4.2. Нанотехнологии в добыче нефти и газа

К нанотехнологиям относятся технологии, основанные, в пер­вую очередь, на регулировании зарядовых взаимодействий (как уже отмечалось выше, технологии регулирования смачиваемости, состоя­ния глин, межфазного массообмена). К нанотехнологиям также отно­сятся технологии регулирования толщины пленок жидкостей на по­верхности пород, химического состава подаваемых в скважины аген­тов, термотехнологии, биотехнологии, технологии на основе приме­нения физических полей. Безусловно, к нанотехнологиям относится такая газохимическая технология как применение пен, основанная на наноявлении смачиваемости, и регулируемая на наноуровне.

Традиционные модели многофазной фильтрации в пористых средах (теоретические и экспериментальные) основаны на крупно­масштабных моделях пористых сред с характерным размером эле­мента пористой среды от сантиметра и более. В этих моделях капил­лярными эффектами на нано уровне (капиллярный гистерезис) пренебрегалось.

В соответствии с открытием именно величина ка­пиллярного гистерезиса в системе «нефть-вода-порода» определяет макропараметры нефтевытеснения. Величина капиллярного гистере­зиса зависит от смачивающих свойств поверхности пород, опреде­ляемых зарядовыми взаимодействиями .

Зарядовые взаимодействия определяют распределение фаз в поровом пространстве при различных компонентном и ионном составах фаз, особенности фильтрации воды, нефти и газа, поведения глин, образования газогидратов и асфальто-смолисто-парафинистых отло­жений (АСПО).

Технологии заводнения с применением поверхностно-активных веществ основаны на повышении нефтевытесняющих свойств воды путем активации капиллярных и диффузионных процессов молеку­лярного вытеснения нефти со сниженным межфазным натяжением.

В основе применения алкилированной серной кислоты для по­вышения нефтеотдачи пластов лежит комплексное воздействие моле­кул этого реагента на молекулы минералов скелета пласта с образо­ванием анионоактивных ПАВ.

Управление молекулярной структурой подземных флюидов ле­жит в основе ряда микробиологических технологий увеличения неф­теотдачи. Так, аэробные углеводородокисляющие бактерии переводят в подвижное состояние молекулы парафиновых углеводородов нефти.

4.3. Совершенствование нефтегазовых нанотехнологий

Нефтяные компании проявляют все возрастающий интерес к модификации молекулярных систем в нефтяных пластах с помощью волновых технологий с использованием излучений различной приро­ды, частоты и интенсивности. В настоящее время термин «наножидкость», главным образом, используют для описания суспензий (кол­лоидных систем с твердой дисперсной фазой). Однако намечается тенденция к расширению понятия, то есть дисперсной фазой в наножидкостях могут быть наночастицы любой природы. Результаты ис­следований позволили сделать вывод о том, что сырые нефти пред­ставляют собой так называемые «ассоциативные наножидкости». В связи с этим многие традиционные технологии разработки месторож­дений подлежат пересмотру и должны проектироваться с учетом комплексных фазовых диаграмм находящихся в нефти наноколлоидов, формируемых, в основном, асфальтенами.

В числе важнейших научно-технических проблем нефтегазодо­бычи вице-президентом РАН академиком Н.П.Лаверовым отмечены: разработка математических моделей управления процессами извле­чения нефти с использованием химических, физических, тепловых и иных методов воздействия на пласт; промышленная разработка и применение новых технологий нефтегазодобычи; создание и освое­ние технологий сжижения природного газа. Фактически постав­лена задача создания программных комплексов (ПК), адекватно учи­тывающих наноявления в нефтегазовых пластах.

По реализуемым режимам разработки пластов технологии могут быть разделены на первичные, вторичные и третичные. Первичные - на основе естественных режимов разработки (без специального под­держания пластового давления), вторичные - на основе поддержания пластового давления применением заводнения для нефтяных или сайклинг-процесса для газовых залежей, третичные - на основе под­держания пластового давления применением химических реагентов и физических полей. Такое разделение по режимам является общепри­нятым в международном плане, поскольку за рубежом (особенно в США) принято сначала извлекать нефть на упругом режиме, и только потом в некоторый момент начинать заводнение.

В России же заводнение на более 90% запасов было применено с самого начала, и поэтому часто возникала терминологическая пута­ница, когда заводнение считалось первичным режимом, а закачка, скажем, растворов полимеров, вторичным. Фактическая точка в этой российской дискуссии была поставлена член-корр. АН СССР М.Л.Сургучевым, предложившим придерживаться международ­ной классификации.

Развитие нефтегазовых нанотехнологий вызвано необходимо­стью повышения выработки месторождений нефти и газа, поскольку потенциал традиционных технологий исчерпан. Так, потен­циал (нефтеотдача) первичных способов разработки составляет 5-40% (5-10% при нефти с малым газосодержанием, 5-25% при нефти с большим газосодержанием, 10-40% при подгазовой нефти в нефте­газовой залежи с газовой шапкой). При применении вторичных спо­собах разработки на основе заводнения нефтеотдача составляет 20-40%. И только третичные способы имеют потенциал 30-70%. Как следует из данного раздела, большинство третичных спосо­бов относится к нанотехнологиям, которые охватывают почти все за­пасы нефти России.