Москва, 30 мар - ИА Neftegaz.RU. Газпром нефть НТЦ совместно со Сколковским институтом науки и технологий реализует (Сколтех) проект по созданию новых сверхтвердых материалов для резцов бурового долота.
Отечественная разработка сможет составить конкуренцию импортным продуктам, снизив стоимость производства буровых долот на 10-30%, а также станет прорывом для других отраслей - строительства, горной промышленности, приборостроения.
Уже получены 1е перспективные образцы новых сверхтвердых материалов.
В России резцы для долот из сверхтвердых материалов банально не производятся, поэтому новая разработка - это импортозамещение в чистом виде.
Около 30 лет таких прорывов технологии изготовления резцов не было.
Традиционно использовался идеальный материал для резцов бурового долота - это алмаз, который является самым твердым веществом.
Вместе с тем, у алмаза есть ряд существенных технологических недостатков:
- является хрупким материалом и для его производства требуется колоссальное давление в 60 тыс атмосфер (6Гпа) и температура в 1500-1700 оС;
- механически обработать алмаз ничем, кроме алмаза, невозможно, поэтому производить из него продукцию очень дорого и трудозатратно.
Алмазные резцы не всегда нужны при бурении.
К примеру в песчаных породах можно нередко обойтись без алмазной твердости, но требования к износоустойчивости остаются.
Газпром нефть НТЦ разрабатывает новые сверхтвердые материалы, которые по свойствам должны не сильно уступать алмазу по твердости и трещиностойкости, но были бы гораздо дешевле в производстве (синтезироваться при более низких давлениях и/или температуре).
Для решения этой задачи НТЦ использует российскую инновацию USPEX - это метод компьютерного предсказания кристаллических структур, основанный на эффективном эволюционном алгоритме, разработанном группой во главе с профессором А. Огановым из Сколтеха.
В коде также реализованы:
- альтернативные методы (случайный поиск, метадинамика, улучшенный алгоритм оптимизации роя частиц);
- методы поиска механизмов превращений кристаллических структур (метод упругой ленты с переменной ячейкой, метод TPS).
USPEX сопряжен со многими программами для DFT и классических расчетов, в тч VASP, SIESTA, GULP, Quantum Espresso, CP2K, CASTEP, LAMMPS, используемых для расчета энергий и релаксации структур.
Преимущества метода USPEX:
- работа без лабораторного синтеза, выход на проектирование с уже имеющимися данными о материале;
- позволяет предсказывать составы стабильных соединений и соответствующие им кристаллические структуры полностью неэмпирическим поиском, при произвольных давлениях и температурах, исходя из знания только химического состава материала. Такой подход позволяет анализировать множество образцов в цифровом виде без их изготовления;
- способен предсказывать структуры низкоразмерных материалов: наночастиц, полимеров, поверхностей, межзеренных границ и 2D-кристаллов;
- способен эффективно работать с молекулярными кристаллами (в тч содержащими довольно сложные молекулы);
- позволяет предсказывать широкий набор метастабильных структур и проводить расчеты с использованием различной информации о системе.
В феврале 2018 г были получены 1е перспективные образцы новых сверхтвердых материалов.
После проведения исследований их свойств наиболее перспективные варианты будут изготовлены в Институте физики высоких давлений РАН в г Троицке.
Проведение 1х скважинных испытаний долот с новыми материалами пройдет до конца 2018 г.
Генеральный директор Газпром нефть НТЦ М. Хасанов отметил, что для того чтобы оставаться технологическим лидером отрасли, Газпром нефть постоянно разрабатывает новые подходы к решению производственных задач.
Создание новых материалов - это одна из наиболее интересных и перспективных областей науки, в которой мы ожидаем технологические прорывы в ближайшем будущем.
Появление новых веществ с управляемыми свойствами может существенно изменить не только нефтяное хозяйство, но и стать импульсом для модернизации многих других отраслей промышленности, также пояснил он.
Прочитать новость in English.
