Разработка КФУ поможет определить оптимальные условия для добычи тяжелой нефти

Научное исследование получило поддержку Российского научного фонда.

Созданная в Институте геологии и нефтегазовых технологий модель позволяет подобрать идеальные условия обработки тяжелой нефти горячим паром и углекислым газом при ее добыче. Данный метод упрощает подъем нефти из пласта на поверхность. 

Одна из последних разработок ученых КФУ поможет нефтяным компаниям повысить эффективность добычи трудноизвлекаемого сырья, сократить затраты энергии и воды, а также снизить вредные выбросы в атмосферу. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Fuel.

Согласно итогам проведенных исследований стало известно, что можно закачивать в пласт не только пар, но и углекислый газ. Полученная смесь лучше одного лишь пара удерживает тепло, необходимое для разжижения нефти. Углекислый газ также вступает в межмолекулярные взаимодействия с тяжелыми компонентами нефти, еще сильнее повышая ее текучесть. Научная группа ИГиНГТ впервые описали процессы, которые происходят с тяжелой нефтью при ее обработке смесью перегретого водяного пара и углекислого газа.

Ученые сообщают, что совместная закачка водяного пара с углекислым газом способствует разрушению тяжелых компонентов нефти — асфальтенов, — превращая их сначала в смолы, а затем в еще более легкие соединения. В присутствии углекислого газа и водяного пара асфальтены превращались в смолы в девять раз быстрее, чем в реакторе, где был азот. 

«С химической точки зрения комбинированное воздействие углекислого газа и пара значительно снижает вязкость тяжелой нефти и увеличивает добычу более легких фракций, одновременно разрушая агрегаты асфальтенов. Кроме того, такая смесь создает кислую среду, которая способствует образованию поверхностно-активных веществ, растворению минералов горных пород, улучшая их проницаемость, а также активирует акватермолиз — процесс, который необратимо разрушает некоторые связи в компонентах сырой нефти», — отмечает основной исполнитель проекта РНФ, Хорхе Анчита, ведущий научный сотрудник лаборатории внутрипластового горения Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ.

По результатам экспериментов авторы построили кинетическую модель — математическое описание всех ключевых химических реакций, происходящих в пласте. Эта модель с точностью до 93% предсказывает, как меняется состав нефти с течением времени при разных температурах и концентрациях углекислого газа. 

«С экономической точки зрения повышение эффективности добычи ведет к снижению цены углеводородного сырья, являющегося основной топлива, что выгодно как производителям, так и потребителям. В дальнейшем мы планируем расширить исследования в этом направлении и рассмотреть, как применение катализаторов повлияет на процесс комбинированного воздействия водяным паром и углекислым газом, в том числе также разработать кинетические модели данного процесса. В качестве объектов исследования мы будем использовать различные сверхвязкие нефти с месторождений Татарстана и других стран», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Михаил Варфоломеев, кандидат химических наук, заведующий кафедрой разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ.

Ученые отмечают, что данная разработка поможет нефтедобывающим компаниям заранее рассчитывать оптимальные режимы закачки пара и углекислого газа, чтобы добиться максимальной добычи сырья с минимальными затратами и экологическим ущербом.