Ученые КФУ изучили механизмы окисления различных видов нефти

«Податливых» месторождений, готовых без сопротивления отдать свои сокровища, становится все меньше, а спрос на жидкие углеводороды по-прежнему растет. Альтернативой, на фоне истощения существующих месторождений, признаны трудноизвлекаемые и нетрадиционные запасы. Они обладают огромным потенциалом, но их добыча затруднена сложными геологическими условиями, требующими применения совершенно иных подходов. Существует множество различных способов добычи, однако отнюдь не каждый из них применим к нетрадиционным нефтям и битумам. Разработка месторождений осложняется не только суровыми климатическими условиями, но также неравномерностью пород, глубиной бурения, малым объемом нефтяных отложений и другими факторами.

«Одна из самых перспективных технологий добычи нефти является внутрипластовое горение. Хотя, надо признать, что и она далеко не всесильна. Дать однозначный ответ – уместна ли данная технология на сложнейших месторождениях, удается не всегда», – обозначает одну из важнейших проблем нефтедобычи Дмитрий Емельянов.

Ученые приоритетного направления «Эконефть», чья деятельность уже несколько лет посвящена добыче тяжелых углеводородов, предложили уникальную методику для получения необходимой информации, которая касается разработок. В поисках ответов на вопросы ученые изучили механизмы окисления различных видов нефти. Подробности исследования были опубликованы в ACS Publications .

«Работа нашей научной группы представляет собой оперативный скрининг, по которому мы можем определить, стоит ли применять те, или иные методы для конкретного месторождения. В данном процессе мы наблюдаем за реальным поведением изучаемого вещества. В зависимости от вида нефти, «общая картина» исследования может значительно меняться. Допустим, для легкой нефти коксообразование, будет минимально, а для тяжелой нефти – будет иметь характеристическую особенность в области высоких температур», – отмечает ученый.

Сама по себе нефть – это очень трудная комплексная система, в которой смешаны различные компоненты, а вязкость и твердость ей придают тяжелые соединения, например, смолы и асфальтены. Чтобы извлекать «черное золото» более эффективно, и с наименьшим воздействием на окружающую среду, можно использовать термические методы разработки, сообщают исследователи. В процессе разогревания вязкого вещества, например, масла, межмолекулярные взаимодействия компонентов изменяются, влияя на реологические показатели, а именно на параметры вязкости и плотности. Чтобы лёгкие компоненты нефти «начали движение», их ждет, в буквальном смысле слова, сложный, а главное – “горячий” путь. При нагреве нефти происходит изменение внутримолекулярных взаимодействий, и даже возможное разрушение «тяжелых» компонентов на более мелкие, что влияет на вязкость, и, соответственно, вынуждает жидкость становиться более лёгкой.

«Большая часть научного проекта посвящена фундаментальным аспектам исследования. Используя чистые модельные соединения, к примеру, различные алканы, ароматические соединения, поликонденсированные соединения, т.е. составные части нефти, мы можем узнать их взаимное влияние друг на друга при процессе окисления », – рассказывает Дмитрий Емельянов.

Как отмечают исследователи, на лёгкую нефть рассчитывать уже не приходится, а вот с тяжелой приходится изрядно повозиться. В ней содержаться тяжелые металлы, находящиеся в виде солей, которые необходимо перевести в инактивную форму, избегая их пагубного влияния на окружающую среду. Разработанный метод научной группой приоритетного направления «Эконефть» призван решить и данную задачу.

«В нашей работе использованы разнообразные методы термического анализа – дифференциальная сканирующая калориметрия, термогравиметрия,  адиабатическая реакционная калориметрия и т.д. Одним из ярких и простых представителей данных методов является термогравиметрия, которая фактически является измерением веса в условиях контролируемой температурной программы, к примеру, в 10 градусов в минуту. В ходе эксперимента мы наблюдаем изменение массы в определенных температурных интервалах в ходе как химических, так и физических процессов – испарения, окисления, пиролиза. Исследование интервалов таких реакций способно предоставить информацию о важных параметрах, которые позволяют предсказывать свойства нефти», – объяснил исследователь.

Поведение легкой, средней, тяжелой нефтей очень сильно отличается. Например, легкая – больше испаряется, нефть средней тяжести отличается несколько иным поведением, а вот для тяжелой вероятность испарения – минимальна. Для наглядности процесс добычи «черного золота» можно сравнить с двигателем автомобиля. Одна из частых проблем каждого водителя – это коксование, являющейся причиной некачественного бензина. То же самое происходит с нефтью. Часть вещества может окисляться, а другая часть, которая не взаимодействует с кислородом, дает начало образованию кокса. Исследование ученых КФУ интересно тем, что отражает устойчивость каждых соединений по отношению к кислороду и окислению.

«Исследование окислительного поведения нам нужно было для того, чтобы понять, как горит нефть в чистом виде, как она может гореть в пласте,. И что мы можем сделать для того, чтобы данный процесс усилить? Чтобы он протекал быстрее, чтобы о протекал при меньших температурах, опять же чтобы требовалось меньше затрат для разработки месторождений», – рассказал Дмитрий Емельянов.

По итогам проведенной работы, исследователи могут с точностью ответить, есть ли вообще смысл применения технологии внутрипластового горения на конкретном месторождении, а также работа ученых позволит разрабатывать не только имеющиеся месторождения, но и так называемые законсервированные – те, что отработали свой срок.