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. Работа опубликована в журнале Results in Engineering.
Разработка синтетических аналогов пористой породы — кернов — актуальная задача для исследований в области нефтеотдачи. Они используются для изучения фильтрации, насыщения, проницаемости и других свойств породы. Природные керны дорого извлечь на поверхность, а главное — они дают низкую воспроизводимость экспериментов. Синтетические керны дешевы в изготовлении, однородны и одинаковые по структуре, поэтому эксперименты на их основе стабильны. Создание типичных образцов горных пород критические важно для исследований в нефтегазовой промышленности, геотехнической инженерии и других областях, в первую очередь для контроля качества лабораторных измерений.
«Основная цель нашей работы — создание технологий для повышения нефтеотдачи. Для этого идеально подходит моделирование, но модели надо подтверждать на эксперименте. Наш опыт с реальными образцами керна подсказывает, что там могут проявляться множественные эффекты (забивка пор мобилизованной глиной, невозможность воссоздать естественные граничные условия, прочие ошибки эксперимента и т. п.), а на простых искусственных образцах можно исследовать различные процессы раздельно. А для этого надо решить проблему создания искусственных образцов с известными свойствами. К сожалению, методы печати пока не позволяют решить всех проблем, но они бурно развиваются, и мы надеемся, что уже в ближайшее время мы сможем не только создавать модели, но и печатать образцы с любыми физическими свойствами», — рассказал Кирилл Герке, директор по науке Центра вычислительной физики ЛФИ.
Физики напечатали синтетические керны из полимерной смолы с использованием стереолитографии. Полученные изделия тестировались на воспроизводимость смачиваемости, проницаемости и эффективность вытеснения жидкости природных пород в моделируемых подземных условиях.
Напечатанные на 3D-принтере керны продемонстрировали нейтральную смачиваемость к воде и сильную — к конденсату. Смачиваемость характеризует способность поверхности притягивает или отталкивает жидкость. Нейтральная смачиваемость указывает на слабую гидрофобность поверхности. А конденсат (углеводородная жидкость) полностью растекался по поверхности, что означало сильную смачиваемость.
Еще одной характеристикой керна является проницаемость — способность породы пропускать жидкости и газы. Во время исследований в образце появлялись дефекты, влияющие на прохождение жидкости сквозь него. После обработки проницаемость стала стабильна и равна 40 Дарси, что по прежнему много для реальной породы. Для лабораторных исследований стабильность свойств образцов является ключевой характеристикой.
В третичном методе нефтедобычи нефть вытесняется из пласта породы с помощью газа азота или углекислотой. Ученые провели эксперимент по вытеснению конденсата азотом, в результате которого извлекли 88 % жидкости из синтетического керна. Этот показатель подтверждает, что данный керн моделирует вытеснение близко к природному.
Дальнейшие исследования показали механическую и термическую устойчивость изделий в условиях идентичным подземным резервуарам. Это доказывает, что разработанные керны — эффективные аналоги природных кернов. Их использование потенциально значительно уменьшит затраты на подбор методов увеличения добычи.
Рисунок. а) Синтетические керны до контакта с нефтяными жидкостями; b) 60-дневный процесс контакта с нефтяными жидкостями; c) Синтетические керны до контакта с нефтяными жидкостями. Источник: журнал Results in Engineering
Синтетические керны, напечатанные на 3D принтере, являются перспективной альтернативой природным образцам для исследований в области нефтедобычи. Они обеспечивают воспроизводимость, настраиваемые свойства и, как надеются ученые, в будущем — высокую точность. Технология 3D-печати может масштабироваться для экономически эффективного тестирования методов нефтедобычи.
_________________________________
В работе участвовали ученые из Центра вычислительной физики Физтех-школы физики и исследований им. Ландау МФТИ, Университета Персидского залива (Иран), Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН.
