Исследователи НГУ и группа ученых Волгоградского государственного технического университета (ВолгГТУ) во главе с доктором технических наук, профессором Виктором Кабловым в рамках реализации программы Центра компетенций «Технологии моделирования и разработки новых функциональных материалов с заданными свойствами» (ЦНФМ) на базе Новосибирского государственного университета, реализуемой при финансовой поддержке Фонда НТИ, разработала водонабухающую эластомерную композицию для изготовления уплотнительных элементов пакерного оборудования.
Пакерное оборудование — это скважинные устройства (уплотнители), которые при установке герметизируют кольцевое пространство между обсадной колонной (или стенкой открытого ствола) и компоновкой труб в скважине, разобщая интервалы — участки скважины по глубине, которые инженерно рассматривают как отдельные зоны работы скважины. Это позволяет предотвращать межпластовые перетоки, изолировать отдельные зоны притока и закачки и обеспечивать работу скважины по заданной схеме, выдерживая перепады давления и воздействие агрессивных сред.
— Обычная резина в воде не набухает, но перед нами стояла задача — создать пакерные резины, которые могли бы эффективно использоваться в качестве уплотнителя в скважинах при добыче нефти и газа в условиях высокого давления. Задачу по созданию такого материала усложняло присутствие соли в составе бурового раствора. Суть нашей разработки состоит в том, что в состав материала мы вводим набухающие полимеры, которые очень хорошо расширяются в контакте с жидкостью, при этом не очень хорошо совмещаются с резиной. Нам было необходимо подобрать модифицирующие добавки, чтобы преодолеть данную несовместимость, — рассказал Виктор Каблов.
Водонабухающая эластомерная композиция разработана на основе бутадиен-нитрильного каучука, включает в себя вулканизующий агент серу, ускоритель вулканизации меркаптанового ряда — альтакс, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин. В качестве наполнителя применен технический углерод, а также водонабухающий реагент натрий-карбоксиметилцеллюлоза и полимерный модифицирующий материал, улучшающий совместимость компонентов.
— Основная часть нашей разработки — выбор основы, стойкой в эксплуатации. Основой матрицы стал каучук, в который мы вводили частицы водонабухающих полимеров, способных поглощать воду или водные растворы. При этом частицы увеличиваются в объеме и обеспечивают рост объема и контактного давления уплотнительного элемента, что критично для герметизации. Чтобы повысить скорость и равномерность проникновения водной фазы в материал, в состав вводят волокна, формирующие капиллярные каналы массопереноса, — пояснил Виктор Каблов.
При подборе компонентов и определении их пропорций ученые использовали сразу несколько нейросетей. Одна из них — Deep Seek, — выдала оптимальный прогноз по составу материала с заданными свойствами и ряд полезных рекомендаций по улучшению его свойств. Далее была применена программа для моделирования поведения композиционных материалов, разработанная ранее в рамках проекта «Компьютерное материаловедение многокомпонентных наноструктурных эластомерных материалов с заданными свойствами для экстремальных условий эксплуатации».
— Данная программа — цифровой помощник разработчика эластомеров, — является частью программы Центра компетенций «Технологии моделирования и разработки новых функциональных материалов с заданными свойствами» (ЦНФМ), реализуемой на базе Новосибирского государственного университета и выполняемой при финансовой поддержке Фонда НТИ. Совместно с Центром компетенций нами создан распределенный исследовательско-технологический центр, оборудованный не только широким классом испытательного оборудования, имеющегося в НГУ и ВолгГТУ и его филиале — Волжском политехническом институте, но и технологическое оборудование, позволяющее выпускать опытно-промышленные партии материалов и изделий. Для работы со сложным программным обеспечением нами создан мощный вычислительный кластер, позволяющий использовать программные продукты с модулями искусственного интеллекта, в том числе в удаленном режиме с нашими коллегами в других городах, — уточнил Виктор Каблов.
Новый
полимерный материал успешно прошел испытания в лабораторных условиях в
различных эксплуатационных средах, моделирующих буровые растворы, и на
модельных уплотнениях. Интерес к разработке проявил индустриальный партнер
ООО «Интов-эласт», один из ведущих производителей пакерных устройств в нашей
стране. В настоящее время на испытательной базе партнера и его заказчиков
ведутся стендовые испытания пакерных устройств, в конструкции которых используются
резины, разработанные учеными.
