Ученые Пермский Политех совместно с международными коллегами разработали новые классы реагентов для добычи нефти, которые позволяют снизить экологический вред буровых работ. Предложенные составы сочетают биоразлагаемые компоненты из отходов растений с наночастицами и сокращают вредные утечки буровых растворов более чем на 31%, полностью разлагаясь в окружающей среде. Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Molecular Liquids.
Как отмечают исследователи, бурение скважин остается единственным способом доступа к подземным углеводородам, а объемы таких работ в мире продолжают расти. При этом традиционные буровые растворы на основе нефтехимии после использования образуют токсичные отходы, которые длительное время загрязняют почву и грунтовые воды. Это создает долгосрочные риски для экосистем, качества питьевой воды и здоровья населения в районах добычи.
Ранее в отрасли предпринимались попытки заменить опасные компоненты биоразлагаемыми добавками из сельскохозяйственных отходов, растительных масел и природных полимеров, а также использовать наночастицы для повышения эффективности растворов. Однако органические материалы часто теряли свойства при высоких температурах и давлениях, а нанотехнологии оставались дорогими и не всегда экологичными, что сдерживало их широкое внедрение.
В новой работе ученые предложили комбинированный подход. По словам одного из авторов исследования Дмитрия Мартюшева, ключевым принципом стало взаимное усиление растительных частиц и наноматериалов: первые формируют структурную основу, а вторые заполняют мельчайшие поры и трещины, повышая устойчивость раствора. В результате была разработана серия из трех готовых реагентов для различных условий бурения.
В частности, создан гибридный состав на основе порошка семян дикорастущего растения гунделии и наностержней оксида цинка, синтезированных экологичным способом. Также разработаны реагенты на базе нанобиополимера из пшеничной муки и комбинация натуральной трагакантовой камеди с наночастицами оксида цинка для работы при температурах до 200 °C. Все эти решения показали улучшение рабочих характеристик буровых растворов при сохранении их способности к безопасному разложению.
Кроме того, ученые рассматривают возможность замены токсичной нефтяной основы буровых растворов на биоэфиры масел черного тмина и миндаля. Такие жидкости сопоставимы с дизельным топливом по эксплуатационным свойствам, но разлагаются в природных условиях значительно быстрее, что упрощает утилизацию отходов и снижает экологические и финансовые риски для нефтяных компаний.