Казань, 20 сен - ИА Neftegaz.RU. Ученые из Казанского федерального университета (КФУ) разработали катализатор на основе стеарата меди, помогающий в добыче тяжелой нефти.
Об этом сообщил младший научный сотрудник инновационного подразделения КФУ - стратегической академической единицы (САЕ) Эконефть Д. Емельянов.
Тезисы Д. Емельянова:
- технология уже готова.
- ученые пытаются увеличить эффективность воздействия этого катализатора с использованием уже других веществ - инициаторов, которые способствовали бы более плавному протеканию процесса горения и началу процесса горения как такового.
Для любознательных напомним, что внутрипластовое горение (ВПГ) - это технология закачка окисляющего газа (воздуха) в пласт для генерации тепла путем сжигания части пластовой нефти, в т.ч. тяжелой битуминозной.
Преимущества ВПГ:
- формирующийся фронт горения толкает нефть к добывающим скважинам благодаря вытеснению горячей водой, паром и дымовыми газами, что повышает коэффициента нефтеизвлечения;
- отсутствие потерь тепла на поверхности и в нагнетательных скважинах - из-за выделения тепла непосредственно внутри нефтеносного пласта;
- не зависит от глубины залегания нефти;
- может быть использован для различных типов месторождений на любой стадии их разработки или истощения.
- сложность инициирования горения в пласте;
- нестабильность фронта горения,
- сложности численного моделирования, которое затрудняет прогнозирование успешности нефтеизвлечения.
Позже группа пытливых ученых КФУ под руководством Юаня Ченгдонга и при поддержке Российским научным фондом (проект № 17-73-10378, срок окончания 30 июня 2019 г) сообщила, что:
- использование некоторых нефтерастворимых катализаторов (таких как стеарат меди) может:
- снизить температуру инициирования и время индукции, выступая в качестве инициатора при низкотемпературном окислении,
- повысить эффективность горения в области высоких температур.
- этим соединения показали высокий потенциал применения в качестве катализаторов при использовании ВПГ.
- поизучать механизм каталитического окисления углеводородов при использовании нефтерастворимого катализатора (стеарат меди) в процессе ВПГ;
- разработать методологию целевого выбора каталитических систем для процесса ВПГ;
- определить эффективные каталитические методы для инициирования окисления нефти и образования стабильного фронта горения при закачке воздуха.
- синтезировали нефтерастворимый стеарат меди и изучили его каталитическое действие на окисление различных чистых компонентов (включая линейный алкан, разветвленный алкан, неконденсированные и конденсированные ароматические соединения, которые являются модельными соединением нефтяных компонентов) с помощью метода дифференциальной сканирующей калориметрии высокого давления (ДСК-ВД);
- результаты ДСК-ВД показали, что присутствие стеарата меди может способствовать окислению алканов и ароматических соединений, особенно ароматических соединений, которые трудно поддаются окислению/горению при низкой температуре;
- стеарат меди сместил интервалы процессов низкотемпературного и высокотемпературного окисления в область более низких температур, особенно данный катализатор, повлиял на процесс горения ароматических соединений в высокотемпературном диапазоне;
- для расчета кинетики процессов окисления 4х модельных соединений и оценки влияния на них стеарата меди, использовалось 4 изоконверсионных метода;
- была получена зависимость энергии активации (Eα) от степени конверсии (α) процесса горения;
- доказано, что присутствие стеарата меди значительно уменьшает эффективную энергию активации в основном интервале горения, что указывает на хорошую каталитическую активность стеарата меди при окислении этих соединений;
- данные PMTEC показали, что в экспериментальных условиях присутствие нефтерастворимого стеарата меди интенсифицирует процесс горения при температуре около 210 - 230 ℃ (температура воспламенения зависит от соединений, например C16H34 (гексадекан), разветвленные алканы C16H34 (2,2,4,4,6,8,8 гептаметилнонан), C18H14 (о-терфенил) и пирен (C16H10)) благодаря своей особой структуре;
- после воспламенения, возрастающая температура способствовала in-situ преобразованию стеарата меди, который продолжал взаимодействовать с модельными соединениями и катализировал процесс горения;
- результаты PMTEC также показывают, что для исследованных типов сырой нефти с высоким содержанием алифатической и ароматической фракций присутствие нефтерастворимых катализаторов способствует облегчению начала процесса горения и смещению максимума пика горения в область более низких температур;
- для испытанных катализаторов лучший каталитический эффект показали стеарат меди (II) и нафтенат кобальта (II);
- каталитическая активность исследованных нефтерастворимых присадок на основе переходных металлов (стеарат железа (III), стеарат кобальта (II), стеарат никеля (II), нафтенат кобальта (II), нафтенат марганца (II), нафтенат железа (II), медь) (II) нафтенат и некоторые их смеси) нефти сильно зависит от типа металла и лигандов. Некоторые смеси данных веществ (катализаторов) имеют эффект синергии;
- кинетический анализ показывает, что присутствие стеарата меди может значительно снижать энергию активации для процесса горения сырой нефти (как при низкотемпературном, так и при высокотемпературном окислении), что доказывает потенциал использования стеарата меди в качестве катализатора;
- учитывая потенциальное применение процесса внутрипластового гонения в ближайшем будущем на нефтяных месторождениях, каталитический эффект стеарата меди был предварительно испытан для тяжелой нефти с помощью методов ДСК-ВД и VCT.
Существует немалое количество катализаторов, которые оказывали бы влияние на процесс горения, однако у них есть ряд недостатков.
Эти вещества сложно растворяются в битумной нефти, а также плохо распределяются по объему пласта.
Автор: А. Шевченко, О. Бахтина
