В КФУ научились делать 3D-копии стандартных образцов керна
Ученые Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского федерального университета (КФУ) разработали способ создания точных 3D-реплик стандартных образцов керна — горной породы, извлекаемой при бурении скважин. Массовое производство идентичных природным образцов горных пород необходимо для научных исследований и инженерных тестов.
Керн — это ключевой материал для анализа свойств пород-коллекторов, содержащих нефть, газ и воду. Однако его добыча сложна и затратна, а после лабораторных тестов оригинальные образцы часто теряют исследовательскую ценность. В КФУ решили воспроизводить такие образцы в лаборатории — с высокой точностью и в нужном количестве.
Сначала ученые с помощью микротомографии получили подробные трехмерные изображения внутренней структуры породы, включая ее поровое пространство. Затем на основе этих данных создали цифровые модели кернов, которые адаптировали для печати на 3D-принтере. Сами искусственные копии керна ученые КФУ создавали, используя две наиболее распространенные технологии 3D-печати: FDM (печать расплавленной пластиковой нитью) и DLP (печать жидким фотополимером с помощью света).
«FDM-технология позволяет воспроизводить крупные элементы порового пространства, но имеет ограничения по точности и воспроизводимости мелких деталей, что приводит к завышению показателей пористости и проницаемости образцов. DLP-технология демонстрирует большую точность передачи мелких пор, однако также имеет ограничения, связанные с растрескиванием пористых образцов и наличием остатков полимерной смолы внутри пор. Обе технологии пока не позволяют идеально воспроизвести сложную поровую структуру породы, особенно на микроскопическом уровне, но уже сегодня они дают возможность получать многократные физические копии с похожими характеристиками. Мы решили выяснить, можно ли воссоздавать структуру таких образцов с помощью 3D-печати, используя данные микротомографии», — рассказал один из авторов разработки старший научный сотрудник лаборатории «Внутрипластовое горение» Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ Раиль Кадыров.
По мнению ученых, 3D-печать в перспективе позволит создавать реплики стандартных образцов керна с идентичной структурой порового пространства, проводить комплексные исследования и моделировать поведение нефти и газа в поровом пространстве, что существенно упростит решение научных и инженерных задач. Кроме того, 3D-копии необходимы для образовательных целей — обучения студентов и специалистов, а также для тестирования и калибровки измерительного оборудования и технологий добычи нефти и газа.
В планах команды — разработка более эффективных методов цифровой обработки томографических данных, которые позволят максимально точно передавать естественную форму порового пространства, а также оптимизация 3D-печати. Следующий шаг, который наметили для себя ученые КФУ, — переход от печати полимерами к печати материалами, близкими по составу к породам-коллекторам.
Работа выполнена за счет средств субсидии, выделенной Казанскому федеральному университету для выполнения государственного задания в сфере научной деятельности.