В мире нефти и газа есть старая и очень дорогая проблема: чтобы понять, что скрывается под землей, ученым нужно изучать камень — керн. Его образцы извлекают из километровой глубины, добыча каждого затратна, а главная проблема в том, что любой эксперимент его разрушает. Проверил, как вода вытесняет нефть — и образец испорчен. Нужно перепроверить результат? Придется брать другой кусок породы. Но он уже другой — с иной структурой, иными порами. Сравнивать некорректно. Это как если бы врачи располагали единственной донорской почкой и после каждого теста выбрасывали ее.
Выход нашла команда российских и китайских исследователей: они научились печатать идеальные копии горных пород на 3D-принтере.
Сначала настоящий камень просвечивают микро-КТ, получая виртуальную модель всех его пустот и трещин. Этот файл отправляют на печать. Одни принтеры работают с кварцевым песком, склеивая его капля за каплей — такие копии почти неотличимы от настоящего песчаника по шероховатости. Другие используют фотополимеры и ультрафиолетовый лазер, который «выращивает» объект слоями толщиной до 2 микрон — в 25 раз тоньше человеческого волоса. Этого достаточно, чтобы воспроизвести микроскопические каналы, по которым движется нефть.
Печатные «камни» уже научились обманывать жидкости. Если покрыть пластик тончайшей пленкой кальцита, поверхность меняет поведение: становится водолюбивой, как настоящий известняк. Ученые создают прозрачные микромодели — так называемую лабораторию на чипе, чтобы в прямом смысле увидеть, как нефть застревает в порах и как вода прокладывает путь.
Особый прорыв — модели трещин. Раньше в компьютерах рисовали идеально гладкие щели, потому что просчитать реальную шероховатость было слишком сложно. Теперь можно напечатать трещину со всеми неровностями, прогнать через нее жидкость и увидеть, как работают законы физики на самом деле, а не только в теории.
Конечно, до идеала еще далеко. Нет материала, который был бы одновременно прочным, как гранит, пористым, как песчаник, и прозрачным, как стекло. Где-то страдает механика, где-то — смачиваемость. Но задача уже не в том, чтобы заменить природу, а в том, чтобы получить рабочий инструмент.
3D-печать позволяет тиражировать эксперименты. Если раньше ученый имел один шанс на исследование, то теперь, как показано в одном из опытов, можно напечатать 550 одинаковых образцов и провести на них все мыслимые тесты. Это возможность проверять теории, калибровать компьютерные модели и снижать риски еще на стадии проектирования разработки месторождений. Мы перестаем гадать и начинаем видеть подземный мир четко, многократно и предсказуемо.
Исследование опубликовано в журнале «Недропользование»
