1 © Хавкин А.Я., 2013 Роль нанотехнологий в повышении энергоэффективности и экологической безопасности при добыче нефти и газа: Научные основы и практическое применение нанотехнологий повышения энергоэффективности и экологической безопасности при добыче нефти и газа Хавкин А.Я., заместитель генерального директора ОАО «ИГиРГИ», член ЦП НОР, д.т.н., Почетный нефтяник РФ, Лауреат Медали ЮНЕСКО «За вклад в развитие нанонауки и нанотехнологий»

2 Для экономически выгодной продажи нефти как сырья, нужно не только открывать новые месторождения, но и обеспечивать высокий КИН на уже открытых месторождениях. А для этого требуются тщательные исследования на стыке всех современных научных знаний. И задача обеспечения страны нефтью и газом на основе высокорентабельных энергосберегающих инновационных технологий во всем цикле движения нефти и газа от скважины до потребителя, должна стать, по мнению автора, таким же национальным инновационным проектом, какими были атомный проект и полет в космос.

3

4 Динамика инноваций в различных технологических направлениях вдоль циклов экономической активности Кондратьева

5 6 технологический цикл Кондратьева (техно уклад) включает: развитие робототехники, биотехнологий, нанотехнологий, управление здоровьем человека за счет новой медицины, новое природопользование (Г.Г.Малинецкий) Поэтому нанотехнологии в природопользовании – это товарный продукт 6 технологического цикла Кондратьева

6 Динамика добычи нефти (1) и обводненности продукции (2) в России.

77 Динамика КИН для месторождений России, открытых в разные периоды (по информации, представленной ФГУП «Зап СибНИИГГ») [Шелепов В.В., 2012]

8 Из Энергетической стратегии России до 2030 г. В качестве индикатора стратегического развития нефтяного комплекса предусмотрена следующая динамика коэффициента извлечения нефти (КИН): 2008 г. (факт) 0,3, за 1-й этап (2013–2015 гг.) планируется достичь КИН = 0,3–0,32, за 2-й этап (2020–2022 гг.) 0,32–0,35, к концу прогнозируемого периода за 3-й этап (2030 г.) планируется достичь КИН = 0,35–0,37. Снижение удельной энергоемкости ВВП в 2,3 раза. Снижение удельных потерь и расходов на собственные нужды предприятий ТЭК, доведение ежегодного объема экономии энергоресурсов по сравнению с современным уровнем не менее чем 300 млн т условного топлива в год. В плане экологической безопасности энергетики ориентиром является двукратное снижение сброса загрязненных сточных вод в водоемы.

9 По данным д.т.н., проф. Г.Г.Вахитова:

10 Из монографии: «Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований / под ред. Роко М.К., Уильямса Р.С., Аливатоса П. // М., Мир, 2002, 292 с.» Нанотехнологический подход означает целенаправленное регулирование на молекулярном уровне свойств объектов, определяющем их фундаментальные параметры

11 По мнению аналитиков «LUX Research», нанотехнологии – это не новая отрасль мировой экономики, а средство для модернизации множества других ее отраслей, и те, кто овладеет максимальным спектром нанотехнологий и их количеством, будут владеть миром. По мнению акад. Ю.Д.Третьякова и чл.-корр. Е.А.Гудилина, естественнонаучный подход к «нано» состоит в том, чтобы на базе достижений химии, физики, материаловедения, математического моделирования, создать прорывные нанотехнологии. Нанотехнологии, в отличие от обычных технологий, характеризуются повышенной «наукоемкостью» и затратностью, и в них резко снижена вероятность решения задач методом «проб и ошибок», который традиционно используется в прикладных разработках

12 Наноявления в пористых средах В наноразмерном интервале (0,1-100 нм) на молекулярном уровне природа «программирует» основные характеристики веществ, явлений и процессов. Все природные материалы и системы построены из нанообъектов. Согласно рекомендации 7-ой Международной конференции по нанотехнологиям (Висбаден, 2004 г) выделяют следующие типы наноматериалов: нанопористые структуры; наночастицы; нанотрубки и нановолокна; нанодисперсии (коллоиды); наноструктурированные поверхности и пленки; монокристаллы и нанокластеры. Кроме непосредственно малоразмерных частиц, наночастицами являются поверхностные наноструктуры (ямки, выступы, канавки, стенки), объемные наноструктуры (поры и капилляры), пленки веществ наноразмерной толщины

13 Наноявления при заводнении Наиболее распространенным методом разработки нефтяных месторождений является наводнение. При этом основные свойства воды определяются на молекулярном уровне (наноуровне). Было также установлено, что у воды на наноуровне есть память. Нефтяной пласт представляет собой высокодисперсную систему с большой поверхностью границ раздела фаз и огромным скоплением капиллярных каналов, в которых движутся жидкости, образующие мениски на границе раздела фаз. Механизм перемещения нефти в пласте и извлечение ее, во многом, определяется молекулярно-поверхностными процессами, протекающими на границах раздела фаз (породообразующие минералы – насыщающие пласт жидкости и газы - вытесняющие агенты).

14 Закономерность вытеснения нефти в пористых средах При вытеснении нефти из пласта путем нагнетания в него водного раствора нефть диспергируется на отдельные части (агрегаты, ганглии, блобы, целики, кластеры - макродиспергируется), распределение которых по размерам определяется капиллярным гистерезисом Р 12 в системе нефть-вода-порода.

15 Объект исследований нефтяной науки Нефтяная наука, являясь частью наук о Земле, и аккумулируя геологию, гидродинамику, технику, химию, математику, имеет свой специфический объект исследований – физико- химические нано явления в геологических телах, пластовых флюидах и промысловом оборудовании, охватывающий как сами нано явления, так и способы их учета при геолого-гидродинамических и технико- экономических расчетах разработки и эксплуатации нефтегазовых залежей.

16 Ожидаемый результат от масштабного применения современных модификаций МУН (модернизация): увеличение КИН для активных запасов на 0,10-0,15 до 0,50-0,70, для ТИЗН - увеличение КИН на 0,20-0,25 до 0,40-0,45. средний КИН при этом может возрасти до 0,50. Ожидаемый результат от масштабного применения нанотехнологий (инновации): увеличение КИН для активных запасов на 0,15-0,20 до 0,60-70, для ТИЗН - увеличение КИН на 0,25-0,35 до 0,40-0,55. средний КИН при этом может возрасти до 0,60-0,65.

17 Энергоэффективность уже прошедших опытно- промышленную апробацию нанотехнологий Прошедшие опытно-промышленную апробацию нанотехнологии Хавкина А.Я. показали следующие значения экономии электроэнергии на 1 м 3 : 0,4 КВт·час=1,5 МДж – предупреждении образования отложений смол и парафинов в добывающей скважине; 0,7 КВт·час=2,5 МДж – при закачке воды в пласт для вытеснения нефти; 5 КВт·час=18 МДж – при снижении обводненности добываемой продукции; 8,5 КВт·час=30 МДж – при снижении температуры нефти подготовки при отделении от нее воды. В целом, от прошедших опытно-промышленную апробацию нанотехнологий Хавкина А.Я. суммарная возможная экономия электроэнергии на 1 м 3 промысловой жидкости составит более 50 МДж.

18 Энергоэффективность уже прошедших опытно- промышленную апробацию нанотехнологий Только в России от прошедших опытно-промышленную апробацию нанотехнологий Хавкина А.Я. суммарная возможная экономия электроэнергии может составить: 1500 ТДж – предупреждении образования отложений смол и парафинов в добывающей скважине (1 млрд. м 3 ); 7500 ТДж – при закачке воды в пласт для вытеснения нефти (3 млрд. м 3 ); ТДж – при снижении обводненности добываемой продукции (3,5 млрд. м 3 ); ТДж – при снижении температуры нефти подготовки при отделении от нее воды (1 млрд. м 3 ). При этом, по данным Рус Гидро, затратив 1 ТДж, можно добыть т угля, т нефти, вспахать 700 км 2 земли. В нефтяной отрасли мира, от прошедших опытно-промышленную апробацию нанотехнологий Хавкина А.Я. значения экономии электроэнергии (вследствие структуры запасов и уже применяемых технологий) будут в 3-4 раза больше.

19 Направления приложения нанотехнологий в нефтегазовом комплексе 1. Увеличение нефтеотдачи до 40-60%. 2. Снижение обводненности нефти с 85% до 60-70%. 3. Воздействие на глинистую составляющую пород. 4. Регулирование смачиваемости пород. 5. Воздействие на нано коллектора. 6. Снижение энергозатрат на закачку, подъем и подготовку нефти. 7. Разработка месторождений газогидратов. 8. Утилизация и торговля газа в газогидратном состоянии. 9. Утилизация низконапорного газа. 10. Стабилизация неустойчивых коллекторов. 11. Большерасходные нанофильтры. 12. Применение нанокомпозиционных материалов. 13. Гидрофобные наножидкости и нано реагенты. 14. Регулирование состояния нанокластеров тяжелых у/в. 15. Извлечение метана угольных пластов. 16. Увеличение глубины переработки нефти. 17. Упрочнение закаленного цемента при строительстве скважин. 18. Экологическое улучшение работы всего нефтегазового комплекса. 19. Снижение себестоимости добычи нефти до 2 долл/баррель. 20. Энергосбережение.

20

21 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!