Ученые разработали экологически чистую кислоту для добычи нефти в экстремальных условиях

Более 50% нефтяных запасов России относятся к трудноизвлекаемым, когда нефть находится в микроскопических порах плотных горных пород глубоко в недрах земли. Обычные методы добычи не справляются, поэтому прибегают к нетрадиционным. Один из таких – кислотный гидроразрыв, когда в пласт закачивают специальный раствор под большим давлением. Он вступает в химическую реакцию с минералами, растворяет их и создает новые трещины для лучшего движения нефти к скважине. Но на глубине в экстремальных условиях обычные составы работают плохо: проникают неглубоко, оставляют вредные осадки. Ученые Пермского Политеха вместе с китайскими коллегами разработали новую уникальную «умную» кислоту. Она не только сама умеет находить путь в труднодоступные места пласта, но также термоустойчивее на 14% и полностью разлагается, не загрязняя скважину. Это решение повысит эффективность добычи, уменьшит экологическую нагрузку, а также на 55% снизит эксплуатационные потери раствора по сравнению с аналогами.

Статья представлена в журнале «Scientific Reports», 2025.

Сегодня углеводороды приходится добывать из глубокозалегающих плотных горных пород, где температура достигает 160 градусов, а сложная неоднородная структура плохо пропускает жидкость, передает «Научная Россия». В таких условиях приток нефти будет медленным, поэтому в пласт закачивают специальные кислотные составы, которые растворяют породу и создают новые пути для движения флюида.

Но обычные кислотные растворы в экстремальных условиях работают плохо. Важно, чтобы состав медленно прокладывал путь, и химическая реакция растворения минералов проходила равномерно. Однако из-за высокой температуры кислота становится слишком активной. Она успевает растворить только самые проницаемые породы вблизи стенок скважин, а с более плотными и удаленными не справляется. Также это приводит к существенному снижению технологической эффективности кислотной обработки, так как кислота нейтрализуется у стенок скважин и не создает нужных трещин в глубине пласта. Ученые ищут решение этой проблемы, разрабатывая новые составы, способные эффективно работать в сложных условиях глубоких месторождений.

Специалисты Пермского Политеха совместно с коллегами из Китая создали особую кислоту, которая способна сама находить путь в труднодоступные места, создавая длинные каналы для нефти, а после извлекаться, не оставляя в пласте вредных осадков. В основе состава находятся поверхностно-активные вещества, которые делают кислоту «умной».

Это химические соединения, которые улучшают контакт нефти с поверхностью горной породы. Жидкости на их основе можно использовать без лишних добавок. Кроме того, под воздействием сырой нефти или природного газа они легко разлагаются, не нанося существенного вреда пласту. Использование таких веществ позволяет контролировать высоту трещины, увеличивать ее длину и снижать трение в трубопроводе, что делает их подходящими для глубокой высокотемпературной стимуляции пласта.

– Поверхностно-активные вещества в 5-15% растворе соляной кислоты образуют вязкоупругую экологически чистую структуру. Как она работает: попадая в нефтеносный пласт, молекулы образуют множество частиц, которые сильно повышают вязкость состава до 50 мПа·с, делая его похожим на гель. По сравнению с аналогами он не уходит в только высокопроницаемые породы, а равномерно растворяет минералы и образует сеть трещин. После такой обработки под воздействием нефти или пластовой воды вязкость геля максимально снижается до менее чем 10 мПа·с. Это позволяет раствору стать более текучим, что в дальнейшем, при запуске скважины в работу, позволяет легко извлечь его остатки, не закупоривая трещины и не загрязняя пласт, – объясняет Владимир Поплыгин, директор Когалымского филиала ПНИПУ, кандидат технических наук.

Исследователи провели экспериментальное сравнение предложенной кислоты с аналогами. Результаты показали, что благодаря гелеобразованию разработка почти на 55% снижает потери раствора. Это предотвращает большой расход вещества и позволяет создавать более протяженные трещины в пласте.

– Также оказалось, что скорость химической реакции между нашим составом и горной породой ниже, чем у гелевой и обычной соляной кислоты. Это полностью подтверждает, что наш состав на основе поверхностно-активных веществ достаточно медленно и стабильно разъедает породу, – поделился Владимир Поплыгин.

Эксперты отмечают, что разработанный состав демонстрирует отличную совместимость с соляной кислотой и стабильную устойчивость к высоким температурам. Он сохраняет повышенную вязкость при 160 градусах, характерных для глубокозалегающих нефтяных пластов, тогда как другие существующие кислотные системы эффективны лишь при 140 градусах. Это говорит о повышении термостойкости разработки на 14,3%.

Инновационное экологически чистое вещество ученых ПНИПУ и Китая открывает новые возможности для освоения трудноизвлекаемых запасов углеводородов. Новый «умный» кислотный раствор эффективен для проведения качественного гидроразрыва пласта и может стать ключевым инструментом в повышении уровня нефтедобычи в сложных геологических условиях.