Российские и китайские ученые создали керамические капсулы-разрушители для добычи трудноизвлекаемой нефти. Новые капсулы выдерживают экстремальные условия на глубине 5 км, не разрушаются преждевременно и втрое дешевле пластиковых аналогов. Это позволит удешевить процесс гидроразрыва пласта.
Добыча трудноизвлекаемой нефти становится все более актуальной для России. Если в 2010 году ее доля составляла около 20 %, то сегодня она превысила 60 %, а к середине века, по прогнозам, достигнет почти 90 %. Старые месторождения выработаны, новые залежи находятся в плотных породах, где нефть самостоятельно не движется к скважине. Ее приходится извлекать принудительно — с помощью гидроразрыва пласта.
В скважину под давлением нагнетают вязкую жидкость, которая раскалывает породу. Чтобы трещины не смыкались, в поток добавляют твердые микрочастицы — пропант. После завершения операции гель, служивший транспортом для этих частиц, необходимо удалить. Иначе он забивает поры и перекрывает путь нефти. Для этого применяют специальные реагенты-разрушители, которые помещают в капсулы с отсроченным действием.
Проблема в том, что традиционные пластиковые капсулы на глубине 4–5 км не выдерживают условий: температура там достигает 150 °C, а давление сопоставимо с океанским дном. Пластик размягчается, разрушитель высвобождается слишком рано, и эффективность теряется. К тому же при производстве такие капсулы слипаются, покрытие ложится неравномерно, что снижает надежность.
Решение предложили исследователи Пермского Политеха совместно с китайскими коллегами. Они создали капсулы из геополимерной керамики — материала, получаемого из глинистого сырья и металлургических отходов с последующим обжигом при высоких температурах. Готовая керамика не плавится, не деформируется и сохраняет прочность даже в самых жестких условиях.
В полые керамические микросферы под вакуумом закачали концентрированный раствор разрушителя. Емкость составила почти 37 % активного вещества — отличный показатель. Сверху нанесли тонкий слой фенольной смолы с добавлением кремнеземной пудры. Это покрытие не разъедается продуктами разложения реагента и надежно удерживает содержимое до нужного момента.
Капсулы действуют поэтапно. На стадии закачки вода из геля постепенно просачивается через микротрещины в оболочке и вымывает часть вещества — гель начинает разрушаться. Когда давление падает, пласт сдавливает капсулы, они растрескиваются, и оставшийся реагент полностью удаляет гель из пор.
Испытания подтвердили заявленные характеристики. При максимальной температуре за полтора часа высвобождается 82% активного компонента — этого достаточно для полной очистки. Под давлением 50 МПа целыми остаются 81% капсул, что гарантирует их сохранность во время нагнетания. Кроме того, гель сохраняет нужную вязкость на час-полтора дольше, чем с обычными разрушителями.
Экономический эффект тоже значим: тонна новых капсул стоит около 105 тысяч рублей, тогда как пластиковые аналоги обходятся в 390–650 тысяч. При этом материал пригоден для хранения — за три месяца при комнатной температуре активность падает всего на 2 %.
Предложенная технология решает сразу несколько задач: капсулы выдерживают экстремальные условия, срабатывают в нужное время, дешевле существующих аналогов и могут храниться без существенной потери свойств. Это делает их перспективными для промышленного освоения трудноизвлекаемых запасов.
Читайте также: Созданы гибкие экраны рекордной яркости для носимой электроники