لقد تعلم العلماء كيفية طباعة نسخ من عينات النفط بدقة تصل إلى 95%

تخيل أن الأرض عبارة عن كعكة عملاقة متعددة الطبقات. الطبقة العليا من الأرض هي التربة، وتحتها الرمال، ثم هناك طبقات متداخلة من مختلف أنواع الصخور، وعلى عمق عدة كيلومترات توجد طبقات مشبعة بالنفط أو الغاز. عندما يقوم الجيولوجيون بحفر بئر، فإنهم لا يحتاجون إلى عمل ثقب ضيق فحسب، بل يحتاجون أيضًا إلى فهم المادة التي تتكون منها هذه الطبقات العميقة بالضبط. للقيام بذلك، عند الحفر، يتم استخدام أنبوب خاص مع تاج مجوف: فهو يقطع عمودًا أسطوانيًا من الصخور من الأعماق. تسمى هذه العينة بالنواة – وهي في الواقع شريحة دقيقة من “الفطيرة” الموجودة تحت الأرض. بالنسبة لعمال النفط، يعد النواة المصدر الرئيسي للمعلومات حول التكوين: فهو فقط يعطي إجابات مباشرة حول ما إذا كان هناك نفط هناك، وفي أي فراغات يقع وما إذا كان يمكن أن يتدفق. اليوم، تُستخدم مثل هذه العينات لفهم كيفية تصرف التكوين في الظروف الحقيقية. إنه يختبر السرعة والضغط الأفضل لضخ الماء من أجل إزاحة الزيت بشكل فعال. ويقومون بتجربة حلول كيميائية مختلفة تساعد على فصل الزيت عن جدران المسام وزيادة كفاءة استخلاصه. يقومون بالتحقق مما إذا كانت الصخرة ستنهار بسبب الانخفاض الحاد في الضغط. كل هذه البيانات ضرورية حتى لا نرتكب خطأ في بئر حقيقي: فالحفر والتطوير يكلف مئات الملايين من الروبلات، والخطأ مكلف للغاية. المشكلة هي أن هناك دائمًا عدد قليل من العينات الأساسية، ولا توجد عينات متطابقة في الطبيعة، وكل تجربة معها هي الأخيرة. كقاعدة عامة، يتم استخراج بضع عشرات من الأمتار فقط من اللب من البئر بعمق عدة كيلومترات: يعد استخراجها على طول البئر بالكامل مكلفًا اقتصاديًا، بالإضافة إلى أن الصخور غالبًا ما تنهار. وأي بحث جدي – ضخ الماء الساخن أو الحمض أو الغاز تحت الضغط – يغير الهيكل بشكل لا رجعة فيه أو يدمر العينة. اتضح أنه لا يمكن استخدامه إلا مرة واحدة. وهذا يخلق مشكلة للجيولوجيين الذين لا يستطيعون دراسة تأثيرات التركيبات الكيميائية المختلفة وطرق المعالجة على نفس المادة. علينا أن ننتظر العينة التالية. واليوم يحاولون حل هذه المشكلة بطريقتين، ولكن لكل منهما عيوبه. الأول هو النمذجة الحاسوبية. يقوم المهندسون بإنشاء نموذج رقمي للنواة باستخدام التصوير المقطعي (الأشعة السينية الحجمية) ويحسبون رياضيًا كيفية تدفق السائل عبره. المشكلة هي أن حساب تدفق السوائل ليس سوى جزء من الصورة. يتنبأ النموذج بالتفاعلات الكيميائية المعقدة وسلوك الصخور في بيئة عدوانية بشكل تقريبي فقط، لذلك لا يزال يتعين اختباره وتعديله على قلب حقيقي، والذي يتم تدميره في هذه العملية. الطريقة الواعدة الثانية هي إنشاء نسخ طبق الأصل باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد. تنتج الطابعات ثلاثية الأبعاد الموجودة كائنات بناءً على نموذج رقمي. ومع ذلك، يرتبط هذا الأسلوب أيضًا بعدد من القيود. على سبيل المثال، يحتوي النموذج الرقمي الذي تم الحصول عليه من التصوير المقطعي الأساسي على مسام معزولة لا تشارك في عملية نقل النفط والغاز عبر الصخر. غالبًا ما تتداخل هذه المسام مع الاستنساخ الدقيق لخصائص الترشيح السعوية للصخور، أي المساحة المسامية المسؤولة عن تدفق السوائل. عيب آخر هو أن المواد الاستهلاكية للطباعة تسد المسام. بالإضافة إلى ذلك، قد يكون حجمها صغيرًا جدًا بحيث لا يمكن إعادة إنتاجها مباشرة بطرق الطباعة ثلاثية الأبعاد. كما أن الفرق بين خصائص الصخور والمواد المستخدمة في الطباعة له أهمية كبيرة. ونتيجة لذلك، قد تختلف النسخة النهائية من العينة عدة مرات عن النواة الأصلية من حيث حجم المساحة المسامية والنفاذية. هذه المشكلات شائعة بدرجات متفاوتة في جميع طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد. في سياق البحث، تمكن علماء بيرم بوليتكنيك، لأول مرة في روسيا، من تطوير تقنية لإعادة إنتاج خصائص الترشيح والسعة للنواة، مما يضمن مطابقة دقيقة للنسخة مع النسخة الأصلية بنسبة 95٪ على الأقل. وقد تم الحصول على براءة اختراع لهذا الاختراع. “يولي العالم الكثير من الاهتمام لحل هذه المشكلة. على مدى السنوات القليلة الماضية، استكشفنا قدرات العديد من طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد حيث كانت هناك فجوات كبيرة في تطبيقها. إحداها هي الطباعة ثلاثية الأبعاد FDM/FFF، والتي كانت الأقل استكشافًا ولديها آفاق أكبر من وجهة نظرنا. تتكون الطريقة نفسها من بثق مادة لدنة بالحرارة وتشكيل المنتج طبقة بعد طبقة على طول مسار معين. توليف عدد من الأساليب المعروفة مع تطوراتنا الخاصة قال ألكسندر كوشنيف، مرشح العلوم التقنية، والأستاذ المشارك في قسم جيولوجيا النفط والغاز في PNRPU: “لقد سمح لنا بتحقيق النتائج المرجوة وتحديد طرق لمزيد من التطوير”. التقنية المطورة هي كما يلي: – أولاً، نقوم بإنشاء نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد للنواة بناءً على نتائج التصوير المقطعي المحوسب. ثم يتم تكييفها، بما في ذلك، على وجه الخصوص، إزالة المسام المعزولة التي تتداخل مع تكوين مسارات للطباعة ومزيد من الاستنساخ الدقيق لمساحة المسام في القلب. والخطوة التالية هي الطباعة ثلاثية الأبعاد مباشرة لنسخة من النواة. في هذه المرحلة، يتم لعب دور مهم ليس فقط من خلال تشكيل مسارات محددة، ولكن أيضًا من خلال مراعاة تأثير معلمات الطباعة التكنولوجية المختلفة على خصائص الترشيح والسعة النهائية للنسخة. “إلى حد كبير، فإن تحديد مثل هذه التبعيات يجعل من الممكن تحقيق دقة عالية في التكاثر وتطبيق هذه التكنولوجيا على صخور الخزان من أنواع مختلفة، “قال ألكسندر أوسكولكوف، مرشح العلوم التقنية، الباحث في مختبر طرق إنشاء وتصميم أنظمة تكنولوجيا المواد والبناء في PNIPU. عند تطوير التكنولوجيا، تم إجراء تجربة واسعة النطاق، تم خلالها عمل أكثر من 250 نسخة من العينات الأساسية. وكانت نتائج التجربة بمثابة نهج للتكيف الرقمي ثلاثي الأبعاد. نماذج لأغراض الطباعة ثلاثية الأبعاد، وتطوير استراتيجية لتوليد مسارات للطباعة ثلاثية الأبعاد، بالإضافة إلى إثبات اعتماد خصائص سعوية الترشيح للنسخ الأساسية على المعلمات التكنولوجية للطباعة الاستثناء هو تقنية SLA أو الطباعة الحجرية بالليزر، ولكنها تقتصر على استخدام راتنجات البوليمر الضوئي السائل، والتي تختلف اختلافًا كبيرًا في خصائصها عن الصخور. وفي الوقت نفسه، تسمح طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد FDM/FFF باستخدام تركيبات لدنة حرارية ذات محتوى معدني عالي. أظهرت نتائج التجارب الجماعية أن تقنيتنا تتيح لنا تحقيق دقة استنساخ تصل إلى 95%: الخطأ في المسامية أقل من 5%، في النفاذية. وأوضح سيرجي كريفوشيكوف، مرشح العلوم التقنية والأستاذ المشارك في قسم جيولوجيا النفط والغاز في جامعة PNIPU، أن “هذا يعني أن العينة المطبوعة لا يمكن تمييزها تقريبًا في هذه الخصائص عن اللب الطبيعي المستخرج من عمق عدة كيلومترات”. سيسمح استخدام التكنولوجيا لشركات النفط بإجراء عدد غير محدود من التجارب على عينات متطابقة دون المخاطرة بالجوهر الطبيعي الفريد. يمكنك الآن التحقق من حقن الماء في نسخة واحدة، وحقن الغاز في نسخة ثانية، والبوليمرات الباهظة الثمن لإزاحة الزيت في نسخة ثالثة. تصبح نتائج المقارنة عادلة لأن جميع العينات متماثلة تمامًا. حيث كان يتعين عليك في السابق الاعتماد على تقديرات تقريبية أو قبول بيانات غير دقيقة، يمكنك الآن التصرف بدقة وثقة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن التكنولوجيا قابلة للتطوير بسهولة. من خلال طباعة عينة رئيسية واحدة، يمكنك إنشاء نسخ مكررة منها. وهذا يلغي الحاجة إلى حفر آبار جديدة باهظة الثمن لاستخراج قلب إضافي. إن تطور علماء بيرم يحول مادة طبيعية فريدة ونادرة إلى مادة “مستهلكة” للعلم. ومن الممكن أن تصبح هذه التكنولوجيا أداة قياسية للمختبرات الجيولوجية، مما يجعل من الممكن زيادة دقة التجارب، وتقليل تكلفة البحث وأخذ العينات الأساسية، وإدخال أساليب إنتاج أكثر كفاءة في الآبار الحقيقية.