Лекционный курс «Физические основы измерений» Раздел ОСНОВЫ НЕФТЕГАЗОВЫХ НАНОТЕХНОЛОГИЙ Тема ВЛИЯНИЕ НАНОКОЛЛОИДОВ АСФАЛЬТЕНОВ НА СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ НЕФТЕЙ. ПРАКТИЧЕСКИЕ «НЕФТЕГАЗОВЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ»

Ожидаемое замечание нефтяника - скептика : Это все – красивые лабораторные штучки……. А в реальных производственных нефтях всякие «НАНОФАЗЫ» никак себя не проявляют….

ГРАНИЦЫ НАНОФАЗ АСФАЛЬТЕНОВ НЕФТИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

АНАЛИЗ СВОЙСТВ ДОБЫТЫХ ПРИРОДНЫХ НЕФТЕЙ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ РЕГИОНОВ МИРА. НЕСПРАВЕДЛИВОСТЬ « ОБЩЕПРИНЯТЫХ МОДЕЛЕЙ »

«ОБЩЕПРИНЯТЫМ» является представление о том, что вероятность обнаружения нефтей никак не связана с содержанием в нефти асфальтенов

НА САМОМ ДЕЛЕ, в природе чаще других встречаются нефти с содержанием асфальтенов вблизи границ нанофаз А – обычная линейная шкала концентраций; Б – логарифмическая шкала концентраций.

«ОБЩЕПРИНЯТЫМ» является представление о том, что ПЛОТНОСТИ нефтей непрерывно возрастают при увеличении содержания асфальтенов

НА САМОМ ДЕЛЕ : Промысловые данные для нескольких сотен нефтей мира Поведение максимальных и минимальных плотностей. Пики плотности – вблизи границ нанофаз асфальтенов

Небольшая база данных ( 21 нефть ) А. – анализ «подтверждающий» общепринятое представление о монотонной связи плотности с содержанием асфальтенов Oilfield Review, 18(2):34-53 (2006). Б. – Непредвзятый анализ – пики плотности нефтей вблизи границ нанофаз асфальтенов.

«ОБЩЕПРИНЯТЫМ» является представление о том, что ВЯЗКОСТИ нефтей непрерывно возрастают при увеличении содержания асфальтенов

НА САМОМ ДЕЛЕ : Практическое совпадение максимумов плотности и вязкости природных нефтей при содержаниях асфальтенов, близких к положениям границ нанофаз ( Логарифмическая шкала вязкостей !!! )

«ОБЩЕПРИНЯТЫМ» является представление о том, что ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАСТЫВАНИЯ нефтей зависят только от содержания парафинов

НА САМОМ ДЕЛЕ : 5 4 3В 3А 2

ТАКИМ ОБРАЗОМ, ПЕРЕСЕЧЕНИЕ ГРАНИЦ НАНОФАЗ АСФАЛЬТЕНОВ ПРИВОДИТ К РЕЗКИМ ИЗМЕНЕНИЯМ СВОЙСТВ ПРИРОДНЫХ НЕФТЕЙ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ - Многие свойства природных нефтей определяются характеристиками самоорганизующихся нанофаз. Нефти - «ассоциативные наножидкости», являющиеся естественными объектами СМХ нанотехнологий.

В ЧЕМ МОГУТ СОСТОЯТЬ НАНОТЕХНОЛОГИИ НЕФТЕГАЗОВОГО ПРОИЗВОДСТВА ? ?

Нанотехнологии для разработки нефтегазовых месторождений « МНТ » Внешние силовые воздействия « СМХ » Подтолкнуть Самоорганизацию наносистем нефти Направлять Инициировать

НЕФТЕГАЗОВЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ ? Прежде всего, это – традиционные технологии для разработки месторождений, оптимизированные с учетом особенностей диаграмм нанофаз природных наноколлоидов нефти

Содержание асфальтенов Температура, ºС Нефти Конденсаты Растворы Нефти Тяжелые топлива Битумы Мономеры ? Олигомеры Полиаморфные наноколлоиды Твердые асфальтены Плавление Деструкция А В С 1 2 3а3а 3b3b мг/лг/л α β γ Т-С диаграмма нанофаз асфальтенов нефти

Производственные процессы вблизи ТЕМПЕРАТУРНЫХ границ НАНОФАЗ НЕФТЕГАЗОВЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ

Температура застывания, ºС Температура обработки, ºС Термообработка нефти вблизи границы НАНОФАЗ Резкое повышение температуры застывания Азнакаевской нефти

Температура, ºС Масса отложений Долговременное увеличение массы отложений из нефти Термообработка нефти вблизи границы НАНОФАЗ

Выбор режимов нагрева и охлаждения в «нанотехнологиях» термообработки. Штриховкой отмечено положение границы ( I ) на фазовой диаграмме асфальтенов «НАНОТЕХНОЛОГИИ» ТЕРМООБРАБОТКИ

Неоднородное поле температур ПРОБЛЕМЫ при разработке Изменения нанофаз при переменных температурах пласта «теплое пятно» Продуктивная скважина Нагнетательная скважина

1 и 2 – термограммы для двух режимов работы эксплуатационной скважины Ромашкинского месторождения, ГТ - геотерма скважины «НАНОТЕХНОЛОГИИ» ДОБЫЧИ НЕФТИ ДА НЕТ

1 – термограмма скважины в республике Коми, эксплуатируемой без электропрогрева; 2 – геотерма; 3 – термограмма скважины, эксплуатируемой при использовании нагревательного кабеля «НАНОТЕХНОЛОГИИ» ДОБЫЧИ НЕФТИ НЕТ ДА

НИЗ ВЕРХ Температура, ºС 1,460 1,462 1,464 Показатель преломления Южно-Тарасовская нефть Термообработка нефти вблизи границы НАНОФАЗ «Дистилляция» при комнатной температуре !!!!!! ???? Гравитационное разделение

«НАНОТЕХНОЛОГИЯ» ЭКОНОМИЧНОГО ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА НЕФТИ

(Г-н Журден): Честное слово, я и не подозревал, что уже более сорока лет говорю прозой. Большое вам спасибо, что сказали. Жан Батист Мольер « Мещанин во дворянстве » УЖЕ ВНЕДРЕННЫЕ НЕФТЕГАЗОВЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ

ЖУЙКО П. В. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ УПРАВЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ АНОМАЛЬНЫХ НЕФТЕЙ - диссертация доктора технических наук Ухта 2003г. Техническая документация НАНОТЕХНОЛОГИИ: СТАНДАРТ Управления северными магистральными нефтепроводами: "Временный регламент эксплуатации Магистрального нефтепровода "Уса-Ухта" …"

Традиционная технология термообработки - нагрев до С и охлаждение до температуры транспорта ( 0 0 С) со скоростью < 20 0 С в час Нефтепровод «Уса-Ухта» производительностью 18 млн. т / год Требуемый объем резервуарного парка тонн.

НАНОТЕХНОЛОГИЯ термообработки - нагрев до С и охлаждение со скоростью < 20 0 С в час до температурной границы НАНОФАЗ 35 – 40 о С Последующее охлаждение – в произвольном режиме Резервуарный парк можно уменьшить до тонн, либо ликвидировать

Производственные процессы вблизи КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ границ НАНОФАЗ НЕФТЕГАЗОВЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ

Содержание асфальтенов, г/л 0,010, Вязкость нефти, сПз 2 2 3a3a 3a3a 3b3b 3b3b Смешение нефтей отрицательные эффекты

ТРАНСПОРТ СМЕСЕЙ НЕФТЕЙ

Эффекты превращения нанофаз при смешивании нефтей различного происхождения. А – усиление степени агрегирования и выпадения в осадок компонентов; Б - аномалии потери объема (усадки) смеси. Цифрами отмечены концентрационные границы нанофаз асфальтенов При достижении концентрационных границ нанофаз – выпадение осадков, увеличение вязкости, плотности, «усадка объема»

Полная потеря текучести Применение растворителей при добыче тяжелых нефтей и битумов

СОВМЕСТНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕСКОЛЬКИХ НЕФТЯНЫХ ПЛАСТОВ

Содержание асфальтенов, г/л 0,010, Вязкость нефти, сПз 2 2 3a3a 3a3a 3b3b 3b3b Смешение нефтей положительные эффекты

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ «НАНОТЕХНОЛОГИЙ СМЕШИВАНИЯ» НЕФТЕЙ

«Нанотехнология» совместной эксплуатации нефтяных пластов одного из месторождений региона Персидского залива

НАНО – подобные фазовые превращения нефтяных флюидов ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ВОДО – НЕФТЯНЫЕ ЭМУЛЬСИИ СТАБИЛИЗАТОРАМИ ЭМУЛЬСИЙ ЯВЛЯЮТСЯ ПРИРОДНЫЕ ПАВ – НАНОКОЛЛОИДЫ НЕФТИ

dT/dt связано с теплоемкостью, т.е. с фазовой структурой В/М эмульсии 2,0 1,5 1,0 0,5 0 0,4 0,6 0,21,0 Содержание воды, масс. доли Нач. скорость нагрева dT / dt 0,8 Перколяция Биконтинуальная фаза Явления, характерные для НАНОФАЗ

15 % воды20 % воды 25 % воды Перколяционные кластеры капель воды

В ПРОЦЕССЕ РАЗДЕЛЕНИЯ ФАЗ В ЭМУЛЬСИИ ВОЗНИКАЮТ СЛОЖНЫЕ «БИКОНТИНУАЛЬНЫЕ» СТРУКТУРЫ Строение «стенки» структуры

ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА СМЕСИ ВОДА(РАССОЛ) - НЕФТЬ, СОДЕРЖАЩЕЙ ПРИРОДНЫЕ ПАВ ОБЛАСТЬ «БИКОНТИНУАЛЬНОЙ» СТРУКТУРЫ

НАНОТЕХНОЛОГИЯ – осуществлять термическую де- эмульсификацию при определенном водосодержании ,40,60,2 Содержание воды, масс. доли Эффективность разделения, отн.ед. 0,8

ПРИЛОЖЕНИЕ

2-фазная диаграмма нефтяного месторождения

Траектория разработки на 2-фазной диаграмме

3-фазная диаграмма и траектории разработки для нефтяного месторождения

Фазовые диаграммы нефтяных месторождений и оптимальные траектории разработки с учетом множественных НАНОФАЗ ! ? ! ? !

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

ЖУРНАЛ «НЕФТЬ РОССИИ» 7, ИЮЛЬ 2007 Валерий АНДРИАНОВ «Революционная ситуация» ……сегодня российский нефтегазовый комплекс и отечественная отраслевая наука изолированы друг от друга. В результате нефтяные компании зачастую продолжают пользоваться «дедовскими» методами, которые, конечно, проверены годами, но не являются на данный момент эффективными, а уж тем более ресурсосберегающими и экологически чистыми….

… чтобы доказать свою жизнестойкость перед лицом потрясений очередной научно-технической революции, нефтегазовому комплексу необходимо искать принципиально новые, творческие решения, позволяющие с успехом конкурировать с вновь создаваемыми видами энергоносителей. «Традиционные» отрасли ТЭК должны обратить революционные открытия ученых на свое благо. Одна из таких возможностей - использование нанотехнологий. Они позволят обрабатывать углеводородное сырье намного эффективнее, быстрее и с меньшими затратами, защищать окружающее пространство от утечек углеводородов. Сегодня ведущие зарубежные нефтегазовые компании ведут активные исследования в этой сфере, а Россия пока что делает только первые шаги в данном направлении…….

ЛЕКЦИИ ЗАКОНЧЕНЫ. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !