Ученые разработали «зеленые» реагенты для добычи нефти из отходов растений
Бурение — единственный способ добычи подземных углеводородов, но традиционные буровые растворы на основе нефтехимии создают серьезную экологическую угрозу. Их токсичные отходы отравляют почву и грунтовые воды, нанося долгосрочный ущерб экосистемам и здоровью людей. В качестве решения разрабатываются «зеленые» альтернативы: биоразлагаемые компоненты из отходов сельского хозяйства, растительных масел и природных полимеров, а также наночастицы. Однако у них есть недостатки: органические составы не всегда устойчивы к температурным условиям в скважинах, а нанотехнологии — дороги и не всегда экологичны. Это препятствует массовому переходу на безопасные методы. Ученые Пермского Политеха совместно с международными исследователями разработали новые классы реагентов для нефтедобычи, сочетающие биоразлагаемые компоненты с наночастицами. Данные составы сокращают вредные утечки более чем на 31% и при этом полностью разлагаются, не нанося ущерба природе.
Бурение скважин — это единственный физический метод, позволяющий добраться до подземных углеводородных ресурсов. Поскольку доступ к ним остается критически важным для мировой экономики, объемы таких работ в мире стабильно растут. Согласно прогнозам, к 2026 году ежегодно будут осваиваться около 60 000 новых объектов.
По сути, это строительство многослойной трубы, уходящей на километры вглубь. Специальная буровая установка разрушает породу мощной вращающейся головкой (долотом). Параллельно в скважину непрерывно закачивается буровой раствор, который охлаждает инструмент, выносит на поверхность образующийся шлам и создает давление, предотвращающее обрушение стенок и выброс нефти и газа. По мере углубления ствол укрепляется стальными обсадными трубами, которые цементируются, формируя прочную и безопасную конструкцию.
Главная проблема заключается в том, что традиционный буровой раствор, от которого зависит успех всей этой сложной операции, сам по себе становится источником долгосрочной экологической угрозы. Для выполнения своих функций в его состав включают синтетические полимеры и химические реагенты на нефтяной основе. После использования тысячи кубометров этой токсичной жидкости вместе с захваченной горной породой образуют опасные отходы, которые медленно разлагаются, отравляя почву и грунтовые воды.
В свою очередь, это запускает цепную реакцию для всей экосистемы. Токсины, попадая в водоносные горизонты, снижают качество питьевой воды и наносят ущерб сельскому хозяйству. Загрязнение ведет к деградации мест обитания, накоплению ядов в растениях и потере биоразнообразия. Таким образом, негативное воздействие отходов становится долгосрочной угрозой для здоровья людей и устойчивости природы в регионах бурения.
На сегодня существуют решения, направленные на смягчение этой проблемы. Основной путь — поиск и внедрение биоразлагаемых добавок, которые могут заменить опасные компоненты в составе бурового раствора. В качестве таких используются природные материалы: например, отходы сельского хозяйства (кожура цитрусовых, скорлупа орехов, жмых), растительные масла (рапсовое, льняное) вместо нефтяных, а также природные полимеры вроде ксантановой камеди (загуститель, который производят бактерии). Их ключевое преимущество — способность распадаться в окружающей среде на безопасные вещества (углекислый газ, вода, биомасса) после завершения работ.
Другой, более технологичный подход — использование наночастиц (микроскопических частиц оксидов металлов или кремния) для кардинального улучшения свойств раствора: они хорошо «запечатывают» поры и выдерживают высокие температуры. Однако у каждого подхода есть свой существенный недостаток: простые растительные отходы часто не выдерживают экстремальных условий в глубоких скважинах — высоких температур и давлений, теряя работоспособность. А сами по себе наночастицы, хоть и эффективны, часто требуют сложного и дорогого производства, не всегда являясь полностью «зелеными». Эта разрозненность создает технологический барьер для широкого промышленного применения экологичных решений.
Ученые Пермского Политеха совместно с международными коллегами разработали новые классы реагентов для добычи нефти, которые сочетают в себе биоразлагаемые добавки с наночастицами. Статья опубликована в журнале «Journal of Molecular Liquids».
Сначала специалисты изучили десятки исследований, чтобы систематизировать все известные «зеленые» добавки — от простой картофельной кожуры до сложных биополимеров. Основной задачей было понять, какие комбинации природных материалов и наночастиц могут обеспечить эффективную и стабильную работу бурового раствора в широком диапазоне условий — от умеренных до экстремально высоких температур (свыше 150°C), характерных для глубоких скважин.
— Мы выяснили, что ключевой принцип заключается во взаимном усилении грубых растительных частиц и микроскопических наноусилителей. Первые создают прочный каркас, а вторые, как умный герметик, заполняют мельчайшие трещины и поры, которые не под силу более крупным частицам, — рассказал Дмитрий Мартюшев.
В результате исследователи разработали серию из трех конкретных готовых реагентов — точных «рецептов» для бурового раствора.
— Один из наиболее эффективных — это гибридная композиция на основе порошка из семян дикорастущего растения гунделии и наностержней оксида цинка. Порошок из гунделии здесь работает как структурная основа, а наночастицы, которые ученые синтезируют экологичным способом с помощью растительных экстрактов, выступают в роли усилителя. Вместе они создают мощный реагент, который удерживается в скважине, не уходя в породу, даже при сильном нагреве, — пояснил Дмитрий Мартюшев.
В отличие от обычных синтетических наноматериалов, которые высокоэффективны, но часто токсичны, наночастицы в этом реагенте созданы «зеленым» методом и не отравляют геологическую среду. Таким образом, разработка превосходит простые материалы по результативности, а обычные синтетические добавки — по безопасности.
Для решения других технологических задач ученые разработали реагенты на альтернативной основе. Для улучшения вязкости и контроля фильтрации они создали состав на основе нанобиополимера из обычной пшеничной муки. Ее измельчение до наноразмеров превращает ее в ультрамелкий порошок, который не только стабилизирует реологические свойства раствора (текучесть и вязкость), но и значительно сокращает его потери в пласт.
По сравнению с синтетическими полимерами этот аналог работает экологичнее, так как производится из возобновляемого сырья и безопаснее разлагается. В то время как грубые природные добавки (простая молотая кожура или необработанный крахмал) часто недостаточно эффективны, наноразмерная структура обеспечивает более высокую результативность, стабильное и экономичное действие, формируя в жидкости однородную систему.
Однако для экстремальных условий — например, в скважинах с температурами от 150–200 °C — потребовалось более сложное решение. Ученые создали комбинацию из натуральной трагакантовой камеди (природного загустителя) с наночастицами оксида цинка. Такая добавка делает раствор значительно гуще и резко сокращает его вредные утечки в породу, что критически важно для безопасного бурения на больших глубинах. В отличие от чистой трагакантовой камеди, которая при таких температурах быстро разлагается и теряет свои загущающие свойства, наночастицы цинка стабилизируют ее структуру, выступая термостойким каркасом.
В итоге все разработанные реагенты значительно улучшают рабочие характеристики раствора, снижая вредные утечки на 31% и более, но при этом сохраняют способность к быстрому и безопасному разложению в окружающей среде.
Тем не менее, все эти инновации касаются именно добавок. Для фундаментального решения экологической проблемы также необходимо менять саму основу бурового раствора — токсичную нефтяную жидкость.
— В качестве полноценной замены можно использовать эфиры масла черного тмина или миндаля. Эти жидкости способны полностью заменить токсичное дизельное топливо в составе бурового раствора. По своим рабочим характеристикам — смазывающей способности и стабильности — они сопоставимы с традиционными нефтяными продуктами. Однако их ключевое преимущество — экологичность. Такие биоосновы разлагаются в природных условиях на 80–90% всего за несколько недель, в то время как дизельные фракции могут отравлять почву и грунтовые воды годами, — добавил Дмитрий Мартюшев.
Все это позволяет не только решить проблему токсичных отходов бурения, но и значительно упростить и удешевить их утилизацию, снижая экологические риски и финансовые издержки для компаний.
Таким образом, созданные реагенты и базовые жидкости позволяют не только сохранить высокую технологическую эффективность процесса бурения, но и кардинально снизить его вред для природы. Решается проблема токсичных отходов, упрощается и удешевляется их утилизация, что ведет к снижению как экологических рисков, так и финансовых издержек для компаний.
Telegram 
Дзен 
VK Паразитические организмы иногда не учитывают, что сами могут оказаться целью паразита более высокого уровня. Сосредотачивая все свои силы на инфицировании и размножении, они остаются беззащитными перед агрессивным специализированным нахлебником.
В нижних и верхних слоях Урана астрономы впервые зарегистрировали угарный газ и циановодород. Новые данные указали на то, что недра планеты могут быть значительно обогащены кислородом. Это открытие поможет разрешить давнюю загадку о том, сформировался ли Уран иначе, чем его ближайший сосед Нептун, или их образование шло по схожему сценарию.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина разработали технологию изменения структуры молекул нефти с помощью энергии кавитационных полей, которые создаются при воздействии ультразвука. Технология позволяет облагораживать нефть, меняя ее физико-химические характеристики и снижая долю нежелательных составляющих веществ. Для проведения полевых испытаний ее реализовали в мобильном исполнении с применением управляемых ультразвуковых полей. Разработанное исследовательское оборудование может применяться на любом месторождении, включая удаленные и труднодоступные.
Паразитические организмы иногда не учитывают, что сами могут оказаться целью паразита более высокого уровня. Сосредотачивая все свои силы на инфицировании и размножении, они остаются беззащитными перед агрессивным специализированным нахлебником.
Интригующие испытания высотного ракетного двигателя Raptor Vacuum для корабля Starship, верхней ступени сверхракеты Илона Маска, парадоксальны. Его работа на уровне моря уже сама по себе загадка. Ведь, по классическим представлениям, высотные двигатели на уровне моря корректно не работают. А сопло RaptorVAC на наземном стенде извергает реактивную струю без всяких признаков нарушения работы. Как такое может быть?
В нижних и верхних слоях Урана астрономы впервые зарегистрировали угарный газ и циановодород. Новые данные указали на то, что недра планеты могут быть значительно обогащены кислородом. Это открытие поможет разрешить давнюю загадку о том, сформировался ли Уран иначе, чем его ближайший сосед Нептун, или их образование шло по схожему сценарию.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вначале Reuters опубликовал статью о взаимоотношениях SpaceX и Пентагона, которую миллиардер --- традиционно для его отношений с этим изданием — назвал фейком. Опровергая ее тезисы, он обнародовал информацию, не представленную ранее публично.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно