Президентская премия за твердую нефть: ученые КФУ разработали способ для извлечения сверхвязкой нефти

Время собирать камни

8 февраля в Кремле Президент России Владимир Путин вручил премию в области науки и инноваций для молодых ученых за 2022 год старшему научному сотруднику НИЛ методов увеличения нефтеотдачи НЦМУ «Рациональное освоение запасов жидких углеводородов планеты», доценту кафедры разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ Иреку Мухаматдинову.

По возвращении с лауреатом престижной премии из Москвы встретиться сразу не получилось в виду его большой загруженности. Зато удалось предварительно переговорить с шефом молодого ученого – директором Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского федерального университета, доктором геолого-минералогических наук, профессором Данисом Нургалиевым. И это даже к лучшему.

Автору Данис напоминает Сергея Капицу. Читатели постарше, конечно, помнят этого ведущего самой топовой, как сейчас принято говорить, научно-популярной телепрограммы на советском ТВ «Очевидное-невероятное». Сходство не внешнее, хотя и роднит обоих легкая небрежность в прическе, главное – в умении доходчиво рассказать о, казалось бы, недоступных для понимания простого человека вещах.

Данис Карлович, поздравляю с таким успехом вашего подчиненного и, надо полагать, ученика.

Спасибо. Ирека нельзя назвать моим прямым учеником, так как над проектом работала большая команда ученых. Я скорее руководитель, обеспечивающий стратегию, включая старт этой идеи. Это замечательная группа, большей частью молодых, ученых. Работа междисциплинарная – химики, геологи, физики и математики вместе все это делали. Ирек в основном занимался масштабированием и внедрением разработки, где и был достигнут успех. Что до самой темы, то мы начали заниматься ею в 2014 году. Хотя вопросы типа: «А нельзя ли трудноизвлекаемую нефть добыть?», давно в мире ставят.

А можно ее – эту самую твердую нефть в руках ее подержать? Хочется представлять предмет разговора.

Конечно, – с этими словами хозяин кабинета заглянул в один из шкафов и извлек оттуда пару образцов породы.

Признаться, встретишь такие где-нибудь на проселочной дороге, переступишь через так называемое черное золото и пошагаешь дальше. Как есть булыжники, разве что пришлифованные.

Признаться, для меня это некое откровение. До этого момента, при слове нефть возникали стойкие ассоциации: черный фонтан, счастливые чумазые лица буровиков, неведомые голубые баррели* – бочки, коими торгуется нефть на мировом рынке… А тут – камни. Пришло время собирать их?

Понимаете, нефтяное месторождение – это не озеро под землей, до которого добурились, и затем, только знай, качай до дна. Половина нефти, а где и больше оказывается трудноизвлекаемой. Она чем плоха? В ней мало светлых компонентов – то, из чего получают дизтопливо и бензин, а много серы, тяжелых металлов. Она может быть и вязкой, и такой вот – почти твердой.

Вопрос технологий

Такую нефть нерентабельно добывать?

Рентабельность понятие относительное и складывается из многих факторов: налогов, технологий, степени вложения в инфраструктуру… Если где-то разведали такую нефть, то налаживать ее добычу, действительно, проблематично. Но речь о разработанных месторождениях.

И здесь уже вопрос технологий. При разработке месторождений добывается от 30 до 50 процентов нефти. Это называется коэффициент извлечения нефти – КИН. Так вот этот КИН – 0,3-0,6. Хотя 0,6 – это вообще идеально. То есть, мы заведомо от 40 до 70 процентов сырья оставляем в земле. Но КИН рассчитан для существующих технологий. А если их изменить, то и сам КИН может стать, скажем, 80 процентов. Станет выгодно.

Сегодня, получается, скважину пробурили, дороги провели, город построили… А через несколько лет жидкую нефть на месторождении выкачали, и что делать? А мы говорим: «Давайте, добудем все, что есть!» Это к тому же не так и дорого: инфраструктура создана, кадровый вопрос решен…

То есть, это не только экономический вопрос, но еще и социальный.

Верно. При этом, да, эта технология будет дороже, но все равно дешевле, чем где-то на новом месте жидкую нефть добывать.

А каковы могут запасы трудноизвлекаемой нефти?

Твердой или сверхвязкой нефти в мире очень много. Она есть везде, где ведется добыча обычной нефти и не только.

А у нас, в Татарстане?

В республике, по разным оценкам, 1,2–2 миллиарда тонн можно добыть, в принципе. Рассеянной – еще 15 миллиардов, но ее не извлечь, так как она рассредоточена в породах.

И что, никто ее не добывает?

Добывают. Есть два способа. Первый – шахтный, добывается как уголь. Порода поднимается на поверхность, и, скажем так, «вымачивается» в некотором роде в стиральном порошке. Но, во-первых, это дорого, во-вторых, помыть помыли, а отходы куда девать? Там же тяжелые металлы, уран, сера… И все это в отвалы, которые потом ветрами раздуваются. Еще одна проблема образуется, в том числе и экологическая. Ее решение опять же дорогостоящее.  

Лучше, чтобы вся эта грязь оставалась там, где и есть – под землей. В этом суть второго способа добычи. При этом под землей бурят две горизонтальные скважины – одна под другой. В верхнюю закачивают пар температурой 200 градусов Цельсия, топят эту твердую нефть, она растапливается, стекает в нижнюю скважину, откуда выкачивается. Затем снова закачивают пар, и так до полной выработки. Эти технологии уже есть и работают.

Мотор к велосипеду

Вот как. А не получается тогда, что у вас в институте велосипед изобрели?

Нет. Ну или, тогда можно сказать, мотором его снабдили. Дело в том, что, когда эта нефть остывает на поверхности, она снова твердеет. Закачай такую в общую трубу, потом что отбойным молотком ее очищать? Выход нашли. Помещают добытую нефть в реактор с катализаторами, греют и улучшают ее: тяжелую часть отделяют, легкую – отправляют в трубу. Остатки сжигают, где-то перерабатывают – «химию» делают какую-то. В разных странах по-разному.  

Мы же задались вопросом: «А нельзя ли облагораживание нефти проводить под землей?»

Наверняка, не вы одни?

Об этом много говорили и писали китайцы, канадцы, опыты делали какие-то… В 2014 году и мы стали думать, проводить исследования в лабораториях, считать… У нас в институте не только ребята отличные, но и очень хорошая приборная база, есть возможность экспериментировать – нагревать в разных реакторах, смотреть, что происходит, и так далее. В итоге мы нашли необходимые катализаторы. В 2018 году заключили соглашение в «Татнефтью» и сделали первую промышленную закачку катализатора.

В чем все же суть изобретения?

Мы создали такой реагент, который после закачки в скважину и под действием высоких температур (пар, как я уже говорил, весьма горячий – 200 градусов), становится катализатором. Большие молекулы – асфальтены, придающие нефти вязкость, разрушаются на более мелкие.

У серы и ванадия слабые молекулярные связи, мы их, проще говоря, порезали, и эта молекула развалилась. А чтобы она снова не соединилась, дырки затыкаем водородом и получаем много маленьких молекул светлых компонентов, которые как раз нужны для производства бензина, дизеля, керосина. В итоге добываем такую нефть, которая уже не застывает снова при остывании. При этом нефть не только облагораживается, но и в пласте остается то, что уже плохо перерабатывается и неэкологично радиоактивные компоненты, тяжелые остатки.

Владимир Путин после церемонии награждения интересовался у Ирека Мухаматдинова вашими разработками. В частности, спросил о том, насколько глубокая работа с серой? Нужно ли будет дополнительно еще работать с этой нефтью, чтобы можно было с другими сортами закачивать в трубопроводную систему? В ответ услышал, что дополнительную работу проводить уже не нужно.

Все именно так, плюсом мы в земле не только уменьшаем вязкость нефти, но и отделяем серу, увеличиваем содержание светлых компонентов.

Мало того, то, что серу можно будет отделить, выяснилось только на стадии разработки метода. Изначально мы не знали, что так можно будет сделать. Опять же, когда нефть разжижилась, она неожиданно для нас стала растворять вязкую нефть вокруг – сама стала реагентом. Эти вещи стали открытием, мы их сейчас используем и стараемся развить. А с серой – значимое освобождение от серы пока достигнуто в лаборатории, скоро будем это на практике внедрять.

Впереди планеты всей

Научные разработки разработками, но наиболее значимым является промышленное внедрение новых технологий. Как с этим дело обстоит?

Первая закачка катализатора была, как уже говорил, еще в 2018 году на Ашальчинском месторождении «Татнефти». В целом проведено уже пять таких закачек: по две – на месторождении Бока де Харуко с компанией «Зарубежнефть» на Кубе и в Самарской области с компанией «РИТЭК». Получены не только хорошие промысловые данные, но и ценный опыт, позволяющий далее развивать новую технологию.

Когда следует ждать широкого промышленного применения?

По факту, это уже работающая технология. Тут еще дело в том, что для каждого месторождения необходимо создавать свой катализатор. На самом деле это не дорого, в стоимости продукта это, скажем, 0,1 процента. Мелочь. Не в деньгах дело. Просто нужна не только эффективность катализатора, но и температура.

Сейчас мы пытаемся создать катализатор, который бы работал при более низких температурах. Пар – это дорого, как и то, как донести его до породы без потерь: специальные трубы-термокейсы и тому подобное. Дорогое оборудование на самом деле. Уже есть катализаторы, которые работают при 180 градусах. Но не очень хороший дают результат. Вот от 200 градусов – просто отлично работают. А если выше, то вообще блестяще.

А есть где-то в мире подобные разработки?

Есть, к примеру, в Китае и в Канаде. Но в принципе такое удачное опытно-промышленное применение мы сделали первыми в мире. Идея-то на поверхности лежала, и брались за нее многие, но довести по практического применения: сделать дешевые катализаторы, в чем-то растворить, как-то закачивать, и все остальное, удалось только нам.

В этом плане Татарстан впереди планеты всей?

Так и есть. Да и вообще «Татнефть» по добыче вязкой нефти в России лидирует, да и в мире среди первых.

С такими партнерами, наверное, финансовых проблем не испытываете? Деньги на разработку бизнес дает?

На первоначальном этапе без бюджетирования ничего не сделать. Никак. Оборудование купить, людям зарплату платить, эксперименты делать… Компании вряд ли бы дали нам деньги на идею. А вот когда мы уже пришли с конкретным предложением – давайте, мы закачаем наши реагенты, тут они поддержали. Но без этого путь до практического применения был бы долгим.

А так, на все про все ушло четыре года – с 2014-го по 2018-й. Сейчас пусть уже восемь лет, зато и результаты значимые! Для технологии это очень быстро. Обычно все занимает куда больше времени.

Гордитесь таким результатом?

Конечно. И премия Президента в области науки и инноваций для молодых ученых, это очень значимо. Вообще великолепные ребята в команде подобрались, в том числе и иностранцы, студенты КФУ – арабы, китайцы. Это пример большой хорошей науки, которая нашла практическое применение. Это мечта любого ученого.

Пусть эти мечты сбываются. Хотя, в исполнении мечт, наверное, больше везения, а в вашем деле роль фарта менее значима.  Как говорил Сергей Капица, весь опыт науки показывает, что только правильно поставленная задача и вопрос находят свой ответ. Так что ответов вам на ваши вопросы.

Спасибо.

*Голубой нефтяной баррель (bbl) — 158,98 литра. Баррель (с английского – «бочка») — это единица объема. Коэффициент пересчета баррелей в тонны зависит от плотности конкретного сорта нефти. Для российской экспортной смеси Urals обычно используется коэффициент 7,3. Это означает, что тонна нефти соответствует 7,3 барреля.