Газпром нефть НТЦ совместно со Сколковским институтом науки и технологий реализует (Сколтех) проект по созданию новых сверхтвердых материалов для резцов бурового долота.
Отечественная разработка сможет составить конкуренцию импортным продуктам, снизив стоимость производства буровых долот на 10-30%, а также станет прорывом для других отраслей - строительства, горной промышленности, приборостроения.Уже получены 1е перспективные образцы новых сверхтвердых материалов. В России резцы для долот из сверхтвердых материалов банально не производятся, поэтому новая разработка - это импортозамещение в чистом виде.Около 30 лет таких прорывов технологии изготовления резцов не было. Традиционно использовался идеальный материал для резцов бурового долота - это алмаз, который является самым твердым веществом.Вместе с тем, у алмаза есть ряд существенных технологических недостатков:- является хрупким материалом и для его производства требуется колоссальное давление в 60 тыс атмосфер (6Гпа) и температура в 1500-1700 оС;- механически обработать алмаз ничем, кроме алмаза, невозможно, поэтому производить из него продукцию очень дорого и трудозатратно.Алмазные резцы не всегда нужны при бурении.К примеру в песчаных породах можно нередко обойтись без алмазной твердости, но требования к износоустойчивости остаются. Газпром нефть НТЦ разрабатывает новые сверхтвердые материалы, которые по свойствам должны не сильно уступать алмазу по твердости и трещиностойкости, но были бы гораздо дешевле в производстве (синтезироваться при более низких давлениях и/или температуре).Для решения этой задачи НТЦ использует российскую инновацию USPEX - это метод компьютерного предсказания кристаллических структур, основанный на эффективном эволюционном алгоритме, разработанном группой во главе с профессором А. Огановым из Сколтеха.В коде также реализованы:- альтернативные методы (случайный поиск, метадинамика, улучшенный алгоритм оптимизации роя частиц);- методы поиска механизмов превращений кристаллических структур (метод упругой ленты с переменной ячейкой, метод TPS).USPEX сопряжен со многими программами для DFT и классических расчетов, в тч VASP, SIESTA, GULP, Quantum Espresso, CP2K, CASTEP, LAMMPS, используемых для расчета энергий и релаксации структур.Преимущества метода USPEX:- работа без лабораторного синтеза, выход на проектирование с уже имеющимися данными о материале;- позволяет предсказывать составы стабильных соединений и соответствующие им кристаллические структуры полностью неэмпирическим поиском, при произвольных давлениях и температурах, исходя из знания только химического состава материала. Такой подход позволяет анализировать множество образцов в цифровом виде без их изготовления;- способен предсказывать структуры низкоразмерных материалов: наночастиц, полимеров, поверхностей, межзеренных границ и 2D-кристаллов;- способен эффективно работать с молекулярными кристаллами (в тч содержащими довольно сложные молекулы);- позволяет предсказывать широкий набор метастабильных структур и проводить расчеты с использованием различной информации о системе. В феврале 2018 г были получены 1е перспективные образцы новых сверхтвердых материалов.После проведения исследований их свойств наиболее перспективные варианты будут изготовлены в Институте физики высоких давлений РАН в г Троицке.Проведение 1х скважинных испытаний долот с новыми материалами пройдет до конца 2018 г. Генеральный директор Газпром нефть НТЦ М. Хасанов отметил, что для того чтобы оставаться технологическим лидером отрасли, Газпром нефть постоянно разрабатывает новые подходы к решению производственных задач.Создание новых материалов - это одна из наиболее интересных и перспективных областей науки, в которой мы ожидаем технологические прорывы в ближайшем будущем.Появление новых веществ с управляемыми свойствами может существенно изменить не только нефтяное хозяйство, но и стать импульсом для модернизации многих других отраслей промышленности, также пояснил он.
Источник: neftegaz.ru