Космическое путешествие — в помощь нефтяникам
Татьяна Зимина
Как движется нефть в земных глубинах? Ответ на этот вопрос решили поискать в космосе.
Нефть поместили в шесть маленьких титановых цилиндров под давлением пятьсот атмосфер и упаковали в специальную капсулу, размещённую внутри научного спутника. Каждый цилиндр содержал всего по миллилитру нефти. Во время эксперимента один конец цилиндра нагревали, в то время как другой — охлаждали. Таким образом предполагалось выяснить, как перераспределяются молекулы сложной углеводородной жидкости под действием термодиффузии в отсутствие силы тяжести, то есть измерить «чистый» эффект Соре — возникновение перепада концентрации компонентов нефти исключительно под действием разности температур.
Явление термодиффузии получило название эффекта Соре в честь швейцарского физика Шарля Соре, который в 1879 году опубликовал результаты экспериментов с растворами поваренной соли и нитрата калия в U-образной трубке, один конец которой нагревался горячей водой до 78оС, а другой охлаждался до 15оС. Каждый эксперимент длился от 10 до 25 дней, и оказалось, что к концу опыта концентрация соли на холодном конце заметно возрастает.
Разработанные для космического эксперимента сверхпрочные цилиндры способны выдерживать двойное давление по сравнению с рабочим — 1000 атмосфер. Предварительно в Китайской академии космических технологий (Пекин) в прошлом году были проведены наземные испытания. Цилиндры с образцами нефти тестировали в условиях, аналогичных космическим, включая термоциклирование для воспроизводства экстремальных изменений температуры, которым подвергается капсула с образцами во время вращения вокруг Земли, а также вибрацию и удары для имитации запуска и спуска аппарата.
Данные эксперимента будут использованы для моделирования поведения углеводородных жидкостей в реальных условиях — глубоких нефтяных пластах, или, как их ещё называют, коллекторах. Нефтяные коллекторы представляют собой пористые породы со сложной системой сообщающихся между собой разнообразных капилляров с жидкостью и газами. Сложены углеводородные коллекторы обычно осадочными горными породами. Они находятся под давлением — либо естественным, либо созданным искусственно для извлечения нефтепродуктов.
Как считают участники проекта из ЕКА, в нефтяных пластах, расположенных на глубинах от одного до четырёх километров, при сверхвысоких давлениях и растущей температуре перераспределение компонентов нефти происходит из-за перепада температур, вопреки гравитационным силам. В масштабе геологических времён более тяжёлые осадочные породы перемещаются наверх, в то время как более лёгкие опускаются вниз.
Помогут ли компьютерные модели нефтяных коллекторов в будущем принимать решения по их эксплуатации?
«Аэрокосмические исследования уже давно с успехом используют для изучения различных проблем геологии, но ответ на вопрос относительно миграции нефти и газа найти в космосе нельзя, — считает научный сотрудник кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых геологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова Дмитрий Митронов. — Измерить “чистый” эффект Соре под действием разности температур в космическом пространстве технически можно. Но этот эксперимент — из серии фундаментальных исследований свойств нефти, и он интересен для фундаментальной физики, а не для нефтяной геологии. Полученные в таком эксперименте данные некорректно использовать для моделирования процесса фильтрации углеводородных флюидов по традиционному коллектору в реальных пластовых условиях. При изучении нетрадиционных коллекторов мне приходилось рассматривать особенности фильтрации и диффузии газов в этих пластах. Это довольно сложный процесс, и смоделировать его в лабораторных условиях практически невозможно».
18 апреля 2016 года капсула с научным материалом отделилась от орбитального модуля и спустя 15 минут успешно приземлилась. Побывавшие в космосе цилиндры с нефтью для дальнейшего исследования отправили в Китайскую академию космических технологий и потом в Китайскую академию наук.
Читайте в любое время
