Они помогут предотвратить аварии из-за образования гидратных пробок

Последняя серия ингибиторов, разработанных учеными Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского федерального университета, по своим целевым свойствам превосходит наиболее эффективные зарубежные аналоги, а также проявляет тенденцию к биологической деградации в условиях морского шельфа.

Сегодня разработанный класс ингибиторов гидратообразования на основе водорастворимых полиуретанов является визитной карточкой научных сотрудников Института геологии и нефтегазовых технологий. Казанские ученые создают многофункциональные, эффективные, безопасные для человека и окружающей среды реагенты, функционал которых «удерживает» в себе одна молекула.

«Нами ведутся систематические исследования в области гидратных технологий, которые направлены на контроль кинетики процессов гидратообразования углеводородных газов. С одной стороны, нами разрабатываются химические реагенты — промоторы, которые ускоряют получение гидратов в технологии “твердый газ” для хранения и транспортировки газа. Другое направление связано с борьбой с осложнениями, вызванными образованием гидратов на стадиях добычи, сбора и подготовки нефти и газа, которые могут привести к технологическим остановкам и авариям. Особенно остро эти проблемы стоят для морских месторождений, где они могут привести к загрязнению окружающей среды и экологическим катастрофам. Нами предложено новое направление в области ингибиторов — это применение водорастворимых полиуретанов. Варьируя их структуру, можно получить очень эффективные многофункциональные реагенты. Это, безусловно, относится к развитию малотоннажной химии в нашей стране, ведь ранее эффективные кинетические ингибиторы гидратообразования были только зарубежного производства»,— поделился заведующий кафедрой разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов ИГиНГТ Михаил Варфоломеев.

К 2024 году в Казанском университете уже получен широкий ряд молекул, которые были запатентованы. В ходе последних исследований, опубликованных в Chemical Engineering Science, ученые наглядно рассмотрели зависимости антигидратных свойств молекул от использования ряда мономеров на основе диалкиламинов. Это исследование демонстрирует проявление наилучших свойств ингибитора гидратообразования.

«Мы исследовали наши ингибиторы в динамических и статических условиях, которые моделируют различные этапы реальных процессов в нефтегазовой сфере, с использованием специализированной установки с качающимися ячейками и дифференциально сканирующей калориметрии. С помощью наших исследований удалось выявить взаимосвязь между снижением межфазного натяжения и увеличением эффективности кинетических ингибиторов. Этот факт еще больше подтверждает гипотезу о том, что водорастворимые полиуретаны действуют по адсорбционному механизму»,— сообщил младший научный сотрудник НИЛ методов увеличения нефтеотдачи Дмитрий Гнездилов.

«По температуре переохлаждения процесса гидратообразования наши ингибиторы превосходят наиболее известные зарубежные реагенты, что позволяет успешно их применять в более жестких условиях. При этом исследования биодеградации в воде Баренцева моря показывают, что они обладают хорошей биодеградацией и более безопасны по сравнению с иностранными аналогами»,— отметил ведущий научный сотрудник НИЛ методов увеличения нефтеотдачи НЦМУ Роман Павельев.

На последующих этапах работы будут предприняты шаги по оптимизации синтеза разработанных соединений с сохранением высоких целевых свойств. Также научная группа продолжит поиск новых мономеров, способных улучшить растворимость полимеров в воде с различной минерализацией и расширить функционал их применения.

«Стоит задача подбора ингибитора не только для добычи, сбора и транспортировки углеводородного флюида по трубопроводам, но и для эффективной закачки газа в пласт для увеличения нефтеотдачи. Здесь нам предстоит решить более сложную задачу, так как условия применения являются более жесткими за счет высокого давления и минерализации пластовой воды»,— рассказывает Дмитрий Гнездилов.

Планируется, что в ближайшей перспективе разработанный ингибитор будет применен для условий морских месторождений, в том числе Арктического шельфа, который является перспективным с точки зрения новых объектов с большими запасами нефти и газа.

Значимость ингибитора для отечественной экономики сложно переоценить: как никогда страна заинтересована в том, чтобы добыча углеводородов велась в оптимальном для окружающей среды режиме и полностью соответствовала экологическим требованиям. Так, разработка ученых Казанского университета не только демонстрирует готовность к промышленному применению, но и позволяет пересмотреть возможности нефтедобычи в условиях экстремального холода.

Работа выполнялась в рамках проекта РНЦИ №20-55-20010 «Экологически чистые многофункциональные нефтепромысловые реагенты для минимизации воздействия и загрязнения морской среды».

Рустэм Заиров, доцент кафедры физической химии Химического института им. А. М. Бутлерова КФУ, ответил на вопросы «Ъ-Науки»:

— Что такое нефтепромысловые реагенты?

— Это химические реагенты, которые используются для борьбы с осложнениями при добыче нефти и газа и для осуществления эффективного сбора, подготовки и транспортировки продукции скважин.

— Для чего при добыче нефти используются ингибиторы?

— Ингибиторы используются для предотвращения образования гидратов, коррозии, солеотложений и выпадения асфальтосмолопарафиновых веществ. Все эти осложнения приводят к снижению эффективности процессов добычи и транспортировки нефти и газа и могут приводить к аварийным ситуациям, вызывающим загрязнения окружающей среды.

— Какие ингибиторы гидратообразования бывают?

— Ингибиторы гидратообразования бывают двух типов — термодинамические и кинетические. Первые влияют на термодинамическое равновесие и снижают температуру, при которой могут образовываться гидраты. Они наиболее часто применяются в нефтегазовой отрасли для борьбы с проблемой гидратообразования. Но при этом их требуется большое количество, и они являются токсичными веществами. Второй вид — кинетические ингибиторы — замедляют процесс гидратообразования и углеводородную продукцию успевают добывать и транспортировать без осложнений. Их преимуществом является низкая дозировка, которая в десятки раз меньше, чем у термодинамических ингибиторов. Но на сегодняшний день наиболее эффективные активные основы кинетических ингибиторов производятся только за рубежом.

— Как природные условия в Баренцевом море влияют на добычу нефти в этом регионе?

— Добыча и сбор продукции на месторождениях в Баренцевом море ведутся при низких температурах и высоких давлениях. Это благоприятные условия для образования газовых гидратов в добываемых флюидах, что может приводить к закупорке и полному блокированию трубопроводов и скважинного оборудования. В результате возможны аварии, которые приведут к экологическим катастрофам в Баренцевом море.

— Как новые ингибиторы, разработанные учеными КФУ, помогут в добыче нефти из морских месторождений, в том числе и в Арктике? Какие есть свойства у этих ингибиторов?

— Разработанные в КФУ кинетические ингибиторы позволяют существенно замедлить процесс гидратообразования и обеспечить стабильную добычу и транспорт скважинной продукции на шельфе. Причем по своей эффективности они превосходят лучшие зарубежные реагенты на основе поливинилкапролактама.

— В 2010 году Россия и Норвегия официально подписали договор о разграничении морских пространств и сотрудничестве в Баренцевом море и Северном Ледовитом океане. Норвегия уже ведет добычу нефти и газа на двух месторождениях в Баренцевом море — Goliat (Голиаф) и Snohvit (Белоснежка). Обмениваются ли ученые этих стран технологиями, помогающими в добыче нефти? Как происходит обмен?

— В 2020 году был запущен совместный научно-исследовательский проект Казанского федерального университета и Университета Ставангера, поддержанный государственными фондами двух стран (со стороны России — РФФИ, который на данный момент трансформировался в РНЦИ). Проект был направлен на создание экологически чистых многофункциональных нефтепромысловых реагентов для минимизации воздействия и загрязнения водной среды Баренцева моря. В ходе его реализации благодаря научному сотрудничеству и обмену опытом двух групп была разработана серия ингибиторов, которые кроме эффективной борьбы с гидратами еще помогали предотвращать коррозию и солеотложения.

Подготовлено при поддержке Минобрнауки