Исследования «Эконефти» будут продолжены в рамках нового проекта
Действующие исследования ученых КФУ, отражающие тренды мировой климатической повестки, будут продолжены в рамках новой программы – «Приоритет-2030», – «Российский энергетический переход: баланс природного потенциала и глобальных трендов».
«Международная повестка меняется. В энергетической сфере появляются новые вызовы, связанные непосредственно с декарбонизацией, со снижением углеродного следа с решением проблем климата. В 2022 году приоритетное направление «Эконефть» ожидает трансформация, внимание наших специалистов будет сфокусировано на сохранении потенциала в нефтегазовой сфере, который был задан нашей стратегической академической единицей. Одновременно ученые продолжат решать вопросы климатической повестки. Добытая энергия должна быть максимально «зеленая» и безопасная» — сообщил руководитель приоритетного направления «Эконефть» Михаил Варфоломеев.
Ведущими направлениями нового проекта на ближайшие несколько лет составят мониторинг и контроль выбросов парниковых газов, утилизация опасных парниковых газов и работа в области водородной энергетики.
Поток новостей уходящего, 2021 года заметно отразил научные достижения ученых нефтегазового профиля, представляющее одно из стратегических направлений Казанского федерального университета. Расскажем о них подробнее.
С 2016 по 2021 году в лабораториях приоритетного направления «Эконефть» интенсивно разрабатывались передовые технологии для реализации идеи развития мировой энергетики, задавая импульс к принятию необходимых решений. Ежемесячно ученые проводили и принимали участие в многочисленных круглых столах и панельных дискуссиях. Основные темы затрагивали энергопереход, будущее нефтегазовой индустрии и развитие водородных технологий, а также текущую ситуацию на газовом рынке.
«В Казанском федеральном университете активно развиваются исследования, связанные с углеродной экономикой. Функционируют проекты, направленные на поиски, разведку, разработку месторождений нефти и газа, а также на разработку нетрадиционных ресурсов, которых сегодня в большом количестве имеется в России и ряде других стран. Теперь нас ожидает новая фаза исследований, связанные с водородной энергетикой», — резюмирует проректор по направлениям нефтегазовых технологий, природопользования и наук о Земле КФУ Данис Нургалиев.
Уходящий год начался для молодых ученых КФУ со знаменательного достижения: исследователи стали стипендиатами Президента Российской Федерации на 2021-2023 годы. Стипендия составляет 22800 рублей в месяц и назначается сроком до трех лет. Победителями конкурсного отбора стали 4 сотрудника приоритетного направления «Эконефть». Представленные научные исследования и разработки направлены на решение первостепенной проблемы для российской и мировой экономики — изменение климата. Награду получили Айсылу Ибрагимова, Сергей Ситнов, Амин Мунтасер и Дмитрий Емельянов.
Разработка и внедрение принципиально новых ресурсосберегающих и экологически чистых технологий КФУ по своим показателям не уступают уровню лучших мировых аналогов. Одна из таковых была отмечена и поощрена и на региональном уровне: молодые ученые «Эконефти» вошли в число получивших государственную стипендию Республики Татарстан. Награда учреждена в целях усиления государственной поддержки в получении профессионального образования, сохранения и развития интеллектуального потенциала. Стипендии удостоены Дмитрий Емельянов и Юлия Зарипова.
Являясь неоспоримым пионером в вопросах создания катализаторов, ученые приоритетного направления «Эконефть» ступили на порог открытия широкого спектра возможностей в амбициозной гонке по разработке лучшего катализатора, как с технической, так и с экономической точки зрения. Получив поддержку РНФ, ученые КФУ начали работу над проектом по разработке технологий подземного облагораживания нефти. Исследования реализовывались под руководством ведущего специалиста с мировой известностью, прибывшего в КФУ из Мексики.
«Для сверхтяжелых нефтей российских месторождений требуется доведение вязкости до определенных значений, обеспечивающих транспортировку по трубопроводам, а также увеличение плотности по API для улучшения качества нефти. Эти требования могут быть достигнуты за счет использования подходящих катализаторов, которые усиливают реакции гидрокрекинга и гидрирования», — отметил Анчита Хуарез Хорхе.
Как отметили партнёры, сотрудничество с исследователями из разных стран с различным академическим и техническим образованием и опытом задает положительный вектор для достижения имеющихся целей и задач. Участие исследователей MSc, PhD и Post-doc также внесет огромный вклад в развитие проекта и расширит область применения.
Для того чтобы найти уникальный подход к непростым залежам, в рамках отдельного исследования было изучено влияние горных пород в качестве оперативного помощника в процессе горения нефти. Исследование получило поддержку Российского научного фонда. Ученые Казанского федерального университета предположили, что если в карбонатных коллекторах применить непосредственно технологию горения на месте, карбонатные минералы не выступят препятствием, а напротив, положительно повлияют на процесс горения. Подробности исследования ученые КФУ опубликовали в Journal of Petroleum Science and Engineering.
«Кальцит и доломит могут играть роль природных катализаторов. Результаты исследований указали на возможность применения внутрипластового горения в карбонатных коллекторах», — подтверждает старший научный сотрудник НИЛ «Реологические и термохимические исследования» Ченгдонг Юань.
В 2021 году Российский научный фонд активно поддержал начинания молодых ученых КФУ. Результаты исследований были объявлены и рассмотрены в ходе Международной научной школы молодых ученых «Каталитическое облагораживание тяжелой нефти» состоялась работа секции молодых ученых. Работа мероприятия состоялась при поддержке Российского научного фонда и АО «Зарубежнефть». В программу мероприятия вошли пленарные доклады ученых Китая, Ирана, Индии, Кувейта, Мексики, Венесуэлы, Индии и Кореи. Также перед международными экспертами выступили и ученые из Казанского федерального университета, представляя научно-технологических задел передовых проектов. Отдельный интерес участников Международный школы вызвала секция молодых ученых, на которой выступили более 60 молодых специалистов, формирующий кадровый потенциал для науки будущего.
В 2021 году ученые «Эконефти» первыми разработали формулу для оценки проницаемости неоднородных пористых сред. Подробности работы были опубликованы в Chemical Engineering Science. Новая формула была выведена при помощи обработки цифровых моделей порового пространства, которые могут быть получены как при искусственной генерации, так и при помощи метода рентгеновской микротомографии. Имея в распоряжении цифровую модель пористой среды, а также новую формулу, исследователи могут предугадать величину проницаемости и извилистости как для моно-, так и для полидисперсных гранулярных структур.
«На данном этапе, мы рассматривали только изотропные среды. То есть их свойства во всех направлениях считаются одинаковыми. Сейчас мы развиваем данное исследование и пытаемся выявить эффект не только неоднородности,но также анизотропности пористой среды на ее фильтрационные свойства», — сообщил доцент Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ Тимур Закиров.
В 2021 году КФУ сохранил позицию в сотне лучших вузов мира по предметному рейтингу агентства QS «Нефтегазовое дело» (Petroleum Engineering). В предметных областях «Нефтегазовое дело» наблюдается значительное увеличение баллов индикатора «Цитаты» (72,7 против 65,5 по «Нефтегазовому делу»)
«Во многом результат достигнут благодаря энтузиазму молодых сотрудников нашего университета», — подчеркнул проректор по научной деятельности и директор ИГиНГТ КФУ Данис Нургалиев.
Напомним, летом 2020 года дисциплины «Нефтегазовое дело» (Petroleum Engineering) , «Геология» и «Геофизика» в предметные рейтинги QS были включены впервые. На сегодняшний день Казанский университет удержал свои позиции, повторив успех прошлого года. Оценка вузов производилась по четырем критериям: «Академическая репутация», «Репутация среди работодателей», «Цитируемость» и «Индекс Хирша».
Научно-технологические возможности приоритетного направления «Эконефть» в области нефтедобычи наглядно подтверждают свою востребованность для масштабных применений. В июле 2021 года комплекс оборудования по исследованию тепловых МУН, в структуру которого входит труба горения “Made In KFU”, был включён в каталог уникальных научных установок (УНУ) Российской Федерации. “Made in KFU” отличается своей универсальностью: реализация тепловых методов, полимерного вытеснения и оценки эффективности различного рода промысловой химии. В данном реестре Республика Татарстан представлена впервые.
«На УНУ обеспечивается возможность поиска, проверки и разработки новых методов воздействия на пласт для повышения нефтеотдачи. Исследования можно проводить на насыпных дезинтегрированных и составных керновых моделях различной длины и уже в ходе эксперимента (in situ) анализировать выделяемые под воздействием агентов закачки флюиды. Это дает возможность проводить исследования и разрабатывать прорывные технологии нефтеизвлечения, которые сегодня востребованы и наиболее интересны для отечественных и зарубежных нефтяных компаний», – ответственный за эксплуатацию комплекса оборудования УНУ, доцент кафедры РЭМТУ Александр Болотов.
«Наша установка имеет свою «философию»: мы не стремимся во всех случаях достигнуть аналогового моделирования процессов, которые происходят в пласте. Чаще всего этого невозможно добиться по причине ограниченных размеров трубы и других технических причин. Мы создаем математическую модель процессов, которые происходят в трубе, с учётом реальных размеров и свойств испытуемого материала. В итоге, сравнение эксперимента и математической модели разрешает оценить адекватность наших представлений о локальных физико-химических процессах, а также корректировать их в нужном направлении. Такое знание открывает возможность построения больших моделей, эффективно работающих в реальных природных условиях. Данный подход является наиболее логичным, и, как мы видим, позволяет получать результаты, реально необходимые нефтяникам-практикам», – рассказал проректор по научной деятельности КФУ Данис Нургалиев.
«С помощью этой установки мы получаем уникальные данные, которые нефтяные компании используют для решения своих задач. Большой интерес оборудование вызывает у большого числа зарубежных и российских специалистов. На сегодняшний день нами реализовано большое количество проектов. Полученные результаты позволили подобрать ряд технологий для применений на конкретных месторождениях», – дополнил руководитель приоритетного направления «Эконефть» Михаил Варфоломеев.
«В настоящее время в КФУ исследования на УНУ проводятся более интенсивно по направлениям, которые определяются самыми важными и интересными задачами стоящими перед российской и мировой наукой. Стремительное расширение и потребления нефтересурсов обязывает ученых к разработке и добычи высоквязких нефтей и природных битумов, что является одной из перспективных и необходимых задач стоящей перед мировым энергетическим сообществом, которое требует тщательной оценки. Реализация исследований на УНУ позволяет КФУ быть в авангарде научных открытий мирового уровня в области физического моделирования и разработки технологий добычи ТРИЗ», – старший преподаватель кафедры РЭМТУ ИГиНГТ Ильгиз Минханов.
«Исторически сложилось, что Казанский университет всегда очень плотно занимался изучением битумно насыщенных пород. Известно, что большое количество битумов находятся в густонаселенных районах Татарстана. Поэтому идея создания трубы горения Made In KFU стала реальностью, и была собрана именно в КФУ», – отмечает заместитель директора по инновационному развитию ИГиНГТ КФУ Владислав Судаков.
За годы работы ученые приоритетного направления «Эконефть» подобрали технологические ключи к эффективному устранению образования газогидратов при добычи и транспортировке углеводородного сырья в сложных климатических условиях. Ученым хватило буквально несколько лет, чтобы стать одной из ведущих групп в России по разработке методик устранения гидратов, обладающих безопасностью и экологичностью. В уходящем году ученые уделили пристальное внимание относительно новому и потенциально обширному источнику природного газа – газовым гидратам. За свои свойства он известен специалистам как «горючий лед». В природе газогидраты встречаются либо в зонах вечной мерзлоты, либо на морском шельфе, что изначально создает трудные условия для их разработки. Существенным недостатком, препятствующим крупномасштабному промышленному применению гидратов, является их низкая скорость образования. Решению этой проблемы можно способствовать несколькими способами, в том числе за счет использования пористых материалов, сообщили ученые приоритетного направления «Эконефть» в 2021 году. Предположение имеет за собой вполне логичное обоснование: наличие пористой среды улучшает условия теплопередачи за счет увеличения коэффициента теплопроводности. Кроме того, увеличение площади поверхности увеличивает скорость зародышеобразования. Наиболее распространенной средой, используемой для этой цели, признан кварцевый песок. Подробности работы были опубликованы в Energies .
«Мы показали, что конверсия воды в гидрат растёт с уменьшением водонасыщенности и размера частиц песка, а также не зависит от состава газа. Сейчас мы добавили в систему с пористой средой синтезированный нами промотер — сульфированное касторовое масло. Мы исследуем синергетический эффект кварцевого песка и промотера в сравнении с наиболее распространённым промотером — додецилсульфатом натрия», — дополнила лаборант-исследователь НИЛ «Реологические и термохимиеские иссдедования» Юлия Зарипова.
По итогу работ в 2021 году «Касторовый ингибитор» казанских ученых вошёл в число лучших эко-новаций. Экологически безопасный реагент был создан молодежной лабораторией НОЦ РТ на базе Казанского федерального университета и поддержан Российским фондом фундаментальных исследований. Разработанные ингибиторы позволят перейти к более экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике и повысить эффективность добычи и транспортировки углеводородов. На сегодня это одно из важнейших направлений научно-технологического развития России. В проекте также принимали участие сотрудники Казанского федерального университета и Федерального центра токсикологической, радиационной и биологической безопасности.
Серию газогидратных технологий дополнила разработка уникальной измерительной ячейки для изучения газогидратов. Научная разработка выполнена в рамках проекта по направлению «Ресурсы Арктики», поддержанного РФФИ. Ученые «Эконефти» представили научной общественности эффективное препятствие гидратообразованию: ингибиторы гидратообразования, не уступающие лучшим мировым аналогам. Эффективность разработки была подтверждена широким комплексом современных методов, включающих микрокалориметры, реакторы высокого давления, ЯМР- и ИК-спектроскопию. Активное участие в работе передового научного проекта принял и Институт физики КФУ. Подробности разработки ученые опубликовали в Molecules.
«В настоящей работе предлагается конструкция новой диэлектрической ячейки, позволяющей изучать образование, разложение газовых гидратов под давлением. Было обнаружено, что диэлектрические свойства газовых гидратов существенно отличаются от диэлектрических свойств гексагонального льда, причем на эти свойства влияют кинетические ингибиторы образования гидратов. Это позволяет дополнительно изучить влияние различных реагентов на кинетику образования и разложения газовых гидратов с помощью диэлектрической спектроскопии», — сообщил инженер НИЛ «Перспективные углеродные материалы» Иван Лунев.
Для дальнейшего обеспечения эффективной и экологичной добычи и транспортировки углеводородов в условиях экстремального холода ученые приоритетного направления «Эконефть» разработали новый тип ингибиторов и анти-агломератов для предотвращения образования гидратов природного газа в многофазных жидких системах и в пористой среде.
«В рамках данного проекта ученые КФУ опубликовали большое количество статей в высокорейтинговых журналах, есть несколько патентов. Это говорит о том, что проект продолжает успешно развиваться. Нами получены высокоэффективные ингибиторы, которые, мы надеемся, будут в ближайшем будущем апробированы на реальных объектах нефтегазовой сферы, в первую очередь в Арктическом регионе», — отмечает руководитель приоритетного направления «Эконефть» Михаил Варфоломеев.
В 2021 году впервые в мире было открыто влияние мицелл на гидратообразование. «Первооткрывателями» данного влияния стали ученые приоритетного направления «Эконефть». Результаты исследования позволят рассматривать новые классы соединений для использования в процессах добычи и транспортировки углеводородного сырья. Подробности работы опубликованы в высокорейтинговом журнале Chemical Engineering Journal.
«Никакого промотирующего воздействия на образование гидрата метана не наблюдалось. Результаты молекулярно-динамического моделирования подтверждают, что водорастворимые полиуретаны, как новый тип поверхностно-активных веществ, ингибируют образование газовых гидратов из-за своей более высокой протоноакцепторной способности к образованию водородной связи по сравнению с молекулами воды. Результаты показывают, что в зависимости от молекулярной структуры добавок их мицеллы могут оказывать ингибирующее действие на образование гидрата метана», — пояснил лаборант-исследователь НИЛ «Реологические и термохимические исследования» Абдолреза Фархадиан.
Исследования ученых приоритетного направления «Эконефть» легли в основу 2 из 25 самых цитируемых статей рецензируемого научного журнала. 25 самых цитируемых были выявлены 1300 работ. В данных работах освещены результаты исследований технологии внутрипластового горения, которыми ученые КФУ занимаются уже много лет. В первой статье представлены результаты изучения компонентного состава нефти. В рамках данной работы ученые КФУ объяснили, каким образом SARA-фракции участвуют в процессе окисления, показав, какая из фракций способна внести особый вклад в каждую стадию внутрипластового горения.
Во втором исследовании ученые нефтехимического приоритетного направления ВУЗа, чья деятельность уже несколько лет посвящена добыче тяжелых углеводородов, выявили необходимую информацию для дальнейших разработок. Для этого исследователи изучили механизмы окисления различных видов нефти – лёгкой, средней и тяжелой. Здесь научная группа выявила важную термохимическую и кинетическую информацию о процессе окисления, такую как интервалы реакции, их температурный диапазон, пиковая температура, энергия активации и т.д.Уже в 2022 году рецензируемый научный журнал Energy & Fuels опубликует виртуальный спецвыпуск (VSI), посвященный авторам наиболее цитируемых статей за 2018-2019 годы, с экспертными материалами, внесенными лауреатами КФУ.
Весь год российские ученые активно обращали внимание общественности на вопросы охраны окружающей среды, изменения климата и, как следствие, на переход к развитию низкоуглеродной экономики. Перспективные направления и интересные результаты исследования в сфере энергетики отражены в ежемесячном дайджесте «Темы. Герои. События». Тематическое издание посвящено обзорам результатов ученых в рамках деятельности Года. Так, в рубрику новейших технологических достижений вошли катализаторы, разработанные учеными КФУ, на основе никеля. Данная разработка с высокой эффективностью позволяет переработать нефть в пласте. Технология уже прошла успешные испытания на Кубе.
Уникальная технология переработки нефти, разработанная молодым ученым НЦМУ Фирдавсом Алиевым совместно с коллегами, отмечена в рубрике «Молодые ученые. На переднем крае». Работа молодого ученого КФУ стала первой в России по тематике переработки нефти на стадии её добычи, а также задала начало передовому проекту в области нефтехимии.
«В данной работе изучена стадийность формирования активной формы катализатора, представляющей собой наноразмерные частицы сульфида никеля. Сначала образуются наночастицы оксида никеля, а затем в ходе контакта с высоковязкой нефтью, которая содержит много серы, происходит т.н. сульфидирование катализатора. Сульфиды металлов гораздо более активны, чем оксиды в процессах преобразования нефти», — пояснил младший научный сотрудник НИЛ «Внутрипластовое горение» Фирдавс Алиев.
Месяц «Энергетика будущего» начался в Казанском университете с открытия новой лаборатории гидратных технологий утилизации и хранения парниковых газов». Данная структура создана в рамках деятельности молодежных НОЦ мирового уровня. Планируется, что за ближайшие три года на её базе будет сформирована определенная основа, а полученные результаты зададут начало для развития НОЦ.
«Предполагается получить широкий ряд промоторов гидратообразования углекислого газа, попутного нефтяного и природного газа для снижения их выбросов в атмосферу и повышения эффективности процессов добычи, хранения и транспортировки углеводородного сырья», — рассказала о работе лаборатории гидратных технологий доцент кафедры разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов Лия Бреслер.
Стоит отметить высокую цитируемость казанских ученых и активную публикационную активность в журналах первого и второго квартиля. Сегодня бок о бок с самыми цитируемыми учеными университета работают молодые исследователи и аспиранты, на которых ВУЗ возлагает большие надежды. По итогам проведения и развития передовых исследований в КФУ, руководитель приоритетного направления «Эконефть» Михаил Варфоломеев вошёл в список самых цитируемых ученых за 25 лет. Рейтинг самых цитируемых ученых мира отражает научную активность исследователей и значимость проводимых ими исследований. База данных и ее описание опубликованы на сайте авторитетного издательства Elsevier.
Конец года запомнится коллективу «Эконефти» возвращением в Антарктиду. 13 ноября на самый юг Земли отправился и поисковый отряд метеоритной экспедиции, в состав которого вошел проректор по направлениям нефтегазовых технологий, природопользования и наук о Земле, директор Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского федерального университета Данис Нургалиев.
«Антарктида – единственное место на Земле, которое не принадлежит ни одному государству, ее освоение происходит исключительно в научных целях, – говорит Данис Карлович. – Одной из задач экспедиции является выявление зон накопления метеоритного вещества на поверхности льда. Исследование метеоритов открывает широкие перспективы: от изучения истории возникновения нашей планеты, состава ее глубинных оболочек и до познания возникновения и эволюции Солнечной системы. Одновременно мы будем отбирать образцы горных пород для проведения лабораторных исследований».
Ещё один «климатический» проект Даниса Нургалиева получил международную поддержку. Казанский федеральный университет вошёл в число 14 победителей четвертого совместного конкурса исследовательских проектов, поддержанных Российским научным фондом и Министерством науки и технологий Тайваня (MOST). В рамках проекта ученые Казанского федерального университета будут исследовать три территории с целью изучения изменения климата. Работа предстоит с озерами Кандрыкуль (Республика Башкортостан), Балхаш (Казахстан) и Шира (Республика Хакасия). Главные объекты изучения — озерные отложения и спелеотемы. Выбранные территории не первый год вызывают интерес у международного научного сообщества. Специалистам придется считаться с «чувствительностью» климата: согласно «эффекту бабочки» любые перемены способны существенно отражаться даже в самых далеких регионах земли.
«Климатическая система очень интересна и сложна в изучении. Исследование пройдет на основе исследования донных отложений современных озер. Именно в изучаемых осадках фиксируется информация о том, как менялась окружающая среда и климат за целые тысячелетия», — объяснил Данис Нургалиев.
Размер одного гранта со стороны РНФ составляет от 4 до 7 миллионов рублей ежегодно. Сроки реализации проектов – 2022-2024 годы.
«Будет проведен комплекс геохимических, изотопных, биологических и магнитных исследований, что позволит проанализировать историю изменения осадочных пород, состава воды и донных отложений, изменения растительного покрова и биоразнообразия в исследуемом регионе с момента последнего оледенения», — отметила старший научный сотрудник НИЛ палеоклиматологии, палеоэкологии, палеомагнетизма Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ Диляра Кузина.
Ежегодное мероприятие, с привлечение международных экспертов, получившее начало в Казанском федеральном университете, впервые за свою историю проведения прошёл в онлайн-формате: Казанский федеральный университет провел IV Международной конференции «Термические методы увеличения нефтеотдачи: лабораторные исследования, моделирование и промысловые испытания» (ThEOR 2021). Мероприятие организовано Казанским университетом, Индустриальным университетом Сантандера совместно с колумбийской нефтяной компанией Ecopetrol. В текущем году участники онлайн-конференции рассмотрели перспективы применения тепловых методов в условиях низкоуглеродной экономики. Активные научные дискуссии содействуют международному обмену опытом в работе с термическим извлечением тяжелой нефти. Большой интерес со стороны специалистов был проявлен к научным и техническим достижениям в области нефтедобычи. В Академический комитет конференции вошли представители Международного энергетического агентства, Индустриального университета Сантандера (Колумбия), Ближневосточного технического университета и Инновационного центра Колумбии ICP-Ecopetrol SA. Международный научный комитет представили AT EOR Consulting (Канада), Сколковский институт науки и технологий, Стэнфордский университет (США), Техасский университет A&M (США), Хьюстонский университет (США), Университет Калгари (Канада), Технологический научно-исследовательский институт Синьцзянской нефтяной компании Петрочина (Китай). Представители Казанского федерального университета вошли в число академического и организационного комитетов.
В течение шести лет приоритетное направление «Эконефть» зарекомендовало себя как высокотехнологичная научная и образовательная площадка. Казанские специалисты демонстрировали накопленный опыт в области разведки и добычи нефти, а также в развитии сопутствующих технологий. В наступающем году деятельность ученых «Эконефть», отражающая тренды мировой климатической повестки, будет продолжена в рамках программы «Приоритет-2030», – «Российский энергетический переход: баланс природного потенциала и глобальных трендов».
