Благодаря ученым Казанского федерального университета, которые разработали новый прекурсор катализатора на основе таллатов железа и никеля, в этом году удастся реализовать проект по облагораживанию нефти месторождения Бока де Харуко на Кубе.

К лету казанские ученые должны отправить 30 тонн катализатора нового состава, который будет впервые закачан в горизонтальную скважину. Ожидается снижение вязкости нефти минимум вдвое, что позволит ее эффективнее добывать.

Основные запасы Кубы – это трудноизвлекаемая, тяжелая и вязкая нефть. В этой связи на месторождении Бока де Харуко уже с 2017 года работают ученые Казанского университета над проектом по облагораживанию местной нефти. Со стороны Института геологии и нефтегазовых технологий в перспективном проекте задействованы сотрудники НИЛ «Внутрипластовое горение» и кафедры разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов КФУ. Партнерами выступают российская компания АО «Зарубежнефть», которая разрабатывает это месторождение, и кубинская компания Cupet.

В течение последних двух лет Институт геологии и нефтегазовых технологий ведет перспективную работу в рамках проекта Российского научного фонда «Разработка новых технологических подходов к каталитическому подземному облагораживанию высоковязкой и сверхвязкой нефти» на базе лаборатории мирового уровня совместно с нефтяной компанией АО «Зарубежнефть». Проект по разработке всей линейки различных катализаторов (нефте- и водорастворимых) поддержан грантом РНФ на период 2021–2024 гг. в размере 128 млн рублей.

Ученым Казанского университета уже удалось синтезировать несколько эффективных реагентов на основе комбинации никеля и железа в различных соотношениях. А сейчас линейку имеющихся катализаторов дополнит новичок, которому предстоит проявить себя в ходе внутрипластового облагораживания тяжелой нефти месторождения Бока де Харуко.

Старший научный сотрудник НИЛ «Внутрипластовое горение», лауреат премии Президента РФ в области науки и инноваций для молодых ученых за 2022 год Ирек Мухаматдинов рассказал, что лаборатория занимается разработкой катализаторов для добычи тяжелой вязкой нефти. Эти катализаторы закачиваются под землю и совместно с применением термического теплового метода (пара) способствуют снижению вязкости нефти. В то же время использование катализаторов позволяет увеличить содержания легких компонентов – бензиновой, керосиновой фракций и снизить долю тяжелых компонентов (смол, асфальтенов).

«В вязкой нефти много тяжелых компонентов – до 60 процентов. А благодаря применению разработанных катализаторов происходит увеличение содержания легких компонентов, идет деструкция тяжелых. Соответственно, на поверхность выходит более облагороженная и легкая нефть. Перерабатывать тяжелую нефть очень сложно. Мы же с помощью применения нашего катализатора позволяем увеличить подвижность, фильтруемость нефти в пласте, таким образом ее становится значительно проще добывать – на поверхность она выходит менее вязкой. Для таких месторождений с компанией ООО "РИТЭК" были разработаны новые катализаторы акватермолиза. Есть месторождения, где после использования катализаторов вязкость снизилась в четыре раза, например, в Самарской области», – пояснил ведущий научный сотрудник НИЛ «Внутрипластовое горение» Алексей Вахин.

Ученые Казанского университета уже провели полевые испытания на различных месторождениях в период с 2018 по 2022 год. Три из них прошли в прошлом году: в Самарской области (дважды) и одни на Кубе. По результатам изучения воздействия катализатора на основе никеля и железа было выявлено, что наибольшее вытеснение нефти было получено в эксперименте с использованием пара, катализатора и растворителя – при комплексном воздействии показатель вырос на 45 процентов. При воздействии пара и пара с растворителем коэффициенты вытеснения составили 28 и 37 процентов, соответственно, сообщил Ирек Мухаматдинов. 

«В результате исследования установлена более глубокая конверсия смолисто-асфальтеновых веществ нефти за счет их деструкции и отрыва алкильных заместителей, вследствие чего обеспечивается увеличение содержания фракции насыщенных углеводородов. Данные SARA-анализа (лабораторный метод изучения нефти – прим. ред.) вытесненной нефти в эксперименте с использованием закачки пара и композиции катализатора также подтверждают увеличение доли легких компонентов и уменьшение доли асфальтенов более чем на 11 процентов по сравнению с исходной нефтью, что определяет эффективность совместного применения пара и раствора катализатора акватермолиза», – прокомментировал полученные данные младший научный сотрудник НИЛ «Внутрипластовое горение» Ильгиз Минханов.

Подробности работы были опубликованы в Catalysts в совместной статье КФУ и АО «Зарубежнефти», являющейся индустриальным партнером проекта.

По словам ведущего научного сотрудника НИЛ «Внутрипластовое горение», завкафедрой разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов КФУ Михаила Варфоломеева, в 2021–2022 годы проводились научно-исследовательские работы по разработке композиции катализатора акватермолиза на основе комбинации никеля и железа в различных соотношениях для внутрипластового облагораживания тяжелой нефти месторождения Бока де Харуко при паротепловом воздействии. Замена дорогостоящего никеля на более дешевое железо при сохранении высокой эффективности в составе катализатора снизит себестоимость изготовления.

В свою очередь, Ирек Мухаматдинов сообщил, что казанские ученые производят катализатор на арендуемой в столице Татарстана промышленной площадке. После чего полученное вещество на фурах отправляется на месторождения. Также закупается растворитель, который позволяет более эффективно продвигать катализатор по пласту. Также в пласт закачивается пар. Он воздействует таким образом, что прекурсор катализатора (вещество, которое после закачки в пласт превратится в катализатор) разлагается, в результате реакции образуются сульфиды и оксиды различных металлов, которые прикрепляются к породе, и идет процесс химического преобразования. В результате на поверхность выходит более легкая и облагороженная нефть. Важный момент – воздействие катализатора не ухудшает качество нефти.

Уже к лету текущего года планируется изготовление порядка 30 тонн катализатора на основе смеси таллатов железа и никеля и последующая его закачка на кубинском месторождении. Как ожидают ученые КФУ, это позволит снизить вязкость нефти как минимум в два раза, увеличить содержание легких компонентов на 40 процентов, уменьшить содержание серы в два раза.

«Учитывая, что на Кубе основные запасы нефти сосредоточены на шельфе, скважины бурить необходимо не вертикальные, а наклонные и даже горизонтальные. Если до этого мы дважды закачивали катализаторы в наклонные скважины, то в этом году планируем впервые произвести закачку в горизонтальную скважину. Для этого нам нужно отправить до начала лета 30 тонн катализатора (в сочетании 75 процентов железа и 25 процентов никеля), а до этого мы изготавливали и отправляли по 12 тонн», – резюмировал Ирек Мухаматдинов.