Физики напечатали на 3D-принтере искусственную породу для добычи нефти

Работа опубликована в журнале Results in Engineering. Разработка синтетических аналогов пористой породы — кернов — актуальная задача для исследований в области нефтеотдачи. Они используются для изучения фильтрации, насыщения, проницаемости и других свойств породы. Природные керны дорого извлечь на поверхность, а главное — они дают низкую воспроизводимость экспериментов. Синтетические керны дешевы в изготовлении, однородны и одинаковые по структуре, поэтому эксперименты на их основе стабильны. Создание типичных образцов горных пород критические важно для исследований в нефтегазовой промышленности, геотехнической инженерии и других областях, в первую очередь для контроля качества лабораторных измерений.

«Основная цель нашей работы — создание технологий для повышения нефтеотдачи. Для этого идеально подходит моделирование, но модели надо подтверждать на эксперименте. Наш опыт с реальными образцами керна подсказывает, что там могут проявляться множественные эффекты (забивка пор мобилизованной глиной, невозможность воссоздать естественные граничные условия, прочие ошибки эксперимента и тому подобное), а на простых искусственных образцах можно исследовать различные процессы раздельно.

А для этого надо решить проблему создания искусственных образцов с известными свойствами. К сожалению, методы печати пока не позволяют решить всех проблем, но они бурно развиваются, и мы надеемся, что уже в ближайшее время мы сможем не только создавать модели, но и печатать образцы с любыми физическими свойствами», — рассказал Кирилл Герке, директор по науке Центра вычислительной физики ЛФИ.

Физики напечатали синтетические керны из полимерной смолы с использованием стереолитографии. Полученные изделия тестировались на воспроизводимость смачиваемости, проницаемости и эффективность вытеснения жидкости природных пород в моделируемых подземных условиях.

Напечатанные на 3D-принтере керны продемонстрировали нейтральную смачиваемость к воде и сильную — к конденсату. Смачиваемость характеризует способность поверхности притягивает или отталкивает жидкость. Нейтральная смачиваемость указывает на слабую гидрофобность поверхности. А конденсат (углеводородная жидкость) полностью растекался по поверхности, что означало сильную смачиваемость.

Еще одной характеристикой керна является проницаемость — способность породы пропускать жидкости и газы. Во время исследований в образце появлялись дефекты, влияющие на прохождение жидкости сквозь него. После обработки проницаемость стала стабильна и равна 40 Дарси, что по прежнему много для реальной породы. Для лабораторных исследований стабильность свойств образцов является ключевой характеристикой.

В третичном методе нефтедобычи нефть вытесняется из пласта породы с помощью газа азота или углекислотой. Ученые провели эксперимент по вытеснению конденсата азотом, в результате которого извлекли 88% жидкости из синтетического керна. Этот показатель подтверждает, что данный керн моделирует вытеснение близко к природному.

Дальнейшие исследования показали механическую и термическую устойчивость изделий в условиях идентичным подземным резервуарам. Это доказывает, что разработанные керны — эффективные аналоги природных кернов. Их использование потенциально значительно уменьшит затраты на подбор методов увеличения добычи.

Синтетические керны, напечатанные на 3D-принтере, являются перспективной альтернативой природным образцам для исследований в области нефтедобычи. Они обеспечивают воспроизводимость, настраиваемые свойства и, как надеются ученые, в будущем — высокую точность. Технология 3D-печати может масштабироваться для экономически эффективного тестирования методов нефтедобычи.

В работе участвовали ученые из Центра вычислительной физики Физтех-школы физики и исследований имени Ландау МФТИ, Университета Персидского залива (Иран), Института физики Земли имени О.Ю. Шмидта РАН.

ФизТех

689 статей

Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram