Ученые Пермского политеха выяснили, как напечатать на 3D-принтере синтетический керн, который был бы максимально приближен к настоящему образцу. В этом специалистам помогли выявленные зависимости между параметрами 3D-печати и свойствами копии.
Для эффективной разработки месторождений нефти и газа проводят комплексный анализ горных пород. Для этого из скважины извлекают керн. Его фрагменты используют для лабораторных тестов, но для повторных опытов они зачастую не годятся, а поднять на поверхность идентичный керн невозможно. Поэтому сегодня развиваются технологии создания синтетических копий керна с помощью 3D-печати. «Клоны» образцов породы позволяют проводить тестирование разных методов увеличения нефтеотдачи при одинаковых условиях. 3D-печать также позволяет увеличить масштаб горной породы и проводить более детальный анализ.
Искусственные керны печатали по классической технологии FFF — когда принтер плавит нить термопластичного материала и укладывает ее слоями, создавая заданную программой модель. При такой печати воспроизвести пористую структуру горной породы — очень сложная задача. Процесс копирования сопровождается погрешностями — например, ограничениями разрешающей способности томографа, которым сканировали образец. Несоответствие копии оригиналу может привести к неверной оценке свойств образцов породы.
Политехники изготовили более 40 образцов керна из пластика на основе результатов компьютерной томографии. Постепенно они улучшали стратегию печати и изучали влияние технологических параметров, в том числе расхода материала и степени перекрытия между внутренним заполнением и контуром модели — на пористость и проницаемость «клонов».
В результате ученые изготовили два образца, свойства которых оказались максимально близки к параметрам исходного керна из песчаника. Пористость оригинального образца составила 14%, синтетических — 13,5% и 12,8%. Проницаемость — 271, 442,3 и 337,8 миллидарси соответственно.
В планах ученых — использовать результаты исследования для реконструкции структуры не только песчаника, но и известняка, глины, сланца и других горных пород.