Отбор настоящего керна из скважин — дорогостоящая процедура. Искусственные копии горных пород позволяют проводить тестирование различных методов повышения нефтеотдачи, также 3D-печать дает возможность масштабирования горных пород и проведения более сложных исследований.
Комплексное изучение горной породы — необходимый этап эффективной разработки месторождений нефти и газа. Такие исследования позволяют улучшать технологии повышения нефтеотдачи пластов, но само извлечение образцов горной породы (керна) обходится очень дорого. По этой причине разрабатываются технологии создания синтетических копий керна. Точное воспроизведение пористой внутренней структуры в реальном масштабе — сложная задача, а несоответствие оригиналу может в дальнейшем привести к неверной оценке свойств образцов породы и пласта в целом. Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали подход к реконструкции пористых сред в реальном масштабе на основе управления параметрами экструзионной 3D-печати и использования результатов компьютерной томографии натурального керна, сообщает пресс-служба вуза на портале Naked Science.
Процесс копирования сегодня сопровождается погрешностями и несоответствиями с оригиналом. Это зависит от точности томографов, разрешения изображений, ошибок при создании цифровых моделей и особенностей технологий 3D-печати. Одни из важнейших критериев копий — соответствие пористости и проницаемости образцов.
Керн оцифровывается методом компьютерной томографии, а цифровые модели используются при 3D-печати. Сейчас для повторения внутренней структуры образцов горных пород в реальном масштабе рассматривают разные аддитивные технологии, но до сих пор применение ни одной из них не позволяло повторять пористость и проницаемость с необходимой точностью.
«Чтобы доказать возможность достоверного воспроизведения внутренней структуры горной породы, мы провели ряд исследований, в ходе которых осуществлялась 3D-печать по технологии FFF на основе результатов компьютерной томографии керна песчаника. Способ заключается в создании изделия слой за слоем посредством сварки валиков термопластичного материала, которые выдавливаются через горячее сопло экструдера. Таким методом мы изготовили более сорока образцов из пластика, постепенно улучшая стратегию печати и исследуя влияние различных технологических параметров на пористость и проницаемость образцов, что в итоге позволило добиться желаемого результата», — рассказал научный сотрудник лаборатории методов создания и проектирования систем «материал-технология-конструкция» Александр Осколков.
В процессе важно было не допустить паразитного уменьшения или расширения порового пространства образцов, закупорки пор, низкой прочности соединения между слоями. Управление параметрами 3D-печати помогает избегать нежелательных эффектов, влиять на пористость и проницаемость образцов.
«Понимание природы зависимости свойств керна от параметров печати дает возможность гибкого управления внутренней структурой синтетических образцов и способствует достижению желаемых показателей при реконструкции горных пород с использованием 3D-технологий. В результате нашего исследования мы изготовили два образца, свойства которых максимально близки к показателям исходного керна с пористостью 14% и проницаемостью 271 мД. Измерение полученных копий показало, что пористость образцов составила 13,5 и 12,8%, а проницаемость – 442 и 337 мД», — рассказал доцент кафедры геологии нефти и газа Александр Кочнев.
Ученые ПНИПУ доказали, что управление параметрами 3D-печати позволяет создавать структуры с различными параметрами пористости и проницаемости, что дает возможность с необходимой точностью воспроизводить керн песчаника в натуральную величину. Политехники планируют использовать результаты исследования для реконструкции структуры других типов горных пород (известняка, глины, сланца), а также создания копий на основе натуральных материалов.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Manufacturing and Materials Processing.
