Сибирский федеральный университет

Повысить количество извлекаемых из пласта углеводородов поможет силиказоль — коллоидный раствор двуокиси кремния в воде, получаемый из силикатной глыбы. Выяснилось, что он существенно повышает смачиваемость породы, из которой добывается нефть, и тем самым увеличивает интенсивность добычи почти в 6 раз по сравнению с обычной технологией заводнения, когда в пласт закачивается вода. Учёные полагают, что использование такого метода позволит добывать остаточные (и считающиеся не извлекаемыми при помощи стандартных промышленных методов) запасы «чёрного золота» из пласта и значительно повысит продуктивность нефтедобычи, в том числе на северных месторождениях Красноярского края.

Повышение нефтеотдачи пластов — одна из главных проблем энергообеспечения во всём мире. В России наиболее распространённые на сегодняшний день методы извлечения нефти при помощи воды, растворов поверхностно-активных веществ, щелочей и растворителей обеспечивают сравнительно низкий коэффициент нефтеотдачи в пределах 20–40 %, в то время как запасы, остающиеся в породе, могут достигать 60–80 % от первоначальных разведанных геологических запасов нефти.

«Мы изучили потенциал применения силиказолей для увеличения нефтеотдачи пласта. Провели эксперимент по капиллярной пропитке образцов песчаника силиказолем, представляющим собой суспензию с наночастицами кремния. Силиказоль существенно меняет межфазное натяжение и смачиваемость породы, он вводится в нефтеносный пласт после воды и помогает вытеснять большое количество нефти, которая ранее оставалась недоступной для добычи. И если с помощью одной только воды можно достичь нефтеотдачи около 7 % (данные полученные в ходе эксперимента по капиллярной пропитке), то благодаря силиказолю с размером наночастиц порядка 10 нм можно увеличить этот показатель до 40 %», — рассказал научный сотрудник лаборатории физико-химических технологий разработки трудноизвлекаемых запасов углеводородов СФУ Максим Пряжников.

Учёный отметил, что применение силиказолей в нефтедобыче является удачным примером развития новых универсальных отечественных технологий. В городе Дзержинск (Нижегородская область) начинает работу масштабное производство силиказоля, и оно включено в перечень государственных проектов, оказывающих существенное влияние на смежные отрасли промышленности. Соглашение о создании производства было подписано в ходе Петербургского международного экономического форума (ПМЭФ) в 2023 г.

Продукция, которая будет производиться на предприятии «РусСилика», включена в отраслевые планы по импортозамещению в отрасли химической промышленности РФ. По словам специалистов, у стабильного силиказоля широкая область применения: он может использоваться в нефтепереработке для синтеза катализаторов гидрокрекинга, в производстве трансформаторной стали для придания антикоррозийных свойств металлам, в фармацевтике и для улучшения свойств лакокрасочной продукции, а также для изготовления клеёв, бумаги, красок, строительных материалов и др.

«Компания „РусСилика“ предоставила нам образцы силиказоля для исследования. Мы насыщали керны нефтью, помещали одни образцы в водную среду, а другие — в силиказоль с различной концентрации наночастиц. В итоге было невооружённым глазом видно, сколько нефти вытесняется из породы при помощи этой суспензии, поскольку силиказоль и нефть не смешиваются — их граница очень чёткая», — продолжил Максим Пряжников.

Несомненное преимущество нового метода, предложенного красноярскими учёными, в том, что использование силиказоля не требует особого оборудования: ни специальных мешалок, ни ультразвукового воздействия. Достаточно непосредственно на месторождении разбавить концентрат нужным количеством воды и заполнить им нефтяной пласт. В планах учёных — испытать работу силиказоля по увеличению нефтеотдачи на образцах пород с различной пористостью и проницаемостью, чтобы узнать его эффективность в отношении неоднородных по геологическому строению пластов, а также провести опытные испытания на месторождениях.

Работа выполнена по заказу Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (№ ФСРЗ 2020-0012).