Файл в формате PPT (6,8 МB)

Лекционный курс
«Физические
основы измерений»
Раздел ОСНОВЫ
НЕФТЕГАЗОВЫХ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
Тема
ВЛИЯНИЕ НАНОКОЛЛОИДОВ АСФАЛЬТЕНОВ НА
СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ НЕФТЕЙ.
ПРАКТИЧЕСКИЕ «НЕФТЕГАЗОВЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ»
Ожидаемое замечание
нефтяника - скептика :
Это все – красивые
лабораторные штучки…….
А в реальных производственных нефтях
всякие «НАНОФАЗЫ»
никак себя не проявляют….
ГРАНИЦЫ НАНОФАЗ АСФАЛЬТЕНОВ НЕФТИ
ПО РЕЗУЛЬТАТАМ
ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
АНАЛИЗ СВОЙСТВ
ДОБЫТЫХ
ПРИРОДНЫХ НЕФТЕЙ
ИЗ РАЗЛИЧНЫХ РЕГИОНОВ МИРА.
НЕСПРАВЕДЛИВОСТЬ
« ОБЩЕПРИНЯТЫХ МОДЕЛЕЙ »
«ОБЩЕПРИНЯТЫМ»
является представление о том,
что вероятность обнаружения нефтей
никак не связана
с содержанием в нефти асфальтенов
НА САМОМ ДЕЛЕ,
в природе чаще других встречаются
нефти с содержанием асфальтенов
вблизи границ нанофаз
А – обычная линейная шкала концентраций;
Б – логарифмическая шкала концентраций.
«ОБЩЕПРИНЯТЫМ»
является представление о том,
что ПЛОТНОСТИ нефтей
непрерывно возрастают
при увеличении содержания асфальтенов
НА САМОМ ДЕЛЕ :
Промысловые данные
для нескольких сотен
нефтей мира
Поведение максимальных и
минимальных плотностей.
Пики плотности – вблизи
границ нанофаз асфальтенов
Небольшая база данных ( 21 нефть )
А. – анализ «подтверждающий» общепринятое представление
о монотонной связи плотности с содержанием асфальтенов
Oilfield Review, 18(2):34-53 (2006).
Б. – Непредвзятый анализ – пики плотности нефтей вблизи
границ нанофаз асфальтенов.
«ОБЩЕПРИНЯТЫМ»
является представление о том,
что ВЯЗКОСТИ нефтей
непрерывно возрастают
при увеличении содержания асфальтенов
НА САМОМ ДЕЛЕ :
Практическое совпадение максимумов плотности и
вязкости природных нефтей при содержаниях
асфальтенов, близких к положениям границ нанофаз
( Логарифмическая шкала вязкостей !!! )
«ОБЩЕПРИНЯТЫМ»
является представление о том,
что ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАСТЫВАНИЯ нефтей
зависят только
от содержания парафинов
НА САМОМ ДЕЛЕ :
3В
3А
2
4
5
ТАКИМ ОБРАЗОМ,
ПЕРЕСЕЧЕНИЕ ГРАНИЦ
НАНОФАЗ АСФАЛЬТЕНОВ
ПРИВОДИТ К РЕЗКИМ ИЗМЕНЕНИЯМ
СВОЙСТВ ПРИРОДНЫХ НЕФТЕЙ
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ Многие свойства
природных нефтей
определяются
характеристиками
самоорганизующихся
нанофаз.
Нефти - «ассоциативные наножидкости»,
являющиеся естественными объектами
СМХ нанотехнологий.
В ЧЕМ МОГУТ
СОСТОЯТЬ
НАНОТЕХНОЛОГИИ
НЕФТЕГАЗОВОГО
ПРОИЗВОДСТВА
????
Нанотехнологии для разработки
нефтегазовых месторождений
« СМХ »
« МНТ »
Внешние
силовые
воздействия
Подтолкнуть
Самоорганизацию
наносистем нефти
Инициировать
Направлять
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
НАНОТЕХНОЛОГИИ ?
Прежде всего,
это – традиционные технологии
для разработки месторождений,
оптимизированные с учетом
особенностей диаграмм нанофаз
природных наноколлоидов нефти
Т-С диаграмма нанофаз асфальтенов нефти
500
Деструкция
С
2
Растворы
Конденсаты
Нефти
1
1
10
мг/л
100
Полиаморфные
наноколлоиды
1
Олигомеры
10
Мономеры ?
Температура, ºС
100
γ
В
β
А
3 3
а b
4
5
α
Нефти
Нефти
1
Тяжелые топлива
10
Содержание асфальтенов
100
1000
г/л
Твердые асфальтены
Плавление
НЕФТЕГАЗОВЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ
Производственные процессы
вблизи
ТЕМПЕРАТУРНЫХ
границ НАНОФАЗ
Термообработка нефти вблизи
границы НАНОФАЗ
Температура застывания, ºС
20
Резкое
повышение
0
температуры
застывания
- 20
Азнакаевской
- 40
10
нефти
30
50
Температура обработки, ºС
70
Термообработка нефти вблизи
границы НАНОФАЗ
Долговременное
Масса отложений
увеличение
массы
отложений
из нефти
20
30
40
Температура, ºС
«НАНОТЕХНОЛОГИИ» ТЕРМООБРАБОТКИ
Выбор режимов нагрева и
охлаждения в
«нанотехнологиях»
термообработки. Штриховкой
отмечено положение границы
( I ) на фазовой диаграмме
асфальтенов
Изменения нанофаз при переменных температурах
пласта
Продуктивная скважина
Нагнетательная
скважина
«теплое пятно»
ПРОБЛЕМЫ
при
разработке
Неоднородное поле температур
«НАНОТЕХНОЛОГИИ» ДОБЫЧИ НЕФТИ
ДА
НЕТ
1 и 2 – термограммы для двух режимов работы
эксплуатационной скважины Ромашкинского месторождения,
ГТ - геотерма скважины
«НАНОТЕХНОЛОГИИ» ДОБЫЧИ НЕФТИ
НЕТ
1 – термограмма скважины
в республике Коми,
эксплуатируемой без
электропрогрева;
2 – геотерма;
3 – термограмма скважины,
эксплуатируемой при
использовании
нагревательного кабеля
ДА
Термообработка нефти вблизи
границы НАНОФАЗ
Южно-Тарасовская
Показатель преломления
нефть
Гравитационное
разделение
НИЗ
1,464
1,462
1,460
ВЕРХ
20
25
30
Температура, ºС
35
40
«Дистилляция»
при
комнатной
температуре
!!!!!!
????
«НАНОТЕХНОЛОГИЯ» ЭКОНОМИЧНОГО
ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА НЕФТИ
УЖЕ ВНЕДРЕННЫЕ
НЕФТЕГАЗОВЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ
Честное слово, я и
не подозревал, что уже более сорока
лет говорю прозой. Большое вам
спасибо, что сказали.
(Г-н Журден):
Жан Батист Мольер
« Мещанин во дворянстве »
ЖУЙКО П. В.
РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ УПРАВЛЕНИЯ
РЕОЛОГИЧЕСКИМИ
СВОЙСТВАМИ АНОМАЛЬНЫХ НЕФТЕЙ
- диссертация доктора технических наук
Ухта 2003г.
Техническая документация НАНОТЕХНОЛОГИИ:
СТАНДАРТ Управления северными магистральными
нефтепроводами: "Временный регламент эксплуатации
Магистрального нефтепровода "Уса-Ухта" …"
Нефтепровод «Уса-Ухта»
производительностью 18 млн. т / год
Традиционная технология термообработки
- нагрев до 80-90 0С и охлаждение
до температуры транспорта ( 0 0С)
со скоростью < 20 0С в час
Требуемый объем
резервуарного парка
100 000 тонн.
НАНОТЕХНОЛОГИЯ термообработки
- нагрев до 80-900С и охлаждение
со скоростью < 200С в час
до температурной границы НАНОФАЗ
35 – 40 оС
Последующее охлаждение –
в произвольном режиме
Резервуарный парк
можно уменьшить
до 40 000 тонн,
либо ликвидировать
НЕФТЕГАЗОВЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ
Производственные процессы
вблизи
КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ
границ НАНОФАЗ
Смешение нефтей
отрицательные эффекты
Вязкость нефти, сПз
4
5
3b
100
3a
2
10
1
0,01
0,1
1
10
Содержание асфальтенов, г/л
100
ТРАНСПОРТ СМЕСЕЙ НЕФТЕЙ
При достижении концентрационных границ нанофаз –
выпадение осадков, увеличение вязкости, плотности,
«усадка объема»
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
Полная потеря текучести
Применение
растворителей
при добыче
тяжелых
нефтей
и битумов
СОВМЕСТНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ
НЕСКОЛЬКИХ НЕФТЯНЫХ ПЛАСТОВ
Смешение нефтей
положительные эффекты
Вязкость нефти, сПз
4
5
3b
100
3a
2
10
1
0,01
0,1
1
10
Содержание асфальтенов, г/л
100
РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ
«НАНОТЕХНОЛОГИЙ СМЕШИВАНИЯ»
НЕФТЕЙ
«Нанотехнология»
совместной
эксплуатации
нефтяных пластов
одного из
месторождений
региона
Персидского залива
НАНО – подобные фазовые
превращения нефтяных флюидов
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ
ВОДО – НЕФТЯНЫЕ
ЭМУЛЬСИИ
СТАБИЛИЗАТОРАМИ ЭМУЛЬСИЙ
ЯВЛЯЮТСЯ ПРИРОДНЫЕ ПАВ –
НАНОКОЛЛОИДЫ НЕФТИ
dT/dt связано с теплоемкостью, т.е. с
фазовой структурой В/М эмульсии
Нач. скорость нагрева dT / dt
Явления, характерные для НАНОФАЗ
2,0
Биконтинуальная
Перколяция
фаза
1,5
1,0
0,5
0
0,2
0,4
0,6
0,8
Содержание воды, масс. доли
1,0
15 % воды
20 % воды
Перколяционные
кластеры
капель воды
25 % 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
Эффективность разделения, отн.ед.
“НАНОТЕХНОЛОГИЯ” – осуществлять
термическую де- эмульсификацию при
определенном водосодержании
8
6
4
2
0
0,2
0,4
0,6
Содержание воды, масс. доли
0,8
ПРИЛОЖЕНИЕ
2-фазная диаграмма нефтяного
месторождения
8000
7000
6000
Pressure (psia)
Dew Point Region
Bubble Point Region
Liquid
Vapour
5000
Critical Point
Bubble point
line
4000
3000
2-phase Region
Dew point
line
2000
40
1000
20
Vapour
10
0
0
20
40
60
80
100
120
o
Temperature ( C)
140
160
180
200
Траектория разработки
на 2-фазной диаграмме
Initial Reservoir
Conditions
Pressure
CP
Path of Production
Separator Conditions
75%
25%
50%
Temperature
3-фазная диаграмма и траектории
разработки для нефтяного месторождения
Фазовые диаграммы
нефтяных месторождений
и оптимальные
траектории разработки
с учетом
множественных НАНОФАЗ
!?!?!
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ
ЗАМЕЧАНИЯ
ЖУРНАЛ «НЕФТЬ РОССИИ»
№ 7, ИЮЛЬ 2007
Валерий АНДРИАНОВ
«Революционная ситуация»
……сегодня российский нефтегазовый комплекс и
отечественная отраслевая 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….
…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…….
ЛЕКЦИИ ЗАКОНЧЕНЫ.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !