Сохранение нефтяного потенциала и обеспечения технологической независимости страны тесно связано с развитием методов освоения трудноизвлекаемых запасов и повышением коэффициента извлечения нефти. Ученые из Сургутского государственного университета занялись разработкой модели динамического воздействия на пласт с использованием наночастиц в рамках государственного задания по теме «Моделирование гидродинамических процессов с наночастицами для решения задачи повышения нефтеотдачи пласта».
Мировые запасы легкодобываемой нефти снижаются, значительная ее часть остается недобытой, запертой в порах пород – она может прилипнуть к стенкам, застрять в узких каналах и не вымываться водой или специальными растворами. У специалистов, работающих над нефтедобычей, есть понятие – коэффициент извлечения нефти (КИН), показывающий, сколько извлечено запасов нефти в процентном соотношении к геологическим запасам, оставшимся в недрах земли.
Для повышения КИН используются различные методы. Ученые из Научно-образовательного центра Политехнического института СурГУ под руководством Сергея Мартынова, доктора физико-математических наук, профессора, главного научного сотрудника, предложили использовать жидкость с наночастицами из-за механизмов ее взаимодействия с жидкой и твердой фазой в ячейках пористой среды. Ее свойства зависят от материала, размера, формы частиц и наличия примесей. Они выяснили, что применение наночастиц приводит к увеличению вязкости системы вблизи стенок пор породы. Это было подтверждено расчетами, сделанными на основе математической модели, разработанной Сергеем Ивановичем вместе с аспирантами. Модель реализована в виде программного продукта, позволяющего использовать доступные вычислительные устройства и не требующего больших вычислительных затрат.
«Вычисления показали, что из-за взаимодействия частиц со стенкой эффективная вязкость всей системы в целом вблизи стенки больше, чем вдали от нее. А если вязкость больше, то при определенных условиях и сила трения со стороны жидкости на стенку тоже увеличивается. Это позволяет предполагать, что такие жидкости (наножидкости) будут лучше вытеснять нефть из пристеночных зон в коллекторе», – поделился Сергей Иванович.
Теперь специалисты понимают: когда жидкость становится более вязкой, то возникает трение, способное вытолкнуть прилипшую или застрявшую нефть, а также заставить ее двигаться в нужном направлении. Лабораторные исследования на кернах подтверждают такой результат.
«Приведенная работа дает объяснение этому факту через механизм гидродинамического взаимодействия частиц и стенки. Зная механизм воздействия, можно создавать наножидкости с необходимыми свойствами для более полного вытеснения нефти из пласта, то есть повышать коэффициент извлечения нефти», – подчеркнул Сергей Иванович.
В ходе исследования ученые выявили еще одно направление развития – использование микрочастиц, управляемых внешними полями (магнитными и диэлектрическими), для создания микротечений вблизи стенок пор. Этот подход может дополнительно усиливать перемешивание жидкости и вытеснение нефти, однако сейчас такой подход изучен недостаточно. Сергей Иванович и его команда планируют заняться дальнейшими исследованиями, направленными на глубокое изучение перспективного метода и разработку моделей, способных оптимально управлять поведением наночастиц и потоком жидкости в пласте.
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (национальный проект «»).
Автор: Вероника Петровская
Фото: Ксения Радионова
Подписывайтесь на наш канал в MAX