Фото iStock
Ученые из Пермского политеха определили оптимальные условия создания микрогелей — суспензии с частицами полимеров размером 0,1–100 микрометров, что сопоставимо с толщиной человеческого волоса. Такие гели применяют во время добычи нефти для снижения содержания в ней воды.
Чтобы уменьшить количество воды, которую добывают вместе с нефтью, в скважину закачивают суспензии с полимерными частицами. Они набухают в воде, становятся мягкими и эластичными, проникают в пласт и закупоривают поры, пропуская только углеводороды. В зависимости от размера пор применяют частицы разного размера.
Специалисты усовершенствовали один из распространенных способов получения микрогелей — эмульсионную полимеризацию. Это способ, позволяющий контролировать структуру геля и размер частиц во время приготовления, не позволяя им становится крупнее, чем нужно. На это влияют концентрация и состав важнейших компонентов эмульсии — эмульгатора (вещества, обеспечивающего создание эмульсий из несмешивающихся жидкостей) и дисперсионной среды (где равномерно распределены маленькие частицы продукта).
Изучив оптимальные концентрации, ученые определили оптимальные условия для получения микрогелей с частицами нужного размера. В качестве дисперсионной среды исследователи проводили эксперименты с керосином, парафиновым маслом и вазелином, а как эмульгатор использовали глицерил стеарат (натуральный глицериловый эфир глицерина и стеариновой кислоты) и поверхностно-активные вещества. В круглой колбе с тремя голышками постепенно смешивали и нагревали все компоненты. Всего изготовили и изучили 11 разных образцов.
Каждый образец показывал, как тот или иной компонент воздействует на природу микрогеля. Например, при концентрации эмульгатора 2% частицы получились круглые, однородного состава, а при 3% их структура становится более «рваной». Композиции на основе вазелина дали меньший размер частиц, но керосин обеспечивает их бо́льшую плотность.
Лучший результат показал гель из керосина и глицерила стеарата с 2% поверхностно-активных веществ. Впрочем, параметры синтеза микрогелей можно менять в зависимости от задач и условий в конкретной скважине.
Помимо нефтедобычи дальнейшие исследования микрогелей в России позволят использовать их для создания материалов с различными функциональными характеристиками — оптическими, электрическими, механическими и биологическими.