Нефтяники делают ставку на молодежь

На кафедре высоковязких нефтей и природных битумов Института геологии и нефтегазовых технологий под руководством профессора Алима Кемалова разрабатывают принципиально новые комбинированные подходы освоения высоковязких нефтей и природных битумов.

Задачи, на решение которых замахнулись ученые КФУ, весьма амбициозны. В гонке участвуют сотни конкурентов, соперники из других лабораторий, российские и зарубежные специализированные центры инноваций дышат в затылок... А победитель, как и на олимпиаде, только один.

НОВАЯ КАФЕДРА

Открытие кафедры нефтегазовых технологий и природных битумов  состоялось 29 июня 2011 года.

Завкафедрой Алим Фейзрахманович констатирует: начальный этап становления кафедры был очень непростым: острая потребность в кадрах, квалифицированном учебном персонале, дефицит лабораторных площадей, отсутствие приборов и установок для проведения лабораторных практикумов по таким дисциплинам как химия нефти, технология переработки нефти и газа и др.

Несмотря на все временные трудности коллектив кафедры, состоящий тогда всего из трех человек, приступил к работе. В сжатые сроки предстояло решить эти непростые задачи, а главное - впервые в КФУ провести прием, вернее, отбор магистрантов на новое направление "Нефтегазовое дело", при отсутствии к этому времени своего бакалавриата по данному направлению.

- Должен сказать, что эти и множество других задач, связанные с организацией, прежде всего, учебного процесса, а в последующем – и постановки научных исследований, были всё же успешно решены. Сегодня на кафедре работают 2 профессора – доктора технических наук, 4 доцента – кандидаты технических и химических наук, старший преподаватель, приглашенный с научно-производственного подразделения, 2 ассистента, 3 аспиранта, соискатели, учебно-вспомогательный персонал.

За прошедшие годы учеными велись не только исследования тяжелых нефтей, а также и обычных нефтей, и природных битумов. По мнению Кемалова, именно последние играют в республике значимую роль.

- По оценкам многих авторитетных международных экономических организаций и специалистов, в 2025 году будет достигнут пик добычи традиционной нефти, после которого начнется ее заметный спад.

Сверхвязкие нефти и природные битумы к настоящему времени становятся одним из доступных энергоисточников, способных покрыть дефицит нефти и газа и служить в течение длительного периода своего рода энергетическим мостом в будущее между традиционной нефтяной эрой и эрой будущих принципиально новых энергетических технологий.

- Действительно, как показывает динамика добываемых во многих районах мира нефтей, они становятся все более тяжелыми, сернистыми, общее качество нефтей ухудшается, а добыча тяжелых и сверхтяжелых (битумных) нефтей продолжает возрастать. Одновременно растет потребность в моторных топливах, и значительно ужесточаются требования к показателям качества нефтепродуктов.

По данным ОАО "Татнефть", суммарные балансовые запасы сверхвязких нефтей и природных битумов в Республике Татарстан составляют от 2,5 до 7,5 млрд тонн. При среднем значении этих показателей, более 40% тяжелых нефтей и битумов, имеющихся в России, сконцентрированы на территории Татарстана.

Поэтому не заниматься этой актуальной проблемой в альма-матер, в которой на сегодняшний день созданы все условия для проведения на мировом уровне фундаментальных и прикладных исследований по созданию перспективных технологий освоения тяжелого нефтяного сырья, было бы по крайней мере несправедливым.

Следует отметить, что круг научных интересов сотрудников кафедры достаточно широк. Учеными и аспирантами кафедры ведутся исследования, связанные не только с проблемами освоения сверхвязкой нефти и природных битумов, о чем было сказано выше, но и решаются задачи подготовки и рациональной переработки традиционных нефтей, квалифицированного использования крупнотоннажных отходов и вторичных продуктов нефтепереработки, нефтехимии и смежных отраслей промышленности.

- Что касается направления "Нефтегазовое дело" – это нужное и востребованное направление для страны и мира. Прежде всего, оно охватывает всю сеть топливно-энергетического комплекса, включая разработку и проектирование нефтяных и газовых месторождений, методов добычи, транспорта, подготовки, хранения, переработки нефти и газа, я бы еще добавил химмотологию и сертификацию нефти и нефтепродуктов. При такой масштабности этого направления у нас не должны возникать проблемы, связанные с распределением и востребованностью наших выпускников на рынке труда. Без ложной гордости могу сказать, что уже сегодня наши выпускники работают, проходят производственную практику в нефтяных компаниях и на предприятиях, так или иначе связанных с нефтью.

 А сотрудничество с ведущими научно-исследовательскими организациями и вузами российского и мирового масштаба, таких как Всероссийский научно-исследовательский институте нефтепереработки, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, Уфимский государственный нефтяной университет, Институт химии нефти СО РАН, Самарский политехнический государственный университет, Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра РАН, РХТУ им.Д.И. Менделеева позволяет с большой долей уверенности прогнозировать гарантии трудоустройства выпускников магистров - инженеров, перспективу занятости научно- образовательного кластера учебными, исследовательскими и производственными практиками

К тому же, по мнению руководителя, возможность активного привлечения опытных исследователей и организаторов прикладной науки из других ведущих научно-образовательных и передовых промышленных организаций очень важна для успешного развития мультидисциплинарного научно-прикладного проекта на стыке нескольких направлений.

Справка

Работодатели: ОАО "Татнефть" (НПЗ "Танеко"), ОАО "ТАИФ" ("Казаньоргсинтез", НПЗ "ТАИФ-НК", "Нижнекамскнефтехим"), ОАО ХК "Татнефтепродукт". В этой связи кафедра ВВН и ПБ активизировала свою работу по налаживанию связей, в частности, с компаниями ряда зарубежных стран: Канады (Schlumberger, Suncor Energy), США (Nanooptic devices), Германии (Sosbegus), компанией "Шлюмберже Лоджелко Инк.

О НОВОЙ ЦЕЛИ

За последние 30 лет существенно возрос интерес к высокосернистым тяжелым нефтям, их остаткам и природным битумам. Это обусловлено как подорожанием обычной нефти, так и постепенным истощением ее месторождений по всему миру. Как известно, проблема эффективной добычи тяжелого углеродного сырья существенно осложняется в виду их высокой вязкости, связанной с малым содержанием или отсутствием в их составе бензиновых фракций и более низким содержанием керосиновой фракции. Это приводит к аномально высокой вязкости природных битумов, большому содержанию в них сернистых соединений, смол, асфальтенов, малому содержанию парафинов.

В связи с этими и рядом других объективных причин остро встает проблема мирового масштаба: как научиться умело, вместе с этим энергетически выгодно добывать и перерабатывать эти уникальные по своему составу дисперсные системы, а именно высоковязкие нефти и природные битумы.

Следует отметить, что в мире (преимущественно в Канаде) разработано множество различных технологий их извлечения с получением синтетической нефти, позволяющих транспортировать и перерабатывать их с использованием известных технологий. Однако, по словам профессора Кемалова, все они весьма энергоёмки по причине потребления большого количества топлива для получения перегретого водяного пара, необходимого для закачки и разогрева нефтяного пласта.

- Наиболее освоенной технологией такого способа извлечения высоковязкого нефтяного сырья является канадская технология парогравитационного дренирования (Steam-Assisted Gravity Drainage – SAGD), которая обеспечивает непрерывное извлечение природных битумов и сверхтяжелых нефтей. Данная технология впервые в России освоена на Ашальчинском месторождении НГДУ "Нурлатнефть".

Реализуется с помощью двух горизонтальных скважин, пробуриваемых вдоль подошвы битуминозного пласта и расположенных на расстоянии 5-8 метров одна над другой. В верхнюю скважину нагнетается перегретый пар с температурой 200-300 °C под давлением, который создает паровое пространство вокруг скважин. Через нижнюю скважину откачиваются размягченные битумы. Этот процесс помогает добиться достаточно высокого коэффициента извлечения и высокого дебита по нефти при экономичных значениях нефтепарового фактора.

КАК НАГРЕТЬ ПЛАСТ?

Ученые и инженеры-практики бьются над разработкой новых подходов по снижению вязкости тяжелой нефти и битумов. Скважинные термические методы, как правило, требуют для извлечения битумов примерно в два раза больше энергозатрат, чем методы открытых карьерных разработок, причем при использовании методов CSS (Cyclic Steam Stimulation) и SAGD до 50 % эксплуатационных расходов составляет стоимость природного газа, потребляемого для производства пара. Поэтому, в настоящее время ведутся исследования и разработки новых скважинных технологий без использования водяного пара. Наиболее перспективными из них являются: закачка паров растворителя – VAPEX (Vapor Extraction), технология подземного сжигания закоксованных остатков битумов по направленному фронту вдоль горизонтальной скважины – технология THAI (Toe-to-Heel-Air-Injection), а также различные комбинированные технологии теплового воздействия.

- К одним из перспективных направлений внутрипластового облагораживания тяжелых нефтей и природных битумов является применение химических, физических, физико-химических методов. Основываясь на использовании этих методов и законов физико-химической и нелинейной волновой механики нефтяных дисперсных систем, творческой группой молодых ученых кафедры (Абдрафикова Ильмира, Валиев Динар, аспирант Мустафа Абаас, магистранты  Мальцева  Алина, Алиев Фирдавс, Жаксылыков Еркебулан, Ван Ни Гэ, под руководством доцента Руслана Кемалова, в научных лабораториях кафедры успешно проводятся исследования, целью которых является разработка и внедрение каталитического комплекса для облагораживания высокосмолистых и парафинистых нефтей, топлив, масел, битумов, асфальтосмолисто-парафиновых отложений.

Ученые ожидают получить каталитические  комплексы различного назначения, которые позволят уменьшить себестоимость на 20-40% снизить транспортные расходы нефтей  на 20%  и увеличить производительность на 20-50%.

НОВЫЕ РЕАГЕНТЫ ДЛЯ НЕФТЯНЫХ ТОПЛИВ

Разработка отечественных депрессорно-диспергирующих присадок для нефтяных топлив также находится в поле зрения кафедры.

- Освоение отечественного ассортимента присадок обеспечит потребность страны в современных топливах, а также позволит решить задачу увеличения экспорта высококачественных продуктов переработки нефти.

Перед учеными кафедры стояла задача поиска эффективных технических решений по разработке новых импортозамещающих депрессорно-диспергирующих присадок к нефтяным топливам, в числе которых дизельные, судовые и котельные топлива. И решение было найдено Динаром Валиевым, который готовится к защите диссертации "Разработка научных основ и технологии производства депрессорно-диспергирующих присадок для зимних дизельных топлив" на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Справка

Депрессорно-диспергирующие присадки представляют собой композиции традиционных депрессоров и так называемых диспергаторов парафинов. Депрессоры предотвращают слипание кристаллов парафинов топлива в неподвижную структуру, но не предотвращают расслоения топлива при холодном хранении. С последним явлением борются, добавляя к депрессору диспергаторы парафинов. Эффективность присадок в большей степени зависит от природы топлива. Поэтому к каждому топливу приходится подбирать присадку с индивидуальными характеристиками.

- В ходе выполнения эксперимента аспирантом Динаром Валиевым в лабораторных условиях для выпуска опытной партии зимнего дизельного топлива было синтезировано более 12 килограммов образца депрессорно-диспергирующей присадки. Отмечу тот факт, что в день синтезировать приходилось лишь по 100 грамм. Так что представьте, сколько времени понадобилось на получение такого количества присадки. На основе наработанной присадки в промышленных условиях на производственных площадях ОАО ХК "Татнефтепродукт" была выпущена опытная партия зимнего дизельного топлива в количестве 11 тонн. Результаты анализов порадовали ученых: температура застывания соответствовала значению минус 38 °С при требовании стандарта на зимнее топливо – минус 35 °С, при этом предельная температура фильтруемости также соответствовала требованиям стандарта.

На кафедре надеются, что разработанная присадка заинтересует промышленников, и можно будет думать об организации совместного предприятия на приоритетных началах.

НОВЫЕ МОДЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Чтобы разработанные учеными КФУ депрессорно-диспергирующие присадки для дизельных топлив стали востребованы в России, надо раскачать производственника, отвернуть его от импортных присадок и нацелить на российские. По мнению Кемалова, поможет в сложившейся ситуации открытие новых модельных установок по производству вышеуказанных присадок. Запустить их планируется в недавно переданном на баланс КФУ помещении медико-инструментального завода на улице Сайдашева и в учебных и научных лабораториях, расположенных в новом корпусе Химического института им. А.М.Бутлерова, куда кафедра планирует переехать в скором времени.

Кстати, сама идея создания лаборатории модельных установок связана с открытием на базе  кафедры ВВН и ПБ нового научного направления "Каталитическая очистка нефти от общей серы". Возглавляет это научное направление профессор кафедры, академик АН РТ Ахмет Мазгарович Мазгаров.

- Должен отметить, что дальнейшее развитие этого направления, без преувеличения, является актуальной задачей сегодняшнего дня. Во многом это связано, как и было отмечено раннее, с тем, что добываемые нефти становятся все более тяжелыми сернистыми и, в связи с этим, общее качество их ухудшается. Разработки профессора Мазгарова позволят, судя по результатам последних экспериментов, снизить содержание общей серы в высокосернистой нефти до 0,6 % мас. и менее.

НОВЫЕ СПОСОБЫ

Как было сказано, на Ашальчинском месторождении Республики Татарстан освоена канадская технология добычи сверхвязкой нефти, основанная на методе парогравитационного дренирования.

- При всех достоинствах этой технологии, к выше отмеченным недостаткам следует отнести то обстоятельство, что подаваемый через нагнетательную скважину перегретый пар в пласте конденсируется и превращается в воду и через добывающую скважину тяжелая нефть выходит на поверхность с большим содержанием воды в виде эмульсии. Перерабатывать такую нефть без предварительной подготовки не допустимо. Ситуация осложняется и тем, что добытая нефть тяжелая, и ее плотность максимально приближена к плотности воды и отделить эту воду просто механическим отставанием или центрифугированием не представляется возможным. Здесь нет секретов, эта проблема существует во всем мире, и решается она в основном через создание специальных реагентов для обезвоживания нефти – деэмульгаторов.

Исследователи, работающие в этой области, вполне справедливо считают, что создать только одну форму деэмульгатора, который может оказаться эффективным для нефтяной эмульсии на основе различных нефтей и с различным содержанием воды, просто не реально.

- Ученые  сейчас занимаются созданием реагентов широкого  многофункционального действия. Их направленность многогранна: это и способность снижать внутрипластовую вязкость, и для снижения вязкости при транспортировке, и  способность реагентов работать как деэмульгаторы – присадки комплексного действия.  Мы разрабатываем самые различные составы этих поверхностно-активных веществ, готовим различные по составу эмульсии в виде модельных смесей и оцениваем эффективность каждого приготовленного деэмульгатора. Пока эти работы находятся на начальной стадии исследований, с появлением новых аспирантов и магистрантов, думаем ускорить работы в этом направлении.

НОВЫЕ АДГЕЗИОННЫЕ ПРИСАДКИ

Кстати, на кафедре думают и проблеме асфальта на российских дорогах. Ученые КФУ создали уникальную добавку для асфальтобетона, которая позволит минимум вдвое продлить жизнь татарстанских автодорог, и даст возможность сэкономить миллионы рублей на ямочном ремонте. Любопытно, что сырьем для чудо-вещества служат отходы нефтехимической промышленности, - некондиционные партии полиэтилена и каучуков. Не секрет, что способность дорожного покрытия выдерживать нагрузку и перепады температур во много зависят от способности битумов склеивать основу - известковую или гранитную щебенку. Сотрудники кафедры высоковязкой нефти и природных битумов КФУ разработали вещество, которое многократно увеличивает адгезию, - способность битума скреплять щебень, одновременно улучшая долговечность и морозостойкость асфальтобетона, оно получило название «Адгезолин».

- Результаты лабораторных исследований, а также выпуск опытной партии присадки и укладка опытного участка дорожного полотна на основе битума, модифицированного присадкой "Адгезолин", полностью подтвердили ее эффективность. Холдинговая компания ОАО "Татнефтепродукт" проявляет интерес к организации производства присадки, а  ООО " Татнефтедор" может стать ее потребителем. Авторы изобретения доцент П. Фахретдинов, профессор А.Кемалов, доцент Р.Кемалов, аспирант И.Мухаматдинов работают над созданием проекта технологической установки и подбором оборудования.

Сейчас сотрудники КФУ ведут переговоры об организации производственного участка по выпуску «Адгезолина», потребность республики в этом веществе составляет не менее  500 тонн за сезон. Небольшие партии присадки будут выпускать и в самом Казанском университете. Сотрудники кафедры планируют установить реактор в помещения бывшего завода на улице Сайдашева, недавно переданного КФУ. Здесь ученые будут не только выпускать добавку, но и работать над улучшением ее качеств.