Ученые Сибирского федерального университета обосновали преимущества новой технологии добычи углеводородов с помощью сверхкритической жидкости. Используя ее, можно увеличить нефтеотдачу пласта и расширить объемы добычи трудноизвлекаемого углеводородного сырья из недр. Применение новых технологий поможет осуществить промышленный переход к высокоэкологичной экономике в России и производить новое оборудование для использования сверхкритических флюидов в нефтегазовой отрасли.

Статья опубликована в Sustainability.

Сверхкритическая жидкость (англ. supercritical fluid – сверхкритический флюид, СКФ, СКЖ, SCF) – это состояние вещества, при котором исчезает различие между жидкой и газовой фазой. Проще говоря, это нечто среднее между газом и жидкостью. В такое состояние способны переходить многие органические и неорганические вещества, достигая определенной температуры и давления. Например, для воды критическая точка равна tкр = 374,2° С и ркр = 21,4 МПа, а для диоксида углерода – tкр = 31° С и ркр = 7,38 МПа.

Сверхкритическую жидкость применяют для производства и обработки полимеров, в пищевой промышленности, фармацевтике и медицине, для получения новых материалов и биодизельного топлива, для переработки биоматериалов и регенерации сорбентов.

«Сверхкритическую жидкость в нефтегазовой отрасли используют в основном в нефтехимической промышленности. Например, в рамках технологии сверхкритической экстракции, благодаря способностям СКФ растворять вещества и получать новые. Такие флюиды только начинают внедряться — проводятся исследования по применению СКФ для переработки и утилизации нефтешламов, для гидроразрыва пласта, растворения и получения новых веществ из асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО), а также для увеличения нефтеотдачи пласта», – сообщила соавтор исследования, старший научный сотрудник лаборатории биотопливных композиций и лаборатории физико-химических технологий разработки трудноизвлекаемых запасов углеводородов, доцент кафедры машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов СФУ Прасковья Павлова.

В нефтегазовой промышленности для увеличения нефтеотдачи пласта за рубежом широко внедряют закачку диоксида углерода в пласт, технология известна с 1970-х годов. А вот применение и изучение сверхкритического диоксида углерода для вытеснения нефти и увеличения коэффициента извлечения нефти только начинает набирать обороты в мировой добывающей отрасли. Способность сверхкритических жидкостей проникать в пористые среды делает их привлекательными для извлечения трудноизвлекаемого углеводородного сырья из недр.

Ученые отметили, что сверхкритические флюиды проникают в пористые среды легче, чем жидкости, кроме того, они превосходят газы и жидкости в способности растворять вещества. Меняя параметры давления и температуру, можно «отрегулировать» многие свойства СКФ. При этом у таких флюидов есть недостатки — они легко растворяют резину или полимеры, что может навредить существующему оборудованию, а процесс получения СКФ требует высокого давления и температуры, а это приводит к энергетическим затратам. Хотя, например, вода в глубинах Земли может находиться в сверхкритическом состоянии.

«Из сверхкритических технологий в нефтегазовой отрасли наиболее распространено применение сверхкритического диоксида углерода. Это означает, что можно создать и внедрить технологию с нулевым выбросом диоксида углерода, чтобы он улавливался и закачивался в пласт или применялся в нефтехимической промышленности. Для нефтяных корпораций это возможность стать более экологичными и безопасными для окружающей среды, что особенно актуально для нефтедобычи в условиях хрупкой экосистемы Российской Арктики. Нужен новый подход к технике и технологии добычи, подготовки и переработки нефти», – рассказал директор Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ Андрей Минаков.

Ученый уточнил, что новые технологии — это новая ниша на рынке, и у российских производителей есть все шансы стать одними из первых участников промышленного перехода к «зеленой» экономике. Также открываются перспективы для производства в России нового оборудования, адаптированного к применению сверхкритических флюидов для нефтегазовой отрасли.

«В США, Канаде, Мексике и Венесуэле практикуется закачивание диоксида углерода в пласт, циклическая закачка воды и газа (WAG-технологии или Huff-n-Puff process). Однако вопрос управления процессом сверхкритического диоксида углерода внутри нефтяных скважин до сих пор изучается. В России растет количество месторождений с высоковязкими видами нефти и битума, и очень нужны новые технология для их извлечения. К тому же, попутно они позволят решать вопрос снижения выбросов парниковых газов», — подчеркнул Андрей Минаков.

Исследователи сообщили, что из-за высокой растворяющей способности СКФ особое внимание нужно уделять резиновым и пластмассовым деталям нефтедобывающего оборудования (манжеты, уплотнительные и упаковочные элементы и так далее). Насосно-компрессорные трубы, применяемые для закачки диоксида углерода с водой, должны быть покрыты пластиком или иметь эпоксидные вкладыши из стекловолокна. Зарубежный опыт показал, что при соблюдении мер смягчения коррозии углеродистые стали могут безопасно применяться для закачки сверхкритического диоксида углерода.