1 © Хавкин А.Я., 2013 Роль нанотехнологий в повышении энергоэффективности и экологической безопасности при добыче нефти и газа: Научные основы и практическое. - презентация

1 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 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 3

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

5 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 6 Динамика добычи нефти (1) и обводненности продукции (2) в России.

7 77 Динамика КИН для месторождений России, открытых в разные периоды (по информации, представленной ФГУП «Зап СибНИИГГ») [Шелепов В.В., 2012]

8 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 9 По данным д.т.н., проф. Г.Г.Вахитова:

10 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 20

21 21 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!