Российские специалисты изучили, как добавление разных наночастиц влияет на свойства буровых растворов, которые используются в нефтегазовой промышленности для промывки скважин. Работа проходила в рамках проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда, а ее результаты были опубликованы в журнале Journal of Petroleum Science and Engineering.

При бурении скважин используется специальный раствор, который уносит с собой разрушенные породы и облегчает сам процесс бурения. Как правило, буровые растворы представляют собой суспензию — то есть смесь жидкости с мельчайшими твердыми частицами, находящимися во взвешенном состоянии. В новой работе российские исследователи изучали наносуспензии — смеси, по всему объему которых распределены наночастицы, и то, как наночастицы разного размера и материала влияют на характеристики буровых растворов и эффективность выноса разрушенных пород из вертикальной скважины.

Ученые исследовали полученные растворы с помощью численного моделирования и обнаружили, что добавка в них наночастиц помогает лучше промывать скважину. Кроме того, такие растворы влияют на перепад давления в скважине.

«Показано, что добавка наночастиц в буровой раствор приводит к повышению эффективности выноса шлама на 17–19% и уменьшению средней скорости проскальзывания частиц шлама в 1,6–1,8 раза», – комментирует один из авторов статьи Евгения Михиенкова, сотрудник Института нефти и газа Сибирского федерального университета.

В результате работы ученые также выяснили, что добавки наночастиц могут значительно менять такие свойства буровых растворов, как вязкость, пластичность и эластичность. При этом плотность бурового раствора практически не меняется. Для такого же увеличения вязкости с помощью микрочастиц требуется более чем десятикратное увеличение концентрации, что неизбежно влечет за собой увеличение плотности бурового раствора, а это не всегда возможно по причине потери устойчивости ствола скважины.

Авторы отмечают, что в дальнейшем они планируют провести комплексные расчетно-экспериментальные исследования влияния наночастиц на свойства буровых растворов в условиях бурения многолетнемерзлых пород, что очень актуально для сибирского региона.