Разработка новых технологических подходов к каталитическому подземному облагораживанию высоковязкой и сверхвязкой нефти

Целью проекта, реализованного в течение четырех лет, является разработка новых технологических подходов для каталитического внутрипластового облагораживания тяжелых и сверхтяжелых нефтей. За время выполнения проекта проведены серии модельных лабораторных экспериментов в реакторах-автоклавах по оценке влияния и подбору оптимального состава различных катализаторов, соединений-доноров водорода, термобарических условий проведения паротепловой обработки, влияния минералов породы, а также подбор оптимальных соотношений нефть:вода, концентрации катализатора в реакционной системе и времени воздействия и установление их синергетического эффекта на протекание процессов. Для выявления механизма влияния различных катализаторов, доноров водорода и минералов породы на степень облагораживания тяжелой нефти в процессах акватермолиза, а также установления характерных особенностей применений водо- и нефтедиспергируемых катализаторов, исходные нефти и продукты экспериментов изучены с использованием SARA-анализа, ГХ, ГХ-масс-спектрометрии, ИК-Фурье, ЭПР- и мессбауэровской спектроскопии, рентгеновской дифрактометрии, СЭМ. По данным XRD при взаимодействии с серосодержащими соединениями нефти в присутствии пара, в результате термического разложения нефте- и вододиспергируемых катализаторов происходит образование сульфидов и оксидов металлов различной стехиометрии, которые интенсифицируют облагораживание тяжелой нефти. Установлено, что присутствие соединений-доноров водорода при акватермолизе улучшает качество тяжелой нефти, снижая её вязкость и увеличивая содержание легких УВ, так как органические растворители выступают и в качестве разбавителей тяжелой высоковязкой нефти, и являются донорами водорода при термическом разложении тяжелых компонентов нефти и способствуют гидрированию образующихся в ходе акватермолиза фрагментов, препятствуя процессам их агрегации и полимеризации. В результате интенсификации процесса ПТВ с использованием тетралина содержание асфальтенов снижается на 42.6%, смол – на 62.0%, а легкие фракции обогащаются продуктами отрыва периферийных алкильных фрагментов на 15.3%. По результатам выявлены наиболее эффективные катализаторы из числа водорастворимых - сульфат никеля с растворителем тетралином, из нефтедиспергируемых – смесевой таллат железа с никелем при соотношении 75/25 с нефрасом, установлена оптимальная температура – 300°С, для протекания процессов облагораживания, обеспечивающих значимое повышение подвижности нефти в пористой минеральной среде. Разработаны кинетические модели для предсказания распределение SARA-фракций и образования газов при акватермолизе тяжелой нефти для различных реакционных систем (некаталитических и каталитических, с донором водорода и без него) с применением разработанной нашей научной группой методологии, основанной на статистических методах и нелинейных алгоритмах оптимизации, где начальные предположения получены с использованием алгоритма Монте-Карло, а для оптимизации использован алгоритм trusts-region-reflective. Построены различные схемы реакций, учитывающие возможные пути реакции среди пяти псевдокомпонентов: асфальтены, смолы, ароматические УВ, насыщенные УВ и реакционный газ. Впервые разработана серия математическая моделей и программных алгоритмов, позволяющих исследовать перенос и динамическую адсорбцию водорастворимых, нефтерастворимых и амфифильных катализаторов при многофазных течениях в цифровом керне, которые учитывают большинство параметров многофазного течения: коэффициент диффузии, константы адсорбции и десорбции, краевой угол смачивания и межфазное натяжение, вязкости и плотности флюидов, константа насыщения частиц катализатора, скорость нагнетания или перепад давления. На основе полученных экспериментальных данных и рассчитанных кинетических моделей построены гидродинамические модели процессов акватермолиза, по результатам расчета которой при вытеснении нефти в пористой среде с закачкой водорастворимого катализатора достигнуто увеличению нефтевытеснения на 8.36%, с распределением нефтерастворимого катализатора – 17.1 %, что согласуется с результатами лабораторных экспериментов. Определен оптимальный дизайн закачки катализатора. По результатам лабораторных экспериментов успешно проведены опытно-промышленные испытания по закачке нефтедиспергируемого катализатора на основе Ni и Fe-Ni на месторождении Бока де Харуко. Использование катализаторов на основе Ni и Ni-Fe позволило увеличить нефтеотдачу более чем на 30%. Это подтверждает успешное промышленное внедрение предложенных каталитических систем и технологий их применения для добычи и внутрипластового облагораживания трудноизвлекаемой нефти.