Українські вчені розробили унікальний метод оцінки термічної стійкості біополімерів

Вчені з Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу та компанії «Геосинтез Інженірінг» розробили інноваційний метод оцінки термічної стійкості біополімерних систем, який може кардинально змінити підходи до використання спеціальних розчинів у нафтогазовій промисловості.

Дослідження присвячене вивченню поведінки біополімерних систем при високих температурах, що є критично важливим для ефективного буріння свердловин. Науковці зосередили увагу на біополімерах, зокрема на основі ксантанової камеді, які широко використовуються в складних гірничо-геологічних умовах.

Основна проблема традиційних біополімерних систем полягає в їхній низькій термічній стабільності. При підвищенні температури молекули полімерів змінюють свою просторову структуру, що призводить до різкого зниження реологічних властивостей розчину. Дотеперішні методи оцінки термічної стійкості мали суттєві обмеження та неточності.

Дослідники запропонували використовувати інтегральний показник, який дозволяє оцінювати реологічні властивості рідин незалежно від їхньої реологічної моделі. Цей підхід принципово відрізняється від попередніх методик, оскільки враховує зміни в'язкості при різних швидкостях обертання та температурних режимах.

У лабораторних умовах вчені провели детальні дослідження біополімерної системи Біокар-ТФ, яка використовується при бурінні свердловин. Експерименти включали вимірювання реологічних параметрів у температурному діапазоні від 30 до 170 градусів Цельсія.

Науковці встановили, що для ксантанової камеді критична температура руйнування становить 145 градусів Цельсія. При перевищенні цієї позначки відбувається необоротна деградація біополімерної системи: змінюється структура молекул, погіршуються технологічні властивості, з'являється осад.

Цікавим результатом дослідження стало порівняння різних типів біополімерів. Виявилося, що кожен біополімер має унікальну поведінку при нагріванні. Наприклад, ксантанова камедь має температуру руйнування 90 градусів, а веланова камедь — 138 градусів. Деякі біополімери, такі як гуарова камедь, демонструють принципово інші характеристики термічної стійкості.

Запропонований метод має значні переваги перед існуючими підходами. По-перше, він забезпечує високу точність оцінки термічної стійкості. По-друге, дозволяє порівнювати біополімери з різними реологічними моделями. По-третє, може бути використаний для прогнозування поведінки рідин в екстремальних умовах.

Практичне значення дослідження важко переоцінити. Точне розуміння меж термічної стійкості біополімерних систем дозволить підвищити ефективність буріння нафтогазових свердловин, зменшити ризики технологічних ускладнень та знизити витрати на виробництво.

Дослідження проведене колективом науковців під керівництвом М.А. Мислюка та Н.Р. Жолоба з Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу та компанії «Геосинтез Інженірінг». Результати роботи опубліковані в профільному науковому виданні «Journal of Hydrocarbon Power Engineering».