Благодаря своим свойствам они могут решить многие проблемы нефтяников
Россия – один из мировых лидеров по добыче нефти. Но специалисты знают, что этот процесс не так прост, как кажется на первый взгляд. Ведь нефть нужно не только добыть, но еще и отделить от воды. И проблем здесь хватает. На такую обработку наша страна затрачивает в среднем 7 млрд долларов в год. Как сделать этот процесс более совершенным, экономичным? Над этой проблемой уже не первый год работает молодой ученый, магистрант кафедры программы «Цифровые технологии в проектировании нефтегазохимических производств» ТПУ Яна Чайкина.
Армия недосчиталась офицера?
Как знать, может быть, в лице Яны Чайкиной Российская армия потеряла перспективного офицера. Такие ее качества, как стойкий характер, любовь к порядку, дисциплине, очень пригодились бы в армейской среде. Ведь изначально после школы девушка из маленького алтайского городка Горняк, увлекающаяся химией, планировала поступать в военно-медицинский вуз. И все задатки для этого у нее были. Девушка занималась разными видами спорта. Имеет третий разряд по борьбе, 11 лет посвятила танцам, три года отдала баскетболу. Не раз защищала честь своей школы в разных спортивных состязаниях. Но набора для девушек в военно-медицинские вузы в 2017-м не было. И Яна, после того как окончила школу с золотой медалью, обратила свой взор на Томский политехнический. Потом были четыре года бакалавриата. Первые два года она обучалась в инженерной школе новых производственных технологий, затем сменила направление деятельности, перейдя в инженерную школу природных ресурсов.
– Конечно, поначалу было трудно, – вспоминает молодой ученый. – Первый курс – это вообще одна зубрежка. Но со временем я освоилась, погрузилась с головой в химию, ведь в школе были только ее азы. Раскрылся мой потенциал к обучению, и я начала получать от этого удовольствие. Появились первые положительные результаты. Мне понравилось себя реализовывать.
В 2021-м, после окончания бакалавриата с красным дипломом, Яна поступила на первый курс магистратуры. Большую роль в ее дальнейшей судьбе сыграла научный руководитель Евгения Владимировна Бешагина, с которой Чайкина познакомилась на четвертом курсе. Она и определила дальнейшее направление исследований девушки, предложив заниматься очень важным вопросом нефтяной отрасли – водонефтяными эмульсиями. Точнее, разделением водонефтяных эмульсий на нефть и воду.
Коварная вода
– Дело в том, что со временем объемы добычи нефти из-за перепада давления на месторождениях сокращаются, – объясняет молодой ученый. – Чтобы все-таки поддерживать относительно высокие объемы добычи нефти, необходимо закачивать в нефтяной створ воду. Это наиболее дешевый способ повышения интенсивности нефтеотдачи. В результате нефть на всех этапах добычи и подготовки смешивается с водой. Образуются стойкие водонефтяные эмульсии, которые нужно разделить. Этим я и занимаюсь с помощью специальных магнитных систем. По этой теме я защищала мою выпускную квалификационную работу в бакалавриате.
Кстати, интересно, что параллельно с обычной защитой выпускной квалификационной работы Яна также защитила ее в виде стартапа. По результатам защиты она подала заявку на всероссийский открытый студенческий конкурс ВКР в виде стартап-проектов, где ее работа заняла первое место.
Сейчас Яна продолжает свои исследования по теме «Магнитные системы для разделения стойких, аномально стойких нефтяных эмульсий» уже в магистратуре посредством опытов.
– Я всегда хотела заниматься практической деятельностью, работать руками, участвовать в экспериментах, – отмечает молодой ученый. – Одна из главных проблем нашей работы в том, что водонефтяные эмульсии сильно растворены друг в друге и их сложно разделить. Для этого требуется либо огромное количество химических реагентов, либо другие трудозатратные и малоэффективные методы. Например, простое отстаивание. А магнитная система, которую мы разработали, гораздо более совершенна. Такая система поляризует капельки воды, которые растворены в нефти. Они активируются, двигаются, сталкиваются, мелкие частицы укрупняются и под действием силы тяжести оседают. Ведь плотность нефти больше, чем плотность воды. Вот так и происходит разделение.
Одни плюсы
Работает система так. В трубопровод, по которому выкачивается водонефтяная эмульсия, внедряется специальный элемент с магнитами, в котором капельки воды поляризуются, образуя более крупные агрегаты, за счет этого происходит быстрый процесс разделения. Потом вода очищается и вновь закачивается в скважину. А очищенная от воды нефть идет на дальнейшую переработку. Как правило, такая очистка применяется не сама по себе, а вкупе с другим способом – химическим, когда в водонефтяную эмульсию закачиваются реагенты, образующие на капельках воды оболочку, заставляющую их укрупняться и оседать на дне. Но химия вредна, в больших количествах использовать ее опасно. Новый, магнитный, метод позволяет резко уменьшить количество таких реагентов. К тому же он не требует подвода электроэнергии. То есть сокращаются расходы на химию и электричество. Практически не страдает экология.
– Мы не нарушаем целостности технологической системы промысла, – объясняет Чайкина, что очень важно, – а лишь совершенствуем ее, повышая эффективность.
Ну а что же это за такие магнитные системы, которые положительным образом воздействуют на водонефтяные эмульсии? Молодой ученый поясняет, что в основе такой системы находятся специальные высокоэнергетические магниты нового поколения. Благодаря создаваемому ими магнитному полю они заставляют капельки воды укрупняться и затем осаждаться.
Активно заниматься высокоэнергетическими магнитами ученые нашей страны начали еще на заре 2000-х. Было создано несколько компаний, ведущих разработки в этом направлении. Но на первых порах работы тормозило несовершенство таких магнитов. Они быстро размагничивались. Сегодня же наука продвинулась далеко вперед. И перспективы здесь хорошие. Упор делается на современные неодимовые магниты.
Есть и еще один любопытный момент. Сами по себе магнитные поля улучшают свойства нефти. Делают ее жиже. И работа в этом направлении тоже обещает хорошие результаты. Да и с магнитными сплавами тоже можно экспериментировать, изменяя их свойства. Например, томские ученые делают ставку на самарий – кобальтовый сплав. Он более устойчив к коррозии, чем тот же неодим.
Сделать из проекта продукт
Яна подчеркивает, что проведены специальные исследования, которые показывают: магнитный метод на 43% эффективнее, чем, например, простое отстаивание водонефтяной эмульсии. Такое отстаивание – самый простой, примитивный, можно сказать, дедовский метод, применяющийся с давних времен. Поэтому разработками томских ученых активно интересуются российские нефтяники, с которыми налажены хорошие контакты.
– Разговаривая с промысловиками, я увидела, что для них это актуальная проблема, – поясняет молодой ученый. – Промысловики предоставляют нам техническую базу для проведения испытаний и экспериментальной наработки. Скоро будет создана большая промысловая установка, которая позволит на практике подтвердить наши научные гипотезы, провести пилотно-промышленные испытания.
Разрабатываемый метод со временем должен быть запатентован и сможет принести определенную финансовую выгоду. Причем не только у нас в стране. Ведь, например, на Западе магнитные системы в нефтяной отрасли практически не используются. Но, для того чтобы быть успешным на рынке, проект необходимо доработать, сделать из него востребованный продукт. А это уже маркетинг, экономика. Поэтому летом этого года Яна подала заявку на участие со своим проектом в акселерационной программе «Архипелаг-2121», занимающейся подобной доводкой. Успешно прошла ее и подала заявку уже на Всероссийский фестиваль технологических проектов HSE FEST, который проводится Высшей школой экономики, где проект вошел в топ-50 и стал резидентом площадки «Энерготехнохаб» Санкт-Петербурга. Также работа Яны Чайкиной была удостоена диплома победителя на III Международном форуме STEM+E в номинации Engineering (инженерное дело), Всероссийском фестивале науки NAUKA0+. Из последних достижений стало третье место в пройденной акселерационной программе TomskHUB. Также Яна Чайкина параллельно работает. Недавно она трудоустроилась в компанию НИОСТ. В ней она занимается вопросами интеллектуальной собственности. Приобретенные профессиональные навыки помогают ей при реализации проекта. Проект Яны занял второе место на конкурсе IP Russia Awards (IPRA) 2021 в номинации «Студенческая премия. Лучший проект в области экоинноваций в нефтяной промышленности».
В общем, проект крепнет, набирает силу. О нем знают нефтяники. Будем надеяться, что успешное начинание молодого томского ученого Яны Чайкиной будет востребовано и принесет пользу нашей стране. А самой Яне пожелаем не останавливаться на достигнутом, развивать это направление и дальше.
Автор: Андрей Суров