Ученые КФУ нашли новое применение ядерному магнитному резонансу
В Институте физики адаптируют метод ЯМР-спектроскопии под определение качественного и количественного состава нефти.
Казанская школа магнитного резонанса, известная на всю страну и далеко за её пределами своей богатой историей и традициями, никогда не оставалась в стороне от качественных изменений, происходящих в КФУ. Вот и создание в университете стратегических академических единиц не обошлось без её участия – сегодня ученые Института физики задействованы в трёх научных проектах из четырёх созданных. Причем в двух из них – САЕ «ЭкоНефть» и «Трансляционная 7П медицина» - «магия спектра» пришлась весьма кстати. Для медиков научная группа лаборатории НИЛ «ЯМР-структура» занимается исследованием структуры новых веществ – лекарств будущего, а нефтяникам помогает «заглянуть» внутрь процессов, протекающих при подземной переработке нефти.
«Сегодня ЯМР-методы у нас сосредоточены, в основном, на кафедре медицинской физики. Официально она существует всего несколько лет, а формально мы применяем методы спектроскопии высокого разрешения для решения проблем медицины уже очень и очень давно. Похожая история и с «нефтянкой» - у нас были долгосрочные договоры с ведущими нефтеперерабатывающими и нефтехимическими заводами на протяжении 20 лет, еще в те времена, когда мы с коллегами входили в состав кафедры общей физики. Тогда наши методы были очень востребованы у производственников, потому что позволяли определить состав любого вещества максимально точно. С участием КФУ в программе повышения конкурентоспособности возможностей у нас стало гораздо больше. И мы готовы к новым вызовам», - рассказал заведующий кафедрой медицинской физики Института физики КФУ, профессор Альберт Аганов.
Стоит отметить, что в САЕ «ЭкоНефть» возлагают на ЯМР-методы большие надежды. Ведь на данный момент только ЯМР-спектроскопия способна дать самую полную картину как по качественному, так и по количественному составу углеводородов, что очень важно для решения задач, поставленных перед учеными КФУ.
«Как вы знаете, мы пытаемся реализовать концепцию подземной переработки тяжелых и высоковязких нефтей, но для этого нужны уникальные экспериментальные методы, позволяющие фиксировать изменения, происходящие с нефтью, её структурой под термическим воздействием. В совокупности с уже известными методами (такими как томография, деление на фракции), очень большой потенциал для исследования нефти, её качественного и количественного состава несут методы ЯМР.
Они позволяют установить тонкую структуру нефти, выделить непосредственно фрагменты, из которых состоит нефть. Таким образом, мы можем определить, что на самом деле с ней происходит при так называемой переработке, получаем ли мы легкие углеводороды или идут какие-то другие параллельные процессы, влияющие на качество нефти, например, образование непредельных соединений, которые нежелательны при нефтепереработке. То есть,. ЯМР позволит нам заглянуть внутрь процесса переработки нефти и скорректировать его в случае необходимости», - поделился руководитель САЕ «ЭкоНефть» Михаил Варфоломеев.
Впрочем, на этом применение ЯМР-спектроскопии не заканчивается. Ведь помимо глобальных задач перед учеными САЕ «ЭкоНефть» стоит и множество задач поменьше, в том числе и совместные проекты с ведущими нефтедобывающими компаниями России и мира. И здесь научная группа НИЛ «ЯМР-структура» также получила карт-бланш по изучению возможностей применения своего метода. Так, уже параллельно с его адаптацией под решение задач для «нефтянки», в лаборатории активно проводятся эксперименты на образцах нефти с реальных месторождений. И даже есть промежуточные успехи.
«Нам предоставили 2 образца нефти с разных месторождений, в обоих случаях это высоковязкая нефть, но добытая разными способами – традиционным и с помощью пара. Нам предстояло с помощью спектров выяснить, влияет ли пар на качество нефти, как он её меняет. Первое, что мы сделали, – попытались найти между ними разницу на структурном уровне. Пока удалось лишь обнаружить наличие примесей воды (менее чем 0.001 %), причем в одном из образцов её в 4 раза больше, чем в другом.
Но уже подоспела следующая задача, более ювелирная, – нужно установить причину вязкости. Это может быть присутствие нафтильной группы, а может и длинная цепочка олефинов. В зависимости от этого мы можем оценить качество нефти и уже на этапе добычи решить, стоит ли её вообще перерабатывать», - рассказал руководитель НИЛ «ЯМР-структура», профессор Владимир Клочков.
Владимир Клочков возглавляет группу, работающую в рамках проекта «Качественный и количественный состав нефти и нефтепродуктов». Вместе с ним на решение проблем нефтегазовой отрасли переключился и ряд молодых ученых. Для них работа в рамках САЕ «ЭкоНефть» - это большой шаг вперед.
«С включением нашей лаборатории в САЕ «ЭкоНефть» стало больше увлекательной работы. Нет, по медицинской тематике тоже скучать не приходилось, но к ней мы уже успели привыкнуть. А здесь сразу целый поток новых задач, не похожих друг на друга и порой даже более интересных. Оказалось, проблем в нефтегазовой сфере тоже много. А для меня это своего рода вызов, новый импульс для научного роста», - признался старший научный сотрудник НИЛ «ЯМР-структура» Ильфат Рахматуллин.
Кстати, применение методов ЯМР-спектроскопии в нефтедобыче и нефтепереработке в России практически не распространено. И Казанская школа магнитного резонанса получила еще один шанс заявить о себе на весь мир.
