Учёные Пермского политеха разработали инновационные материалы для нефтегазовой отрасли

Специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета представили два технологических решения, направленных на повышение надёжности инфраструктуры нефтедобывающей промышленности. Разработки затрагивают ключевые аспекты эксплуатации скважин: герметизацию цементных оболочек и защиту металлического оборудования от коррозии и механического износа.

Первое решение — модифицированный цемент с добавлением натурального каучука, предназначенный для предотвращения утечек углеводородов. Принцип действия материала основан на способности каучуковых частиц набухать при контакте с нефтью, формируя гелеобразную субстанцию, которая герметично заполняет микротрещины в цементном камне. Для обеспечения стабильности смеси частицы размером менее миллиметра предварительно стабилизируются диоксидом кремния, что позволяет им равномерно распределяться в составе и не вступать в реакцию с водой на ранних этапах.

Лабораторные испытания показали, что добавка снижает плотность цементного раствора на 6%, одновременно повышая его вязкость без ущерба для прочностных характеристик. При контакте с углеводородами в течение часа материал формирует самовосстанавливающийся гель, способный автономно устранять дефекты. Технология применима как при строительстве новых скважин, так и при проведении ремонтных работ.

Второе направление исследований связано с созданием многослойного защитного покрытия для металлических деталей, работающих в экстремальных условиях. Новая структура покрытия обеспечивает рост твёрдости на 40% и повышение коррозионной стойкости в 3–5 раз по сравнению с существующими аналогами.

Композиция формируется путём последовательного нанесения нескольких слоёв: базовый слой чистого титана гарантирует адгезию с поверхностью детали, нитрид титана обеспечивает защиту от ржавчины, а карбонитрид титана придаёт повышенную твёрдость. Слои чередуются многократно, завершаясь упрочняющим внешним покрытием из карбонитрида, которое принимает на себя основные механические нагрузки.

Тестирование в агрессивных средах продемонстрировало улучшение износостойкости на 78% относительно зарубежных аналогов. Кроме того, способность покрытия восстанавливаться после деформации возросла в полтора раза: материал не растрескивается при ударных воздействиях, а возвращается в исходное состояние. Это позволяет значительно продлить срок службы инструментов и сократить простои производства, связанные с заменой изношенных компонентов.

Обе разработки ориентированы на применение в отраслях с высокими эксплуатационными требованиями — нефтегазовой, горнодобывающей и смежных сферах. Их внедрение способствует повышению безопасности производственных процессов, снижению экологических рисков и оптимизации затрат на техническое обслуживание инфраструктуры.

Исследования выполнены в рамках научно-технической деятельности университета и демонстрируют потенциал отечественных разработок в области материаловедения. Ожидается, что после завершения этапа промышленной адаптации технологии найдут применение на предприятиях топливно-энергетического комплекса, способствуя импортозамещению и технологической независимости отрасли.