Бурение остаётся единственным способом добраться до подземных углеводородов, и число скважин в мире продолжает расти. При этом классические буровые растворы на нефтехимической основе создают долгосрочную экологическую угрозу: их отработанные объёмы с шламом медленно разлагаются и загрязняют почву и грунтовые воды.
Чтобы уменьшить ущерб, исследователи Пермского Политеха совместно с зарубежными коллегами разработали новые «зелёные» реагенты на основе растительных отходов и наночастиц. Как сообщается в статье в Journal of Molecular Liquids, такие составы снижают потерю раствора в пласт более чем на 31% и при этом биоразлагаются без вреда для окружающей среды.
Авторы напоминают, что в «зелёной» химии бурения уже применяют отходы сельского хозяйства (цитрусовая кожура, скорлупа орехов, жмых), растительные масла и природные полимеры вроде ксантановой или трагакантовой камеди. Однако простые органические добавки часто не выдерживают температур свыше 150 °C. Наночастицы оксидов металлов и кремния обеспечивают высокую эффективность и термостойкость, но их синтез обходится дорого и не всегда может считаться экологичным.
Учёные систематизировали известные решения и пришли к выводу, что перспективен гибридный подход. Крупные растительные частицы создают каркасную структуру, а наноразмерные усилители закрывают микропоры и трещины. На этой основе предложено три варианта реагентов.
Первый — композиция из порошка семян гунделии и наностержней оксида цинка. Грубо измельчённое растительное сырьё образует прочный каркас, а наночастицы, полученные с помощью растительных экстрактов, повышают термостойкость и герметизирующую способность. Второй вариант — нанобиополимер на основе пшеничной муки, измельчённой до наноразмеров. Такой порошок стабилизирует вязкость раствора и уменьшает его фильтрацию по сравнению с обычными растительными добавками.
Для скважин с температурами 150–200 °C создан состав из трагакантовой камеди и наночастиц оксида цинка. Природный загуститель при таких условиях обычно быстро разрушается, однако наночастицы формируют термостойкий «каркас», сохраняющий его свойства.
Разработчики отмечают, что все предложенные реагенты произведены из возобновляемого сырья и способны разлагаться до безвредных компонентов. Дополнительно в качестве экологичной замены нефтяной основы рассматриваются эфиры масел чёрного тмина и миндаля. Они сопоставимы с дизельными фракциями по смазывающим характеристикам, но разрушаются в среде на 80–90% за несколько недель.
По оценке авторов, сочетание биоразлагаемых реагентов и таких базовых жидкостей может заметно уменьшить объём токсичных отходов бурения, упростить их утилизацию и снизить экологические риски без потери технологической эффективности, сообщает naked-science.ru.
Читайте также: