Ученые СКИФа применят синхротронные методы для повышения ресурса авиадвигателей

Ученые ЦКП «СКИФ» совместно с российскими научными и образовательными коллективами выиграли гранты в рамках Федеральной научно-технической программы развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на период до 2030 года и дальнейшую перспективу. В частности, за три года исследователи должны разработать технологии восстановления лопаток авиадвигателей и газотурбинных установок и повысить эффективность добычи трудноизвлекаемых запасов нефти и газа.

Авиационные двигатели нуждаются в регулярном техническом обслуживании и восстановлении элементов для эффективной работы и продления срока службы самолета. Лопатки двигателей – детали, которые постоянно подвергаются воздействию высоких температур, продуктов сгорания топлива и частиц пыли. В рамках грантовой поддержки ученые будут заниматься разработкой технологий восстановления поврежденных лопаток. Эта задача также актуальна для восстановления лопаток газотурбинных установок и увеличения прочности элементов оборудования для металлургической и горнодобывающей промышленности.

«Современные синхротронные методы исследования позволяют не только контролировать процесс восстановления лопаток газотурбинных двигателей, они позволяют диагностировать появление и объемную структуру трещин с точностью более 1 мкм на самом раннем этапе формирования. Чего, вообще говоря, ранее достигнуто не было. Внедрение синхротронного анализа в авиацию позволит увеличить срок эксплуатации реальных силовых установок и откроет новые возможности по восстановлению уже существующих агрегатов», — пояснил младший научный сотрудник Института гидродинамики СО РАН Алексей Студенников.

Ученые ЦКП «СКИФ» займутся диагностикой и мониторингом прочностных свойств материалов и конструкций с помощью методов синхротронного излучения. В частности, будет исследована технология сварки трением, которая позволяет получить сварочный шов элементов конструкции той же прочности, что и исходный материал. «Мы должны посмотреть поведение материала во время нагружения, мы будем видеть на уровне атомной решетки, как она двигается», — рассказал на заседании президиума СО РАН научный руководитель ИТПМ СО РАН академик РАН Василий Михайлович Фомин.

В работе примут участие Сибирское отделение РАН, Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, ЦКП «СКИФ», Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, Институт физики прочности материаловедения СО РАН (Томск). Подготовкой кадров и переобучением специалистов работе новыми методами будут заниматься сотрудники Физического факультета Новосибирского государственного университета.

В условиях неизбежной исчерпаемости запасов углеводородов перед нефтегазовой отраслью стоит стратегическая задача разработки эффективных технологий добычи трудноизвлекаемых нефти и газа, залегающих в глубинных породах со сложным геологическим строением и низкой проницаемостью. В Западной Сибири огромные запасы «трудной» нефти содержат Баженовская свита и Ачимовская свита. Традиционные методы добычи полезных ископаемых не подходят для их разработки. По оценкам экспертов, прогнозируемый объем геологических запасов углеводородов в Баженовской свите достигает 18-60 млрд тонн, в то время как за всю историю Западной Сибири было добыто около 15 млрд тонн нефти.

Инновационным инструментом, который поможет повысить эффективность извлечения трудноизвлекаемых запасов нефти и газа, является цифровой керн. Это «цифровой двойник» образцов пород глубинных слоев, отобранных при бурении скважин, который строится по данным рентгеновской томографии образцов реальных кернов.

Синхротронное излучение позволит наблюдать микроскопические процессы, происходящие внутри породы при добыче нефти и газа в динамике на микро- и наноуровне. Это позволит существенно повысить точность цифровых моделей керна и продвинуться в понимании процессов, происходящих внутри нефтяных пластов, и настроить эти процессы для повышения интенсивности добычи трудноизвлекаемых запасов.

«Тематика цифрового керна объединяет самые передовые методы математического моделирования, экспериментальных исследовательских методик и обработки данных. Уникальные возможности синхротронного излучения позволят замкнуть эти направления, дав возможность инструментально проследить воздействие различных методов увеличения нефтеотдачи на горную породу и выбрать наиболее оптимальные сценарии разработки трудноизвлекаемых запасов нефти и газа», — прокомментировал директор Научно-образовательного центра «Газпромнефть — НГУ», профессор РАН Сергей Головин.

В исследовании примут участие сотрудники Новосибирского государственного университета, ЦКП «СКИФ», Томского политехнического университета, Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, НИЦ «Курчатовский Институт».

В 2023 году для решения данного круга задач было заключено соглашение между Новосибирским государственным университетом, Научно-Техническим Центром «Газпром нефти», ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов», Томским политехническим университетом, Казанским федеральным университетом, Институтом катализа СО РАН, Институтом гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН и Институтом нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН.