Густая порода: ученые нашли способ увеличить добычу высоковязкой нефти

Ученые разработали новый катализатор на основе металлов, который значительно повышает эффективность добычи тяжелой нефти. В обычных условиях ее сложно добывать из-за высокой вязкости. Эксперименты показали, что использование нового вещества позволяет снизить вязкость в 2,6 раза и увеличить добычу на 69%. По оценкам экспертов рынка, сегодня более 20% ресурсной базы нефтяной промышленности России приходится именно на высоковязкое и сверхвязкое сырье. При этом в структуре добычи оно занимает всего около 3%. Подробнее о новой технологии — в материале «Известий».

Что такое вязкая нефть

Ученые из Казанского (Приволжского) федерального университета (КФУ) в сотрудничестве с компаниями «РИТЭК-Самара-Нафта» и «Лукойл-Инжиниринг» создали катализаторы на основе железа, никеля, кобальта, хрома и меди, которые увеличат добычу высоковязкой нефти. Так называют тяжелую сырую нефть — природный ресурс, который играет важную роль в мировой энергетике, особенно в условиях истощения запасов широко используемого сейчас легкого сырья. По различным оценкам, общие запасы тяжелой нефти достигают 6 трлн баррелей, из которых 2 трлн считаются доступными для добычи, пояснили исследователи.

Как рассказали «Известиям» ученые, добыча и переработка высоковязкой нефти — сложный процесс. Из-за большого содержания асфальтенов (тяжелые нефтяные остатки), смол и других органических соединений тяжелое сырье очень вязкое и плотное. Поэтому, чтобы извлечь ее из месторождений, приходится использовать сложные технологии, например паротепловую обработку, при которой в нефтяной пласт закачивают горячий пар, после чего нефть разогревается и становится более текучей.

Но такой способ требует значительных энергозатрат и подходит не для всех типов нефтяных пластов. Альтернативой может служить каталитический акватермолиз — метод, который с помощью катализаторов позволяет разрушать сложные и тяжелые молекулы в нефти и превращать их в более легкие. Это не только снижает вязкость, но и улучшает состав, делая сырье более пригодным для дальнейшей переработки.

Эксперимент показал, что катализатор на основе таллата меди — соединения меди и талловой кислоты или ее производных — снижает вязкость нефти в 2,6 раза по сравнению с исходными образцами. Кроме того, катализатор на основе смеси железа и никеля позволил уменьшить содержание высокомолекулярных соединений, особенно смол, на 8%. Таллат железа увеличил содержание легких углеводородов на 17%.

В результате ученые выбрали наиболее подходящий состав катализатора — смесь железа и никеля в соотношении 85:15. Его исследователи протестировали в полевых условиях для добычи нефти из скважины Аксеновского месторождения, которое находится в Самарской области. За четыре месяца добычи с использованием катализатора обводненность нефти — содержание в ней воды — снизилась с 99 до 30%. Большое содержание воды — это серьезная проблема, которая усложняет процесс очистки сырья, а также приводит к износу оборудования, подчеркнули ученые.

— Мы планируем продолжить исследования, чтобы улучшить состав катализатора и расширить область его применения. В перспективе этот метод может быть использован на других месторождениях высоковязкой нефти, что сделает их разработку более экономически выгодной, — рассказал «Известиям» руководитель проекта, кандидат технических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории методов увеличения нефтеотдачи КФУ Ирек Мухаматдинов.

Потребность рынка в тяжелой нефти

В результате использования нового катализатора добыча нефти увеличилась, что показывает высокую эффективность метода. Кроме того, применение каталитического акватермолиза позволяет не только увеличить добычу, но и снизить затраты энергии на этот процесс. Таким образом, разработка нового катализатора на основе металлического таллата открывает новые возможности для добычи высоковязкого сырья, которая раньше считалась труднодоступной, заключили исследователи КФУ.

Вопрос востребованности тяжелой нефти скорее находится не в плоскости спроса конкретно на нее, а потребности в топливе в целом, отметил консультант компании «Имплемента» Никита Журавлев.

— Целесообразность наращивания добычи тяжелой нефти связана с тем, что компаниям как минимум необходимо поддерживать текущие уровни производства, но при этом доля традиционной в ней неуклонно падает и будет продолжать падать, а трудноизвлекаемой, которая включает тяжелую, соответственно, будет расти. У нефтедобывающих компаний просто нет иных способов поддержания необходимых уровней добычи по уже разведанным запасам, кроме как путем ввода в разработку трудноизвлекаемых, — подчеркнул эксперт.

Все технологические разработки по катализаторам, которые на данный момент представляются нашими учеными, очень важны и могут быть предложены российским компаниям для оценки эффективности и определения периода восстановления фонда скважин с учетом сложившейся конъюнктуры мировых рынков и геополитических факторов, прокомментировала разработку генеральный директор Независимого аналитического агентства нефтегазового сектора (НААНС-МЕДИА) Тамара Сафонова.

Согласно имеющимся оценкам, сегодня более 20% ресурсной базы нефтяной промышленности России приходится именно на высоковязкую и сверхвязкую, рассказал «Известиям» доцент Финансового университета при правительстве РФ Валерий Андрианов. При этом в структуре добычи она занимает всего около 3%. В условиях истощения традиционных (низковязких) запасов сырья, в первую очередь в Западной Сибири, возникает необходимость вовлечения в разработку и данных ресурсов.

— Кроме того, в ряде регионов, например в Татарстане и Республике Коми, на данную категорию приходится существенная доля запасов и добычи, и поэтому эффективная эксплуатация соответствующих месторождений — вопрос сохранения рабочих мест и поддержания уровня доходов региональных бюджетов. Высоковязкая нефть может использоваться для производства асфальтобетона, что актуально в связи с развитием дорожного строительства в России. Возможна также переработка ее в «традиционное» топливо, но для этого требуются дополнительные технологические процессы, — отметил специалист.

Однако в целом в условиях ограничения российской нефтедобычи в результате действия соглашения ОПЕК+ значительное увеличение извлечения высоковязкого сырья нельзя назвать сверхактуальной задачей, подчеркнул специалист. Отечественная нефтяная отрасль располагает и другими возможностями поддержания и даже значительного увеличения добычи. Вместе с тем создание новых технологий извлечения данного сырья позволяет повысить привлекательность и этого потенциального источника.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Analytical and Applied Pyrolysis.