Любая серьезная научная работа требует очень много времени и сил. А если проект подразумевает создание нового устройства — то еще и немало денег. Совмещать всё это с повседневной жизнью и работой непросто, но если молодой ученый всерьез заинтересован в своей работе — обязательно получится. Например, выпускник Сибирского федерального университета Илья Кондрашов уже несколько лет создает вискозиметр нового поколения для нефтяных и газовых месторождений. Рассказываем, что это за изобретение, зачем оно нужно, и какие трудности пришлось преодолеть, чтобы создать первый опытный образец.
Илья Кондрашов
Буровой раствор и зачем он нужен
Первый раз Илья Кондрашов побывал на нефтяном месторождении, когда проходил производственную практику в Институте нефти и газа СФУ — во время практики он трудился помощником бурильщика в ООО «БНГРЭ». После окончания университета работал инженером у российского партнера американской компании M-I SWACO, занимающейся сопровождением бурения — буровым оборудованием и буровыми растворами. Это и подтолкнуло выпускника СФУ к будущей теме своей кандидатской и разработке с нуля собственной модели прибора, без которого не обходится ни одна нефтяная скважина — вискозиметра.
Чтобы понять, зачем нужен вискозиметр, нужно для начала рассказать, как вообще происходит бурение нефтяных скважин. Любой, кто хоть раз пытался вырыть на своем садовом участке колодец, знает: в какой-то момент земля начинает осыпаться из-за давления. С нефтяной скважиной в этом плане все еще сложнее: ведь бурение идет на глубине от 3 до 5 километров — и давление растет тем больше, чем глубже в недра опускается бур... А ведь нужно не просто пробурить скважину — потом из нее еще долго будут добывать полезные ископаемые! Что же делать?
Тут на помощь приходит буровой раствор — жидкость, которая промывает скважину в процессе бурения. Раствор делает множество полезных вещей: компенсирует давление внутри скважины, предупреждает обвалы, выносит на поверхность пробуренную породу, смазывает буровой инструмент, препятствует коррозии механизмов...
Изобрели буровой раствор еще в 1833 году во Франции — с тех пор он используется буквально на каждой нефтяной скважине. Однако, чтобы раствор помогал эффективно бурить скважину, он должен иметь вязкость примерно как у киселя — и не быть при этом ни слишком густым, ни слишком жидким. В противном случае возникают следующие проблемы:
если раствор слишком густой — давление внутри насосов значительно вырастет и они не смогут качать жидкость;
если раствор слишком жидкий — производительности насосов не хватит, чтобы поднять наверх пробуренную породу.
Как раз для измерения вязкости бурового раствора и нужен вискозиметр. Называется он так в честь раздела физики, посвященного изучению методов измерения вязкости веществ — вискозиметрии.
Понимать процесс, не видя его
Во время работы помощником бурильщика Илья стал обращать внимание на работу вискозиметров, которые использовались при бурении — и заметил, что показания приборов, кажется, не всегда соответствуют реальной картине; по крайней мере, на это указывало слишком высокое давление в скважине.
«Иногда были случаи, когда показания приборов нормальные, но давления почему-то большие. Я, конечно, высказал мысль: „Может быть, у нас что-то не так?“, но коллеги говорили, что всё нормально, раз прибор показывает нормальную вязкость. Так у меня и возникла идея разобраться — почему же так происходит?», — рассказывает Илья Кондрашов.
Петр Кондрашов, кандидат технических наук, заведующий кафедрой машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов Института нефти и газа СФУ
Фото: Алина Ковригина
Отец Ильи, Петр Михайлович Кондрашов — кандидат технических наук, заведующий кафедрой машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов Института нефти и газа СФУ, постоянно повторял сыну: «Хватит ездить на вахту и работать руками, нужно начинать работать головой!». В какой-то момент Илья решил заняться наукой, а вопросы измерения вязкости бурового раствора стали темой его кандидатской диссертации.
Илья показывает свой проект: компактный вискозиметр нового поколения. Для сравнения, большой зеленый прибор справа — устаревший вискозиметр, где вязкость вещества приходится высчитывать вручную на основании угла поворота шкалы.
Молодой ученый решил разработать вискозиметр нового поколения, который позволит в точности понимать, что происходит с буровым раствором в скважине — с учетом всех возможных факторов. В России таких вискозиметров вообще нет — поэтому российские нефтяные компании вынуждены приобретать иностранное оборудование.
Но, говорит, Илья, даже у иностранных приборов есть недостатки — их показания недостаточно «прозрачны», и порой даже опытные специалисты не могут понять, почему датчики выдают именно такие цифры. Более того, буровые растворы при разной скорости бурения дают разные показатели вязкости — но нельзя понять наверняка, почему это происходит и что в этот момент творится внутри скважины.
В этом, если кратко, и заключается суть проекта — не только измерять вязкость бурового раствора, но и до конца понимать, почему получаются именно такие показатели. Ведь невозможно просто спуститься в скважину и посмотреть, что происходит на глубине в несколько километров.
Гараж, токарный станок и безграничный энтузиазм
Чтобы перейти от теории к практики — собрать первый рабочий образец — пришлось очень много импровизировать. На одном из мероприятий Красноярского регионального инновационно-технологического бизнес—инкубатора (КРИТБИ) Илья познакомился с токарем Николаем Панковым, который очень помог с разработкой прибора.
Вначале предстояло выбрать, из чего будет сделан вискозиметр. Выбор пал на алюминий и нержавеющую сталь - они больше всего подходили в плане удобства работы, химических и механических свойств. Приобретать все необходимое пришлось своими силами и за счет своих средств. Выполнять всю работу - тоже.
Первый образец прибора, все алюминиевые детали которого были сделаны на токарном станке
«Годом ранее Николай раздобыл советский токарный станок, кажется, 1953 года выпуска, и поставил у себя в гараже. На этом станке было сделано почти всё. Потом были куплены кухонные весы, с них я снял датчик и приладил к прибору. Нашли в интернете объявление о продаже двигателя от станка — старенького, но подходящего для наших целей. Новые двигатели стоят по 50-100 тысяч рублей, мы взяли свой за 12 тысяч. Впоследствии двигатель с блоком управления тоже стал частью прибора. Для первого образца, изготовленного „на коленке“, получилось очень неплохо», — рассказывает Илья Кондрашов.
Зачем в приборе нужен датчик от весов, ведь измерять планируется вязкость, а не вес?.. Идея в том, чтобы впоследствии подключить прибор к компьютеру и мерить изменения тока в датчике. Обычно современные вискозиметры делают два замера, и получаются две цифры, на основании которых и рассчитывается вязкость жидкости.
Идея Ильи в том, чтобы делать минимум десять замеров, а уже на основании получившихся результатов строить график и производить расчеты — они-то и помогут понять, что происходит с буровой жидкостью.
Первые успехи и дальнейшие планы
Создание образца осложнялось тем, что разработку прибора приходилось совмещать с пятидневной занятостью — поэтому больше всего над прибором работали в выходные дни. К тому же, на подобную работу нужны деньги. К счастью, в этом отношении КРИТБИ также помогает молодым ученым.
«КРИТБИ оказывает основную поддержку и учит, как правильно презентовать свой проект, чтобы получить грант. Ведь каким бы хорошим не был проект, если не суметь о нем доходчиво рассказать — ничего не получится. У КРИТБИ есть множество мероприятий, где можно обзавестись нужными знакомствами. Когда я презентовал свой проект на получение гранта, я рассказывал, что наш прибор поможет точнее понимать, как и почему меняется вязкость раствора. К тому же, иностранные приборы, которые используются в России сейчас, могут в какой-то момент попасть под санкции», — рассказывает Илья.
В 2018 году Илье удалось выиграть грант в программе «УМНИК», деньги получил в 2019 году — грантовые средства помогли и расплатиться с Николаем за работу, и продолжить разработку проекта. А сделать еще предстоит очень много.
«Сейчас мы ищем предприятие, которое готово вложиться в создание прибора. Параллельно я работаю в АО „ОКБ Зенит“. Совмещать науку с работой достаточно нелегко — в будние дни сил уже не остается, так что наукой занимаюсь только в выходные. В этом плане спасает отпуск — это отличное время, чтобы много и плодотворно поработать над проектом!» — рассказал Илья.
Сейчас перед молодым ученым стоит непростая задача — пора подавать заявку на грант «СТАРТ-1» от Фонда содействия инновациям. Для этого нужно составить подробный бизнес-план для своего проекта и презентовать его комиссии.
Новый грант нужен, чтобы создать следующий образец прибора — но изготавливать его нужно уже не в гараже на старом токарном станке, а на дорогостоящим современном оборудовании.
Андрей Медведев специально для интернет-газеты Newslab, фото Ирины Егоровой.
Источник: http://newslab.ru/article/1052653
