Ученые Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского федерального университета исследовали возможности 3D-клонирования структур стандартных образцов керна, извлекаемых из скважин.

Для эффективной разработки месторождений нефти и газа требуется изучить породу-коллектор, содержащую в своем поровом пространстве воду, нефть и газ. Образцы таких пород получают при бурении скважин и называют керном.

«Однако сам процесс извлечения керна является дорогостоящим и технически сложным. После ряда лабораторных тестов образцы становятся непригодными для дальнейших исследований, что существенно ограничивает возможность проведения повторных анализов с целью изучения различных аспектов поведения жидкости внутри породы, – рассказывает старший научный сотрудник лаборатории НИЛ «Внутрипластовое горение» Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ Раиль Кадыров. – Мы решили выяснить, можно ли воссоздавать структуру таких образцов с помощью 3D-печати, используя данные микротомографии».

Сначала ученые с помощью микротомографии получили подробные трехмерные изображения внутренней структуры породы, включая ее поровое пространство. Затем на основе этих данных они создали цифровые модели кернов, которые адаптировали для печати на 3D-принтере.

Искусственные копии керна геологи КФУ создавали, используя две самые распространенные технологии печати: FDM (печать расплавленной пластиковой нитью) и DLP (печать жидким фотополимером с помощью света). Результаты исследования представлены в журнале Scientific Visualization.  

«Было установлено, что 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 многократно физические копии с похожими характеристиками», — отмечает Р. Кадыров.

3D-печать в перспективе позволит создавать множество реплик стандартных образцов керна с идентичной структурой порового пространства, проводить комплексные исследования и моделировать поведение нефти и газа в заданном пространстве. Это 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.

Дальнейшие исследования участников проекта будут направлены на повышение точности 3D-копий. 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.