Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разработали принципиально новый состав магнезиально-силикатных пропантов — это керамические материалы, используемые при добыче трудноизвлекаемых нефти и газа. Они стали более прочными и легкими по сравнению с существующими аналогами, а также значительно дешевле в производстве.

Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Industrial and Engineering Chemistry (Q1, IF: 6,06). Технология их получения была успешно опробована в производственных условиях промышленного партнера ООО «НИКА-ПЕТРОТЭК» (г. Семилуки Воронежской области).

По словам ученых, в последнее время керамические материалы получили нетрадиционное применение в нефтегазодобывающей отрасли в качестве расклинивающих агентов (пропантов) для добычи нефти и газа методом гидроразрыва пласта. Пропанты — это материал из маленьких гранул. Его закачивают в земляной пласт вместе с жидкостью разрыва, чтобы после гидроразрыва удерживать от смыкания трещины в пласте, тем самым облегчая выход нефти и газа. Пропанты должны быть прочными, легкими, устойчивыми к агрессивным средам. Для этого ученые ищут их новые составы. Сегодня отечественной промышленностью выпускаются пропанты двух типов: алюмосиликатные (на основе высококачественных каолинов и огнеупорных глин) и магнезиально-силикатные (на основе оливинитов, дунитов и серпентинитов). Из-за ограниченной сырьевой базы ставка делается на вторые.

Ученые ТПУ разработали технологию получения магнезиально-силикатных пропантов с улучшенными физико-технологическими свойствами. Они применили природную кремнезистую добавку — диатомит. Это осадочная порода, продукт разложения диатомитовых водорослей, имеющая пористую структуру. Она заменила песок, который традиционно используется в качестве составного компонента магнезиально-силикатных пропантов.

«Основной состав диатомита — кремнезем в аморфном, реакционно активном состоянии. Эта особенность строения дает ряд преимуществ по сравнению с песком, в котором кремнезем находится в менее активном кристаллическом состоянии. Такое различие в строении кремнеземистой добавки активирует процесс спекания и уплотнения керамической матрицы», — поясняет руководитель проекта, профессор Научно-образовательного центра Н.М. Кижнера ТПУ Татьяна Вакалова.

Кроме того, производство таких пропантов обходится значительно дешевле: их обжигают при более низких температурах, что снижает энергетические затраты.

Теперь ученые проводят исследования по созданию керамических пропантов с использованием техногенных отходов топливно-энергетического и химико-металлургических комплексов. Это разнообразные золосодержащие отходы, металлургические шлаки и шламы.