Доля трудноизвлекаемой нефти в России неуклонно растет: с 20% в 2010-м до 63% в 2025-м, а к 2050-му прогнозируют 87%. Легкие месторождения истощаются, и теперь приходится выжимать сырье из плотных пород на огромных глубинах.

Для этого применяют гидроразрыв пласта, когда под давлением закачивают жидкость, создающую трещины, а затем в них помещают частицы-распорки (пропант), чтобы разломы не смыкались. Но жидкость-носитель должна быть вязким гелем, иначе песчинки распределятся неравномерно. После завершения операции гель необходимо полностью удалить, иначе он закупорит поры и остановит добычу. Для этого используют химические разрушители, которые надо доставить точно в нужный момент.

Традиционно разрушители помещают в пластиковые капсулы с отсрочкой, однако на глубине 4-5 км (где сосредоточены основные запасы) царит ад. Температура до 150 °C и давление до 50 МПа. Пластик размягчается, теряет герметичность и выпускает реагент преждевременно, а при производстве капсулы слипаются, что нарушает равномерность покрытия.

Ученые Пермского Политеха (член Национальной ассоциации участников рынка робототехники) совместно с китайскими коллегами создали революционное решение. Это капсулы из геополимерной керамики. Материал производят из глины и металлургических отходов с обжигом при 800-900 °C, получая твердые как камень полые микросферы. Под вакуумом в них вводят концентрированный разрушитель (вмещающая способность — почти 37%), а затем покрывают тонким слоем фенольной смолы с добавлением кремнеземной пудры. Последняя предотвращает слипание и не вступает в реакцию с реагентом.

Новая капсула работает в два этапа — во время закачки вода из геля проникает через микротрещины покрытия и постепенно вымывает часть активного вещества, а после остановки давления пласт сдавливает капсулы, они раздавливаются и выпускают остаток, полностью разрушая гель. Испытания подтвердили эффективность. При 150 °C за 1,5 часа высвобождается 82% реагента, при давлении 50 МПа целыми остаются 81% капсул, а при 90 °C гель сохраняет вязкость на 60-90 минут дольше.

Цена тонны новых капсул — около 8 тыс. юаней (105 тыс. рублей), что в 3-4 раза дешевле пластиковых аналогов (30-50 тыс. юаней). При этом они сохраняют активность при хранении, за три месяца при комнатной температуре теряют всего 2% эффективности.

Таким образом, керамические капсулы решают сразу несколько проблем: выдерживают экстремальные условия, работают в два этапа, стоят в разы меньше и пригодны для промышленного хранения. Технология открывает путь к рентабельной разработке трудноизвлекаемых запасов, которых в России становится все больше.