Физико-химические основы применения низкомолекулярных амфифильных соединений для контроля образования газовых гидратов

Представленный проект направлен на разработку решений, которые позволят обеспечить безопасную добычу нефти и газа, а также эффективные хранение и транспортировку энергоресурсов в условиях холодного климата. В основе работы лежит изучение фазовых переходов в системах с образованием газовых гидратов и возможность управления процессами образования и разложения гидратов как для предупреждения гидратообразования при добыче нефти и газа, так и для ускорения нуклеации и роста гидратов с целью связывания газа за счет применения низкомолекулярных амфифильных соединений (структура соединений данного типа включает полярные и неполярные группы). Простейшими амфифилами являются низшие спирты. Отсутствие рекомендаций и подходов к предотвращению/контролю гидратоообразования в зависимости от состава пластовых флюидов и термобарических условий приводит к остановкам добычи и аварийным ситуациям. Более того, значительное понижение температуры окружающей среды в условиях северных и арктических регионов создает необходимость поиска более эффективных антигидратных реагентов. Дело в том, что малодозовые кинетические ингибиторы в условиях кристаллизации льда становятся неэффективными, в то время как традиционные ингибиторы (метанол, гликоли) одновременно понижают температуру кристаллизации льда. Тем не менее, повышение их дозировок не обосновано с экономической и экологической точки зрения. Решением здесь может быть применение композиций традиционных ингибиторов, которые в смесях с водой образуют тройные эвтектические смеси и более эффективно снижают температуру кристаллизации льда и газовых гидратов. С другой стороны, газовые гидраты могут оказаться полезными за счет способности концентрировать газ и, тем самым, запасать большое количество энергии. Однако низкая скорость роста гидратов существенно ограничивает их широкое применение. Перспективным способом увеличения скорости образования газовых гидратов и степени превращения воды в гидрат являются применение гидротропов, которые могут выступать в роли переносчиков нерастворимых в воде соединений, например, промоторов термодинамического типа (циклопентан). Другим их применением может быть повышение растворимости в водной фазе веществ, влияющих на нуклеацию гидратов (в том числе простейших представителей ароматических соединений, например, толуола). Систематизация знаний по физико-химическому поведению таких систем позволит разработать добавки для всестороннего управления процессом образования гидратов (их термодинамической стабильностью, нуклеацией, ростом и агломерацией их кристаллов). Повышение растворимости углеводородов в водной фазе за счет наличия гидротропа интенсифицирует массоперенос, что приведет к ускорению роста гидратов, а повышение их стабильности (за счет промоторов термодинамического типа) повысит привлекательность сценария длительного хранения газа в гидратной форме. Разрабатываемые реагенты комплексного действия позволят уменьшить расход ингибитора гидратообразования на практике (за счет более высокой антигидратной активности), тем самым сокращая затраты на поддержание безгидратных режимов при добыче углеводородного сырья. Замена токсичного метанола (традиционный ингибитор) на более безопасные смеси с гликолями позволит также снизить экологическую нагрузку на окружающую среду. Таким образом, данные, полученные в области физической химии газовых гидратов, станут базисом для разработки и внедрения технологий для хранения/транспортировки энергии и предотвращения аварий в нефтегазовой отрасли в суровых климатических условиях, что во многом может определить вектор освоения углеводородных ресурсов Арктики. Разработка физико-химической модели при этом позволит проводить научно-обоснованный подбор ингибитора гидратообразования с учетом климатических и экологических особенностей данного региона.