.

Статья опубликована в журнале «Записки горного института. Геотехнология и инженерная геология», 2024 год. Исследования выполнены при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSNM-2023-0005).

В процессе бурения в скважину под сильным давлением подается специальная промывочная жидкость, которая очищает от частиц выбуренной породы и охлаждает нагревающийся инструмент. Поток бурового раствора должен быть непрерывным, однако если он попадает в большие пустоты и трещины в породе, то нарушается его циркуляция, ухудшается промывка скважины, расходуется время и материалы на приготовление новых объемов жидкости. Поглощение становится катастрофическим при значительном расходе бурового раствора – более 15 кубических метров в час. Такое характерно для пород с наличием больших карстовых провалов и крупных трещин в пласте. Такие поглощения часто встречаются на месторождениях республики Коми и Западной Сибири.

Низко- и среднеинтенсивные поглощения успешно изолируются с помощью стандартных технологий. Изоляция же катастрофических зон достигается за счет постепенного заполнения пустотного пространства тампонажными (перекрывающими) материалами, например, на основе цемента. Но их применение не всегда эффективно, так как цементный раствор под действием гравитации сильно растекается, не закупоривая трещины. Из-за этого для достижения нужного результата приходится проводить много таких операций и закачивать в скважину большой объем материала, что финансово невыгодно.

Повышение вязкости, исключающее растекание, характерно для составов на основе сшитых полимеров (их молекулы «сшиваются» между собой, образуя более плотную связанную структуру). Они создают упругий гель без водоотдачи и способны адаптироваться к различному объему канала. Но под действием давления затвердевшая структура такого геля разрушается. Получается, на сегодняшний день ни один из известных изоляционных составов не обеспечивает эффективную блокировку зон высокоинтенсивных поглощений.

Ученые филиала ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПермНИПИнефть» и Пермского Политеха разработали новый состав, объединив свойства сшитого геля и цементного раствора. Он предотвращает растекание материала, выдерживает давление, возникающее при строительстве скважины, а также способен адаптироваться к структуре трещиноватого пространства пласта.

– Наш сшивающийся тампонажный изоляционный материал (СТИМ) – это комбинация цемента и «сшитого» полимера. После смешивания состав проходит три фазовых перехода: в скважину он закачивается как жидкость и в таком же состоянии движется по бурильным трубам. В нижней части колонны происходит «сшивка», и в зону поглощения состав попадает уже в упругом состоянии, что не дает ему растекаться по трещиноватой полости. После материал затвердевает и набирает прочность, которая позволяет ему противостоять гидродинамическим давлениям, возникающим при последующем процессе строительства скважины, – объясняет аспирант кафедры «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ Андрей Предеин.

– Необходимые свойства обеспечиваются за счет использования базового состава (цемент, жидкость затворения, функциональные добавки) и полимера. Такая комбинация позволяет нам получить однородную смесь, у которой плотность и время загустевания могут быть подобраны в соответствии с конкретными геолого-технологическими условиями путем добавления обычных добавок к цементу – реагентов замедлителей, – поделился доцент кафедры «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ, кандидат технических наук Александр Мелехин.

По словам ученых филиала ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПермНИПИнефть» и Пермского Политеха, разработанный состав соответствует всем требованиям для изоляции зон катастрофических поглощений, а также отличается коротким сроком схватывания (5 минут) и устойчивостью к размыву в условиях движения пластовых вод. Его применение позволит значительно сократить объемы закачанных изоляционных составов, а также сроки борьбы с осложнениями при строительстве скважин.

Ежедневно в мире совместно с нефтью из скважины добывается огромное количество воды, что сильно влияет на эффективность ее работы. Для снижения обводненности существует множество технологий. Одна из последних – закачка суспензии с полимерными гранулами, которые набухают в воде и при этом становятся мягкими и эластичными. Это свойство позволяет частицам проникать в пласт, запечатывать зоны, по которым движется вода, и вовлекать в работу те, где осталась нефть. Особенность технологии – применение полимерных гранул разного диаметра под конкретные условия месторождения. Ученые Пермского Политеха разработали состав полимерного микрогеля и выяснили, какие параметры при изготовлении влияют на размер и форму частиц. Исследование позволит синтезировать подобные вещества не только для применения в нефтедобыче, но и для медицинской и косметической индустрии.

Ранее был получен грант Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых. Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Сшитые полимерные гели – распространенная практика при нефтедобыче. Суть технологии заключается в закачке раствора полимера на основе акриламида и солей хрома. Они уже в условиях пласта сшивают (связывают) молекулы полиакриламида и образуют сплошную пробку, которая блокирует воду. Такой метод применяется на «зрелых» месторождениях, где необходимо повысить эффективность добычи нефти.

Но этот способ приводит к блокировке не только обводненных частей пласта, но и нефтеносных, разблокировать которые в последствие очень трудно. Альтернативная и более безопасная технология – применение частиц предварительно сшитых полимерных гелей. В пласт закачивается суспензия с полимерными частицами, которые при контакте с водой набухают и становятся эластичными. Такой подход хорошо блокирует воду и практически не влияет на нефтеносную часть, поскольку частицы физически не могут проникнуть в низкопористый участок.

Если пласт имеет большую проницаемость, например, более 500 мД, то для приготовления суспензии используют макрогели – частицы с большим диаметром (более 200 мкм), а если низкую – то микрогели. Благодаря вязкоупругим свойствам частицы проникают в высокопроницаемые слои и блокируют их.

– Микрогели – это частицы полимера размером от 0,1 до 100 мкм, что сопоставимо с человеческим волосом. Они обладают уникальной реакцией на изменение температуры, кислотности среды и ионной силы раствора, в котором находятся. На сегодняшний день интерес к ним в мире быстро растет. Помимо нефтедобычи, они применяются в медицине, косметике и пищевой промышленности. В России изучением микрогелей, способом их получения и внедрением в практику занимается крайне ограниченный круг специалистов, – рассказывает кандидат технических наук, доцент кафедры химических технологий ПНИПУ Юлия Рожкова.

Один из наиболее распространенных способов синтеза микрогелей — эмульсионная полимеризация, которая позволяет контролировать размеры частиц и структуру геля во время приготовления. На это влияет концентрация важнейших составляющих эмульсии – эмульгатора и дисперсионной среды (вещество, где равномерно распределены маленькие частицы продукта). Изучив их влияние и определив оптимальные концентрации, ученые Пермского Политеха подобрали эффективные условия для получения микрогелей нужного размера.

– По итогу наших исследований мы выявили оптимальные условия получения микрогелей методом эмульсионной полимеризации. Эксперименты показали, что размер частиц и структура суспензии сильно зависят от таких факторов, как природа дисперсионной среды, концентрации эмульгатора и его состава. Все эти параметры можно использовать для управления характеристиками получаемых микрогелей, чтобы адаптировать их под те или иные задачи, – объясняет Юлия Рожкова.

Ученые ПНИПУ отмечают, что помимо нефтедобычи, дальнейшие исследования микрогелей в России позволят использовать их для создания новых материалов с различными функциональными характеристиками, например, в качестве носителей лекарственных веществ, косметических компонентов, катализаторов, сенсоров, заменителей мягких тканей человека (имплантатов) и других приложений.