Студент КФУ представил интересное исследование моделей нефти

Увеличивающийся в последнее время интерес к высоковязкой нефти имеет несколько причин. Одни из них - снижение добычи так называемой «легкой» нефти и, в свою очередь, огромные запасы тяжелой нефти.

Вязкость этого черного ископаемого – важнейшая характеристика, которая определяет способ добычи и дальнейшее использование полученного нефтяного сырья. На сегодняшний день уже проведено большое количество научных исследований, в которых так или иначе появляются попытки понять, что является определяющей причиной вязкости нефти. Эта проблема, несмотря на актуальность и огромное прикладное значение, до сих пор не решена. Здесь необходимо отметить, что теория молекулярных механизмов вязкости не разработана даже для простых, однокомпонентных систем. Ещё более сложной задачей является определение реологических свойств нефти, заключённой в поровой пространство породы-коллектора.

Интерпретация вязкости, измеренной классическими методами, зачастую становится весьма непростой задачей из-за зависимости данной физической величины от условий эксперимента: напряжения сдвига, температуры, давления. При этом прямое измерение вязкости общепринятыми методиками в местах локализации нефти – скважине практически крайне сложно. Для оценки молекулярной подвижности и вязкости жидкостей используется метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Метод чувствителен к молекулярному составу и динамическим свойствам молекул изучаемой системы. Он является неразрушающим, поэтому измеряемые методом ЯМР характеристики могут быть использованы для оценки вязкости нефти внутри породы. Более того, метод ЯМР активно используется при геофизических исследованиях в скважинах – так называемый ядерный магнитный каротаж (ЯМК).

На прошедней на днях в КФУ I-ой Международной студенческой конференции Kazan UpExPro 2017 студент Института физики Казанского университета Дмитрий Иванов выступал с итогами исследования моделей нефти с различным компонентным составом. Им была разработана методика приготовления моделей различного состава адекватных природной нефти. В его научной работе для исследования молекулярной подвижности и определения надмолекулярных структур был использован метод ЯМР. Отметим, что исследования нефти методом ЯМР проводятся с момента открытия ядерного магнитного резонанса, тем не менее, экспериментов по оценке и контролю молекулярного состава нефти, образования надмолекулярных структур и влияния соотношения ее компонент на вязкость крайне мало.

Если вопрос формирования вязкости является фундаментальной задачей, то проблема корректной связи между данными метода ЯМР и реологическими характеристиками такой сложной молекулярной системы, как нефть, – нерешенная пока прикладная задача.

Как правило, такие корреляционные зависимости получают на основе исследования ЯМР характеристик и вязкости серии образцов нефти, извлеченной из разных скважин. При этом очевидно, что молекулярный и компонентный состав нефти могут варьироваться достаточно произвольно, и в большинстве случаев не анализируются. Возможно, именно поэтому на сегодня не существует однозначного сопоставления характеристик ЯМР и реологических свойств нефти, несмотря на важную роль таких корреляционных зависимостей для оценки вязкости по данным ЯМК. Особенно это касается так называемой, трудно извлекаемой высоковязкой нефти.

На взгляд студента и его научного руководителя, профессора КФУ Владимира Скирды, существенный импульс развития в данной области можно было бы получить в случае реализации модельного ряда образцов нефти с задаваемым и, следовательно, контролируемым компонентным составом. В этом случае, как минимум можно было бы надеяться на установление основных факторов, определяющих реологические и магнитно-резонансные характеристики нефти, а также понять механизм их действия.

Так как идея модельных образцов еще не была никем реализована, на первом этапе необходимо было разработать методику подготовки таких сложных высокомолекулярных образцов. Поиск самой методики представлял отдельную непростую задачу, однако, научному тандему удалось с ней справиться.

Были получены удивительные результаты. Они показывают, что даже в отсутствие асфальтенов, могут возникать твердотельные коллоиды из смолы. Одним из важнейших результатов является подтверждение возможности реализации идеи модельных образцов для изучения влияния компонентного состава на реологические и релаксационные свойства нефти.

В рамках магистерской диссертации, Дмитрием Ивановым ведется активная работа по исследованию модельных нефтей с различным составом.

Полученные результаты были опубликованы в статье: (http://www.oil-industry.net/en/Journal/archive_detail.php?ID=10964&art=229492)

По итогам работы студенческого форума работа Дмитрия Иванова по качественной оценке свойств высоковязкой нефти была высоко оценена жюри и отмечена диплом 1-ой степени за выступление на секции «Геофизика и геоинформационные технологии».