А. Я. ХАВКИН
Институт проблем нефти и газа РАН, д.чл. РАЕН,
сопредседатель бюро секции «НТ для НГК» НОР,
Москва, Россия

Настоящий доклад является кратким обзором выполненных автором работ [1-23] и служит информационной базой даль-нейшего развития исследований по учету и использованию управляемых наноявлений в системе «нефть-газ-вода-порода» для повышения эффективности добычи нефти и газа.

Суммируя ставшие традиционными определения термина «нанотехнологии» в Национальной нанотехнологической ини-циативе США, Королевском общество инженеров Великобрита-нии, «РОСНАНО» и других, следует признать суть этих опреде-лений: «нанотехнологический подход означает целенаправлен-ное регулирование на молекулярном уровне свойств объектов, определяющих их фундаментальные параметры» [24].

Кроме напосредственно наноразмерных частиц, нанообъек-тами являются поверхностные наноструктуры (ямки, выступы, канавки, стенки), объемные наноструктуры (поры и капилляры). К объектам исследований нанонауки также относятся ультра-дисперсные системы, в том числе глины, аэрозоли, мицелляр-ные коллоидные растворы, полимерные золи и гели, а также капиллярные и ионнообменные явления [25]. Умение управлять этими объектами принципиально важно для повышения коэф-фициента извлечения нефти (КИН).

Вице-президент РАН академик Н.П.Лаверов указал, что тех-нологический прогресс по добыче углеводородов в России не удовлетворяет современным требованиям и нужно его улуч-шить [26]. Проведенные автором исследования показали прин-ципиальную роль наноявлений смачивания и ионнообмена в системе «нефть-газ-вода-порода», которые значительно изме-няют распределения нефте- и водо- насыщенностей в пористых средах в отличие от традиционных представлений, и, естествен-но, показатели разработки месторождений.

Большую роль в добыче нефти в скором времени станут иг-рать наноколлектора (т.е. коллекторы с размерами пор менее 100 нм), и для их разработки потребуются технологии, учиты-вающие наноразмер порового пространства. Так, залежи нефти баженовской свиты Западной Сибири, в которых еще не завер-шены процессы преобразования органического вещества (керо-гена) в подвижные углеводороды, имеют геологические ресурсы углеводородов более 100 млрд. тонн. Основная часть углеводо-родов сосредоточена в коллекторе со средним радиусом пор 8-25 нм. КИН при традиционных способах – 0,03-0,05, что нерен-табельно. КИН при нанотехнологиях может составить более 0,3. В этом случае потенциал прироста извлекаемых запасов нефти превысит 30 млрд. тонн.

Другой пример наноколлектора – уголь. В недрах угольных бассейнов сосредоточены значительные ресурсы спутника угля – метана, соизмеримые с ресурсами газа традиционных место-рождений мира. Угольные бассейны следует рассматривать как метаноугольные, подлежащие комплексному поэтапному освое-нию, с опережающей широкомасштабной добычей метана (в том числе для безопасной добычи угля). В угле много пор диа-метром менее 10 нм. Поэтому уголь является наноколлектором природного газа, и борьба с выбросами природного газа и его добыча должны ориентироваться на работу с наноразмерными порами: закачка реагентов для смачивания угля, если не учиты-вать наноразмер пор при выборе химреагентов, пройдет только по трещинам и открытым порам. Возможно поэтому и происхо-дят катастрофы на угольных шахтах.

Особенно важным для КИН является учет наноразмерной формы поверхности пор, поскольку она влияет на капиллярный гистерезис в системе «нефть-газ-вода-порода», определяющий эффективность вытеснения нефти. Целенаправленным измене-нием структуры наноразмерных минеральных фаз коллектора можно увеличить КИН за счет уменьшения итогового значения капиллярного гистерезиса. Этот вывод создает основы приклад-ной наноминералогии.

Внедрение уже запатентованных нанотехнологий может обеспечить увеличение КИН до 0,45-0,50 (в 1,5-1,7 раза больше, чем ныне достигаемые 0,30-0,35), а их развитие – до 0,60-0,65. При этом КИН для традиционных запасов увеличиться на 0,20-0,25 до 0,60-0,70, для трудноизвлекаемых запасов – увеличение КИН составит 0,25-0,35 до 0,45-0,55.

Запасы газа в месторождениях газогидратов также невоз-можно освоить без регулирования свойств газогидратов на ион-ном уровне. Применение нанотехнологий позволит снизить энергозатраты на регулирования свойств газогидратов, перево-дить газ в газогидратную форму и торговать природным газом в газогидратном состоянии для частичной диверсификации экс-порта газа и возможности обеспечить газом отдаленные посел-ки. Кроме того, это позволит утилизировать попутный нефтяной газ и низконапорный природный. Фактически речь идет о соз-дании газогидратной отрасли ТЭК.

Из изложенного следует, что уже сейчас видны следующие направления развития нефтегазовой наноиндустрии, основанной на целенаправленном регулировании наноявлений, определяю-щих фундаментальные параметры макросистем:
1) Снижение обводненности добываемой нефти.
2) Увеличение коэффициента извлечения нефти.
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 газом в газогидратном состоянии.
9) Утилизация низконапорного и попутного нефтяного газа.
10) Стабилизация неустойчивых коллекторов.
11) Большерасходные нанофильтры.
12) Применение нанокомпозиционных материалов.
13) Гидрофобные наножидкости и нанореагенты.
14) Регулирование состояния нанокластеров тяжелых угле-водородов.
15) Упрочнение заколонного цемента при строительстве скважин.
16) Увеличение глубины переработки нефти.
17) Извлечение метана угольных пластов.
18) Экологическое улучшение работы всего нефтегазового комплекса.

Литература
1. Хавкин А.Я. Нанотехнологии нефтеизвлечения // М., Спутник+, 13.07.2006, 16с.
2. Khavkin A.Ya. NanoTechnologies for Oil Recovery // SPE ATW Water Management, Moscow, Russia, 4-7 December 2006, 6c., Интернет, http://Spelondon.spe.org/06amsc.
3. Хавкин А.Я. Приставка «нано» – корень «нефть» // Нефть России, 2007, № 4, с.90-92.
4. Хавкин А.Я. Особенности создания программных ком-плексов для мониторинга разработки нефтяных месторождений // Отечественная геология, 2007, № 2, с. 36-43.
5. Хавкин А.Я. О значимости наноявлений в технологиях нефтегазодобычи // Сборник материалов Международного на-учного Конгресса «Гео-Сибирь-2007», т. 5, Новосибирск, СГГА, 2007, с.97-101.
6. Хавкин А.Я. Нанотехнологии в добыче нефти // Нефтяное хозяйство, 2007, № 6, с.58-60.
7. Khavkin A.Ya. Nanotechnologies of Oil&Gas Recovery // IEA, EOR-2007, Offshore EOR, Technology and Economy, 04-07 September 2007, Vedbaek, Denmark, F2, 9p.
8. Хавкин А.Я. Нанотехнологии в добыче нефти и газа // М., ПЦ «НТИС», Спутник, 2008, изд. 1, 148с.
9. Хавкин А.Я. Нанотехнологии в добыче нефти и газа / под ред. член-корр. РАН Г.К.Сафаралиева // М., Нефть и газ, ПЦ «НТИС», 2008, изд. 2 и 3, 171с.
10. Хавкин А.Я. Пора откупорить поры // Поиск, Еженедель-ная газета научного сообщества, 22 августа 2008г., № 33-34, с.9.
11. Хавкин А.Я. Нанотехнологии нефтедобычи // Междуна-родный форум по нанотехнологиям 3-5.12.2008г. Rusnanotech-08, Сборник тезисов докладов научно-технологических секций, т.2, М., РОСНАНО, 2008, с. 508-510.
12. Хавкин А.Я. Нанотехнологии добычи нефти – локомотив российской экономики // Эфирная дискуссия на радио «Русская служба ВВС» 17.12.2008г., 18.30-19.00.
13. Хавкин А.Я. Регулирование наноявлений в нефтегазовых пластах – основа повышения нефтегазоотдачи // Управление качеством в нефтегазовом комплексе, 2008, № 4, с.6-13.
14. Хавкин А.Я. Пути развития экспортного потенциала рос-сийского газа // Эфирная дискуссия на радио «Русская служба ВВС» 15.01.2009г., 09.40-09.55.
15. Хавкин А.Я. Применение нанотехнологий в нефтегазовом комплексе – один из приоритетов инновационной экономики России // Интеграл, 2009, № 1, с.20-21.
16. Хавкин А.Я. От «нано» к нанотехнологиям // Естествен-ные и технические науки, 2009, № 2, с.180-186.
17. Хавкин А.Я. Нанотехнологические инновации в газовой промышленности // Газовый бизнес, 2009, март-апрель, с.62-64.
18. Хавкин А.Я. Наноявления в нефтегазодобыче // Вестник РАН, 2009, № 6, с.519-522.
19. Хавкин А.Я. Нанотехнологические перспективы нефтедо-бычи // Бурение и нефть, 2009, № 7-8, с.16-19.
20. Хавкин А.Я. Перспективы создания газогидратной отрас-ли ТЭК // Наука и технологии в промышленности, 2009, № 2, с.87-88.
21. Хавкин А.Я. Направления развития нефтегазовых нано-технологий // Международный форум по нанотехнологиям 6-8.10.09г. Rusnanotech-09, Сборник тезисов докладов научно-технологических секций, М., РОСНАНО, 2009, с.135-137.
22. Хавкин А.Я. Перспективы развития нефтегазовой наноин-дустрии // НАНОтехнологии Экология Производство, август 2009, № 1, с.98-102.
23. Хавкин А.Я. Самоорганизация наноминеральных ком-плексов глин и нефтедобыча // НАНОтехнологии Экология Производство, ноябрь 2009, № 2, с.94-99.
24. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз на-правления исследований / под ред. Роко М.К., Уильямса Р.С., Аливатоса П. // М., Мир, 2002, 292с.
25. Сумм Б.Д., Иванова Н.И. Коллоидно-химические аспекты нанохимии – от Фарадея до Пригожина // Вестник МГУ, сер. Химия, 2001, т. 42, № 5, с. 300-305.
26. Лаверов Н.П. Топливно-энергетические ресурсы // Вест-ник РАН, 2006, т. 76, № 5, с.398-408.