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. Данное 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 в воде Баренцева моря показывают, что они обладают хорошей биодеградацией и более безопасны по сравнению 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 Д. 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».