Tashkent Section

1. Нанотехнологии это область науки использующая материалы размером от 1 до 100 нанометров (1 нанометр = 10^-9 м). К нанотехнологиям относятся такие направления как нано-частицы, наноматериалы, наносинтез, нано характеристики и нано-манипуляции. Ввиду крайне малого размера наночастиц, количество атомов вещества на поверхности одной единицы вещества значительно больше, в сравнении с веществами обычного порядка. Тем самым, имея малый размер, наноматериалы имеют значительную удельную поверхность. Например, цельный куб размером 1см³ имеет удельную поверхность 6 см², куб размером 1см³ состоящий из маленьких кубов размером 1мм³ имеет удельную поверхность 60 см², а куб размером 1см³ состоящий из маленьких кубов размером 1нм³ имеет уже удельную поверхность 6*10¹⁰ см². Данное свойство наноматериалов открывает широй спектр возможностей их использования. Другим немаловажным свойством наноматериалов является квантовый эффект. В качестве примера данного эффекта может служить золото. Золото, в виде материала обычного порядка имеет желтый цвет, однако золото, в качестве наноматериала имеет различные цвета в зависимости от размера наночастиц от 10 до 100 нм. Цвет частиц различается от голубого до красного. Таким образом, вещества с одинаковым химическим составом, могут обладать различными оптическими, электрическими, химическими и магнетическими       свойствами. Широкий спектр возможностей применения наноматериалов, позволяет использовать их свойства в медицине, электронике и многих других сферах человеческой деятельности, в том числе и энергетическом секторе.
   
   
2. Применение наноматериалов в нефтегазовом секторе обширно и охватывает все его составляющие от геологоразведки до переработки и транспортировки. Основными преимуществами использования наночастиц является способность: выступать в качестве носителей необходимых веществ, проникать сквозь поры меньшего размера, удаленного управления/воздействия/стимулироварния, обнаруживаться в крайне малых концентрациях, целевого (точечного) воздействия. Немаловажно отметить, использование наноматериалов позволяет достичь значительного эффекта при малых количествах используемого вещества. Наночастицы, используемые в разработке месторождений, по характеру их использования, можно условно разделить на четыре категории: пассивные (пересекают пласт), реактивные (доставляют химические вещества), активные (отправляют сигналы) и автономные (самонаправленные, двигаются не зависимо от потока).
   
   
3. При использовании наноматериалов в разработке месторождений на Ближнем Востоке мы столкнулись с техническими сложностями, такими как высокая минерализация и высокая температура пласта. Данные факторы лишают наночастицы необходимой мобильности. Однако, лабораторные исследования показали возможности некоторых наноматериалов решить поставленные задачи. Выявлены вещества, позволяющие уменьшить коэффициент вязкости, к которым относятся: оксид алюминия (40нм), оксид никеля (100нм), оксид магния (20 нм), оксид меди (20-40 нм), оксид железа (5-300 нм). К веществам, которые позволяют влиять на смачиваемость породы относятся: диоксид кремния (10-30 нм) и полисиликон (10-30 нм). На межфазное натяжение можно влиять за счет: полисиликона (10-30 нм) и полиакриламида (50 нм). Также, установлено, что гель с коллоидальной дисперсией, позволяет повысить коэффициент вытеснения при закачке всего 1-1,5 кг/м3 для достижения желаемого эффекта. Наночастицы могут повысить нефтеотдачу пласта. Гипотетический механизм взаимодействия наночастиц с породой и флюидом, описанный в научных работах, объясняет возможность повышения нефтеотдачи с использованием наночастиц за счет трех механизмов взаимодействия. Нефть, в силу своих физических свойств, имеет крепкую связь (сцепление) с породой пласта. Наночастицы, имея крайне малый размер, могут проникать в пространство между поверхностью породы и нефтью с помощью механизма, называемого силой рассеивания. После чего, за счет другого механизма, называемого давлением расщепления за счет диффузионных сил, наночастицы отделяют нефть от породы. Далее, за счет крайне малого размера, наночастицы начинают проникать в частицы нефти, тем самым фрагментируя ее на более мелкие частицы, которые затем выводятся на поверхность. Для подтверждения вышеуказанной гипотезы, были проведены испытания на двух месторождениях в США на месторождениях Вилстоновского бассейна (Willston Basin) и Волфкампе (Wolfcamp). На месторождении Вилстоновского бассейна, в исследовании были задействованы 13 скважин, в 7 из которых применялись наночастицы, а именно диоксид кремния. Полученный эффект, в сравнении со скважинами, на которых наночастицы не применялись, составил 13 000 баррелей за 90 дней. В испытаниях на месторождении Волфкамп задействовали 78 скважин, в 13 из которых закачивали наночастицы. Экономический эффект составил 4 700 и 16 000 баррелей за 90 и 180 дней соответственно.
   
   
4. Реактивные наноагенты, также известные как наноПАВы используются для так называемого капсулирования ПАВ, таких как нефтяной сульфонат (PSS). PSS является широко распространенным, дешевым и эффективным ПАВ, используемым для повышения нефтеотдачи пластов. Однако, он не стабилен в морской воде, при взаимодействии с которой, его раствор распадается на фракции. Нам удалось заключить PSS в капли наночастиц и стабилизировать их при помощи вспомогательного ПАВа. Полученные частицы, или капсулы, были стабильны в воде с высокой минерализацией и при высокой температуре. Процесс синтеза необходимого раствора называется «One-pot» или «Все в одном», который заключается в смешивании необходимых компонентов в одной емкости, в результате получаются стабильный наноПАВ. Немаловажным свойством данного процесса является возможность получения PSS не только в лабораторных, но и в полевых условиях непосредственно на месторождении, что подтверждено работами, проведенными на месторождениях в Саудовской Аравии. Кроме того, лабораторные исследования показали стабильность эффекта полученного вышеупомянутым способом наноПАВ в течение долгого периода. На данный момент длительность лабораторных исследований, при которых наноПАВ выдерживается в печи при температуре 100 ^ОC, составляет 24 месяца. Кроме того, наноПАВ значительно уменьшает межфазное натяжение с сырой нефтью. Данное свойство сохранялось после нескольких месяцев нагрева. Еще одно свойство наноПАВ, это уменьшение его частиц в объеме при высокой температуре, что дает ему большую мобильности в продуктивном пласте. Немаловажным свойством, которым должен обладать ПАВ, является малый коэффициент адсорбции. Исследования наноПАВ показали, уровень адсорбции является минимальным.
   
   
5. В случае, когда у нас имеется нефть, заключенная в тупиковой зоне пласта с очень низкой проводимостью и с минимальной пористостью, в практике обычно применяется технологии основанные на диффузии. Однако недавние расчеты показали, что использование диффузионных сил в текущей геологической обстановке характеризуются низкой эффективностью и экономически нецелесообразно. В случае, когда мы используем наноПАВы (автономные наночастицы), углеводороды, заключенные в тупиковых зонах породы, могут быть мобилизованы и извлечены. Пассивные наночастицы, это частицы, которые закачивают в нагнетательную скважину и используются для определения сообщаемости между нагнетальной и добывающей скважин. Основными вызовами при использовании наночастиц для трассерных исследований является: длительная стабильность в морской воде с высокой температурой, адсорбция в пласте, обнаружение в добытом флюиде, размер частиц для мобильности внутри пласта. Созданные в лабораторных условиях А-частицы (Arab-Dots), наночастицы размеров 10-30 нм имеют очень низкую адсорбцию с породой, сохраняют стабильность в соленой воде при высокой температуре, могут быть обнаружены в крайне низких концентрациях и имеют очень малый размер. С использованием А-частиц, были проведены 2 полевых теста. В первом тесте через добывающую скважину в пласт были закачены А-частицы, после чего велась добыча флюида с этой скважины. В результате удалось уловить 86% A-частиц, что является очень высоким результатом. Во втором тесте провели сравнительный анализ работы A-частицы и коммерческих трассеров. В данном эксперименте оценивалась сообщаемость между скважинами. Полученные результаты показали, что А-частицы превзошли по эффективности коммерческие трассеры. Наряду с этим, A-частицы могут быть использованы с разными кодами (barcoded Nano-tracers), что позволяет легко идентифицировать источник поступления флюида, когда одна добывающая скважина связана с несколькими нагнетательными.

Доклады оказались очень интересными и актуальными для нефтяной и газовой промышленности Республики Узбекистан. В ходе семинара слушатели активно задавали вопросы и обменивались знаниями и опытом на тему доклада.

Ссылка на презентацию с вебинара: презентация (доступна только для членов SPE)