Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разработали принципиально новый состав магнезиально-силикатных пропантов — это керамические материалы, используемые при добыче трудноизвлекаемых запасов нефти и газа. Они стали более прочными и легкими по сравнению с существующими сегодня аналогами, а также значительно дешевле в производстве. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Industrial and Engineering Chemistry (Q1, IF: 6,06). Технология их получения была успешно опробована в производственных условиях промышленного партнера ООО «НИКА-ПЕТРОТЭК» (г. Семилуки Воронежской области).
В последнее время керамические материалы получили нетрадиционное применение в нефтегазодобывающей отрасли в качестве расклинивающих агентов (пропантов) для добычи нефти и газа методом гидроразрыва пласта. Пропанты — это материал из маленьких гранул. Их закачивают в земляной пласт совместно с жидкостью разрыва. После гидроразрыва они способны удерживать от смыкания трещины в пласте, тем самым облегчая выход нефти и газа.
Пропанты должны быть прочными, легкими, устойчивыми к агрессивным средам. Для этого ученые ищут их новые составы. Сегодня отечественной промышленностью выпускаются пропанты двух типов: алюмосиликатные (на основе высококачественных каолинов и огнеупорных глин) и магнезиально-силикатные (на основе оливинитов, дунитов и серпентинитов). Из-за ограниченной сырьевой базы ставка делается на вторые.
Как отмечают в Минобрнауки России, ученые ТПУ разработали технологию получения магнезиально-силикатных пропантов с улучшенными физико-технологическими свойствами. Они применили природную кремнезистую добавку — диатомит. Это осадочная порода, продукт разложения диатомитовых водорослей, имеющая пористую структуру. Она заменила песок, который традиционно используется в качестве составного компонента магнезиально-силикатных пропантов.
«Основной состав диатомита — кремнезем в аморфном, реакционно активном состоянии. Эта особенность строения дает ему ряд преимуществ по сравнению с песком, в котором кремнезем находится в менее активном кристаллическом состоянии. Такое различие в строении кремнеземистой добавки активирует процесс спекания и уплотнения керамической матрицы», — поясняет руководитель проекта, профессор Научно-образовательного центра Н.М. Кижнера ТПУ Татьяна Вакалова.
Кроме того, производство таких пропантов обходится значительно дешевле аналогов: их обжигают при более низких температурах, что снижает энергетические затраты.
Теперь ученые проводят исследования по созданию керамических пропантов с использованием техногенных отходов топливно-энергетического и химико-металлургического комплексов. Это разнообразные золосодержащие отходы, металлургические шлаки и шламы.