Исследователи Института инженерной физики и радиоэлектроники и Института нефти и газа Сибирского федерального университета (СФУ) изучили, как свойства и концентрация деструкторов влияют на скорость разрушения наномодифицированных гелей, применяющихся в технологии гидроразрыва пласта.
Технология гидроразрыва пласта предполагает, что в скважину под высоким давлением закачивают высоковязкую жидкость (гель), которая создает в породе трещины для улучшения проницаемости пласта. Однако после гидроразрыва гель необходимо убрать из трещины, иначе он останется в пласте и забьет поры и трещины в породе, через которые нефть поступает в скважину. Для этого применяют специальные химические составы — деструкторы (в нефтяной отрасли их еще называют «брейкеры»), обеспечивающие разрушение гелей. Они вступают в реакцию с полимером геля и «разбивают» длинные полимерные цепочки на мелкие, более подвижные фрагменты. В результате вязкость геля резко падает, и он легко фильтруется из трещины, покидая скважину.
«Технология гидроразрыва пласта появилась в середине прошлого века. Изначально в качестве жидкостей для разрыва использовали довольно примитивные смеси. По мере развития технологии применяют все более сложные системы, в том числе полимерные гели. И тут же возникла потребность в средствах, которые бы контролируемо разрушали эти гели после выполнения их задачи. Деструкторы стали активно внедрять, когда гидроразрыв пласта стал массовым и технологичным методом нефтедобычи. Сейчас инженеры тщательно подбирают тип брейкера под конкретные пластовые условия (давление, температура, минерализация и так далее) и под тип полимера, на основе которого приготовлен гель», — рассказал один из авторов исследования, доцент кафедры бурения нефтяных и газовых скважин СФУ, старший научный сотрудник лаборатории физико-химических технологий разработки трудноизвлекаемых запасов углеводородов СФУ Владимир Жигарев.
В процессе работы ученые уделили особое внимание процессу разрушения ранее предложенных ими гелей на основе гуаровой смолы, исследовали влияние химических деструкторов гелей на реологические свойства наномодифицированных гуаровых гелей.
«Мы использовали распространенные промышленные деструкторы и смотрели, как они будут влиять на созданные в нашей лаборатории наномодифицированные гели для гидроразрыва пласта. В качестве нанодобавок рассмотрели сферические наночастицы диоксида кремния различного размера и нановолокна оксида алюминия. Изучали, как изменится вязкость этих гелей при добавлении наночастиц, как они себя поведут, когда начнет действовать деструктор. И благодаря этим исследованиям мы выяснили, что кинетикой деструкции наномодифицированных полимерных гелей можно эффективно управлять, варьируя концентрацию, размер и морфологию наночастиц», — пояснил еще один из авторов исследования, научный сотрудник лаборатории физико-химических технологий разработки трудноизвлекаемых запасов углеводородов СФУ Максим Пряжников.
По словам ученых, полученные экспериментальные результаты будут полезны для совершенствования рецептуры гелей для гидроразрыва пласта, помогут подобрать оптимальный состав, тип и концентрацию брейкеров, чтобы они могли успешно разрушать гели, когда те отработают и создадут необходимые трещины в нефтеносном пласте. Все это, в конечном итоге должно снизить расходы на нефтедобычу.
В перспективе авторы планируют создать более устойчивые гели, которые можно будет использовать в сложных пластовых условиях, в которых обычные гели неэффективны.
Исследование выполнено при грантовой поддержке Российского научного фонда.
