Разработки ТГУ – нефтедобытчикам
Модифицированная в Тольяттинском государственном университете (ТГУ) технология плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО) может оптимизировать добычу нефти и газа. Получены первые положительные результаты испытаний деталей для оборудования, используемого при бурении новых скважин.
Группа учёных научно-исследовательского института прогрессивных технологий (НИИПТ) ТГУ ведёт исследования для ООО «МАГНАТЕК» (Калужская область). Компания занимается производством внутрискважинного оборудования, а также ведёт научные изыскания. В частности, некоторые детали и компоненты здесь производят из магниевых сплавов, способных растворяться в заданных средах с заданной скоростью.
Такие изделия используются для интенсификации нефтедобычи во вновь пробуренных скважинах. Их спускают в составе компоновки закачивания скважины на заданную глубину, после чего туда же закачивают различные химические реагенты, например, соляную кислоту и пропант (гранулообразный материал). Таким образом, создаются условия для интенсификации добычи, то есть, наиболее полного извлечения нефти из пластов земли.
– Сейчас такие изделия делают преимущественно из высокопрочного чугуна и стали. На определённых этапах работ их приходится разбуривать, то есть, опускать на многокилометровую глубину специальное бурильное оборудование, а это долго и дорого. Поэтому есть идея заменить некоторые стальные детали компоновки растворимым магниевым сплавом нашей собственной разработки, – поясняет директор по производству ООО «МАГНАТЕК» Константин Гаврилюк. – Такой сплав, выполнив свою задачу, растворится в скважине, но сложность в том, что магниевые сплавы в принципе не обладают нужной нам износостойкостью.
Между тем, в скважине таким изделиям приходится работать в условиях очень серьёзного абразивного износа.
– Через узел проходит до 1000 тонн пропанта (абразива) – никакой магниевый сплав не устоит. В идеале необходим материал, который, прежде чем в назначенное время раствориться без следа, выдержит заданные режимы. Эксперименты такие ведутся, используются комбинированные решения, но результатов, удовлетворяющих требованиям нефтяников на 100%, пока нет, – говорит Константин Гаврилюк.
Первый промежуточный результат удалось получить специалистам НИИПТ ТГУ, которые занимаются плазменно-электролитическим оксидированием. ПЭО – современная технология электрохимической обработки сплавов на основе алюминия, магния и титана, позволяющая создавать на поверхности изделий защитный керамический оксидный слой. Такой слой нельзя назвать в полном смысле покрытием, поскольку в его формировании участвуют и обрабатываемый материал, и вещества из электролита. Такое «покрытие» может иметь многократно более высокие механические, теплозащитные и антикоррозионные свойства, чем основной сплав, и защищать его от повреждений при работе в экстремальных условиях. При этом, метод ПЭО является недорогим, технологичным и экологически чистым процессом.
– Мы отработали режимы ПЭО на предоставленных заказчиком образцах сплавов в «конструкционном» состоянии, а также провели коррозионные, механические и трибологические испытания (испытания на износ – Прим.Ред.) сплавов без «покрытий» и с ними. Как и ожидалось, твёрдость оксидного слоя почти в 10 раз выше, чем у неоксидированного сплава, а благодаря «оксидному слою» скорость коррозии (растворения) образцов снизилась на 3–4 порядка. При этом показатели износостойкости также улучшились, более чем на порядок. Кроме того, нашими коллегами-заказчиками была поставлена задача по обеспечению кислотостойкости изделий в условиях «комнатной» температуры и при повышенных температурах (около 100ºС). После доработки «покрытий» мы получили удовлетворительный результат в лаборатории и в обозримом будущем планируем перейти к изготовлению «натурных» деталей для последующих промышленных испытаний, – говорит начальник лаборатории структурно-фазового анализа НИИПТ ТГУ Антон Полунин. – В случае успешного прохождения всего цикла испытаний и доводки мы надеемся перейти к выпуску уже серийных изделий совместно с нашими партнёрами.
Партнёром ТГУ ООО «МАГНАТЕК» стало после того, как вошло в консорциум «Новые технологии для магниевых сплавов». В компании уверены, что такое сотрудничество пойдёт на пользу и науке, и производству.
– Я сам в недавнем прошлом учёный, сейчас руковожу производством и современными разработками в ООО «МАГНАТЕК». Нередко возникают такие научно-технологические задачи, которые мы, производственники, сами решить не в состоянии, поэтому наше присутствие в консорциуме – это возможность общаться с коллегами-учёными, консультироваться с ними, вести совместные проекты, проводить испытания и т.д., – рассказал Константин Гаврилюк. – С другой стороны, наши возможности и разработки, именно как производственной структуры, могут оказаться интересными и полезными для участников консорциума. То есть, взаимное сотрудничество, обмен и помощь – вот цели, которые мы преследовали, вступая в «Новые технологии для магниевых сплавов».