Лекционный курс

«Физические основы нанотехнологий и их

применение в нефтегазовой отрасли»

Часть Часть 33.. Фазовые превращения асфальтенов Фазовые превращения асфальтенов

и нефтегазовые нанотехнологии и нефтегазовые нанотехнологии

ТемаТема Практические Практические

«нефтегазовые нанотехнологии»«нефтегазовые нанотехнологии»

В ЧЕМ МОГУТ СОСТОЯТЬ

НАНОТЕХНОЛОГИИНЕФТЕГАЗОВОГОПРОИЗВОДСТВА

? ? ? ?

Нанотехнологии для разработки

нефтегазовых месторождений

« МНТ »

Внешние силовые

воздействия

« СМХ »

Подтолкнуть

Самоорганизацию

наносистем нефтиНаправлять

Инициировать

НЕФТЕГАЗОВЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ ?

Прежде всего, это – традиционные технологии для разработки месторождений,

оптимизированные с учетом особенностей диаграмм нанофаз

природных наноколлоидов нефти

Содержание асфальтенов

Тем

пер

ату

ра,

ºС

НефтиНефт

и

Конденсаты

Растворы Нефти

Тяжелые топлива

БитумыМ

он

ом

ер

ы ?

Ол

иго

мер

ы

Пол

иам

ор

фн

ые

нан

окол

лои

ды

Тверд

ые а

сфал

ьтен

ы

Плавление

Деструкция

А

В

С

1 23а

3b

4 5

1

10

100

10

1

100

1000

мг/л

г/л

1

10

100

500

α

β

γ

Т-С диаграмма нанофаз асфальтенов нефти

Производственные процессы вблизи

ТЕМПЕРАТУРНЫХ

границ НАНОФАЗ

НЕФТЕГАЗОВЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ

10

30

50

70

- 40

- 20

0

20

Тем

пер

атур

а з

аст

ыван

ия,

ºС

Температура обработки, ºС

Термообработка нефти вблизи границы НАНОФАЗ

Резкое повышение

температуры

застывания

Азнакаевской

нефти

30

40

20 Температура, ºС

Масс

а

отл

ож

ен

ий

Долговременное

увеличение

массы

отложений

из нефти

Термообработка нефти вблизи границы НАНОФАЗ

Выбор режимов нагрева и охлаждения в «нанотехнологиях» термообработки. Штриховкой отмечено положение границы ( I ) на фазовой диаграмме асфальтенов

«НАНОТЕХНОЛОГИИ» ТЕРМООБРАБОТКИ

InjectionWell

Separation andStorage Facilities

Production Well

1 2Oil ZoneOil Bank /Miscible Front

2

HC GasInjectionfrom Pipelineor Recycle

1

InjectionWell

Separation andStorage Facilities

Production Well

11 22Oil ZoneOil Bank /Miscible Front

2

HC GasInjectionfrom Pipelineor Recycle

1

Неоднородное поле температур

ПРОБЛЕМЫпри

разработке

Изменения нанофаз при переменных температурах пласта

«теплое пятно»

Продуктивная скважинаНагнетательнаяскважина

1 и 2 – термограммы для двух режимов работы эксплуатационной скважины Ромашкинского месторождения, ГТ - геотерма скважины

«НАНОТЕХНОЛОГИИ» ДОБЫЧИ НЕФТИ

ДА НЕТ

1 – термограмма скважины в республике Коми,эксплуатируемой без электропрогрева; 2 – геотерма; 3 – термограмма скважины, эксплуатируемой при использовании нагревательного кабеля

«НАНОТЕХНОЛОГИИ» ДОБЫЧИ НЕФТИ

НЕТ

ДА

НИЗ

ВЕРХ

20

30

35

25

40

Температура, ºС

1,460

1,462

1,464

Показа

тел

ь п

рел

ом

лен

ия

Южно-Тарасовская нефть

Термообработка нефти вблизи границы НАНОФАЗ

«Дистилляция» при

комнатнойтемпературе

!!!!!!????

Гравитационноеразделение

«НАНОТЕХНОЛОГИЯ» ЭКОНОМИЧНОГОПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА НЕФТИ

(Г-н Журден): Честное слово, я и не подозревал, что уже более сорока лет говорю прозой. Большое вам спасибо, что сказали. Жан Батист Мольер

« Мещанин во дворянстве »

УЖЕ ВНЕДРЕННЫЕНЕФТЕГАЗОВЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ

ЖУЙКО П. В.РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ УПРАВЛЕНИЯ

РЕОЛОГИЧЕСКИМИСВОЙСТВАМИ АНОМАЛЬНЫХ НЕФТЕЙ

- диссертация доктора технических наукУхта 2003г.

Техническая документация НАНОТЕХНОЛОГИИ:

СТАНДАРТ Управления северными магистральными нефтепроводами: "Временный регламент эксплуатации Магистрального нефтепровода "Уса-Ухта" …"

Традиционная технология термообработки - нагрев до 80-90 0С и охлаждение до температуры транспорта ( 0 0С)

со скоростью < 20 0С в час

Нефтепровод «Уса-Ухта» производительностью 18 млн. т / год

Требуемый объем резервуарного парка

100 000 тонн.

НАНОТЕХНОЛОГИЯ термообработки - нагрев до 80-900С и охлаждение

со скоростью < 200С в часдо температурной границы НАНОФАЗ

35 – 40 оС Последующее охлаждение –

в произвольном режиме

Резервуарный паркможно уменьшить

до 40 000 тонн,либо ликвидировать

Производственные процессы вблизи

КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ

границ НАНОФАЗ

НЕФТЕГАЗОВЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ

Содержание асфальтенов, г/л 0,01

0,1

1

10

100

1

10

100

Вязк

ост

ь н

еф

ти

, сП

з

22

3a3a

3b3b

4455

Смешение нефтей

отрицательные эффекты

ТРАНСПОРТ СМЕСЕЙ НЕФТЕЙ

Эффекты превращения нанофаз при смешивании нефтей различного происхождения. А – усиление степени агрегирования и выпадения в осадок компонентов; Б - аномалии потери объема (усадки) смеси. Цифрами отмечены концентрационные границы нанофаз асфальтенов

При достижении концентрационных границ нанофаз – выпадение осадков, увеличение вязкости, плотности, «усадка объема»

Полная потеря текучести

Применениерастворителей

при добычетяжелыхнефтей

и битумов

СОВМЕСТНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕСКОЛЬКИХ НЕФТЯНЫХ ПЛАСТОВ

Содержание асфальтенов, г/л 0,01

0,1

1

10

100

1

10

100

Вязк

ост

ь н

еф

ти

, сП

з

22

3a3a

3b3b

4455

Смешение нефтей

положительные эффекты

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ «НАНОТЕХНОЛОГИЙ СМЕШИВАНИЯ»

НЕФТЕЙ

«Нанотехнология»совместной

эксплуатациинефтяных пластов

одного изместорождений

регионаПерсидского залива

НЕОБХОДИМОСТЬ УЧЕТА АНОМАЛИЙ НЕОБХОДИМОСТЬ УЧЕТА АНОМАЛИЙ СВОЙСТВ НЕФТЯНЫХ СМЕСЕЙ ПРИ СВОЙСТВ НЕФТЯНЫХ СМЕСЕЙ ПРИ

ПРОГНОЗИРОВАНИИ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ ПРОГНОЗИРОВАНИИ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВОГО НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВОГО

ОБОРУДОВАНИЯОБОРУДОВАНИЯ

А. А. ФесанА. А. ФесанНаучный руководитель профессор Евдокимов Научный руководитель профессор Евдокимов

И. Н.И. Н.

РГУ нефти и газа имени И. М. ГубкинаРГУ нефти и газа имени И. М. Губкина

Москва, Москва, Апрель 2011Апрель 2011

Области актуальности проблемыОбласти актуальности проблемы Пункты смешения нефтей из различных Пункты смешения нефтей из различных

нефтедобывающих регионов, например, ЛПДС нефтедобывающих регионов, например, ЛПДС «Ярославль», где происходит смешение «Ярославль», где происходит смешение исследуемых нефтейисследуемых нефтей

Объекты исследованияОбъекты исследования

Нефть (Нефть-1) с Нефть (Нефть-1) с месторождения месторождения

Пограничное ЦДНГ-3 Пограничное ЦДНГ-3 (ЯНАО) (ЯНАО)

Измеренная плотность: Измеренная плотность: 823,8 кг823,8 кг//мм33

Измеренная Измеренная динамическая вязкость динамическая вязкость при температуре 20при температуре 20ооС:С:

2,7 сПз2,7 сПз

Объекты исследованияОбъекты исследования

Нефть (Нефть-2) с Нефть (Нефть-2) с Азнакаевского Азнакаевского

месторождения ЦДНГ-6 месторождения ЦДНГ-6 (Республика Татарстан) (Республика Татарстан)

Измеренная плотность: : 888,1 кг888,1 кг//мм33

Измеренная динамическая вязкость при температуре 20при температуре 20ооС:С:

34,8 сПз34,8 сПз

Сравнение измеренных значений с Сравнение измеренных значений с значениями, рассчитанными по значениями, рассчитанными по

правилу аддитивностиправилу аддитивностиП

ло

тно

сть

, г

Пл

отн

ост

ь,

г //смс

м33

Объёмная доляОбъёмная доля

Относительное отклонение значений Относительное отклонение значений плотности смеси от прогнозируемых плотности смеси от прогнозируемых

значенийзначений

Объёмная доляОбъёмная доля

Отк

ло

нен

ие,

%О

ткл

он

ени

е, %

1,62 %

Расчет расходов на электроэнергиюРасчет расходов на электроэнергию

Магистральный насос НМ 3600-230Магистральный насос НМ 3600-230

ПроизводительностьПроизводительность QQ=3600 м=3600 м33/час;/час;

НапорНапор Н=230 м;Н=230 м;

Номинальная Номинальная частота частота

вращениявращения

nn=1500 об/мин;=1500 об/мин;

КПДКПД hhнаснас=0,83;=0,83;

ДопустимыйДопустимыйкавитационный кавитационный

запасзапас

KK=37 м;=37 м;

Расчет расходов на Расчет расходов на электроэнергиюэлектроэнергию

Был произведен расчет затрат на Был произведен расчет затрат на энергопотребление насосов при энергопотребление насосов при непрерывной работе в течение года для непрерывной работе в течение года для смеси с 67 процентным содержанием смеси с 67 процентным содержанием нефти-1.нефти-1.

1,62 %

Объёмная доляОбъёмная доля

Пр

оц

енты

, %

Пр

оц

енты

, %

Расчет расходов на Расчет расходов на электроэнергиюэлектроэнергию

Электроэнергия реально затрачиваемая Электроэнергия реально затрачиваемая насосом насосом NNзатрзатр=2437,236 кВт, что =2437,236 кВт, что

эквивалентно 49105,431 тыс. рублей эквивалентно 49105,431 тыс. рублей

Прогнозируемая, по действующим Прогнозируемая, по действующим рекомендациям, затрачиваемая насосом рекомендациям, затрачиваемая насосом электроэнергия электроэнергия NNзатрзатр=2398,4855 кВт, что =2398,4855 кВт, что

эквивалентно 48324,685 тыс. рублей эквивалентно 48324,685 тыс. рублей

Расчет расходов на Расчет расходов на электроэнергиюэлектроэнергию

Таким образом, в год Таким образом, в год неспрогнозированных неспрогнозированных

расходов:расходов:

для НМ 3600-230для НМ 3600-230780,746 780,746 тыс. рублей,тыс. рублей,

На одном только насосе!На одном только насосе!

НАНО – подобные фазовые превращения нефтяных флюидов

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ВОДО – НЕФТЯНЫЕ

ЭМУЛЬСИИ

СТАБИЛИЗАТОРАМИ ЭМУЛЬСИЙЯВЛЯЮТСЯ ПРИРОДНЫЕ ПАВ –

НАНОКОЛЛОИДЫ НЕФТИ

dT/dt связано с теплоемкостью, т.е. с фазовой структурой В/М эмульсии

2,0

1,5

1,0

0,5

0

0,4

0,6

0,2

1,0 Содержание воды, масс. доли

Нач.

скор

ост

ь н

агр

ева

dT /

dt

0,8

ПерколяцияБиконтинуальная

фаза

Явления, характерные для НАНОФАЗ

15 % воды 20 % воды

25 % воды

Перколяционныекластеры

капель воды

В ПРОЦЕССЕ РАЗДЕЛЕНИЯ ФАЗ В ЭМУЛЬСИИ ВОЗНИКАЮТ СЛОЖНЫЕ

«БИКОНТИНУАЛЬНЫЕ» СТРУКТУРЫ

Строение«стенки»структуры

ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА СМЕСИ ВОДА (РАССОЛ) - НЕФТЬ, СОДЕРЖАЩЕЙ ПРИРОДНЫЕ ПАВ

ОБЛАСТЬ«БИКОНТИНУАЛЬНОЙ»

СТРУКТУРЫ

“НАНОТЕХНОЛОГИЯ” – осуществлять термическую де- эмульсификацию при определенном водосодержании

8

6

4

2 0

0,4

0,6

0,2

Содержание воды, масс. доли

Эф

фек

тивн

ость

раз

деле

ния,

отн

.ед.

0,8

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕЗАМЕЧАНИЯ

ЖУРНАЛ «НЕФТЬ РОССИИ» № 7, ИЮЛЬ 2007

Валерий АНДРИАНОВ «Революционная ситуация»

……чтобы доказать свою жизнестойкость перед лицом потрясений очередной научно-технической революции, нефтегазовому комплексу необходимо искать принципиально новые, творческие решения, позволяющие с успехом конкурировать с вновь создаваемыми видами энергоносителей. «Традиционные» отрасли ТЭК должны обратить революционные открытия ученых на свое благо.

Одна из таких возможностей - использование нанотехнологий. Они позволят обрабатывать углеводородное сырье намного эффективнее, быстрее и с меньшими затратами, защищать окружающее пространство от утечек углеводородов. Сегодня ведущие зарубежные нефтегазовые компании ведут активные исследования в этой сфере, а Россия пока что делает только первые шаги в данном направлении…….

…сегодня российский нефтегазовый комплекс и отечественнаяотраслевая наука изолированы друг от друга. В результате нефтяные компании зачастую продолжают пользоваться «дедовскими» методами, которые, конечно, проверены годами, но не являются на данный момент эффективными, а уж тем более

ресурсосберегающими и экологически чистыми….

ПРИЛОЖЕНИЕЕжегодные лекции выдающихся специалистов

в обществе инженеров-нефтяников (SPE)

2011 г.Лектор – Мюррэй Р. Грэй (Murray R Gray),профессор Университета Альберты в Канаде,директор Центра инновационныхтехнологий разработки месторожденийбитуминозных песков

Некоторые слайды из лекции

Полностью – на сайте

Конец лекции М. Грэя

ЛЕКЦИИ ЗАКОНЧЕНЫ.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !