Об этом сообщается в статье, опубликованной в международном журнале «Construction and Building Materials».
Контекст
Добыча трудноизвлекаемой нефти требует проведения гидроразрыва пласта: в скважину под высоким давлением закачивают жидкость, создающую трещины в породе. Чтобы трещины не смыкались после снижения напора, вместе с жидкостью вводят твердые частицы - пропант, выполняющие роль распорок. Жидкость, преобразованную в гель для равномерного распределения пропанта, после завершения операции необходимо удалять, иначе она закупоривает поры и останавливает добычу. Для разрушения геля применяют химические реагенты.Существующие пластиковые капсулы, защищающие разрушитель и обеспечивающие отсрочку его действия, не выдерживают экстремальных условий на глубинах 4-5 км, где температура достигает 150°C, а давление сопоставимо с условиями на дне океана. Пластик в таких условиях размягчается, оболочки теряют герметичность или разрушаются раньше времени. Кроме того, при производстве пластиковые капсулы склонны слипаться, что приводит к неравномерному распределению защитного слоя и нестабильной работе изделий.
Российско-китайская разработка решает эти проблемы с использованием геополимерной керамики.
Геополимеры - это неорганические материалы, часто керамические, образующиеся в результате реакции алюмосиликатных материалов (например, глины) с щелочным или кислотным раствором.
Технология производства геополимеров:
- используемое сырьё: глинистое сырьё и металлургические отходы;
- химическая обработка: реакция алюмосиликатов с щелочными/кислотными растворами (геополимеризация);
- создание полых микросфер с контролируемой пористостью;
- термическая обработка при 800–900 оC для придания твёрдости и устойчивости к экстремальным условиям;
- наполнение под вакуумом микросферы активным веществом;
- покрытие микросферы слоем фенольной смолы с кремнезёмной пудрой для замедления процесса высвобождения реагента и предотвращения слипания.
Капсулы на основе геополимерной керамики
Новые капсулы изготовлены из геополимерной керамики, полученной из глинистого сырья и отходов металлургии с последующим обжигом при 800-900°C. Материал обладает высокой прочностью, не плавится и не деформируется при температурах до 150°C и давлении 50 МПа, что соответствует условиям на глубине 5 км. Керамика позволяет создавать полые микросферы с контролируемой пористостью.Профессор С. Чернышов, заведующий кафедрой «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ, доктор технических наук, пояснил, что в геополимерные микросферы под вакуумом добавлен концентрированный раствор разрушителя, достигая высокой вмещающей способности - почти 37% активного вещества. Для обеспечения отсрочки действия разрушителя микросферы покрыты тонким слоем фенольной смолы с добавлением кремнеземной пудры. Фенольная смола выбрана как наиболее устойчивая к химическому воздействию и экстремальным температуре и давлению. Кремнеземная пудра предотвращает слипание капсул при производстве, не утяжеляя их и не вступая в реакцию с содержимым.
Новая капсула работает в два этапа. Сначала во время закачки геля вода проникает через микротрещины в покрытии, постепенно вымывая активное вещество и начиная разрушать гель. Затем при остановке процесса и падении давления капсулы раздавливаются, высвобождая остатки реагента и полностью разрушая гель. Испытания показали, что при 150°C за 1,5 ч высвобождается 82% активного вещества, а при давлении 50 МПа 81% капсул остаются целыми. При 90°C гель сохраняет вязкость на 60-90 мин дольше, чем с обычным разрушителем, что достаточно для завершения процесса.
Стоимость новых керамических капсул составляет около 8 тыс. юаней (примерно 105 тыс. руб.) за тонну, что в 3-4 раза ниже стоимости пластиковых аналогов (30-50 тыс. юаней, или 390-650 тыс. руб.). Кроме того, капсулы обладают хорошей стабильностью при хранении. Профессор Х. Лиу из Китайского нефтяного университета в городе Циндао отметил, что технология позволяет производить партии, складировать и поставлять продукцию на промыслы без существенной потери качества.
Доля трудноизвлекаемой нефти в России неуклонно растет: с около 20% в 2010 г. до 63% в 2025 г., и по прогнозам, к 2050 г. она достигнет 87%. Истощение старых «легких» месторождений и открытие новых в более сложных геологических условиях делают разработку трудноизвлекаемой нефти все более актуальной.
Автор: А. Шевченко
