Ученые Дальневосточного федерального университета создали армированные уплотнения для шельфа и Арктики, которые будут сдерживать высокое давление внутри нефтяных труб и обеспечат безопасную транспортировку нефти и газа. Эти критически важные детали предназначены для работы в самых экстремальных климатических условиях в труднодоступных регионах страны. Они заменят ушедшие импортные аналоги и превзойдут их по устойчивости к холоду и агрессивным средам.
Армированные уплотнения — это особые конструктивные элементы изделий, которые играют защитную, изолирующую и герметизирующую роль. Необходимые свойства им обеспечивают арматура и эластомер.
Арматура представляет собой внутренний каркас, обычно из нержавеющей стали или сверхпрочного пластика. Она нужна для того, чтобы уплотнение крепко сидело на своем месте, сохраняло форму и положение под действием высокого давления. Эластомер — слой специальной резины, каучука или тефлона, который обволакивает арматуру, плотно прилегает к деталям и предотвращает утечку жидкости или газа.
Сама концепция армирования (усиления) резины металлом появилась еще в первой половине XX века. Первые патенты на радиальные сальники с металлическим каркасом датируются 1920–1930-ми годами. Сегодня вопрос замены существующих материалов на новые стал подниматься все чаще — это нужно для повышения производительности и снижения затрат на обслуживание и ремонт оборудования. По мнению ученых, сейчас происходит технологический прорыв, формируется новая версия изделий для российской нефтегазовой отрасли.
По словам проректора по развитию ДВФУ Натальи Ватолкиной, этот проект — блестящий пример того, как фундаментальная наука превращается в реальный продукт с колоссальным экономическим эффектом. Если ранее такие уплотнения закупали за рубежом, то сегодня, когда вопросы технологического суверенитета выходят на первый план, вуз не просто заместил импорт, а сделал шаг вперед.
«За счет полной локализации производства и отсутствия таможенных пошлин стоимость таких систем станет дешевле западных аналогов. А нахождение производственных мощностей внутри страны позволяет сократить сроки поставки оборудования и запасных частей в несколько раз, исключая риски, связанные с международной логистикой и санкционными ограничениями. К тому же эти разработки проектируются с учетом уже существующей инфраструктуры российских месторождений, что упрощает их интеграцию и снижает затраты на переоборудование», — подчеркнула проректор.
По ее мнению, поддержка государства позволит создавать продукцию, которая в ближайшем будущем будет успешно конкурировать на экспортных рынках, задавая новые стандарты надежности.
Армированные уплотнения нужны везде, где есть движение, вращение, высокие давления и агрессивная среда, в том числе:
· на нефтяных вышках и платформах. Там они стоят в превенторах — кранах больших габаритных размеров, которые должны мгновенно перекрыть скважину, если нефть под крайне высоким давлением решит вырваться наружу;
· в насосах и компрессорах. Когда вал крутится со скоростью тысячи оборотов в минуту, обычная прокладка сгорит. Армированная манжета (ее часто называют сальником) держит герметичность годами;
· в трубах и арматуре, чтобы на стыках газопроводов, проложенных по дну океана, не было утечек, которые невозможно починить вручную;
· в автомобилях. Течь сальника в двигателе или коробке передач — это как раз выход из строя армированного уплотнения, которое удерживает масло внутри мотора.
«Наше оборудование изначально проектируется для работы в экстремальных условиях Арктики и Крайнего Севера. Оно работает в условиях, где давление может быть как на дне Марианской впадины. Температурный диапазон благодаря исследованию расширен до границ от −40 до +180 °C. За счет оптимального сочетания армирования и эластомера срок службы при высоком давлении (до 100 МПа) увеличивается кратно», — поделился руководитель проекта «Полимерные материалы для нефтегазовой отрасли и нефтехимии» Максим Куракин.
Созданные уплотнения на 50% устойчивее к сероводороду и углекислоте, а их газопроницаемость снижена на 25%. В переводе с технического языка это означает, что разработка кратно увеличит срок службы оборудования и сведет к минимуму риск аварий, подобных той, что случилась в Мексиканском заливе.
Новые материалы успешно прошли испытания на стойкость к газовой декомпрессии. Это явление, при котором газ под давлением буквально разрывает материал изнутри, когда давление падает. Чтобы проводить такие тесты прямо в университете, ученые спроектировали уникальный стенд ресурсных испытаний. Он включает измерительное, управляющее, регулирующее, технологическое и другое оборудование для специальных, контрольных, прочностных, ресурсных, приемочных и других видов испытаний разных изделий и агрегатов. Теперь весь цикл от идеи до готового прототипа замыкается в стенах вуза.
Как отметил Максим Куракин, разработка уже сегодня готова решать конкретные задачи бизнеса.
«Получив запрос от нефтяников, команда проекта приступает к работе, — рассказывает руководитель проекта. — В нее входят не только опытные инженеры-исследователи, но и молодые и идейные студенты, магистранты, аспиранты — химики, технологи, конструкторы и экологи с опытом работы в разных отраслях промышленности в реальном секторе экономики. Они подбирают оптимальную рецептуру полимерного композита. Затем создается пресс-форма (ее производство полностью локализовано, чтобы не зависеть от иностранных поставщиков), изготавливается опытный образец и отправляется на испытания на новый стенд. Только пройдя все эти этапы, изделие попадает к потребителю, а разработчики остаются на связи, чтобы оперативно вносить коррективы в технологию по итогам эксплуатации».
Технология позволяет получить свойства, недоступные обычным металлам и пластикам. Главные преимущества новых материалов:
· абсолютная стойкость к коррозии в соленой морской воде;
· высокая прочность при малом весе (что снижает нагрузку на подводные конструкции);
· исключительная долговечность в условиях высокого давления и низких температур.
Благодаря наработкам текущего года ученые ДВФУ могут разрабатывать новые рецептуры под конкретные задачи индустриальных партнеров и сразу получать готовые опытные образцы для натурных испытаний и дальнейшего внедрения в производство.
В 2026 году специалисты планируют создать не только серию уплотнений, но и прототип протектора бурильной трубы. Также они приступят к проектированию полимерных конструкций для армирования автозимников — ледовых дорог, по которым идет завоз грузов в северные районы.
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (национальный проект «Молодежь и дети»).
