close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Концепция государственного

код для вставкиСкачать
© Хавкин А.Я., 2013
Роль нанотехнологий в повышении
энергоэффективности и
экологической безопасности при
добыче нефти и газа:
Научные основы и практическое применение
нанотехнологий повышения энергоэффективности и
экологической безопасности при добыче нефти и газа
Хавкин А.Я.,
заместитель генерального директора ОАО «ИГиРГИ»,
член ЦП НОР, д.т.н., Почетный нефтяник РФ,
Лауреат Медали ЮНЕСКО
«За вклад в развитие нанонауки и нанотехнологий»
1
2
Для экономически выгодной продажи нефти
как сырья, нужно не только открывать новые
месторождения, но и обеспечивать высокий
КИН на уже открытых месторождениях.
А для этого требуются тщательные
исследования на стыке всех современных
научных знаний.
И задача обеспечения страны нефтью и газом
на основе высокорентабельных
энергосберегающих инновационных
технологий во всем цикле движения нефти и
газа от скважины до потребителя, должна
стать, по мнению автора, таким же
национальным инновационным проектом,
какими были атомный проект и полет в космос.
3
4
Динамика инноваций в различных
технологических направлениях
вдоль циклов экономической активности
Кондратьева
5
6 технологический цикл Кондратьева
(техноуклад) включает:
развитие робототехники, биотехнологий,
нанотехнологий, управление здоровьем человека за
счет новой медицины, новое природопользование
(Г.Г.Малинецкий)
Поэтому нанотехнологии в
природопользовании – это товарный продукт
6 технологического цикла Кондратьева
Динамика добычи нефти (1) и
обводненности продукции (2) в России.
6
Динамика КИН для месторождений России,
открытых в разные периоды
(по информации, представленной ФГУП
«ЗапСибНИИГГ») [Шелепов В.В., 2012]
0.500
0.465
0.450
0.432
КИН, д. ед.
0.400
0.353
0.350
0.307
0.298
70-80
80-90
0.300
0.250
0.305
0.269
0.200
0.150
0.100
0.050
0.000
до 50х
50-60
60-70
период
90-2000 2000-2010
7
8
Из Энергетической стратегии России до 2030г.
В качестве индикатора стратегического развития нефтяного
комплекса предусмотрена следующая динамика коэффициента
извлечения нефти (КИН):
2008 г. (факт) — 0,3,
за 1-й этап (2013–2015 гг.) планируется достичь КИН = 0,3–0,32,
за 2-й этап (2020–2022 гг.) — 0,32–0,35,
к концу прогнозируемого периода за 3-й этап (2030 г.) планируется
достичь КИН = 0,35–0,37.
Снижение удельной энергоемкости ВВП в 2,3 раза.
Снижение удельных потерь и расходов на собственные нужды
предприятий ТЭК, доведение ежегодного объема экономии
энергоресурсов по сравнению с современным уровнем не менее чем
300 млн т условного топлива в год.
В плане экологической безопасности энергетики ориентиром
является двукратное снижение сброса загрязненных сточных вод
в водоемы.
9
По данным д.т.н., проф. Г.Г.Вахитова:
10
Из монографии:
«Нанотехнология в ближайшем десятилетии.
Прогноз направления исследований / под ред.
Роко М.К., Уильямса Р.С., Аливатоса П. // М.,
Мир, 2002, 292с.»
Нанотехнологический подход означает
целенаправленное регулирование на
молекулярном уровне свойств объектов,
определяющем их фундаментальные
параметры
11
По мнению аналитиков «LUX Research», нанотехнологии –
это не новая отрасль мировой экономики, а средство для
модернизации множества других ее отраслей, и те, кто
овладеет максимальным спектром нанотехнологий и их
количеством, будут владеть миром.
По мнению акад. Ю.Д.Третьякова и чл.-корр. Е.А.Гудилина,
естественнонаучный подход к «нано» состоит в том, чтобы
на базе достижений химии, физики, материаловедения,
математического моделирования, создать прорывные
нанотехнологии.
Нанотехнологии, в отличие от обычных технологий,
характеризуются повышенной «наукоемкостью» и
затратностью, и в них резко снижена вероятность решения
задач методом «проб и ошибок», который традиционно
используется в прикладных разработках
12
Наноявления в пористых средах
В наноразмерном интервале (0,1-100 нм) на молекулярном уровне
природа «программирует» основные характеристики веществ,
явлений и процессов. Все природные материалы и системы
построены из нанообъектов.
Согласно рекомендации 7-ой Международной конференции по
нанотехнологиям (Висбаден, 2004 г) выделяют следующие типы
наноматериалов: нанопористые структуры; наночастицы; нанотрубки
и нановолокна; нанодисперсии (коллоиды); наноструктурированные
поверхности и пленки; нанокристаллы и нанокластеры.
Кроме непосредственно малоразмерных частиц, наночастицами
являются поверхностные наноструктуры (ямки, выступы, канавки,
стенки), объемные наноструктуры (поры и капилляры), пленки
веществ наноразмерной толщины
13
Наноявления при заводнении
Наиболее распространенным методом разработки
нефтяных месторождений является заводнение.
При этом основные свойства воды определяются на
молекулярном уровне (наноуровне). Было также
установлено, что у воды на наноуровне есть память.
Нефтяной пласт представляет собой
высокодисперсную систему с большой поверхностью
границ раздела фаз и огромным скоплением
капиллярных каналов, в которых движутся жидкости,
образующие мениски на границе раздела фаз.
Механизм перемещения нефти в пласте и
извлечение ее, во многом, определяется
молекулярно-поверхностными процессами,
протекающими на границах раздела фаз
(породообразующие минералы – насыщающие пласт
жидкости и газы - вытесняющие агенты).
14
Закономерность вытеснения нефти
в пористых средах
При вытеснении нефти из пласта путем
нагнетания в него водного раствора нефть
диспергируется на отдельные части (агрегаты,
ганглии,
блобы,
целики,
кластеры
макродиспергируется), распределение которых по
размерам
определяется
капиллярным
гистерезисом Р12 в системе нефть-вода-порода.
15
Объект исследований нефтяной науки
Нефтяная наука, являясь частью наук о Земле,
и аккумулируя геологию, гидродинамику,
технику, химию, математику, имеет свой
специфический объект исследований – физикохимические наноявления в геологических телах,
пластовых флюидах и промысловом
оборудовании, охватывающий как сами
наноявления, так и способы их учета при
геолого-гидродинамических и техникоэкономических расчетах разработки и
эксплуатации нефтегазовых залежей.
16
Ожидаемый результат от масштабного применения
современных модификаций МУН (модернизация):
увеличение КИН
для активных запасов на 0,10-0,15 до 0,50-0,70,
для ТИЗН - увеличение КИН на 0,20-0,25 до 0,40-0,45.
средний КИН при этом может возрасти до 0,50.
Ожидаемый результат от масштабного применения
нанотехнологий (инновации):
увеличение КИН
для активных запасов на 0,15-0,20 до 0,60-70,
для ТИЗН - увеличение КИН на 0,25-0,35 до 0,40-0,55.
средний КИН при этом может возрасти до 0,60-0,65.
17
Энергоэффективность уже прошедших опытнопромышленную апробацию нанотехнологий
Прошедшие опытно-промышленную апробацию нанотехнологии
Хавкина А.Я. показали следующие значения экономии электроэнергии
на 1 м3:
0,4 КВт·час=1,5 МДж – предупреждении образования отложений смол
и парафинов в добывающей скважине;
0,7 КВт·час=2,5 МДж – при закачке воды в пласт для вытеснения
нефти;
5 КВт·час=18 МДж – при снижении обводненности добываемой
продукции;
8,5 КВт·час=30 МДж – при снижении температуры нефтеподготовки
при отделении от нее воды.
В целом, от прошедших опытно-промышленную апробацию нанотехнологий Хавкина А.Я. суммарная возможная экономия электроэнергии
на 1 м3 промысловой жидкости составит более 50 МДж.
18
Энергоэффективность уже прошедших опытнопромышленную апробацию нанотехнологий
Только в России от прошедших опытно-промышленную апробацию
нанотехнологий Хавкина А.Я. суммарная возможная экономия
электроэнергии может составить:
1500 ТДж – предупреждении образования отложений смол и
парафинов в добывающей скважине (1 млрд. м3);
7500 ТДж – при закачке воды в пласт для вытеснения нефти (3 млрд. м3);
65000 ТДж – при снижении обводненности добываемой продукции
(3,5 млрд. м3);
30000 ТДж – при снижении температуры нефтеподготовки при
отделении от нее воды (1 млрд. м3).
При этом, по данным РусГидро, затратив 1 ТДж, можно добыть 20000 т
угля, 10000 т нефти, вспахать 700 км2 земли.
В нефтяной отрасли мира, от прошедших опытно-промышленную
апробацию нанотехнологий Хавкина А.Я. значения экономии
электроэнергии (вследствие структуры запасов и уже применяемых
технологий) будут в 3-4 раза больше.
19
Направления приложения нанотехнологий в
нефтегазовом комплексе
1. Увеличение нефтеотдачи до 40-60%.
2. Снижение обводненности нефти с 85% до 60-70%.
3. Воздействие на глинистую составляющую пород.
4. Регулирование смачиваемости пород.
5. Воздействие на наноколлектора.
6. Снижение энергозатрат на закачку, подъем и подготовку нефти.
7. Разработка месторождений газогидратов.
8. Утилизация и торговля газа в газогидратном состоянии.
9. Утилизация низконапорного газа.
10. Стабилизация неустойчивых коллекторов.
11. Большерасходные нанофильтры.
12. Применение нанокомпозиционных материалов.
13. Гидрофобные наножидкости и нанореагенты.
14. Регулирование состояния нанокластеров тяжелых у/в.
15. Извлечение метана угольных пластов.
16. Увеличение глубины переработки нефти.
17. Упрочнение заколонного цемента при сторительстве скважин.
18. Экологическое улучшение работы всего нефтегазового комплекса.
19. Снижение себестоимости добычи нефти до 2 долл/баррель.
20. Энергосбережение.
20
21
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
Документ
Категория
Презентации
Просмотров
15
Размер файла
1 776 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа