Проект «Разработка эффективной технологии синтеза алюмосиликатных пропантов с использованием отходов бурения нефтегазовых скважин Южного Федерального округа», поддержанный Российским научным фондом, сотрудники кафедры «Общая химия и технология силикатов» ЮРГПУ (НПИ) выполняли совместно с политехниками-«горняками». Руководителем проекта стал доктор технических наук А.А. Третьяк.
- Этот проект возник не на пустом месте, - рассказывает профессор Елена Альфредовна Яценко. - Несколько лет назад компания «Газпромнефть» обратилась к нашему университету с целым рядом задач. Часть из них решал коллектив А.П. Савостьянова и Р.Е. Яковенко по синтезу церезина из попутных нефтяных газов.
А вот поиском путей утилизации образующихся при нефтедобыче буровых шламов занялась команда под руководством Е.А. Яценко. Учёные выяснили, что как при горизонтальном, так и при вертикальном бурении образуются буровые шламы в виде взвеси глинистого типа. Возникает проблема, как и с любыми отходами – что с ними делать? Есть разные «подходы к отходам»: их можно высушивать, закапывать и т.д.
Ещё одна проблема современной нефтедобывающей отрасли – истончение нефтяных пластов. Если нефтяной пласт не очень глубок, то используют технологию не вертикального, а горизонтального бурения: бур движется горизонтально, разрывая и разрыхляя пласт. При этом способе бурения сопротивление движению бура гораздо выше, чем при традиционном вертикальном. Чтобы бур двигался хорошо, применяются расклинивающие агенты – частицы, которые подмешиваются в буровой раствор для более эффективного разрыва пласта.
Наши химики задались вопросом: из чего сделать расклинивающие агенты? В прошлом в этом качестве использовался песок, однако он оседает, так как тяжелее воды. Нужны агенты, которые были бы прочными, имели плотность максимально близкую к плотности воды и могли находиться в ней во взвешенном состоянии, не требуя дорогостоящих присадок.
В качестве агента добытчики нефти стали применять крошечные керамические шарики – пропанты. Стоимость этого расходного, одноразового материала, который в Россию поставляет преимущественно Китай, – до 5 тысяч долларов за тонну. Поэтому, конечно, все нефтедобывающие предприятия заинтересованы в том, чтобы производить свои пропанты максимально близко к месту бурения.
- Мы предложили оригинальную идею – использовать в качестве основного сырья для производства пропантов буровой шлам, потому что в нём есть алюмосиликатная составляющая, - говорит Елена Альфредовна. - Мы пробовали ряд различных присадок, добавок и получили свои пропанты, которые по органометрии подходят для применения. Главное – их плотность максимально близка к плотности воды, а прочность – не менее 68,9 МПа.
Для производства пропантов наши учёные сами создали оригинальную конструкцию горизонтальной вращающейся мини-печи. На своей «мини-кухне» химики-политехники могут продемонстрировать, как загружается в печь отформованный, высушенный и измельчённый материал, а через полчаса появляются на свет обожжённые гранулированные пропанты. «Политехнические» пропанты прошли испытания в независимой лаборатории Ростовской буровой компании, результаты которых показали соответствие продукта заявленным характеристикам.
Буровые шламы значительно отличаются друг от друга по своему химическому составу. «В связи с этим мы предлагаем многоуровневое системное решение, - говорит Е.А. Яценко. - Если буровой шлам содержит мало оксида алюминия (основополагающего элемента, от которого зависит прочность), то мы предлагаем производить из такого шлама другие материалы, к примеру, строительный кирпич или тротуарную плитку, которые будут также востребованы на месте. Этой работе посвящено диссертационное исследование аспирантки Валерии Романюк. Важно, что все виды материала планируется производить на одной и той же установке, необходимо будет заменить только печной агрегат.
В целом же прикладным результатом проекта «Разработка эффективной технологии синтеза алюмосиликатных пропантов с использованием отходов бурения нефтегазовых скважин Южного Федерального округа» уже стали две кандидатские диссертации Андрея Чумакова и Дмитрия Головко, издан ряд публикаций.
- Саму технологию мы будем продолжать разрабатывать в сотрудничестве с факультетом геологии, горного и нефтегазового дела, - говорит Елена Яценко. - Всех интересует, а можно ли такую модульную установку собрать непосредственно на том месте, где добывается нефть, и при необходимости перемещать её от месторождения к месторождению.