100

№4(

11)

ию

ль'

2011

Макророль нефтегазовых

нанотехнологий

Принципиально важно, что эффек­тивность нефтевытеснения опреде­ляется наноразмерами: поверхность пор имеет нанометровую шерохова­тость, а смачивающие свойства пород определяются как раз шероховатос­тью. Другими словами, регулирова­ние свойств нефтегазовых пластов на уровне электрических взаимодей­ствий, смачивания, изменения струк­туры минералов (размеры которых 20­40 нанометров) решаются с при­менением технологий управления на­ноявлениями (нанотехнологий).

Проведенными исследованиями [1­3] показана возможность сущест­венно большего нефтеизвлечения из уже открытых месторождений при применении нанотехнологий (иннова­ций) в нефтегазовых пластах, чем это имеет место сегодня. Развитие этих работ может стать серьезным вкла­дом в энергетическую безопасность страны, которую, на наш взгляд, не­возможно реализовать без контро­ля коэффициента извлечения нефти (КИН) и таких индикаторов энергоэф­фективности добычи нефти, как водо­нефтяной фактор и температура про­цесса водонефтеподготовки.

Вложения в нанотехнологии до­бычи нефти и газа дадут самую быст­рую и максимальную финансовую от­дачу из всех направлений вложений средств. Поэтому стратегической це­лью нефтяного сектора Энергетиче­ской стратегии России­2030 должно быть массовое применение нанотех­нологий в различных сферах нефте­газового комплекса для повышения его энергоэффективности и созда­ния рентабельных технологий разра­ботки уже открытых месторождений на территории России с ориентира­ми по КИН: хотя бы 0,35 к 2013 г., 0,4 к 2020 г., 0,5 к 2030 г. Научный же по­тенциал КИН в России следующий: 0,4 к 2013 г., 0,45 к 2020 г., 0,6­0,65 к 2030 г. При этом для активных за­пасов КИН может быть увеличен на

Нефтегазовые нанотехнологии позволяют повысить эф-фективность добычи нефти, обеспечить рациональное природопользование, повысить безопасность при добы-че угля за счет снижения аварийности на угольных шах-тах путем эффективной утилизации метана, обеспечить энергосбережение, улучшить транспортную логистику природного газа [1-5].

0,15­20 до 0,6­0,7, а для ТИЗН – на 0,25­0,35 до 0,40­0,55 [1­3].

Наноразмерными явлениями опре­деляется эффективность извлечения метана угольных пластов, поскольку значительная часть пор в углях име­ет наноразмер [2]. Перевод метана в газогидратную форму из воздуш­ной среды угольных шахт с помощью нанотехнологий позволит снизить взрывоопасность при шахтной выра­ботке угля [4, 5]. Также перевод мета­на в газогидратную форму позволит транспортировать газ в газогидратной форме и обеспечит безтрубную гази­фикацию России.

Нанотехнологии позволяют повы­сить прочностные свойства бетонов при строительстве сооружений, в том числе в зонах с резким изменением

Наноразмерные свойства неф­тяных пластов – это современ­ное направление нефтяной геологии, в том числе и наноми­нералогии.

Хавкин А.Я.,главный научный сотрудник ИПНГ РАН, профессор УдГУ и РГУНГ им. И.М.Губкина, член ЦП НОР, Лау­реат Медали ЮНЕСКО «За вклад в развитие нано­науки и нанотехнологий», д.т.н.

Наука и технологии

101

№4(

11)

ию

ль'

2011

температур, и цементов при строи­тельстве скважин. Нанотехнологии улучшают экологию нефтегазового комплекса и увеличивают глубину пе­реработки нефти. Создание биотоп­лива – это тоже нанотехнология.

Наноразмерные свойства нефтя­ных пластов – это современное на­правление нефтяной геологии, в том числе и наноминералогии. Учет нано­размерных явлений в нефтегазовых пластах – это современное направле­ние моделирования разработки и соз­дания новых нанотехнологий увеличе­ния нефтегазоотдачи.

На встрече 7 июля 2011 г. с Пре­зидентом РАН Ю.С. Осиповым Пре­зидент РФ Д.А. Медведев сообщил о подписании Указа, в котором опре­деляются приоритетные направления развития науки, технологий и техники в России и перечень из двадцати семи так называемых критических техноло­гий. В качестве приоритетных направ­лений отмечены:1. Безопасность и противодействие терроризму.2. Индустрия наносистем.3. Информационно­телекоммуника­ционные системы.4. Науки о жизни.5. Перспективные виды вооружения, военной и специальной техники.6. Рациональное природопользо­вание.

нозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения.20. Технологии поиска, разведки, раз­работки месторождений полезных ис­копаемых и их добычи.21. Технологии предупреждения и лик­видации чрезвычайных ситуаций при­родного и техногенного характера.26. Технологии создания энергосбе­регающих систем транспортиров­ки, распределения и использования энергии.27. Технологии энергоэффективного производства и преобразования энер­гии на органическом топливе.

Более того, нанотехнологии ново­го природопользования являются то­варным продуктом 6­го технологиче­ского уклада. 6­й цикл Кондратьева (6­й технологический уклад) ожидает­ся с 2020 г., и технологический подъ­ем экономики будет обеспечиваться развитием робототехники, биотехно­логий, нанотехнологий, управлением здоровьем человека за счет новой медицины, новым природопользова­нием [6].

По данным академика РАН Е.Н. Каб­лова [7], в США доля 5­го технологи­ческого уклада составляет 60 %, 4­го – 20 % и около 5 % уже приходятся на 6­й технологический уклад. В России же 6­й технологический уклад пока не формируется, а доля технологий 5­го

Для активного внедре-ния нефтегазовых на-

нотехнологий в отрасль необходимо создать кад ры, способные

и готовые к созданию и внед рению нефтега-зовых нанотехнологий.

7. Транспортные и космические систе­мы.8. Энергоэффективность, энергосбе­режение, ядерная энергетика.

Вышеизложенное означает, что 5 из 8 приоритетных направлений раз­вития науки (1, 2, 6, 7, 8), технологий и техники в России включают нефте­газовые нанотехнологии. Кроме того, 8 из 27 критических технологий могут быть отнесены к нефтегазовым нано­технологиям:7. Компьютерное моделирование на­номатериалов, наноустройств и нано­технологий.8. Нано­, био­, информационные, ког­нитивные технологии.15. Технологии новых и возобновляе­мых источников энергии, включая во­дородную энергетику.19. Технологии мониторинга и прог­

Наука и технологии

102

№4(

11)

ию

ль'

2011

уклада составляет примерно 10 % (в военно­промышленном комплексе и в авиакосмической отрасли), 4­го – свыше 50 %, 3­го – около 30 %.

Получается, что Россия практи­чески пропустила начало 5­го техно­логического уклада, и чтобы не стать технологически отсталой страной, России надо успеть войти в 6­й техно­логический уклад со своими техноло­гиями, адекватными этому укладу, пе­решагнув через 5­й технологический уклад. Альтернативы инновацион­ному пути развития страны нет: две трети территории РФ – вечная мерз­лота и суровые холода зимой. Из­за природно­климатических условий – весьма дорогая рабочая сила, како­вую надо хорошо кормить, обогревать и тепло одевать, неизбежно дорогое жилье. Время «беспечной нефтяной цивилизации» заканчивается, добыча углеводородов без дополнительных усилий начнет падать. Однако это па­дение может не привести к росту цен на нефть вследствие развития альтер­нативной энергетики. В условиях гло­бализации (свободного потока идей, людей, капиталов, товаров и инфор­мации) Россия без адекватного вхож­дения в 6­й технологический уклад потеряет экономическую самодоста­точность [6].

В соответствие со Стратегией ин­новационного развития РФ на пе­риод до 2020 г. (ИР­2020), разрабо­танной Минэкономразвития РФ [8], Россия ставит перед собой задачу пе­рехода на инновационную социально­ориентированную модель развития. Как отмечено в ИР­2020, переход эко­номик стран­лидеров на 6­й техно­логический уклад, технологическая революция в ресурсосбережении и альтернативной энергетике, резко

цией сектора фундаментальной и при­кладной науки вокруг тех направлений, которые имеют коммерческое приме­нение. Как указано в ИР­2010, потен­циально Россия может претендовать на лидерство, в том числе, в примене­нии нанотехнологий и отдельных на­правлениях рационального природо­пользования [8].

На совещании по модернизации и технологическому развитию эконо­мики 25 декабря 2009 г. Президент РФ Д.А. Медведев указал, что «модерни­зация» – это то, что уже есть у других, а России нужны еще «инновации» – то, чего нет пока ни у кого, и привел такие цифры по крупнейшим нефтя­ным компаниям: коэффициент вложе­ний средств на добычу (доллар США к тонне условного добытого топлива) в «Шелл» – это 5,67; в «Эксон мобил» – 3,02; в «Газпроме» – 0,29; в «Сургут­нефтегазе» – 0,39; в «Татнефти» – 0,72; в «Роснефти» – 0,06.

Вице­президент РАН академик Н.П. Лаверов подчеркивает: обнов­ление технологий компанией Shell («Шелл») уменьшило затраты на до­бычу нефти на глубоководных место­рождениях более чем в 2,5 раза и зна­чительно увеличило добычу, и считает первейшей задачей создание новой системы моделирования месторожде­ний нефти и газа в целях интенсифи­кации добычи и снижения себестои­мости углеводородного сырья [10].

Структура российских запасов неф­ти обязывает российских нефтяников создавать рентабельные технологии даже для трудноизвлекаемых запасов, которых в России более 65 %. Но без создания высокоэффективных нано­технологий добычи нефти с себестои­мостью на уровне Саудовской Аравии (2,0­2,5 долларов США/баррель) неф­тяная промышленность России будет находиться под угрозой резкого сниже­ния цены на нефть, что может привести к стагнации нефтяной отрасли России. А возможности создания таких россий­ских нанотехнологий есть [1­3].

Заместитель председателя Комис­сии РАН по нанотехнологиям, член­корреспондент РАН М.В. Ковальчук от­метил [9], что «инновации могут быть в различных областях, в том числе и в сфере ресурсов. Разведка и добыча нефти, любых полезных ископаемых, очистка, обогащение и производство химического сырья – все это и есть вы­сокие технологии, нау коемкая эконо­мика».

повышают неопределенность в разви­тии России, основу специализации ко­торой на мировых рынках составляет экспорт традиционных энергоносите­лей. Уменьшение потребления нефте­газового сырья на мировом рынке мо­жет уменьшить поступление средств в федеральный бюджет и, тем самым, замедлить модернизацию экономики России, снижению значимости России в глобальной экономике.

В ИР­2020 в качестве локомоти­ва экономики указывается медицина, биология, альтернативная и возобнов­ляемая энергетика, атомная отрасль, информационные технологии. Но именно эти направления наиболее пострадали в кризис 2009­2010 гг. Эти вызовы диктуют необходимость опережающего развития отдельных специфичных направлений научных исследований и технологических раз­работок. Поэтому одной из ключевых задач стратегии ИР­2020 являются технологии добычи нефти в сложных геологических условиях с концентра­

Стратегической целью нефтяного сектора

Энергетической стра-тегии России-2030

должно быть массовое применение нанотех-нологий в различных сферах нефтегазового комплекса для повы-шения его энергоэф-

фективности.

Наука и технологии

103

№4(

11)

ию

ль'

2011

на разрабатываемых залежах позво­лит в ближайшие годы заполнить тру­бу «ВСТО» на Владивосток, а создание газогидратной отрасли ТЭК обеспечит многолетнюю отдачу, поскольку позво­лит транспортировать газ в газогид­ратной форме, утилизировать попут­ный и низконапорный газ, даст тысячи рабочих мест, диверсификацию пото­ков товарного газа и безтрубную газо­фикацию России, снизит аварийность на угольных шахтах [1­5].

То, что нефтегазовый комплекс РФ яв ляется в настоящее время единст­венной реальной базой для техноло­гической модернизации экономики страны, считает и Председатель сове­та Союза нефтегазопромышленников России Юрий Шафраник [12].

Для активизации внедрения нефте­газовых нанотехнологий необходимо:

Признать задачу повышения КИН – такой же государственной задачей, какой раньше было создание атомно­го оружия и полет в космос, и для ее решения объединить усилия работ­ников нефтегазовой отрасли и все­

го научно­технического сообщества страны: геологов, физиков, химиков, математиков, металловедов, конст­рукторов.

Обязать публиковать годовой во­донефтяной фактор при публикации статистической отчетности по добыче нефти различными компаниями в Рос­сии (поскольку это один из основных показателей энергоэффективности нефтедобычи).

Активизировать работы по созда­нию газогидратной отрасли ТЭК как для транспорта газа в газогидратной форме, так и для снижения аварий­ности на угольных шахтах вследствие взрывов угольно­метановой смеси.

Включить в государственную прог­рамму работ (и в программу работ РАН) в сфере нанотехнологий раздел «Нанотехнологии для нефтегазового комплекса».

Нанотехнологии для нового приро­допользования (НТНП) – в первую оче­редь инновационные нанотехнологии в добыче нефти и газа, имеющие кон­кретное и востребованное коммерче­ское применение, – позволят, в значи­тельной степени, выполнить стоящие перед экономикой России задачи по энергосбережению, рациональному природопользованию (в том числе на основе компьютерного моделирова­ния нанотехнологий). При этом НТНП позволят создать новые логистиче­ские схемы транспорта углеводоро­дов и перейти нефтегазовой отрасли к 6­му технологическому укладу, что можно считать макроролью нефтега­зовых НТ.

А вот мнение Нобелевского лауреа­та академика Ж.И. Алферова: «Нано­технологии надо развивать в России, и они станут базой для создания у нас высоких технологий в целом. Основа нанотехнологий в целом – фундамен­тальные исследования. Чрезвычайно важна активная финансовая и идео­логическая поддержка научных иссле­дований по нанотехноло гиям в инсти­тутах и лабораториях Академии наук, научных центрах и даже в частных компаниях, появившихся в последнее время». Говоря о создании атомного оружия в США и в СССР, Ж.И. Алферов отметил, что «сначала было неясно, могут ли они осуществиться и каким способом. Но оба проекта успешно реализованы и изменили лицо плане­ты. Это инновационные проекты ги­гантского масштаба. Их победа свя­зана с кадрами, трудившимися над их выполнением». «Рождение по­настоящему новых вещей возможно, когда сущест вует непосредст венная связь между лабораторией, которая ведет фундаментальные исследова­ния, и некоей группой или группами, которые занимаются приложением этих фундаментальных исследова­ний. Готовая технология осваи вается в опытном производстве, а затем в крупном. Внед рение изобретений – это не прос то передача документации, готовой технологии. Новые открытия порождают в каждой области новую научную идеологию, начинается про­цесс обучения этой новой идеологии ученых, которые занимают ся практи­ческими приложениями». «Очень важ­но в Правительстве РФ, корпорации РОСНАНО точно определить, какие задачи мы должны решить для того, чтобы нанотехнологии заняли место в производстве и принесли прибыль – важно, чтобы результаты исследова­ний были востребованы экономикой» [11].

А нефтегазовые нанотехнологии востребованы отраслью! Таким обра­зом, для активного внедрения нефте­газовых нанотехнологий в отрасль не­обходимо создать кадры, способные и готовые к созданию и внедрению неф тегазовых нанотехнологий.

По мнению автора, вложения в на­нотехнологии добычи нефти и газа да­дут самую быструю и максимальную финансовую отдачу из всех направле­ний вложений средств. Так, обработ­ки призабойных зон скважин дают от­дачу через полгода, повышение КИН

1. Хавкин А.Я. Наноявления в нефтегазодобыче // Вестник РАН, 2009, № 6, С. 519­522.2. Хавкин А.Я. Перспективы развития нефтегазовой наноиндустрии // НАНОтехнологии Экология Про­изводство, август 2009, № 1, С. 98­102.3. Хавкин А.Я. Наноявления и нанотехнологии в добыче нефти и газа / под ред. член­корр. РАН Г.К. Са­фаралиева // М., ИИКИ, 2010, 692 с.4. Хавкин А.Я. Российские нанотехнологии должны служить России // Интервью, ИТАР­ТАСС, 22 ноября 2010 года, Интернет, 4 с., http://www.itar­tass.com.5. Хавкин А.Я. Технологии отбора и использования углеметана в газогидратной форме // Материалы Международного семинара «Эффективные методы извлечения и переработки угольного метана» 13­15 июня 2011 г., Кемерово, 38 с.6. Малинецкий Г.Г. Страна входит в критическое десятилетие // Интернет, http://www. nanonewsnet.ru/articles/2009/georgii–malinetskii–doklad–o–perspektivakh–rf. 7. Каблов Е.Н. Курсом в 6­ой технологический уклад // Инженерная газета, 8 февраля 2010 г.8. Инновационная Россия – 2020 (Стратегия инновационного развития Российской Федерации на пе­риод до 2020 года), Проект / Минэкономразвития России, М., 2010 // Инновационные регионы, 2011, вып. 2, С. 21­73.9. Ковальчук М.В. РОСНАНО – нетривиальное изобретение // Комерсантъ, 2008, 4 декабря, № 221,С.2.10. Лаверов Н.П. Топливно­энергетические ресурсы // Вестник РАН, 2006, т. 76, № 5, С.398­408.11. Алферов Ж.И. От информации, информационных процессов и технологий до нанотехнологий / А. Любимов // Представительная власть – ХХI век, 2009, № 4, С.1­5.12. Шафраник Ю. Нефтегазовый комплекс позволит модернизировать экономику РФ // Интернет, РИА Новости, 3 сентября 2010 г.

Наука и технологии