Копии керна будут печатать 3D-принтерами

Разработка ПНИПУ позволит проводить неограниченное количество экспериментов на образцах горных пород.

(17 июля 2026 11:02 , ИА "Девон" ) Ученым Пермского Политеха впервые в России удалось разработать искусственные копии геологического керна. Для этого они создали цифровые модели и применили аддитивные технологии. Новая технология позволит нефтяным компаниям проводить неограниченное количество экспериментов на идентичных образцах. Это позволит сократить затраты на исследования и отбор образцов геологических пород. Об этом Информагентство «Девон» узнало из сообщения вуза.

Для нефтяников керн — главный источник информации о пласте. Однако из скважины глубиной в несколько километров, как правило, поднимают всего несколько десятков метров керна. А любое серьезное исследование — прокачка горячей воды, кислоты, газа под давлением — безвозвратно меняет структуру или разрушает образец. Поэтому керн можно использовать всего один раз.

Сегодня эту проблему пытаются решить двумя способами, но каждый из них имеет свои недостатки. Первый — компьютерное моделирование. Инженеры создают цифровую модель керна на основе томографии. На основе объемного рентгеновского снимка они рассчитывают математически, как через него будет течь жидкость. 

Но расчет течения жидкости — это только часть картины. Сложные химические реакции и поведение породы в агрессивной среде модель предсказывает лишь приблизительно. Поэтому ее все равно приходится проверять и настраивать на настоящем керне.

Второй перспективный способ — создание реплик с помощью трехмерной печати (об этом ранее писал «Информ-Девон»). Существующие 3D-принтеры изготавливают объекты на основе цифровой модели. Однако данный способ также связан с рядом ограничений. Цифровая модель, полученная при томографировании керна, содержит изолированные поры, которые не участвуют в процессе переноса нефти и газа через породу.

Такие поры зачастую мешают точному воспроизведению фильтрационно-емкостных свойств горной породы, а именно пористого пространства, отвечающего за течение жидкости.

Другим недостатком является закупоривание пор расходным материалом для печати. Кроме того, их размер может быть слишком мал для прямого воспроизведения методами 3D-печати. Большую значимость также имеет отличие свойств горных пород от материалов, применяемых для печати.

В итоге готовая копия образца может в разы отличаться от оригинального керна по объему пористого пространства и проницаемости. Данные проблемы в разной степени характерны для всех методов 3D-печати.

«В мире решению данной задачи уделяется большое внимание, — рассказал кандидат технических наук, доцент кафедры «Геология нефти и газа» ПНИПУ Александр КОЧНЕВ. — За последние несколько лет нами были исследованы возможности нескольких методов 3D-печати, в области применения которых существовали значительные пробелы».

Один из них - FDM/FFF 3D-печать, которая была наименее исследована и обладала наибольшими перспективами с точки зрения ученых Пермского Политеха. Метод заключается в экструзии термопластичного материала и формировании изделия слой за слоем по заданной траектории.

Справка ИА «Девон»: Речь идет о технологии послойного нагрева и наплавления пластиковой нити. Объект печатают на 3D-принтере путем экструзии расплавленного термопласта.

«Сначала мы создаем цифровую 3D-модель керна на основе результатов компьютерной томографии, - поясняет Кочнев. - Затем производится ее адаптация, включающая удаление изолированных пор, которые мешают формированию траекторий для печати и точному воспроизведению порового пространства керна».

Следующий шаг - 3D-печать копии керна. На данном этапе важно учитывать влияние различных технологических параметров печати на итоговые фильтрационно-емкостные свойства копии.

«Выявление таких зависимостей позволяет достигать высокой точности воспроизведения и применять данную технологию для пород-коллекторов различных типов, — рассказал кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории методов создания и проектирования систем «материал-технология-конструкция» ПНИПУ Александр ОСКОЛКОВ.

При разработке технологии проводился масштабный эксперимент, в ходе которого было изготовлено более 250 копий образцов керна. Метод FDM/FFF 3D-печати позволяет использовать термопластичные композиции с высоким содержанием минералов.

«Результаты экспериментов показали, что данная технология позволяет добиться точности воспроизведения до 95%, — объяснил доцент кафедры геологии нефти и газа ПНИПУ Сергей КРИВОЩЕКОВ. — Погрешность по пористости составляет менее 5%, по проницаемости — менее 10%. Это значит, что напечатанный образец почти неотличим по этим свойствам от естественного керна, добытого с многокилометровой глубины».

Поделиться этой новостью у себя в соцсетях

Поиск по теме: ПНИПУ, наука, геология, Аддитивные технологии