Ученые разрабатывают новую технологию, которая позволит извлекать высоковязкую нефть с больших глубин. Она основана на использовании металлсодержащих катализаторов — ускоряющих реакцию химических веществ — в комбинации с микроволновым излучением (СВЧ полем). Над технологией работают сотрудники подведомственного Минобрнауки России Казанского федерального университета (КФУ).
Запасы высоковязкой тяжелой нефти — важная составляющая сырьевой базы российской нефтяной отрасли. Однако такая нефть сложна в переработке, так как из-за высокой вязкости ее сложно перекачивать из пласта (горной породы), а также она плохо протекает по скважине.
«Татарстан является первым регионом в России, где начали применяться внутрипластовые катализаторы для освоения высоковязкой трудноизвлекаемой нефти. Закачка их в нефтяной пласт позволяет повысить нефтеотдачу и снизить углеродный след за счет внутрипластового облагораживания нефти — когда преобразование состава тяжелой нефти в пласте под действием катализаторов приводит к снижению высокомолекулярных компонентов и повышению подвижности нефти, что способствует повышению нефтеотдачи пласта. Мы разработали несколько таких катализаторов, преимущественно железоникелевых. На данный момент произведено уже четыре закачки наших внутрипластовых катализаторов по заказу ведущих нефтедобывающих компаний. В ближайшее время готовится пятая закачка на Кубе», — сообщает ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории внутрипластового горения Института геологии и нефтегазовых технологий (ИГиНГТ) КФУ Алексей Вахин.
По словам исследователя, использование внутрипластовых катализаторов позволяет добывать высоковязкую нефть с глубины до одного километра. Для добычи такой нефти из более глубоких пластов, ученые ИГиНГТ и Института физики КФУ разработали технологию СВЧ-акватермолиза. Акватермолиз — это тип термохимической обработки, один из самых эффективных методов снижения вязкости тяжелой нефти.
«При реализации технологии каталитического акватермолиза в продуктивном пласте образуются наноразмерные частицы сульфидов и оксидов переходных металлов. Это катализаторы, которые ускоряют процессы разрыва связей углерод-сера в тяжелых фракциях нефти. Сульфиды и оксиды переходных металлов являются поглотителями СВЧ-поля. Если воздействовать СВЧ-излучением на частицы металлсодержащих катализаторов, то температура вблизи них будет повышаться до 400 °С и выше. Это позволяет обеспечить более глубокую степень преобразования высокомолекулярных неуглеводородных компонентов нефти (смол, асфальтенов, коксоподобных веществ), что обеспечивает повышение подвижности нефти в пористой среде пласта и повышение нефтеотдачи», — комментирует ученый.
Как сообщают авторы, лабораторные исследования показали, что происходящие изменения в составе нефти способствуют снижению ее вязкости и доказывают перспективность применения СВЧ-воздействия в комбинации с различными катализаторами для освоения нетрадиционных углеводородных ресурсов, расположенных в труднодоступных условиях.
«Разработанный нами метод позволяет извлекать высоковязкую нефть с большей глубины, чем ранее, где применение закачки пара нерационально. Кроме того, он может быть использован для переработки тяжелых нефтяных остатков и других видов тяжелого углеводородного сырья в заводских условиях», — поясняет Алексей Вахин.
Для комбинации с СВЧ-полем ученые рекомендуют использовать частицы магнетита ввиду их невысокой стоимости.
«Для использования СВЧ и катализаторов для добычи нефти важно разработать способ доставки металлосодержащих частиц в объем залежи. Для этой цели может быть применен уже отработанный на практике способ закачки соединений железа и других металлов в виде органорастворимого соединения. При воздействии СВЧ-поля, как и при воздействии пара, это соединение распадется с образованием металлсодержащих частиц в объеме залежи», — заключает исследователь.
Внедрение разработки запланировано на 2024–2025 годы.
Результаты работы опубликованы в одном из международных научных изданий. Подана также заявка на патент.
Исследование прошло в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» — одной из мер государственной поддержки университетов нацпроекта «Наука и университеты». Часть используемого учеными оборудования была закуплена по программе обновления приборной базы, реализуемой Минобрнауки России также в рамках нацпроекта.