наноявления. 6. Наноявления в нефтегазовых пластах
 Скачать 18.67 Kb.
|
|
6. Наноявления в нефтегазовых пластах хавкин Основным методом разработки нефтяных месторождений является заводнение. Возникающие при этом явления смачивания на контакте водный раствор-нефть определяются зарядовыми взаимодействиями и имеют наноразмерный масштаб. А углеводородные системы (нефть, конденсат, природный газ) сами по себе являются наносистемами. Наносистемы образуются и при конденсации и диспергации исходных тел. Что касается воды, то основные свойства воды определяются на молекулярном уровне (наноуровне) [29]. Было также установлено, что у воды на наноуровне есть память [57]. Есть память на наноуровне и у других реагентов [28]. Большинство природных и техногенных наносистем находится вдали от равновесия, и их состояние непрерывно изменяется по мере движения к равновесию. После возникновения наночастиц система оказывается удаленой от равновесия, что изменяет основные свойства системы. Появившаяся для описания этих эволюций прикладная физико-химия наносистем посвящена разработке методов предсказания эволюции конкретных наносистем в условиях их использования, созданию теоретических основ применения наносистем в технике и технологиях, а также поиску оптимальных способов эксплуатации, разработке теоретических моделей образования и миграции наночастиц в окружающей среде и методам очистки природных вод [49]. Традиционная физико-химическая механика, должна быть развита для УДС с учетом неравновесности УДС. Одно из центральных положений неравновесной термодинамики состоит в том, что при больших отклонениях от равновесия эволюция УДС завершается образованием самоорганизованных диссипативных структур. К самоорганизованным наноструктурам, например, относятся прямые и обратные мицеллы ПАВ. При диффузии концентрированного раствора соли через гель, содержащий другой электролит с более низкой концентрацией, можно получить труднорастворимый осадок. Возникающие сомоорганизующиеся наноструктуры могут иметь масштаб от наноуровня до макроуровня [69]. Регулируемые наноявления в добыче нефти и газа Настоящий доклад является кратким обзором выполненных автором работ [1-23] и служит информационной базой дальнейшего развития исследований по учету и использованию управляемых наноявлений в системе «нефть-газ-вода-порода» для повышения эффективности добычи нефти и газа. Суммируя ставшие традиционными определения термина «нанотехнологии» в Национальной нанотехнологической ини-циативе США, Королевском общество инженеров Великобрита-нии, «РОСНАНО» и других, следует признать суть этих опреде-лений: «нанотехнологический подход означает целенаправлен-ное регулирование на молекулярном уровне свойств объектов, определяющих их фундаментальные параметры» [24]. Кроме напосредственно наноразмерных частиц, нанообъек-тами являются поверхностные наноструктуры (ямки, выступы, канавки, стенки), объемные наноструктуры (поры и капилляры). К объектам исследований нанонауки также относятся ультра-дисперсные системы, в том числе глины, аэрозоли, мицелляр-ные коллоидные растворы, полимерные золи и гели, а также капиллярные и ионнообменные явления [25]. Умение управлять этими объектами принципиально важно для повышения коэф-фициента извлечения нефти (КИН). Вице-президент РАН академик Н.П.Лаверов указал, что тех-нологический прогресс по добыче углеводородов в России не удовлетворяет современным требованиям и нужно его улуч-шить [26]. Проведенные автором исследования показали прин-ципиальную роль наноявлений смачивания и ионнообмена в системе «нефть-газ-вода-порода», которые значительно изме-няют распределения нефте- и водо- насыщенностей в пористых средах в отличие от традиционных представлений, и, естествен-но, показатели разработки месторождений. Большую роль в добыче нефти в скором времени станут иг-рать наноколлектора (т.е. коллекторы с размерами пор менее 100 нм), и для их разработки потребуются технологии, учиты-вающие наноразмер порового пространства. Так, залежи нефти баженовской свиты Западной Сибири, в которых еще не завер-шены процессы преобразования органического вещества (керо-гена) в подвижные углеводороды, имеют геологические ресурсы углеводородов более 100 млрд. тонн. Основная часть углеводо-родов сосредоточена в коллекторе со средним радиусом пор 8-25 нм. КИН при традиционных способах – 0,03-0,05, что нерен-табельно. КИН при нанотехнологиях может составить более 0,3. В этом случае потенциал прироста извлекаемых запасов нефти превысит 30 млрд. тонн. Другой пример наноколлектора – уголь. В недрах угольных бассейнов сосредоточены значительные ресурсы спутника угля – метана, соизмеримые с ресурсами газа традиционных место-рождений мира. Угольные бассейны следует рассматривать как метаноугольные, подлежащие комплексному поэтапному освое-нию, с опережающей широкомасштабной добычей метана (в том числе для безопасной добычи угля). В угле много пор диа-метром менее 10 нм. Поэтому уголь является наноколлектором природного газа, и борьба с выбросами природного газа и его добыча должны ориентироваться на работу с наноразмерными порами: закачка реагентов для смачивания угля, если не учиты-вать наноразмер пор при выборе химреагентов, пройдет только по трещинам и открытым порам. Возможно поэтому и происхо-дят катастрофы на угольных шахтах. Особенно важным для КИН является учет наноразмерной формы поверхности пор, поскольку она влияет на капиллярный гистерезис в системе «нефть-газ-вода-порода», определяющий эффективность вытеснения нефти. Целенаправленным измене-нием структуры наноразмерных минеральных фаз коллектора можно увеличить КИН за счет уменьшения итогового значения капиллярного гистерезиса. Этот вывод создает основы приклад-ной наноминералогии. Внедрение уже запатентованных нанотехнологий может обеспечить увеличение КИН до 0,45-0,50 (в 1,5-1,7 раза больше, чем ныне достигаемые 0,30-0,35), а их развитие – до 0,60-0,65. При этом КИН для традиционных запасов увеличиться на 0,20-0,25 до 0,60-0,70, для трудноизвлекаемых запасов – увеличение КИН составит 0,25-0,35 до 0,45-0,55. Запасы газа в месторождениях газогидратов также невоз-можно освоить без регулирования свойств газогидратов на ион-ном уровне. Применение нанотехнологий позволит снизить энергозатраты на регулирования свойств газогидратов, перево-дить газ в газогидратную форму и торговать природным газом в газогидратном состоянии для частичной диверсификации экс-порта газа и возможности обеспечить газом отдаленные посел-ки. Кроме того, это позволит утилизировать попутный нефтяной газ и низконапорный природный. Фактически речь идет о соз-дании газогидратной отрасли ТЭК. Из изложенного следует, что уже сейчас видны следующие направления развития нефтегазовой наноиндустрии, основанной на целенаправленном регулировании наноявлений, определяю-щих фундаментальные параметры макросистем: 1) Снижение обводненности добываемой нефти. 2) Увеличение коэффициента извлечения нефти. 3) Воздействие на глинистую составляющую пород. 4) Регулирование смачиваемости пород. 5) Воздействие на наноколлектора. 6) Снижение энергозатрат на закачку, подъем и подготовку нефти. 7) Разработка месторождений газогидратов. 8) Утилизация и торговля газом в газогидратном состоянии. 9) Утилизация низконапорного и попутного нефтяного газа. 10) Стабилизация неустойчивых коллекторов. 11) Большерасходные нанофильтры. 12) Применение нанокомпозиционных материалов. 13) Гидрофобные наножидкости и нанореагенты. 14) Регулирование состояния нанокластеров тяжелых угле-водородов. 15) Упрочнение заколонного цемента при строительстве скважин. 16) Увеличение глубины переработки нефти. 17) Извлечение метана угольных пластов. 18) Экологическое улучшение работы всего нефтегазового комплекса. |