Специалисты из КФУ и «Зарубежнефти» доказали, что вода является экологически чистым донором водорода
Ученые Казанского университета стали первыми, кому удалось провести исследования роли воды в процессе каталитического акватермолиза с использованием изотопных меток.
Невозможно оспорить факт того, что для добычи нефти человечество противостоит колоссальным силам природы. К счастью, люди научились добывать нефть безопасно. Сегодня новые технологии подразумевают использование водорода. И пока в мире лишь назревает «водородный бум», ученые приоритетного направления «Эконефть» совместно с коллегами из АО «Зарубежефть» нашли легкодоступный, экологический и дешевый источник его извлечения. Исследователи доказали химическую роль воды как экологически чистого донора водорода. Для этого специалисты использовали уникальный комплекс оборудования по исследованию изотопов, а также установки для паротеплового воздействия. Результаты исследования были опубликованы в FUEL.
«Вода в виде пара давно используется при добыче нетрадиционных углеводородов, являясь одной из основных технологий для внутрипластового облагораживания, а также снижения вязкости тяжелой и высоковязкой нефтей. Несмотря на это, в течение многих лет настоящая роль воды в процессе акватермолиза при паротепловом воздействии была не достаточно ясна. Вода была знакома специалистам не более, чем агент для передачи тепла в нефтяной резервуар, а ни как источник водорода», – пояснил младший научный сотрудник НИЛ «Реологические и термохимические исследования» Амин Мунтасер.
Партнёр Казанского университета Компания “Зарубежнефть” использует для добычи тяжелых нефтей закачку водяного пара в скважину. За счет высокой температуры нефть снижает свою вязкость, после чего её в разы легче добыть. Поэтому вопрос возможности воды выступить не только в качестве агента для теплопередачи, но и её непосредственного участия в снижении вязкости нефти, является вполне ожидаемым. По результатам проведенной работы ученые КФУ доказали, что вода действительно способна участвовать в химических реакциях с тяжелыми компонентами нефти и способствовать снижению вязкости.
«Вместо обычной, специалисты «Эконефти» взяли «тяжелую» воду, которая отличается высоким уровнем «тяжелого» водорода. В процессе эксперимента ученые посмотрели, как водород себя проявит. К слову, в процессах добычи нефти одна из важных ролей принадлежит именно ему. Как удалось выяснить, значительная часть водорода «тяжелой» воды переходил в «тяжелые» фракции», – объяснил проректор по научной деятельности, директор ИГиНГТ КФУ Данис Нургалиев.
Дейтерированная (тяжелая) вода была использована учеными как изотопный маркер, позволяющий отследить, участвует ли она в химических реакциях. Немаловажным фактором является и то, что тяжелая вода имеет ту же химическую формулу, что и обычная, однако вместо двух атомов легкого изотопа водорода содержит два атома тяжелого изотопа водорода, дейтерия.
«Когда мы делаем из “тяжелой” воды пар и воздействуем им на нефть, то, если есть химическая реакция, атомы дейтерия попадают в состав молекул компонентов нефти. Если “тяжелая” вода действительно участвует в реакции, то мы можем увидеть эти изотопные метки специальными экспериментальными методами. И действительно мы увидели, что в нефти после паротеплового воздействия появились атомы дейтерия: следовательно, произошла химическая реакция с участием молекул “тяжелой воды”», – сообщил руководитель приоритетного направления «Эконефть», завкафедрой разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов ИГиНГТ КФУ Михаил Варфоломеев.
Ещё одним этапом исследования стало рассмотрение процесса каталитического акватермолиза – процесс, когда вместе с водяным паром в пласт закачиваются катализаторы. Оказалось, что и в этих операциях вода принимает активное участие и совместно с катализатором помогает еще эффективнее снижать вязкость нефти в процессе теплового воздействия. При использовании катализатора специалисты увидели, что в нефти появляется больший объем изотопных меток и ее вязкость снижается лучше. Таким образом им удалось показать, что катализатор действительно ускоряет процессы – каталитический акватермолиз работает.
Для реализации самых высокотехнологичных проектов, АО «Зарубежнефть» несколько лет тесно сотрудничает с учеными приоритетного направления «Эконефть». Данная работа стала логическим продолжением тесного сотрудничества данной компании с казанскими коллегами. Напомним, катализаторы, созданные на базе лабораторий «Эконефти», успешно проявили себя на месторождении Бока де Харуко на Кубе в 2019 году. Более того, совместно со специалистами КФУ, «Зарубежнефть» провела пилотные испытания по закачке катализаторов и на других крупных месторождениях.
На сегодня в распоряжении обоих партнёров имеются передовые разработки и оборудование, способные работать в агрессивной среде и при высоких температурах. Одна из них – технология каталитического акватермолиза, обеспечивающая внутрипластовое облагораживание нефти, была создана также совместно с Казанским федеральным университетом. В ходе одного из последних исследований, представители «Зарубежнефти» сформулировали прикладные задачи, на основе полученных в КФУ экспериментальных данных были сделаны заключения о применимости новейшей технологии. Проведенная работа станет фундаментом в понимании промысловых процессов, которые происходят на месторождениях уже сегодня.
