Казанские ученые предложили использовать магнетит для интенсификации добычи высоковязкой нефти

Полученный реагент является совершенно новым видом катализаторов

Изобретение относится к способам получения наноразмерных катализаторов на основе смешанного оксида железа Fe₃O₄для интенсификации добычи тяжелогоуглеводородного сырья.
Об этом сообщили ученые приоритетного направления «Эконефть» Казанского (Приволжского) федерального университета.

Использование в качестве катализаторов для интенсификации добычи тяжелого углеводородного сырья оксидов металла переменной валентности, например, магнетита с размером частиц, удовлетворяющих нанометровому диапазону — это довольно свежее решение, если не сказать больше.
Все просто.

берем водный раствор, состоящий из смеси солей железа Fe²⁺и Fe³⁺,
берем другой водный раствор, состоящий из осадителя, в качестве которого можно использовать основные гидроксиды (гидроксид аммония, гидроксиды щелочноземельных металлов), и стабилизирующего вещества, в качестве которого используют поверхностно-активные вещества (ПАВ),
смешиваем оба водных раствора при комнатной температуре и атмосферном давлении, и при непрерывном кавитационном воздействии посредством ультразвукового диспергатора в течение не более 30 минут, в результате чего получаем золь смешанного оксида железа Fe₃O₄;
полученную реакционную массу, продолжая кавитационного воздействия на массу, подвергаем обработке ионнообменными смолами, добавляя их в реакционную массу до тех пор, пока значение pH массы не достигнет нейтрального значения, с получением целевого продукта.

Катализатор на основе смешанного оксида железа Fe₃O₄— это золь магнетита с химической формулой Fe₃O_{4 и}с размерами частиц, находящимися в диапазоне от 50 — 165 нм и их объемной концентрацией на уровне не менее 90% от объема полученного целевого продукта.

Новая серия реагентов, полученная заявленным способом, может стать перспективным материалом для создания новых типов катализаторов и использоваться в нефтегазе для интенсификации добычи тяжелой нефти, в тч высоковязкой нефти и природного битума.

Магнетит ( химическая формула Fe₃O₄) может быть использован в качестве катализатора для интенсификации добычи за счет его природной способности снижать энергию активации процессов разрыва С-С, С-S-C связей в молекулах высокомолекулярных компонентов высоковязкой нефти и природного битума.
Технология такова:

использование катализатора приводит к разрыву указанных связей;
образуются устойчивые соединения легких фракций нефти;
это приводит к необратимому снижению вязкости сырья;
растет дебит нефти скважины.

Магнетит можно использовать для внутрипластового преобразования высоковязкой нефти Ашальчинского месторождения, воздействует на деструкцию смолисто-асфальтеновых веществ.

Сейчас интенсификация добычи ТрИЗ обеспечивается, в основном, термическими методами добычи, например, паротепловое воздействие.
Недостатки термометода:

малая площадь охвата обрабатываемого нефтеносного пласта;
снижение вязкости происходит краткосрочно, лишь на этапе добычи нефти, при диапазоне температур 50 — 300°С;
в устье добывающей скважины температура сырья — уже около 50°С, а при транспортировке по нефтепроводам — равна температуре окружающей среды, из-за остывания вязкость возрастает от 10 сП при 250°С в пласте, до 300 сП при 50°С в устье, 3000 сП при 20°С при транспортировке по трубопроводам;
способствует образованию радикальных цепей молекул тяжелых компонентов сырья, происходит процесс сшивания (рекомбинации), что ведет к изменению состава нефти.

Преимущества катализаторов нанометрового диапазон:

их более высокая площадь удельной поверхности и природные свойства интенсифицируют процесс, снижая вязкость;
малые размеры обеспечивает возможность их проникновения глубоко в объем продуктивного пласта в узкие поры и каналы, что способствует интенсификации процессов деструкции высокомолекулярных компонентов сырья;
способствует химическому процессу выделению водорода, который в силу наличия в нем неспаренного электрона участвует в процессе гидрирования радикальных цепей молекул тяжелых компонентов сырья, разрушенных в результате термического воздействия, что препятствует протеканию нежелательного процесса сшивки, полимеризации и уплотнения, входящих в состав нефти соединений.

Полученный реагент является совершенно новым видом катализаторов. Подробности его создания были опубликованы в ResearchGate. Следующим шагом реализации проекта стало получение патента на данное изобретение – № 2655391 «Способ получения наноразмерного катализатора на основе смешанного оксида железа для интенсификации добычи тяжелого углеводородного сырья и катализатор, полученный этим способом».

Как сообщил старший научный сотрудник НИЛ «Внутрипластовое горение» И. Мухаматдинов, действие катализатора для внутрипластового облагораживания при добыче высоковязких нефтей направлено на улучшение их группового химического состава.

Он отметил, что работа нацелена на:

уменьшение содержания смолисто-асфальтеновых веществ и их молекулярной массы;
значительное повышение содержания насыщенных и ароматических углеводородов;
понижение вязкостиполученных продуктов каталитического акватермолиза.

В процессе лабораторных исследований каталитического акватермолиза нефти, ученые отметили восстановление маггемита в магнетит, что произошло в результате взаимодействия оксида железа с водяным паром.
Тезисы И. Мухаматдинова:

в составе катализатора наряду с магнетитом с преобладанием по содержанию образуется также пирротин – полиморфный минерал класса сульфидов, который образуется вследствие разрыва связей С–S–С в высокомолекулярных компонентах нефти, за счет этого повышается степень обессеривания, подвижность нефти и улучшается ее качество.

Ввиду значительных запасов сверхвязких нефтей на Ашальчинском месторождении и географическим местоположением, расположенном на территории Республики Татарстан, научная группа проверяет новые катализаторы именно на нефти данного месторождения.

Пока новая разработка не проходила опытно-промысловые испытания, однако они вошли в программу последующих этапов научной работы.
По данной тематике также было опубликовано 6 статей в журналах 1-ВАК, 5-Scopus, Wos.
Данное исследование получило свой отклик не только в научных кругах, но и в образовательном процессе.

Напомним, что в августе 2019 г. стало известно, что КФУ совместно с Татнефтью разрабатывают программный продукт на основе машинного обучения для интерпретации геофизических исследований нефтяных скважин.

Источник: Neftegaz.RU