Учёные Пермского Политеха совместно с международными коллегами разработали новые классы «зелёных» реагентов для буровых растворов, которые делают нефтедобычу экологичнее. В составах сочетаются биоразлагаемые компоненты из растительного сырья и наночастицы. По данным авторов работы, такие реагенты сокращают вредные утечки раствора в пласт более чем на 31% и при этом полностью разлагаются в природной среде. Статья опубликована в журнале Journal of Molecular Liquids.
Традиционные буровые растворы создают серьёзную экологическую нагрузку. В них используют синтетические полимеры и нефтехимические добавки, а тысячи кубометров отработанной жидкости с частицами породы превращаются в токсичные отходы, загрязняющие почву и грунтовые воды. Это ухудшает качество питьевой воды, наносит ущерб сельскому хозяйству и экосистемам в районах бурения.
Ранее предлагались две альтернативы: биоразлагаемые компоненты из отходов сельского хозяйства, растительных масел и природных полимеров, а также наночастицы оксидов металлов и кремния. Органические добавки экологичны, но часто не выдерживают экстремальных температур и давлений в глубоких скважинах. Наноматериалы, напротив, эффективны и термостойки, но дороги, сложны в производстве и не всегда безопасны.
Команда Пермского Политеха проанализировала десятки исследований «зелёных» добавок — от простой кожуры картофеля до сложных биополимеров — и сформулировала принцип взаимного усиления: грубые растительные частицы создают каркас, а наночастицы работают как «умный» герметик, заполняя мельчайшие трещины и поры. На этой основе учёные предложили три конкретных рецептуры.
Один из наиболее эффективных вариантов — гибрид из порошка семян дикорастущего растения гунделии и наностержней оксида цинка. Порошок формирует структуру, а наночастицы, синтезированные «зелёным» способом с использованием растительных экстрактов, повышают термостойкость и герметизирующие свойства. Такой реагент устойчив к высоким температурам и не уходит в породу.
Для улучшения вязкости и снижения фильтрации создан нанобиополимер на основе обычной пшеничной муки. При измельчении до наноразмеров мука превращается в ультрамелкий порошок, стабилизирующий реологию раствора и уменьшающий потери в пласт. Ещё одна композиция для температур 150–200 °C сочетает трагакантовую камедь с наночастицами оксида цинка: наночастицы поддерживают структуру природного загустителя и предотвращают его разрушение при нагреве.
Авторы подчёркивают, что разработанные реагенты не решают проблему полностью, пока основой раствора остаются нефтепродукты. В качестве экологичной замены они рассматривают эфиры масла чёрного тмина или миндаля, которые по смазывающим и стабильностным характеристикам сопоставимы с дизельным топливом, но разлагаются в природных условиях на 80–90% за несколько недель. В совокупности новые добавки и «зелёные» базовые жидкости позволяют сохранить эффективность бурения и одновременно снизить экологический и финансовый ущерб от утилизации отходов, сообщает naked-science.ru.
Читайте также: