#нефтедобыча

Современная экономика остро зависит от стабильности топливно-энергетического комплекса. Однако его основа, нефтедобыча, сталкивается с истощением легкодоступных запасов. Для оценки их потенциала инженеры используют геолого-гидродинамическое моделирование, позволяющее испытывать стратегии разработки в виртуальной среде и создавать цифровых двойников месторождений. Тем не менее, традиционные подходы к проектированию, основанные на двумерных картах, не дают точной информации о строении пластов. Это ведет к неоптимальной расстановке скважин и потере значительных объемов нефти. Ученые Пермского Политеха разработали методику генерирования множества 3D-моделей с возможностью выбора наиболее достоверных, описывающих реальное геологическое строение месторождений. Исследование позволяет существенно сократить неопределенность в оценке нефтяных запасов и уменьшить количество моделей для анализа.

Пока традиционные месторождения Западной Сибири постепенно истощаются, будущее российской нефтедобычи все больше связывают с новыми центрами — суровыми регионами Восточной Сибири и Арктики. Однако нефть в таких условиях напоминает скорее холодный деготь, чем текучее «черное золото» традиционных скважин. Чтобы заставить ее двигаться к скважине, требуется прогревать целые нефтяные залежи прямо в недрах земли — например, закачивая в них горячий пар. Но в условиях вечной мерзлоты этот процесс напоминает отопление дома с открытыми настежь окнами: большая часть тепла тратится впустую, при растапливая многолетнемерзлые породы. Это грозит обвалом скважины, поломкой оборудования и крупными экологическими авариями в уязвимых северных экосистемах. Решение нашли ученые Пермского Политеха, создавшие виртуальный двойник скважины с точностью прогноза 95%. Разработка позволит рассчитать идеальный режим прогрева, который растопит нефть, но сохранит мерзлоту — и защитит скважину от разрушения.

Нефть — горючая жидкость из углеводородов, которая накапливается в подземных пористых породах внутри специальных геологических ловушек. Вопреки распространенному представлению, она не образует подземных озер, а распределена в микроскопических пустотах. Эта особенность существенно осложняет добычу — традиционные технологии позволяют извлечь не более 40% запасов, так как молекулярные силы прочно удерживают сырье в природных резервуарах. При этом современные технологии повышения нефтеотдачи также имеют серьезные недостатки. Например, термические подходы требуют значительных энергозатрат, газовые технологии — дорогостоящих реагентов, а химические составы теряют свои действия из-за поглощения породой и создают экологические риски. Для решения этой проблемы ученые Пермского Политеха разработали экологически безопасную наножидкость, позволяющую эффективно извлекать до 70% запасов.

Добывающие компании по всему миру ежегодно теряют миллиарды рублей из-за необходимости прерывать работу для проведения исследований и отслеживания состояния месторождений. Традиционные гидродинамические и геофизические методы мониторинга требуют многодневных остановок скважин и приводят к значительным финансовым потерям из-за недополучения больших объемов полезных ископаемых. Ученые Пермского Политеха создали программный комплекс для непрерывной оценки проницаемости нефтяных пластов с помощью искусственного интеллекта. Технология демонстрирует точность 99,7% и позволяет выявлять изменения на месторождениях в реальном времени.

Основу российской экономики составляют природные ресурсы, которые обеспечивают отраслевое развитие страны. Ключевыми условиями эффективной добычи углеводородов являются непрерывная работа скважин и хорошие фильтрационно-емкостные свойства горной породы околоскважинной зоны пласта. Однако из-за перепадов давления и температуры вещества, которые содержатся в нефти, засоряют горные породы, что снижает дебит скважины. При этом традиционные технологии удаления парафинов требуют остановки работы скважин и затрат на реагенты. Ученые Пермского Политеха разработали ультразвуковую технологию, которая позволяет очищать нефтяные скважины от парафиновых отложений без остановки добычи и применения химических реагентов. Уникальность метода заключается в точном подборе резонансных частот, которые эффективно разрушают пробки, не повреждая саму породу. Практическая польза — повышение эффективности работы низкодебитных скважин на 50-70%.

Безопасность нефтегазовой инфраструктуры России критически зависит от устойчивости оснований резервуаров. Ежегодно десятки аварий происходят из-за просадки глинистых грунтов, занимающих до 50% территории страны, которые под нагрузкой необратимо деформируются. Ученые Пермского Политеха разработали решение, позволяющее с точностью более 99% прогнозировать просадку на весь срок службы объекта, используя единственный параметр — показатель текучести глины. Этот подход позволяет не просто реагировать на последствия, а заранее предотвращать угрозу, обеспечивая как экономическую эффективность, так и экологическую безопасность для миллионов людей.

Нефтяные пласты содержат множество мелких пустот и полостей, которые заполнены не только углеводородами, но и водой. Она может занимать до 70% их объема. Для точного расчета запасов нефти и планирования эффективной добычи важно заранее определять количество воды в породе. Традиционно это рассчитывается с помощью трудоемких и дорогостоящих испытаний образцов породы в лабораториях. Но при работе со сложными неоднородными пластами они не всегда дают точные результаты. Ученые Пермского Политеха и Иранского Университета Персидского залива разработали инновационный метод качественной оценки водонасыщенности нефтяных коллекторов с использованием машинного обучения. Комплексное исследование позволило выявить наиболее оптимальный алгоритм, который превосходит традиционные подходы, обеспечивая точность прогноза до 99,5%.

В ПНИПУ разработали и запатентовали компактный блочно-модульный комплекс для производства метанола непосредственно на месторождениях, что позволяет удешевить его получение в 3-4 раза по сравнению с закупкой у крупных производителей. Эта технология решает проблему дефицита и высокой стоимости доставки метанола на удаленные промыслы, устраняет необходимость в сложной инфраструктуре и особых условиях хранения, а также помогает предприятиям соблюдать экологические стандарты, перерабатывая попутный газ в ценное сырье вместо его сжигания. Универсальность установки позволяет производить не только метанол для собственных нужд, но и другую продукцию газохимии, адаптируя производство под конкретные задачи, что особенно актуально для малых и изолированных месторождений с перспективой масштабирования до 40 тысяч тонн в год.

Ученые Пермского Политеха разработали экологичный метод очистки сильно загрязненных нефтедобычей почв (буровых шламов) с помощью специально подобранных растений. Такие культуры, как фацелия и злаковые травы, показали высокую эффективность, адаптировались к токсичной среде и обеспечили снижение концентрации вредных веществ (нефтепродуктов, тяжелых металлов, солей) до 40%. Этот природный способ, в отличие от традиционных физико-химических методов, не создает вторичного загрязнения и перспективен для восстановления поврежденных промышленных земель.

Специалисты Школы естественных наук ТюмГУ разработали стационарную и нестационарную модели развития трещины автогидроразрыва нефтяного пласта. Они позволяют однозначно определить длину трещины из баланса расхода закачиваемой жидкости и оттока из трещины в пласт. Обе модели основаны на использовании законов сохранения массы и импульса, а также краевого условия, соответствующего балансу притока и оттока суспензии.

Коллектив ученых из Центра вычислительной физики МФТИ с коллегами разработали алгоритм PANDA-NN, автоматизирующий расчет контактного угла в системе жидкость-жидкость-твердое тело. Этот подход упрощает расчет и повышает воспроизводимость исследований смачивания в наномасштабе. Алгоритм особенно полезен для оптимизации нефте- и газодобычи.

По данным Минтруда, добыча полезных ископаемых — одна из самых опасных отраслей: 7,3% производственных травм и 7,1% смертельных случаев. Почти половина профзаболеваний (46,2%) приходится на добывающую промышленность, включая 6,9% онкологических. Шахтеры особенно уязвимы из-за работы в условиях высокой температуры, плохой вентиляции и токсичных веществ. Ученые Пермского Политеха разработали новый метод проветривания, поддерживающий безопасные условия в нефтяных шахтах.

Более половины нефтяных запасов России относятся к трудноизвлекаемым, когда нефть находится в микроскопических порах плотных горных пород глубоко в недрах земли. Обычные методы добычи не справляются, поэтому прибегают к нетрадиционным. Один из таких – кислотный гидроразрыв, когда в пласт закачивают специальный раствор под большим давлением. Он вступает в химическую реакцию с минералами, растворяет их и создает новые трещины для лучшего движения нефти к скважине. Но на глубине в экстремальных условиях обычные составы работают плохо: проникают неглубоко, оставляют вредные осадки. Ученые Пермского Политеха вместе с китайскими коллегами разработали новую уникальную «умную» кислоту. Она не только сама умеет находить путь в труднодоступные места пласта, но также термоустойчивее на 14% и полностью разлагается, не загрязняя скважину. Это решение повысит эффективность добычи, уменьшит экологическую нагрузку, а также на 55% снизит эксплуатационные потери раствора по сравнению с аналогами.

Нефть находится в бензине, которым заправлен ваш автомобиль. В пластике смартфона, который вы держите в руках. В асфальте под колесами, в лекарствах домашней аптечки, в косметике, еде и синтетической ткани одежды. Но мало кто задумывается, какой путь проходит нефть, прежде чем стать частью повседневности. Ученые Пермского Политеха рассказали, почему даже с учетом самых современных технологий мы можем извлечь только 30-40% запасов нефти, а остальное остается в недрах земли, и какова цена ошибки — почему добыча с некоторых месторождений может привести к экологическим катастрофам и техногенным авариям.

Более половины нефтяных запасов в России состоит из высоковязкой нефти, которую трудно добыть. Проблему решают применением специальных нагревателей, которые повышают температуру нефти, делая ее более текучей. Но в таких случаях важно понимать, как именно и до какой температуры можно производить нагрев, чтобы это не привело к лишним затратам, перегреву насосного оборудования и авариям. Ученые Пермского Политеха исследовали процесс тепломассопереноса в нефтяной скважине с использованием источника тепла разной длины и мощности в призабойной части. Результаты позволят в 14 раз снизить вязкость нефти, обеспечить бесперебойную работу оборудования и увеличить уровень добычи нефти.

Специалисты центра изучения недр «Геосфера» извлекают из образцов грунта все необходимые данные о действующих и перспективных месторождениях нефти. Рутинные операции с керном делегированы роботам. Умные помощники трудятся 24/7 и позволяют исследователям сосредоточиться на научных и технологических задачах.

Международный коллектив ученых создал аналог пористой породы для исследований в области нефтеотдачи. Это открывает путь к надежным и доступным лабораторным тестам в нефтегазовой и петрофизической сфере.

Ученые ТюмГУ проанализировали влияние конфигурации и свойств пласта и технологического режима эксплуатации скважин на коэффициент извлечения нефти. По мнению исследователей, эти факторы можно рассматривать как определяющие для выбора наиболее эффективной стратегии разработки.

Более 65% нефтедобывающих скважин эксплуатируются штанговыми насосными установками. Однако в условиях роста обводнения породы и истощения месторождений они затрачивают большое количество электроэнергии для эффективной выкачки ресурсов. Поэтому сейчас остро стоит вопрос оптимизации работы установок, чтобы снизить энергопотребление при прежнем уровне добычи нефти. Ученые Пермского Политеха разработали инновационный способ балансировки станка-качалки — ключевого элемента нефтяного насоса. Методика позволит на 7% снизить энергопотребление и на 10% — нагрузку на двигатель, что значительно сократит эксплуатационные затраты и продлит срок службы оборудования.

Ученые ПНИПУ и ИПНГ РАН создали виртуальную копию нефтяной скважины для прогнозирования изменения напряжений в пласте после кислотной обработки. Она позволит правильно рассчитать последствия от применения подобных технологий и определить риски снижения прочности породы. Это поможет предотвратить остановку производства и повысить продуктивность нефтедобычи.