220 лет Казанскому университету: нефтепереработка под Землей – это не фантастика
В проекте «Люди в современной науке», посвященном 220-летию Казанского университета, мы знакомим с выдающимися учеными, которые рассказывают о передовых исследованиях. Сегодняшний гость – проректор по направлениям нефтегазовых технологий, природопользования и наук о Земле, доктор геолого-минералогических наук Данис Нургалиев.
Данис Карлович, Татарстан – нефтедобывающий регион. Надолго ли хватит черного золота? Или это возобновляемый ресурс?
– Добывать нефть можно будет еще долго, запасов этого удивительного полезного ископаемого в недрах нашей республики все еще остается очень много. К концу этого года общее количество нефти, добытой в Татарстане, достигнет 3 млрд 600 тыс. тонн. Это поистине гигантская цифра! Не менее 10 млрд тонн, а в реальности – больше, остается в недрах. Другое дело, что эта нефть не такая легкодобываемая, как предыдущие миллиарды тонн. Нам необходимо создать новые энергоэффективные и экологичные технологии, которые позволят извлекать ее, вот этим мы и занимаемся сейчас. И если мы будем добывать нефть в Татарстане такими же темпами, как сегодня, то ее хватит на 200-300 лет!
Нефть нельзя назвать возобновляемым ресурсом в масштабах времени жизни человека. Она, конечно, непрерывно образуется в недрах, но этот объем несравненно меньше того, что мы ежегодно добываем. Существует две теории происхождения углеводородов в недрах нашей планеты – органическая и неорганическая. Согласно первой, нефть образовалась из остатков древних растений и животных путем их термической трансформации в недрах. Неорганическая теория предполагает, что углеводороды поступают из глубоких недр, где идет их неорганический синтез, а следовательно, их поток может быть очень значительным, поэтому сторонники этой теории считают, что нефть – возобновляемый ресурс.
– Как ученые Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ, который вы возглавляли, помогают республике усовершенствовать процессы нефтедобычи и нефтепереработки?
– Мы сотрудничаем со всеми достаточно крупными нефтедобывающими и нефтесервисными компаниями Татарстана. Наши разработки находят применение в рамках хозяйственных договоров и совместных исследовательских проектов. Тематика работ чрезвычайно широкая: поиск, разведка залежей, исследование керна, обработка данных скважинных исследований, развитие методов повышения нефтеотдачи, создание софта микросервисов различного назначения, компьютерных моделей месторождений, а также обработка информации для выработки мероприятий по повышению эффективности разработки. Например, софты, созданные в Центре моделирования Института геологии и нефтегазовых технологий (ИГиНГТ) под руководством директора центра Владислава Судакова, успешно используются многими нефтедобывающими и сервисными компаниями.
– Расскажите о самых передовых технологиях в области увеличения нефтеотдачи, созданных учеными КФУ.
– Подземные резервуары нефти – это не озера. Нефть находится в больших и маленьких порах горных пород. Она часто вязкая и прилипшая к стенкам пор, и ее достаточно сложно вытеснить в добывающую скважину потоками воды, закачиваемой в нагнетательные скважины. Иногда потоки воды из нагнетательной скважины прорываются через поры с нефтью, и в добывающую скважину приходит вода с очень небольшой примесью нефти. Существует огромное разнообразие методов, позволяющих улучшить ситуацию. Можно добавить в воду моющее средство (ПАВ), нагреть воду или закачивать пар, увеличить вязкость воды, добавляя полимеры, закачать вещество, позволяющее заткнуть прорывы воды, закачать газ. Каждый подземный резервуар, коллектор, насыщающая его нефть имеют свои особенности, и нужно выбирать оптимальный для конкретного случая метод или реагент для повышения нефтеотдачи.
Мы используем методы хемоинформатики, искусственный интеллект для поиска конкретного вещества с заданными свойствами, возможно даже такого, которого пока не существует. Сегодня несколько десятков реагентов, имеющих показатели не хуже, а во многих случаях и лучше зарубежных аналогов, созданы группой под руководством заведующего кафедрой разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов ИГиНГТ Михаила Варфоломеева. Мы создаем Научно-исследовательский центр малотоннажной химии, начато строительство Центра инженерных разработок, где все эти реагенты будут разрабатываться и производиться в количестве, необходимом для проведения опытно-промышленных испытаний. Мы планируем запустить эти производства во второй половине 2025 года.
– В КФУ создаются катализаторы и технологии для подземного облагораживания высоковязкой и сверхвязкой нефти. Почему важно перерабатывать нефть под землей и есть ли такие заводы в республике?
– Десять лет назад мы опубликовали статью про каталитический акватермолиз – процесс облагораживания очень вязкой нефти паром в присутствии катализаторов. Тогда и возникла идея попробовать воспроизвести каталитический акватермолиз под землей – в подземном резервуаре залежи. Такие попытки в мире уже были, но они не показали большой эффективности. Группа наших молодых ребят под руководством ведущего научного сотрудника Научного центра мирового уровня «Рациональное освоение запасов жидких углеводородов планеты» и НИЛ «Внутрипластовое горение» ИГиНГТ Алексея Вахина взялась за это дело, и буквально через три года технология была испытана на Ашальчинском месторождении битумов (ПАО «Татнефть»). Первый результат был неплохой, но восторгов не вызвал. Но уже в 2019 году испытания технологии на месторождении вязкой нефти Бока де Харуко на Кубе (при содействии АО «Зарубежнефть») произвели фурор. Относительный прирост добычи по сравнению с прогнозом составил 200 процентов. После этого мы апробировали эту технологию в компаниях «Лукойл» и «Роснефть». Один из ее разработчиков, старший научный сотрудник НИЛ методов увеличения нефтеотдачи НЦМУ «Рациональное освоение запасов жидких углеводородов планеты», доцент кафедры разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов ИГиНГТ Ирек Мухаматдинов из рук Президента России Владимира Путина получил премию в области науки и инноваций для молодых ученых за 2022 год.
В чем преимущество разработанной в КФУ технологии каталитического акватермолиза по сравнению с обычным воздействием пара?
– Лабораторные эксперименты показали, что катализаторы при температуре пара чуть выше 200 градусов Цельсия способствуют разрыву связей серы (или некоторых металлов) с углеродом в крупных молекулах. При этом большие молекулы разваливаются на более мелкие куски, что приводит к уменьшению вязкости нефти, и она начинает интенсивно течь в порах, при этом проявляет себя еще как растворитель, и большая часть ранее неподвижной нефти начинает вытекать в скважину. Катализатор достаточно дешевый, доставка его в пласт обеспечивается с растворителем, нефтью или даже водой. При этом обнаружилось, что количество серы в нефти сильно уменьшается, что тоже положительно влияет на стоимость добытой нефти. Наши ученые создали и другие, еще более эффективные варианты катализаторов и некатализаторов для этого процесса, испытали их в лаборатории, и уже идет подготовка к новому эксперименту на промыслах по разработке сверхвязкой нефти.
– Расскажите, пожалуйста, о направлениях исследований ученых Института геологии и нефтегазовых технологий, не связанных с «нефтянкой».
– Геология – наука замечательная и самая интересная, полная загадок и неразгаданных тайн. Ученые ИГиНГТ, директором которого я был ранее, в своих исследованиях ищут ответы на самые разнообразные вопросы: что могут рассказать об истории Земли горные породы; что находится внутри нашей планеты, каков ее возраст, как она образовалась; что будет с магнитным полем Земли в ближайшее время и какие последствия нас ожидают, если оно исчезнет; как будет меняться климат нашей планеты в ближайшем будущем; что будет, если на Землю упадет большой метеорит и даже – есть ли жизнь на Марсе?
Мы реализуем много прикладных проектов, связанных с различными полезными ископаемыми – от стройматериалов до алмазов. Сегодня проблема питьевой воды становится все более актуальной даже для России, хотя мы и занимаем второе место в мире после Бразилии по запасам пресной воды. Поэтому мы совместно с Министерством экологии и природных ресурсов Татарстана обсуждаем пути решения этого важного вопроса в республике с привлечением ученых и специалистов со всей страны.
– На базе КФУ и нескольких других российских вузов создан Научный центр мирового уровня в области нефтегазового дела «Рациональное освоение жидких углеводородов планеты». Именно этот факт сыграл решающую роль в том, что Казанский университет занимает высокую позицию по направлению «Нефтегазовое дело» в одном из авторитетнейших международных академических рейтингов QS World University Rankings?
– В 2020 году в России в рамках Национального проекта «Наука и университеты» были созданы 10 НЦМУ по наиболее актуальным направлениям Стратегии научно-технологического развития страны. Создание НЦМУ «Рациональное освоение жидких углеводородов планеты» на базе Казанского университета как головной организации еще раз подтвердило лидерство КФУ в этой области в нашей стране. Средства, полученные по этому гранту, позволили нам реализовать десятки интересных проектов, результаты которых сегодня успешно используются нефтегазовыми компаниями – улучшают экологию, приносят прибыль, увеличивают запасы углеводородов, позволяют добывать полезные ископаемые, которые ранее извлекать было невозможно. Мы развили нашу лабораторную базу, что позволило нам выйти на новый уровень исследований и предложить компаниям новые возможности в области поиска, разведки и разработки залежей углеводородов.
Все это увеличило нашу узнаваемость во всем мире. Сегодня в предметном рейтинге QS World University Rankings в области «Нефтегазовое дело» КФУ занимает 29-е место в мире среди многих сотен университетов. Не удивительно, что абитуриенты со всего мира приезжают к нам, чтобы получить образование в этой сфере. Мы планируем увеличить прием в магистратуру бакалавров из Китая, арабских стран, стран БРИКС+ в целом, думаем также о расширении филиальной сети в других странах.
Лариса Бусиль
Фото: пресс-служба КФУ
