Герои нашей серии публикаций — резиденты «Энерготехнохаба Петербург». Они превращают смелые идеи в инженерные решения. Команда LABADVANCE создает микрочипы, повторяющие структуры горных пород. О том, как устроена «лаборатория на чипе», рассказывает генеральный директор инновационной компании Алексей Черемисин.
О том, как медицинская технология пригодилась в энергетике
Наша технология выросла из микрофлюидики — науки, которая описывает поведение малых объемов и потоков жидкости. Такой подход давно применяют в медицине — в знакомых каждому экспресс-тестах, где капля вещества движется по каналам и вступает в реакцию с реагентом, а результат мы видим почти мгновенно. Этот же принцип дает возможность исследовать технологические процессы в энергетической отрасли. Например, то, как жидкости и газы ведут себя внутри нефтяных пластов.
Современная добыча нефти строится именно на управлении потоками в пласте. Сначала в него закачивают воду — она вытесняет на поверхность около 40% нефти. Остальное приходится извлекать с помощью реагентов, полимеров, поверхностно-активных веществ или газов, которые изменяют свойства нефти и характер ее движения в породе. Таких «помощников» закачивают под землю с определенным давлением и температурой — параметры заранее просчитывают в лаборатории.
Для этого проводят эксперименты на керне — образце горной породы, который поднимают с большой глубины (обычно около трех километров). Каждый такой объект уникален, а исследований нужно провести много. На помощь приходят микрофлюидные чипы — кремниевые двойники керна, которые по своим параметрам полностью повторяют образец и детально отражают его характеристики. Таких чипов можно изготовить тысячи — и проводить на них лабораторные эксперименты с очень небольшими объемами жидкости.
О виртуальных копиях
Для того чтобы получить микрофлюидный чип, необходимо создать цифровой двойник керна. С помощью рентгеновского компьютерного томографа образец породы просвечивают и создают его трехмерную виртуальную копию.
Копию воспроизводят на стеклянном или кремниевом микрофлюидном чипе методом литографии: при помощи света или электронного пучка на материале формируют микроскопические каналы. Получается двухмерный физический двойник керна — миниатюрная модель пласта. Структура внутри чипа при этом детально повторяет характеристики настоящего керна.
Такие микрочипы можно делать сотнями и даже тысячами: в результате ученые получают идентичные образцы керна, на которых проводят эксперименты.
О том, как работает «лаборатория на чипе»
Разные типы микрочипов воссоздают разные элементы нефтяного пласта. Один копирует пóровое пространство — сеть микроканалов, имитирующих пути движения нефти и воды в реальной породе. Другой — отражает пористый каркас породы, его матрицу. Третий воспроизводит трещины гидроразрыва пласта — они образуются, когда в горную породу жидкость закачивают под высоким давлением.
Сотрудник «Геосферы» работает с микрочипами
Сотрудник «Геосферы» работает с микрочипами
Сотрудник «Геосферы» работает с микрочипами
Сотрудник «Геосферы» работает с микрочипами
При экспериментах на чипах можно увидеть, как жидкость или реагенты вытесняют нефть, а также оценить эффективность гидроразрыва. Кроме того, «лаборатории на микрочипе» дает возможность определить минимальное давление, при котором газ полностью смешается с нефтью и вытеснит ее на поверхность максимально эффективно. Все эти данные нужны инженерам, чтобы подобрать нужные реагенты и оценить потенциал добычи на конкретном месторождении.
О будущем микрофлюидных технологий
Сегодня микрофлюидные решения продолжают набирать популярность: индустрии нужны новые точные инструменты, а стартапам, которые занимаются микрофлюидикой, необходимы акселераторы и связи с промышленными партнерами, чтобы довести идею до внедрения. Для этого важно посещать не только узконаучные, но и отраслевые конференции, на которых ученые встречаются с потенциальными индустриальными партнерами и инвесторами.
В нашем случае такой точкой роста стало участие в профильных конференциях, а также сотрудничество с «Энерготехнохабом Петербург». Разговор с инвестором в перерыве между выступлениями спикеров открыл путь к инвестициям. Я просто объяснил суть технологии, но этого хватило, чтобы заинтересовать профессионалов и открыть путь к инвестициям. Иногда достаточно нескольких ясных предложений, чтобы человек понял практическую ценность решения.
Оригинал статьи и другие материалы об энергетике читайте на сайте журнала «Энергия+».