Наночастицы позволяют эффективно и экологично добывать «трудную» нефть
Ученые Томского государственного университета (ТГУ) совместно с коллегами из Малайзии, Пакистана и Китая выяснили, что добавление гибридных наночастиц оксида титана и оксида кремния в воду увеличивает скорость извлечения нефти из нетрадиционных пластов на 28 и 6% по сравнению с использованием чистой воды и мононаножидкости соответственно. При этом минимизируется ущерб для окружающей среды.
Более половины запасов нефти в России и Юго-Восточной Азии относится к категории трудноизвлекаемых. Нетрадиционные резервуары часто расположены в плотных песчаниках, сланцах или трещиноватых карбонатных породах, в которых поток жидкости затруднен. Кроме того, высокое содержание глины и естественные трещины приводят к быстрым темпам снижения нефтеотдачи. Поэтому перед учеными стоит задача разработки инновационных технологий добычи «трудной» нефти.
В ходе численного анализа авторы исследовали процесс добычи нефти из нетрадиционных источников в диапазоне температур от 100 до 200 °C. Сделано это было на примере геометрической модели — призмы, представляющей собой нетрадиционный резервуар нефти. Уникальность предложенной методологии заключается в использовании экологически чистых гибридных наночастиц TiO2 и SiO2, которые ранее не исследовали применительно к добыче нефти в таких тепловых и геометрических условиях.
«Сейчас ученые и предприятия нефтедобывающей отрасли для повышения нефтеотдачи рассматривают применение наножидкостей с двумя или даже тремя различными материалами в качестве нановключений. Основная проблема в том, что не всегда есть возможность провести эксперименты с такими наносредами. Соответственно, их теплофизические и другие транспортные характеристики экспериментально недоступны. Поэтому приходится использовать различного рода теоретические корреляции для определения этих параметров. Сейчас по результатам серии вычислительных экспериментов и установления возможности роста нефтеотдачи за счет применения наножидкостей уже можно вести разговор с инженерами: давайте попробуем повторить полученный эффект в реальных условиях», — пояснил один из авторов исследования, заведующий научно-исследовательской лабораторией моделирования процессов конвективного тепломассопереноса ММФ ТГУ Михаил Шеремет.
Полученный результат показывает, что гибридная наножидкость с наночастицами TiO2 и SiO2 обладает существенной способностью оптимизировать извлечение нефти из нетрадиционных резервуаров, при этом пик нефтеотдачи достигается при температуре +100 °C. Еще одно преимущество «зеленого» синтеза — экономия энергии, поскольку нет необходимости в высоком давлении и температуре.
Научно-исследовательская лаборатория моделирования процессов конвективного тепломассопереноса ТГУ, в которой проводилось исследование, создана в 2014 году при поддержке Минобрнауки России.