Запуск Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ) открывает для российской геологии и нефтегазовой отрасли новый класс исследований — от наблюдения за движением флюидов в микропорах нефтяного керна до поиска сверхмалых концентраций редкоземельных и благородных металлов.
Фото: ЦКП СКИФ Сформированы два консорциума для использования синхрофазотрона в новых нефтегазовых технологиях и поиска новых месторождений
Елена Иванова
СКИФ — источник синхротронного излучения поколения 4+ с энергией электронного пучка 3 ГэВ. В июле 2026 года Ростехнадзор подтвердил полную строительную готовность комплекса; следующим этапом должно стать получение разрешения на запуск. Для нефтегазовой отрасли особенно важны две разработки: станция первой очереди «Микрофокус» и проектируемая станция второй очереди «РФА Геология».
Цифровой двойник месторождения
Одна из наиболее перспективных областей применения СКИФ — создание цифрового керна. Как известно, керн представляет собой образец породы, поднятый при бурении скважины. Однако обычное исследование керна дает лишь ограниченное представление о том, как устроено поровое пространство пласта.
Для трудноизвлекаемых запасов этого часто недостаточно: нефть может находиться в чрезвычайно мелких и плохо связанных между собой порах, а свойства породы могут резко меняться даже на расстоянии нескольких миллиметров. СКИФ позволяет перейти от обычного описания образца к его трехмерной цифровой модели на микро- и наноуровне.
На станции «Микрофокус» предполагается использовать высокоразрешающие когерентные методы —когерентный дифракционный имиджинг, птихографию и птихотомографию. Именно эти методы открывают новые возможности для исследований керна и задач освоения трудноизвлекаемых запасов. Главное преимущество в том, что исследователь получает не просто фотографию породы, а возможность восстановить пространственную структуру порового пространства, размеры и взаимосвязь пор, трещин и минеральных фаз.
Синхротронная томография позволяет исследовать размер и форму пор, соединенность порового пространства, микротрещины, распределение минеральных фаз.
Геологи способны понять, как жидкости и газ движутся через породу, а также как взаимодействуют между собой нефть, вода и газ с поверхностью минералов. Цифровая модель будет динамической, по ней можно будет предсказать, как изменяется структура породы под воздействием давления, температуры и химических реагентов.
На основе полученных данных ученые создадут математические модели пласта и превратят керн в цифровой двойник реального участка месторождения.
Фото: СКИФ. Бустерный синхротрон достиг проектных параметров
Баженовская свита — трудный орешек ТРИЗов
Российская нефтяная отрасль сталкивается с быстрым ростом доли трудноизвлекаемых запасов. Поэтому значение Баженовской и Ачимовской свит Западной Сибири растет. По оценкам, геологические ресурсы нефти Баженовской свиты могут достигать 18–60 млрд тонн, хотя эти цифры относятся именно к ресурсному потенциалу, а не к извлекаемым запасам.
Проблема заключается в том, что традиционная модель разработки месторождения — пробурить скважину, оценить приток и подобрать режим эксплуатации — для низкопроницаемых коллекторов работает значительно хуже. Необходимо понимать, что происходит внутри нескольких микронов породы.
Именно это может дать синхротрон.
Гидроразрыв пласта и синхрофазотрон
Для нефтегазового консорциума уже создан специальный рентгенопрозрачный кернодержатель.
Его разработали Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН и НГУ. Конструкция позволяет исследовать керн непосредственно в условиях, приближенных к пластовым, а данные использовать для моделирования фильтрации жидкостей и газов через горную породу, распространения упругих волн и процессов трещинообразования. В результате исследователь получает практически «видеозапись» процесса разработки пласта на микроуровне.
Для трудноизвлекаемой нефти гидроразрыв пласта — один из ключевых методов увеличения притока. Но эффективность ГРП зависит от того, как трещина взаимодействует с естественной системой микротрещин и пор.
С помощью синхротронных исследований можно изучать, как распространяется трещина, какие минералы препятствуют ее распространению. Моделирование дает возможность определить, куда проникает закачиваемая жидкость, а где остаются зоны, не охваченные воздействием. В перспективе это позволяет переходить от принципа «подобрать параметры ГРП по аналогии с соседней скважиной» к более точному проектированию воздействия непосредственно под конкретный тип породы.
Фото: СКИФ. Станция «Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне»
Редкоземельные металлы: поиск там, где обычный анализ уже недостаточен
Вторая крупная область применения СКИФ — стратегическое минеральное сырье.
В 2025 году был создан второй консорциум — «Синхротронное излучение для технологий прогноза и поисков стратегических видов минерального сырья». В него вошли СКИФ, Институт катализа СО РАН, Институт геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН, Институт геологии алмаза и благородных металлов СО РАН, ТПУ, ГЕОХИ РАН и Сколтех.
Здесь задача еще интереснее: найти элементы, содержание которых может быть настолько низким, что обычный анализ не позволяет эффективно определить их пространственное распределение.
Синхротронный рентгенофлуоресцентный анализ способен обнаруживать микросодержания элементов вплоть до порядка 1 мг/т и при этом локализовать их непосредственно внутри образца. На этой основе можно строить трехмерные карты распределения элементов.
Для геолога это означает переход от вопроса:
«Есть ли редкоземельный элемент в этой породе?»
к гораздо более важному:
«Где именно он находится, с каким минералом связан и как его можно извлечь?»
Сейчас геохимическое сопровождение месторождения часто требует большого количества проб, их подготовки и последовательного лабораторного анализа. Если «РФА Геология» позволит быстро исследовать десятки и сотни граммов материала непосредственно с рудного объекта, схема может измениться.
Синхротрон может стать не только инструментом анализа уже найденного месторождения, но и инструментом сокращения неопределенности на стадии поиска.
Экономика во главе угла
Российская нефтяная отрасль постепенно сталкивается с ситуацией, когда новые баррели становятся значительно дороже старых. Легкая нефть традиционных месторождений постепенно уступает место более сложным объектам — низкопроницаемым коллекторам, баженовским и ачимовским запасам, карбонатным коллекторам, трудноизвлекаемым запасам Восточной Сибири и Арктики. В такой ситуации каждый процент увеличения нефтеотдачи становится экономически значимым.
СКИФ позволяет приблизить исследование пласта к фундаментальному уровню — до структуры пор, минералов и взаимодействия флюидов внутри породы. Именно здесь может возникнуть главный практический результат: не просто найти еще одно месторождение, а научиться извлекать больше нефти и газа из уже известных, но сегодня плохо разрабатываемых запасов.