Исследователи Новосибирского государственного университета и Волгоградского государственного технического университета разработали и запатентовали водонабухающую резину. Она предназначена для уплотнительных элементов пакерного оборудования, которое используют при добыче нефти и газа в сложных условиях.
Специалисты НГУ и ВолгГТУ объединили усилия для создания нового полимерного материала. Как рассказали в пресс-службе НГУ, разработка предназначена для изготовления уплотнителей пакерного оборудования — устройств, которые герметизируют пространство между стенкой скважины и трубами. Такие уплотнители разобщают разные зоны скважины по глубине, предотвращают перетоки между пластами и позволяют управлять процессом добычи. Они должны выдерживать высокое давление и агрессивную среду.
Руководитель коллектива ученых, доктор технических наук, профессор Виктор Каблов пояснил, что обычная резина в воде не набухает. Перед исследователями стояла задача создать материал, который мог бы эффективно работать как уплотнитель в скважинах в условиях высокого давления. Дополнительную сложность создавало присутствие солей в буровом растворе. Секрет разработки в том, что в состав резины ввели специальные набухающие полимеры. Они сильно расширяются при контакте с жидкостью, но плохо совмещаются с резиновой основой. Ученым пришлось подбирать модифицирующие добавки, чтобы преодолеть эту несовместимость.
Водонабухающая эластомерная композиция создана на основе бутадиен-нитрильного каучука. В ее состав входят сера, ускоритель вулканизации, оксид цинка и стеарин. Наполнителем служит технический углерод, а водонабухающим компонентом — натрий-карбоксиметилцеллюлоза. Отдельно добавили полимерный модификатор, который улучшает совместимость всех составляющих.
Виктор Каблов пояснил, что главная задача состояла в выборе стойкой основы. Матрицей стал каучук, в который ввели частицы полимеров, способных поглощать воду. При контакте с жидкостью эти частицы увеличиваются в объеме, создавая необходимое контактное давление для герметизации. Чтобы вода проникала в материал быстрее и равномернее, в состав добавили волокна — они формируют капиллярные каналы для массопереноса.
При подборе компонентов и их пропорций ученые задействовали несколько нейросетей. Одна из них, Deep Seek, выдала оптимальный прогноз по составу с нужными свойствами и дала полезные рекомендации. Затем исследователи применили программу для моделирования поведения композитов. Этот цифровой инструмент разработали ранее в рамках проекта по компьютерному материаловедению эластомеров для экстремальных условий.
Виктор Каблов пояснил, что эта программа служит цифровым помощником для разработчиков. Она входит в инструментарий Центра компетенций на базе НГУ, который работает при поддержке Фонда НТИ. Совместно с центром ученые создали распределенный исследовательско-технологический комплекс. Он объединяет испытательное и технологическое оборудование НГУ, ВолгГТУ и его филиала. Установки позволяют выпускать опытно-промышленные партии материалов. Для работы с цифровыми моделями и искусственным интеллектом создали мощный вычислительный кластер, доступный в том числе для удаленной работы коллег из других городов.
Новый полимер успешно прошел лабораторные испытания в средах, имитирующих буровые растворы, а также на модельных уплотнениях. Разработкой заинтересовался индустриальный партнер — компания «Интов-эласт», один из ведущих российских производителей пакерных устройств. Сейчас на испытательной базе партнера и его заказчиков проводят стендовые испытания пакеров, в конструкции которых использовали резины, созданные учеными.
Фото: www.rosneft.ru
Lx: 3629