Более половины нефтяных ресурсов России классифицируются как трудноизвлекаемые, поскольку нефть заключена в микроскопических порах плотных горных пород, расположенных на большой глубине. Традиционные способы добычи в таких условиях неэффективны, поэтому используются нетрадиционные технологии. К ним относится кислотный гидроразрыв, предполагающий закачку специального раствора в пласт под высоким давлением. Вступая в химическую реакцию с минералами, он растворяет их, формируя новые трещины, что способствует более эффективному движению нефти к скважине. В экстремальных условиях на больших глубинах стандартные материалы демонстрируют низкую эффективность: 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.
Статья представлена в журнале «Scientific Reports», 2025.
В настоящее время добыча углеводородов осуществляется из глубоко залегающих, плотных горных пород, характеризующихся высокой температурой (до 160 градусов) и сложной, неоднородной структурой, препятствующей проницаемости. Из-за медленного притока нефти в таких условиях в пласт вводят специальные кислотные растворы, которые растворяют горные породы и формируют новые каналы для транспортировки флюида.
Обычные кислотные растворы демонстрируют неэффективность в экстремальных условиях. Для обеспечения равномерного протекания химической реакции растворения минералов и постепенного продвижения состава необходимо, чтобы процесс проходил постепенно. Однако при высоких температурах кислота проявляет избыточную активность. В результате она растворяет преимущественно пористые породы, расположенные вблизи стенок скважин, в то время как более плотные и удаленные породы остаются нерастворенными. Это также приводит к снижению эффективности кислотной обработки, поскольку кислота нейтрализуется у стенок скважин и не способствует образованию необходимых трещин в пласте на глубине. В настоящее время исследователи работают над созданием новых составов, которые смогут эффективно функционировать в сложных условиях глубоких месторождений.
Ученые Пермского Политеха в сотрудничестве с китайскими коллегами разработали уникальную кислоту, способную самостоятельно прокладывать маршрут в труднодоступные области, формируя протяженные каналы для добычи нефти. После выполнения своей функции кислота удаляется, не оставляя в пласте вредных отложений. «Умные» свойства кислоты обусловлены использованием в ее составе поверхностно-активных веществ».
Это химические соединения, способствующие лучшему соприкосновению нефти с горной породой. Жидкие составы на их основе могут применяться без дополнительных компонентов. Они также легко разрушаются под воздействием сырой нефти или природного газа, что предотвращает значительное негативное воздействие на пласт. Применение данных веществ позволяет регулировать высоту трещин, увеличивать их протяженность и уменьшать трение в трубопроводе, благодаря чему они эффективны для глубокой высокотемпературной обработки пласта.
– Поверхностно-активные вещества в 5-15% растворе соляной кислоты формируют вязкоупругую и экологически безопасную структуру. Механизм ее действия заключается в следующем: при попадании в нефтеносный пласт молекулы создают множество частиц, значительно увеличивающих вязкость состава до 50 мПа·с, что придает ему гелеобразные свойства. В отличие от других подобных решений, он не проникает только в породы с высокой проницаемостью, а равномерно растворяет минералы и формирует сеть трещин. После обработки, под воздействием нефти или пластовой воды, вязкость геля существенно снижается до менее чем 10 мПа·с. Это позволяет раствору стать более текучим, что, при запуске скважины в эксплуатацию, обеспечивает легкое извлечение его остатков, исключая закупоривание трещин и загрязнение пласта – так поясняет Владимир Поплыгин, директор Когалымского филиала ПНИПУ, кандидат технических наук.
В ходе эксперимента было проведено сопоставление новой кислоты с аналогичными веществами. Полученные данные свидетельствуют о том, что благодаря способности к образованию геля, разработанное соединение на 55% уменьшает потери раствора. Это позволяет сократить потребление вещества и обеспечивает формирование более протяженных трещин в продуктивном слое.
– По словам Владимира Поплыгина, скорость химической реакции между разработанным составом и горной породой оказалась ниже, чем у гелевой и обычной соляной кислоты. Это свидетельствует о том, что состав на основе поверхностно-активных веществ обеспечивает достаточно медленное и стабильное разрушение породы.
Разработанный состав, по мнению экспертов, отличается хорошей совместимостью с соляной кислотой и сохраняет устойчивость при воздействии высоких температур. При температуре 160 градусов, типичной для глубокозалегающих нефтяных пластов, он поддерживает повышенную вязкость, в то время как другие кислотные системы демонстрируют эффективность лишь при 140 градусах. Это свидетельствует о повышении термостойкости разработки на 14,3%.
Ученые из ПНИПУ и Китая разработали инновационное экологически безопасное вещество, которое расширяет возможности извлечения труднодоступных запасов углеводородов. Этот новый «умный» кислотный раствор демонстрирует высокую эффективность при гидроразрыве пласта и способен стать важным средством для увеличения нефтедобычи в сложных геологических условиях.