нано нефть хавкин
TRANSCRIPT
100
№4(
11)
ию
ль'
2011
Макророль нефтегазовых
нанотехнологий
Принципиально важно, что эффективность нефтевытеснения определяется наноразмерами: поверхность пор имеет нанометровую шероховатость, а смачивающие свойства пород определяются как раз шероховатостью. Другими словами, регулирование свойств нефтегазовых пластов на уровне электрических взаимодействий, смачивания, изменения структуры минералов (размеры которых 2040 нанометров) решаются с применением технологий управления наноявлениями (нанотехнологий).
Проведенными исследованиями [13] показана возможность существенно большего нефтеизвлечения из уже открытых месторождений при применении нанотехнологий (инноваций) в нефтегазовых пластах, чем это имеет место сегодня. Развитие этих работ может стать серьезным вкладом в энергетическую безопасность страны, которую, на наш взгляд, невозможно реализовать без контроля коэффициента извлечения нефти (КИН) и таких индикаторов энергоэффективности добычи нефти, как водонефтяной фактор и температура процесса водонефтеподготовки.
Вложения в нанотехнологии добычи нефти и газа дадут самую быструю и максимальную финансовую отдачу из всех направлений вложений средств. Поэтому стратегической целью нефтяного сектора Энергетической стратегии России2030 должно быть массовое применение нанотехнологий в различных сферах нефтегазового комплекса для повышения его энергоэффективности и создания рентабельных технологий разработки уже открытых месторождений на территории России с ориентирами по КИН: хотя бы 0,35 к 2013 г., 0,4 к 2020 г., 0,5 к 2030 г. Научный же потенциал КИН в России следующий: 0,4 к 2013 г., 0,45 к 2020 г., 0,60,65 к 2030 г. При этом для активных запасов КИН может быть увеличен на
Нефтегазовые нанотехнологии позволяют повысить эф-фективность добычи нефти, обеспечить рациональное природопользование, повысить безопасность при добы-че угля за счет снижения аварийности на угольных шах-тах путем эффективной утилизации метана, обеспечить энергосбережение, улучшить транспортную логистику природного газа [1-5].
0,1520 до 0,60,7, а для ТИЗН – на 0,250,35 до 0,400,55 [13].
Наноразмерными явлениями определяется эффективность извлечения метана угольных пластов, поскольку значительная часть пор в углях имеет наноразмер [2]. Перевод метана в газогидратную форму из воздушной среды угольных шахт с помощью нанотехнологий позволит снизить взрывоопасность при шахтной выработке угля [4, 5]. Также перевод метана в газогидратную форму позволит транспортировать газ в газогидратной форме и обеспечит безтрубную газификацию России.
Нанотехнологии позволяют повысить прочностные свойства бетонов при строительстве сооружений, в том числе в зонах с резким изменением
Наноразмерные свойства нефтяных пластов – это современное направление нефтяной геологии, в том числе и наноминералогии.
Хавкин А.Я.,главный научный сотрудник ИПНГ РАН, профессор УдГУ и РГУНГ им. И.М.Губкина, член ЦП НОР, Лауреат Медали ЮНЕСКО «За вклад в развитие нанонауки и нанотехнологий», д.т.н.
Наука и технологии
101
№4(
11)
ию
ль'
2011
температур, и цементов при строительстве скважин. Нанотехнологии улучшают экологию нефтегазового комплекса и увеличивают глубину переработки нефти. Создание биотоплива – это тоже нанотехнология.
Наноразмерные свойства нефтяных пластов – это современное направление нефтяной геологии, в том числе и наноминералогии. Учет наноразмерных явлений в нефтегазовых пластах – это современное направление моделирования разработки и создания новых нанотехнологий увеличения нефтегазоотдачи.
На встрече 7 июля 2011 г. с Президентом РАН Ю.С. Осиповым Президент РФ Д.А. Медведев сообщил о подписании Указа, в котором определяются приоритетные направления развития науки, технологий и техники в России и перечень из двадцати семи так называемых критических технологий. В качестве приоритетных направлений отмечены:1. Безопасность и противодействие терроризму.2. Индустрия наносистем.3. Информационнотелекоммуникационные системы.4. Науки о жизни.5. Перспективные виды вооружения, военной и специальной техники.6. Рациональное природопользование.
нозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения.20. Технологии поиска, разведки, разработки месторождений полезных ископаемых и их добычи.21. Технологии предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.26. Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и использования энергии.27. Технологии энергоэффективного производства и преобразования энергии на органическом топливе.
Более того, нанотехнологии нового природопользования являются товарным продуктом 6го технологического уклада. 6й цикл Кондратьева (6й технологический уклад) ожидается с 2020 г., и технологический подъем экономики будет обеспечиваться развитием робототехники, биотехнологий, нанотехнологий, управлением здоровьем человека за счет новой медицины, новым природопользованием [6].
По данным академика РАН Е.Н. Каблова [7], в США доля 5го технологического уклада составляет 60 %, 4го – 20 % и около 5 % уже приходятся на 6й технологический уклад. В России же 6й технологический уклад пока не формируется, а доля технологий 5го
Для активного внедре-ния нефтегазовых на-
нотехнологий в отрасль необходимо создать кад ры, способные
и готовые к созданию и внед рению нефтега-зовых нанотехнологий.
7. Транспортные и космические системы.8. Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика.
Вышеизложенное означает, что 5 из 8 приоритетных направлений развития науки (1, 2, 6, 7, 8), технологий и техники в России включают нефтегазовые нанотехнологии. Кроме того, 8 из 27 критических технологий могут быть отнесены к нефтегазовым нанотехнологиям:7. Компьютерное моделирование наноматериалов, наноустройств и нанотехнологий.8. Нано, био, информационные, когнитивные технологии.15. Технологии новых и возобновляемых источников энергии, включая водородную энергетику.19. Технологии мониторинга и прог
Наука и технологии
102
№4(
11)
ию
ль'
2011
уклада составляет примерно 10 % (в военнопромышленном комплексе и в авиакосмической отрасли), 4го – свыше 50 %, 3го – около 30 %.
Получается, что Россия практически пропустила начало 5го технологического уклада, и чтобы не стать технологически отсталой страной, России надо успеть войти в 6й технологический уклад со своими технологиями, адекватными этому укладу, перешагнув через 5й технологический уклад. Альтернативы инновационному пути развития страны нет: две трети территории РФ – вечная мерзлота и суровые холода зимой. Изза природноклиматических условий – весьма дорогая рабочая сила, каковую надо хорошо кормить, обогревать и тепло одевать, неизбежно дорогое жилье. Время «беспечной нефтяной цивилизации» заканчивается, добыча углеводородов без дополнительных усилий начнет падать. Однако это падение может не привести к росту цен на нефть вследствие развития альтернативной энергетики. В условиях глобализации (свободного потока идей, людей, капиталов, товаров и информации) Россия без адекватного вхождения в 6й технологический уклад потеряет экономическую самодостаточность [6].
В соответствие со Стратегией инновационного развития РФ на период до 2020 г. (ИР2020), разработанной Минэкономразвития РФ [8], Россия ставит перед собой задачу перехода на инновационную социальноориентированную модель развития. Как отмечено в ИР2020, переход экономик странлидеров на 6й технологический уклад, технологическая революция в ресурсосбережении и альтернативной энергетике, резко
цией сектора фундаментальной и прикладной науки вокруг тех направлений, которые имеют коммерческое применение. Как указано в ИР2010, потенциально Россия может претендовать на лидерство, в том числе, в применении нанотехнологий и отдельных направлениях рационального природопользования [8].
На совещании по модернизации и технологическому развитию экономики 25 декабря 2009 г. Президент РФ Д.А. Медведев указал, что «модернизация» – это то, что уже есть у других, а России нужны еще «инновации» – то, чего нет пока ни у кого, и привел такие цифры по крупнейшим нефтяным компаниям: коэффициент вложений средств на добычу (доллар США к тонне условного добытого топлива) в «Шелл» – это 5,67; в «Эксон мобил» – 3,02; в «Газпроме» – 0,29; в «Сургутнефтегазе» – 0,39; в «Татнефти» – 0,72; в «Роснефти» – 0,06.
Вицепрезидент РАН академик Н.П. Лаверов подчеркивает: обновление технологий компанией Shell («Шелл») уменьшило затраты на добычу нефти на глубоководных месторождениях более чем в 2,5 раза и значительно увеличило добычу, и считает первейшей задачей создание новой системы моделирования месторождений нефти и газа в целях интенсификации добычи и снижения себестоимости углеводородного сырья [10].
Структура российских запасов нефти обязывает российских нефтяников создавать рентабельные технологии даже для трудноизвлекаемых запасов, которых в России более 65 %. Но без создания высокоэффективных нанотехнологий добычи нефти с себестоимостью на уровне Саудовской Аравии (2,02,5 долларов США/баррель) нефтяная промышленность России будет находиться под угрозой резкого снижения цены на нефть, что может привести к стагнации нефтяной отрасли России. А возможности создания таких российских нанотехнологий есть [13].
Заместитель председателя Комиссии РАН по нанотехнологиям, членкорреспондент РАН М.В. Ковальчук отметил [9], что «инновации могут быть в различных областях, в том числе и в сфере ресурсов. Разведка и добыча нефти, любых полезных ископаемых, очистка, обогащение и производство химического сырья – все это и есть высокие технологии, нау коемкая экономика».
повышают неопределенность в развитии России, основу специализации которой на мировых рынках составляет экспорт традиционных энергоносителей. Уменьшение потребления нефтегазового сырья на мировом рынке может уменьшить поступление средств в федеральный бюджет и, тем самым, замедлить модернизацию экономики России, снижению значимости России в глобальной экономике.
В ИР2020 в качестве локомотива экономики указывается медицина, биология, альтернативная и возобновляемая энергетика, атомная отрасль, информационные технологии. Но именно эти направления наиболее пострадали в кризис 20092010 гг. Эти вызовы диктуют необходимость опережающего развития отдельных специфичных направлений научных исследований и технологических разработок. Поэтому одной из ключевых задач стратегии ИР2020 являются технологии добычи нефти в сложных геологических условиях с концентра
Стратегической целью нефтяного сектора
Энергетической стра-тегии России-2030
должно быть массовое применение нанотех-нологий в различных сферах нефтегазового комплекса для повы-шения его энергоэф-
фективности.
Наука и технологии
103
№4(
11)
ию
ль'
2011
на разрабатываемых залежах позволит в ближайшие годы заполнить трубу «ВСТО» на Владивосток, а создание газогидратной отрасли ТЭК обеспечит многолетнюю отдачу, поскольку позволит транспортировать газ в газогидратной форме, утилизировать попутный и низконапорный газ, даст тысячи рабочих мест, диверсификацию потоков товарного газа и безтрубную газофикацию России, снизит аварийность на угольных шахтах [15].
То, что нефтегазовый комплекс РФ яв ляется в настоящее время единственной реальной базой для технологической модернизации экономики страны, считает и Председатель совета Союза нефтегазопромышленников России Юрий Шафраник [12].
Для активизации внедрения нефтегазовых нанотехнологий необходимо:
Признать задачу повышения КИН – такой же государственной задачей, какой раньше было создание атомного оружия и полет в космос, и для ее решения объединить усилия работников нефтегазовой отрасли и все
го научнотехнического сообщества страны: геологов, физиков, химиков, математиков, металловедов, конструкторов.
Обязать публиковать годовой водонефтяной фактор при публикации статистической отчетности по добыче нефти различными компаниями в России (поскольку это один из основных показателей энергоэффективности нефтедобычи).
Активизировать работы по созданию газогидратной отрасли ТЭК как для транспорта газа в газогидратной форме, так и для снижения аварийности на угольных шахтах вследствие взрывов угольнометановой смеси.
Включить в государственную программу работ (и в программу работ РАН) в сфере нанотехнологий раздел «Нанотехнологии для нефтегазового комплекса».
Нанотехнологии для нового природопользования (НТНП) – в первую очередь инновационные нанотехнологии в добыче нефти и газа, имеющие конкретное и востребованное коммерческое применение, – позволят, в значительной степени, выполнить стоящие перед экономикой России задачи по энергосбережению, рациональному природопользованию (в том числе на основе компьютерного моделирования нанотехнологий). При этом НТНП позволят создать новые логистические схемы транспорта углеводородов и перейти нефтегазовой отрасли к 6му технологическому укладу, что можно считать макроролью нефтегазовых НТ.
А вот мнение Нобелевского лауреата академика Ж.И. Алферова: «Нанотехнологии надо развивать в России, и они станут базой для создания у нас высоких технологий в целом. Основа нанотехнологий в целом – фундаментальные исследования. Чрезвычайно важна активная финансовая и идеологическая поддержка научных исследований по нанотехноло гиям в институтах и лабораториях Академии наук, научных центрах и даже в частных компаниях, появившихся в последнее время». Говоря о создании атомного оружия в США и в СССР, Ж.И. Алферов отметил, что «сначала было неясно, могут ли они осуществиться и каким способом. Но оба проекта успешно реализованы и изменили лицо планеты. Это инновационные проекты гигантского масштаба. Их победа связана с кадрами, трудившимися над их выполнением». «Рождение понастоящему новых вещей возможно, когда сущест вует непосредст венная связь между лабораторией, которая ведет фундаментальные исследования, и некоей группой или группами, которые занимаются приложением этих фундаментальных исследований. Готовая технология осваи вается в опытном производстве, а затем в крупном. Внед рение изобретений – это не прос то передача документации, готовой технологии. Новые открытия порождают в каждой области новую научную идеологию, начинается процесс обучения этой новой идеологии ученых, которые занимают ся практическими приложениями». «Очень важно в Правительстве РФ, корпорации РОСНАНО точно определить, какие задачи мы должны решить для того, чтобы нанотехнологии заняли место в производстве и принесли прибыль – важно, чтобы результаты исследований были востребованы экономикой» [11].
А нефтегазовые нанотехнологии востребованы отраслью! Таким образом, для активного внедрения нефтегазовых нанотехнологий в отрасль необходимо создать кадры, способные и готовые к созданию и внедрению неф тегазовых нанотехнологий.
По мнению автора, вложения в нанотехнологии добычи нефти и газа дадут самую быструю и максимальную финансовую отдачу из всех направлений вложений средств. Так, обработки призабойных зон скважин дают отдачу через полгода, повышение КИН
1. Хавкин А.Я. Наноявления в нефтегазодобыче // Вестник РАН, 2009, № 6, С. 519522.2. Хавкин А.Я. Перспективы развития нефтегазовой наноиндустрии // НАНОтехнологии Экология Производство, август 2009, № 1, С. 98102.3. Хавкин А.Я. Наноявления и нанотехнологии в добыче нефти и газа / под ред. членкорр. РАН Г.К. Сафаралиева // М., ИИКИ, 2010, 692 с.4. Хавкин А.Я. Российские нанотехнологии должны служить России // Интервью, ИТАРТАСС, 22 ноября 2010 года, Интернет, 4 с., http://www.itartass.com.5. Хавкин А.Я. Технологии отбора и использования углеметана в газогидратной форме // Материалы Международного семинара «Эффективные методы извлечения и переработки угольного метана» 1315 июня 2011 г., Кемерово, 38 с.6. Малинецкий Г.Г. Страна входит в критическое десятилетие // Интернет, http://www. nanonewsnet.ru/articles/2009/georgii–malinetskii–doklad–o–perspektivakh–rf. 7. Каблов Е.Н. Курсом в 6ой технологический уклад // Инженерная газета, 8 февраля 2010 г.8. Инновационная Россия – 2020 (Стратегия инновационного развития Российской Федерации на период до 2020 года), Проект / Минэкономразвития России, М., 2010 // Инновационные регионы, 2011, вып. 2, С. 2173.9. Ковальчук М.В. РОСНАНО – нетривиальное изобретение // Комерсантъ, 2008, 4 декабря, № 221,С.2.10. Лаверов Н.П. Топливноэнергетические ресурсы // Вестник РАН, 2006, т. 76, № 5, С.398408.11. Алферов Ж.И. От информации, информационных процессов и технологий до нанотехнологий / А. Любимов // Представительная власть – ХХI век, 2009, № 4, С.15.12. Шафраник Ю. Нефтегазовый комплекс позволит модернизировать экономику РФ // Интернет, РИА Новости, 3 сентября 2010 г.
Наука и технологии