ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ В НЕФТЕДОБЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛИ

Патрушев В.С.¹, Анциферова И.В.²

¹Магистр, студент кафедры Материалы, технологии и конструирование машин, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, ²Доктор технических наук, профессор кафедры Материалы, технологии и конструирование машин, Менеджмента и маркетинга, Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ В НЕФТЕДОБЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛИ

Аннотация

В данной работе рассмотрены некоторые методы улучшения, упрощение нефтедобычи и нефтеотдачи с использованием нанотехнологий. Использование нанотехнологий для увеличения нефтеотдачи является актуальной задачей. Основные направления для решения этой задачи можно сформулировать, как размерные эффекты в свойствах катализаторах, размерные эффекты в каталитически активных пористых материалах; нанотехнологии в разделении смесей; нанотехнологические покрытия. Помимо этого, наноматериалы планируется использовать как часть умной системы, которые будут выглядеть в виде различных датчиков, приводов, устройств управления. В одной из работ был рассмотрен вопрос, как масло и вода могут быть более эффективно разделены.

Ключевые слова: нанотехнологии, нефтяная прмышленность, нефтеотдача, инновации, наносвойства, нефтяные месторождения.

Patrushev V.S.¹, Antsiferova I.V.²

¹Master, student of the Department of Materials, Technologies and Designing of Machines, Perm National Research Polytechnic University, ²PhD in Engineering, Professor of the Department of Materials, Technologies and Designing of Machines, Perm National Research Polytechnic University

THE USE OF NANOTECHNOLOGIES IN THE OIL-EXTRACTING INDUSTRY

Abstract

In this paper, the authors consider some methods of improvement, and simplification of oil production and oil recovery with the help of nanotechnologies. The use of nanotechnologies in increasing of the oil recovery is an urgent task. The main directions for solving this problem can be formulated as follows: dimensional effects in the properties of catalysts, size effects in catalytically active porous materials; nanotechnologies in the separation of mixtures; nanotechnological coatings. In addition, nanomaterials are planned to be used as a part of the intelligent system that will include different sensors, drives and control devices. One of the papers considers the issues of how oil and water can be separated more effectively.

Keywords: nanotechnology, oil industry, oil recovery, innovation, nanoscience, oil fields.

Сейчас самым главной задачей государственной политики РФ является перевод экономики на абсолютно другой путь развития – инновационный. Этот путь развития требует подходов, которые смогут обеспечить благоприятный климат для формирования эффективной среды науки, производства, развития и внедрения высоких технологий [1, С. 59-63].

Этот путь требует обеспечения благоприятного климата для формирования эффективной среды производства и применения знаний, развития и внедрения новых технологий. Задача развития современных нанотехнологий - найти новые идеи для выхода из перечня критических технологий в Российской Федерации путем нахождения новых идей для возможности реализации новых проектов для развития нанотехнологий. Использование наносвойств в нефтегазовой отрасли может быть путем активного применения нанотехнологий, являющихся товарным продуктом 6-й технологического уклада [2, С. 174]. Использование нанотехнологий для увеличения нефтеотдачи является актуальной задачей.

В наноразмерном состоянии любые вещества приобретают новые химические, биологические и физические свойства, существенно отличающиеся от их свойств в макро объемном состоянии. В настоящее время интерес к новому классу материалов в области как фундаментальной и прикладной науки, так и промышленности и бизнеса постоянно увеличивается [3, С. 2-8].

На сегодняшний день, можно назвать основные направления использования нанотехнологий в нефтедобывающей отрасли: размерные эффекты в свойствах катализаторах, размерные эффекты в каталитически активных пористых материалах; нанотехнологии в разделении смесей; нанотехнологические покрытия. Нанотехнологии могут быть использованы для улучшения процесса бурения и добычи нефти и газа. Нанотехнологии могут помочь улучшить добычу нефти и газа, будет легче отделять масло и газ в резервуаре, например, через более глубокое понимание процессов на молекулярном уровне.

Так же, наноматериалы предполагается использовать не только в качестве продвинутых функциональных материалов, но и как неотъемлемую часть умной структуры, которые состоят из различных элементов, включая датчики, приводы, устройства управления. В данном исследовании представлен обзор наиболее интересных приложений нанотехнологий в нефтяной промышленности Российской федерации. Так, например, в работе [4, С. 209-216] было исследовано использование катализаторов на основе наночастиц. Используя, частицы размера от 1 до 100 нанометров, позволяет увеличить активную поверхность катализатора. В результате этого поверхность получается низко координированным составом, в котором наночастицы проявляют максимальную активность. Исследователи использовали современный катализатор Кретинга, который состоит из сложного композита: нанокристалла, ультрастабильного цеолита с пластической морфологией. Эти исследования также позволяют оптимизировать и пористую структуру матрицы, которая может улавливать присутствующие в сырье нефти загрязняющие вещества, такие как ионы никеля и ванадия.

Данные работы [5, С. 171], демонстрируют, что свойственный размер явлений, определяющих эффективность нефтевытеснения в пористых средах, - капиллярный гистерезис, ионнообмен, величина асфальтенов - составляют десятые доли нанометра. Целенаправленное регулировка хим. и ионного состава закачиваемых в пласт агентов, а еще влияние физиологическими полями на пласт, тем более глиносодержащий, приведет к изменению ионного равновесия в системе "нефть-газ-вода-порода" и увеличению нефтегазоизвлечения [6, С. 7-12].

До сих пор представления о капиллярах в пласте было такое, что это — небольшие трубочки, пересекающиеся меж собой. Оказалось, что поровое пространство, другое по структуре, его покрытие по причине шероховатости, быстрее, сопоставимо с «персидским ковром». И задача производства в том, что бы вызволить молекулу нефти или же газа не из некой безупречно-гладкой трубочки, а из канала с трудной нанометровой шероховатостью, за которую она «цепляется». Тут воспользовались эффектом лотоса.

Несложное сопоставление. В случае если бы капля нефти рухнула на гладкую плоскость стекла, то ее возможно было бы собрать с поддержкой обыкновенной губки. А в случае если данная капля рухнула на ворсинки ковра, то губка – нехорошая ассистентка. Формы кристаллов глинистых минералов, формирующие данную шероховатость, присутствуют на уровне наноразмеров. Технологическая задача состояла – например влиять на капилляр, дабы его наношероховатость, влияющая на капиллярные силы, снизилась, и нефть из него вышла. Ещё 1 неувязка, имеющая место быть в нефтедобывающей индустрии – это неувязка нефтеотдачи.

И это опять нанотехнологии, которые могут помочь улучшить добычи нефти и газа. Необходимо рассмотреть процесс на молекулярном уровне, через процессы на границе жидкости и твердого тела и это облегчит отделение масла и газа в резервуаре. Цель чтобы понять, как масло и вода может быть более эффективно разделены. Нанотехнологии могут быть применяется для увеличения нефтеотдачи в виде введения поверхностно-активных веществ. Повышение надежности оборудования за счет антикоррозионных покрытий также является одним из основных направлений нефтяной и газовой промышленности. С недавним увеличением добычи высокосернистой нефти, трубопроводы и технологическое оборудование деградирует быстрее, чем обычно. Использование нанотехнологических покрытий для повышения устойчивости и коррозионной стойкости улучшит поверхностное покрытие теплообменника и приведет к сокращению простоев, связанных с ремонтом. Повышение надежности также имеет далеко ведущие последствия для безопасности и охраны здоровья.

Потери тепла и безопасность являются две основные проблемы в оборудовании по переработке нефти и газа. Потеря тепла составляет до 50% от общего объема промышленного использования энергии. Нанотехнологии представляют такое изобретение, как аэрогель, который изолирует промышленное оборудование от потери тепла. Толщина покрытия примерно как лист бумаги изолирует трубу или резервуар, а также еще плюс изоляции из стекловолокна. Эта смесь также обеспечивает повышенную устойчивость к коррозии. Изоляция может быть распылена с покрытием на любой металлической поверхности. Так же есть покрытия, которые наносятся на стенки труб изнутри. При этом за счет снижения шероховатости увеличивается скорость прокачки углеводородов.

У нас сегодня обводненность на многих крупнейших месторождениях достигает 90 процентов, а в целом по России – 86,5. Это означает, что в продукции добывающих скважин в 6 раз больше воды, чем нефти (в мире 3 тонны воды приходится на тонну нефти). Поэтому при уровне добычи в 520 млн. тонн нефти, мы поднимаем воды более 3 млрд. тонн! Получаются многомиллиардные затраты. А еще на сумму эквивалентную не менее 5 млрд. долларов в России приходится тратить на отделение нефти и очистку поднятой попутной воды.

Испытаны технологии с применением наностабилизированных пенных систем, снижающих обводненность на 15-20 процентов. Это приводит к двукратному снижению поднимаемой воды, а значит, и затрат [7, С. 173-176]. Для совершенствования и создания нефтегазовых нанотехнологий требуются тщательные исследования на стыке всех современных научных знаний.

Заключение

Обзор многочисленных работ позволяет сделать вывод о том, что использование нанотехнологий позволяет повысить нефтеотдачу и надежность оборудования. Нанотехнологии играют важную роль в развитии нефтедобывающей промышленности. Это одно из приоритетных направлений государства.

Список литературы / References

1. Хавкин А.Я. Интеллектуализация разработки месторождений с использованием нанотехнологических эффектов /А.Я. Хавкин // Нефть. Газ. Новации.-2012. -№ 10. -С.59-63
2. Анциферов В.Н. Проблемы науки о материалах и развитие высоких технологий в России / В.Н. Анциверов – Пермь: –ПГТУ. -2010. – С.174
3. Алфимов С.М. Развитие в России работ в области нанотехнологий / С.М. Алфимов, B.А. Быков, Е.П. Гребенников и др. // Нано- и микросистемная техника. - 2004. - №8. - С. 2-8.
4. Солодова Н.Л. Наноматериаллы и нанотехнологии в нефтепереработке / Н.Л. Солдатова, Н.А Терентьева // Вестник Казанского технологического университета- 2013 -Т 16. -№3- С.209-216
5. Хавкин А. Я. Наноявления и нанотехнологии в добыче нефти и газа / А. Я. Хавкин - М.: Нефть и газ. - Т.2. -2008. – С. 171
6. Раткин Л.С. Нанотехнологии и наноматериалы, разработанные учреждениями Российской Академии Наук, для обеспечения экологической безопасности в нефтегазовой отрасли / Л.С. Раткин // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний - - № 10. - С.7-12
7. Хавкин А.Я. Энергетическая эффективность нефтегазовых нанотехнологий. Наноявления при разработке месторождений углеводородного сырья: от наноминералогии и нанохимии к нанотехнологиям» // Материалы IV Международной Конференции в г. Москва 11-12 ноября 2014 г. - М.: Нефть и газ, 2014. - С.173-176.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Khavkin А.Y. Intellektyalisatsia razrabotki mestorozhdenii s ispolzovaniem nanotekhnologicheskih effectov [Intelligent fields development with the use of nanotechnological effects] / А.Y. Khavkin // Gas. Innovations.-2012. -№ 10. – P.59-63. [in Russian]
2. Anciferov V.N. Problemy nayki o materialah i razvitie visokih tekhnologii v Rossii [Problems of science of materials and development of high technologies in Russia] / V.N. Anciferov – Perm: –PGTU. -2010. – P.174. [in Russian]
3. Alfimov S.M. Razvitie v Rossii rabot v oblasti nanotekhnologii [The development of the work in Russia in the field of nanotechnology] / S.М. Alfimov, V.А. Bykov, Е.P. Grebennikov // Nano- I mikrosistemnaya tekhnika [Nano - and microsystem technology]. - 2004. - №8. - P.2-8. [in Russian]
4. Solodova N.L. Nanomaterialy i nanotekhnologii v neftepererabotke [Nanomaterials and nanotechnology in oil refining] / N.L. Solodova, N.А. Terentyeva // Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo yniversuteta [Vestnik Kazan technological University] - 2013 – V. 16. - №3 - P.209-216. [in Russian]
5. Khavkin А.Y. Nanoyavleniya I nanotekhnologii v dobyche nefti I gasa [Nanoalloy and nanotechnology in the oil and gas production] / А. Y. Khavkin - М.: Oil and gas. -V.2. -2008. – P.171. [in Russian]
6. Ratkin L.S. Nanotekhnologii i nanomaterialy, rasrabotanniy ychrezhdeniamy Rossiyskoy Akademii Nayk, dlya obespecheniya ekologicheskoi bezopasnosti v neftegasovoi otrasli [Nanotechnology and nanomaterials developed by the institutions of the Russian Academy of Sciences, to ensure environmental safety in the oil and gas industry]/Mir nefteprodyktov. Vestnik neftyanyh kompanii [The world of petroleum products. Herald of the oil companies] 2015. № 10. P.7-12. [in Russian]
7. Khavkin А.Y. Energeticheskaya effektivnost neftegasovyh nanotekhnologii [The energy efficiency of oil and gas nanotechnology] // Nanoyavleniya pri razraadotke mestorozhdenii yglevodorodnogo syrya: ot nanomineralogii i nanokhimii k nanotekhnologiyam [Nanoalloy in the development of hydrocarbon deposits: from nanomineralogy and nanochemistry to nanotechnologies] // Materialy IV Mezhdunarodnoi Konferencii v g.Moskva 11-12 noyabrya 2014 g. [Proceedings of the IV International Conference in Moscow on 11-12 November 2014]- М.: Oil and Gas, 2014. - P.173-176. [in Russian]