Нефтегазовая отрасль остается для России стратегически важной, и сегодня ее развитие особенно значимо. В последнее время университеты страны предлагают нефтяникам все больше новейших разработок, многие из которых уже сегодня применяются как в разведке новых месторождений углеводородов, так и в их добыче, сообщает Минобрнауки России.
Тепловые карты для геологов
Геофизики Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского федерального университета (КФУ) в сотрудничестве с учеными Кильского университета (Германия) создали первую в России трехмерную геотермальную модель. Она построена на основе разработанных ранее карт теплопроводности, радиоактивности, теплового потока земной коры и мантии Волго-Уральского региона. С ее помощью геологи могут открывать новые месторождения углеводородов. Ученые считают, что в Волго-Уральском регионе процессы их образования и накопления тесно связаны со структурой теплового поля. И крупные месторождения, как правило, расположены в зонах повышенных температур.
"Эти карты позволили нам рассчитать температуру земной коры в любой точке и создать с использованием математических методов трехмерную модель распределения температуры в земной коре Волго-Уральского региона", - пояснил старший преподаватель ИГиНГТ КФУ, инженер НИЛ изучения бассейнов нефтегазонакоплений Научного центра мирового уровня "Рациональное освоение запасов жидких углеводородов планеты" Игорь Огнев.
Анализ полученных данных позволит прояснить, как образуется нефть, как она накапливается и мигрирует. Игорь Огнев считает, что разработанная геотермальная модель поможет понять процесс формирования месторождений нефтегазоносной Волго-Уральской провинции, а также осуществлять поиск новых месторождений углеводородов. Ученые КФУ уверены, что подход с использованием подобных тепловых моделей может быть полезен и для поиска месторождений в других регионах России.
Интеллектуальное бурение
В то же время преподаватели Тюменского индустриального университета (ТИУ) совместно со специалистами компании "НИК ИНТЭК" создали аппаратно-программный комплекс Smartwells Stream. Как утверждают разработчики, эта система с помощью элементов искусственного интеллекта способна удаленно проводить мониторинг процесса бурения скважин, чтобы максимально снизить риск аварийности и соблюсти технику безопасности. "Одно из главных преимуществ комплекса - совместимость с любым программным обеспечением, в том числе российским. Программный комплекс способен собирать, обрабатывать и анализировать большие объемы информации, при этом ручной труд практически исключается. При выявлении проблем система на основе полученных данных сама предложит оптимальные пути решения", - рассказал руководитель проекта, доцент кафедры бурения нефтяных и газовых скважин ТИУ Игорь Яковлев.
Сейчас аппаратно-программный комплекс проходит опытно-промышленные испытания. Коммерческую версию системы Smartwells Stream разработчики планируют выпустить уже в 2024 году.
Модернизация буровых растворов
Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с коллегами из Института химии и химической технологии СО РАН в свою очередь изучили влияние лигнинов - химически модифицированных добавок, изготовленных из отходов древесины - на свойства буровых растворов, использующихся для бурения нефтяных и газовых скважин. Они пришли к выводу, что крупнотоннажные отходы деревоперерабатывающих предприятий, в том числе лигнины, могут улучшать свойства буровых растворов. В частности, добавление лигнинов в буровые растворы дает возможность эффективно управлять их свойствами, влиять на вязкость и текучесть. С другой стороны, такое применение древесных отходов помогает решать вопрос утилизации этого материала.
"Добавки модифицированного лигнина в буровые растворы на глинистой основе имеют разжижающий эффект. Достаточно добавить их при концентрации 2% по массе, чтобы снизить эффективную вязкость раствора более чем в пять раз при низких скоростях сдвига. Мы полагаем, что использование гидролизного лигнина - это хорошая практика, которая позволяет получать недорогие и экологически безопасные компоненты буровых растворов и одновременно утилизировать „трудные“ отходы лесопромышленного комплекса", - пояснил руководитель исследования, директор Института инженерной физики и радиоэлектроники Андрей Минаков.
Контролируемая вязкость
В том же Сибирском федеральном университете предложили и новый подход к определению вязкости вещества. Вязкость - важный параметр для нефти, который оказывает влияние как на ее добычу, так и на дальнейшую переработку, а также необходим для понимания процессов, происходящих на месторождениях. Используемые сегодня стандартные методы определения и мониторинга вязкости нефти дорогие, занимают много времени, а иногда и просто невыполнимы технически из-за того, что химически нефть неоднородна и представляет собой смесь различных углеводородов.
"Вязкость - одно из основных физических свойств любой жидкости, будь это фоторезисторы, масла в двигателях, нефть, вода и ее растворы, а также биологические жидкости (межклеточная и спинномозговая жидкость, лимфа, цитозоль)", - рассказал младший научный сотрудник лаборатории физико-химических технологий разработки трудноизвлекаемых запасов углеводородов СФУ Антон Якимов.
Для более быстрого и точного измерения вязкости ученые СФУ предлагают использовать микрофлюидный вискозиметр - прибор для определения динамической или кинематической вязкости вещества. Разработанный сибирскими учеными вискозиметр работает благодаря использованию так называемых вихрей Дина. Это "поперечные" потоки, возникающие в изогнутом канале, по которому движется жидкость. Проведенные эксперименты и численное моделирование показали, что предложенная методика может применяться в проточных системах, таких как нефтяные скважины или даже в системах переливания крови.