Ключевые слова: аддитивная технология, 3D-печать, скважинный фильтр, фильтрующий элемент, пескопроявление, механические примеси, гироидная структура, трижды периодическая поверхность минимальной энергии.
Аддитивные технологии стремительно развиваются и внедряются во все отрасли, вытесняя традиционные технологии, поскольку позволяют изготовить функциональные изделия, которые не уступают по своим эксплуатационным свойствам продукции, выпущенной серийно с применением традиционных технологий. Изделия, изготовленные с использованием аддитивного технологического процесса, широко применяются в ряде отраслей, в том числе и нефтегазовой, благодаря экономии исходного сырья, возможности безотходной переработки изделий после истечения срока эксплуатации, а также доступности и дешевизны полимерного сырья. Кроме того, возможна мгновенная передача на производство 3D-модели детали по сети в любую точку мира. Использование методов аддитивного (послойного) наращивания позволяет получать материалы со сложной структурой, к которым относятся проницаемые изделия, нашедшие широчайшее применение во многих отраслях промышленности.
Данная статья посвящена применению аддитивного технологического процесса для разработки скважинного фильтра с целью предотвращения попадания механических примесей в добываемую продукцию. Для предотвращения пескопроявлений принято выделять химические, физико-химические, механические (физические) методы и их комбинации (комбинированный метод) [3] (табл. 1). В статье центральное внимание уделено механическому методу, заключающемуся в оснащении добывающих скважин противопесочными фильтрами. Существует классификация [5] фильтров, основанная на принципе устройства фильтрующего элемента: намывные гравийные, щелевые, проволочные и перфорированные фильтры.
ТАБЛИЦА 1. Методы предотвращения выноса механических примесей
Материалы с гироидной структурой заполнения
Для разработки материалов с прогнозируемыми свойствами на макроструктурном уровне применяются трижды периодические поверхности. Изготовление материалов с упорядоченной структурой трижды периодических минимальных поверхностей стало доступно ввиду активного развития аддитивных технологий.
Структуры с топологией трижды периодической поверхности минимальной энергии (ТППМЭ) состоят из повторяющихся элементов с минимально возможной площадью. Представителями данных поверхностей являются гироиды, обладающие трижды периодической структурой, т. е. периодичностью вдоль трех осей. Параметры периодичности можно варьировать в зависимости от целевых свойств получаемого объекта [1]. На рис. 1 представлена структура с топологией ТППМЭ со следующими параметрами: ширина линии 0,5 мм, плотность 7% (параметры при проектировании). Гироиды могут быть описаны тригонометрическим уравнением (1):
sin(x) ∙ cos(y) + sin(y) ∙ cos(z)+ sin(z) ∙ cosx = t,
(1)
Где: где x, y, z – координаты декартовой системы координат; t – параметр.
