#нефтедобыча

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.

Россия, добывая порядка 10,8 миллиона баррелей нефти в сутки, зависит от бесперебойной работы тысяч скважин. Однако этот процесс часто нарушается из-за образования парафиновых, солевых и асфальтеновых отложений в нефтяных трубах. Эти пробки не только останавливают добычу, но и наносят значительные финансовые потери, делая предотвращение и устранение этих образований одной из ключевых задач нефтедобывающей отрасли. Существующие методы борьбы с отложениями — механическая очистка, промывка горячими агентами и химическая профилактика — требуют остановок скважин или недостаточно эффективны. Ключевая проблема — отсутствие синхронизации насоса и дозатора реагентов, что приводит к перерасходу химикатов при простоях и их нехватке при работе, снижая эффективность профилактики. Ученые Пермского Политеха разработали погружное устройство с дозировочным насосом, работающим от вала скважинного электродвигателя. Это решение в два-три раза увеличивает время эффективной концентрации реагента и на 15-30% сокращает его расход по сравнению с аналогами.

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.