Использование катализаторов считается едва ли не самым популярным средством для эффективного снижения вязкости тяжелой нефти. И здесь уместно отметить богатый задел ученых Казанского университета и представителей других крупнейших нефтяных вузов страны в сфере создания по-настоящему уникальных реагентов для нефтедобывающей промышленности. Так, например, в стенах лабораторий приоритетного направления «Эконефть» Казанского федерального университета регулярно синтезируются новые виды катализаторов, которые проходят лабораторные исследования, тестирование, а после успешно проявляют себя во время пилотных испытаний.
Несмотря на популярность катализаторов в нефтегазовой отрасли в научных кругах до сих пор задаются вопросами, связанными с механизмом их действия. Безусловно, увидеть начало реакции и зафиксировать конечный результат может каждый, а вот определить механизм работы катализатора и объяснить, что именно происходит в активной фазе процесса, по-прежнему сложно. Также остается неясным, какие из известных компонентов менее эффективны, а какие стоит использовать регулярно. Чтобы дать ответы на поставленные вопросы, ученые приоритетного направления «Эконефть» и Лаборатории хемоинформатики и молекулярного моделирования Химического института им. А.М.Бутлерова реализовали первое детальное теоретическое исследование действия катализаторов процесса акватермолиза. Научные труды, опубликованные в журнале ACS OMEGA, задают старт новейшим теоретическим исследованиям, впервые смоделировав на примере отдельных компонентов процесс действия катализаторов во время подземного облагораживания нефти. В работе использовались методы квантовой химии.
«Эта работа не только предоставляет важную информацию о том, как грамотно стимулировать реакцию акватермолиза в процессе закачки пара, но и может считаться незаменимым теоретическим методом расчета в качестве дополнения к разработке катализаторов различных химических превращений, происходящих в нефтяных коллекторах при высоких температурах, а также в других промышленных зонах», – сообщил старший научный сотрудник НИЛ "Реологические и термохимические исследования" Чэндонг Юань.
Несмотря на то, что учеными «Эконефти» предпринято много усилий, все же механизм разложения тяжелой нефти в процессе акватермолиза «от и до» пока не изучен. Для этого группе специалистов понадобится целая серия серьезных научных исследований. Тем не менее первые интересные результаты уже есть: ученые КФУ доказали, что среди самых используемых металлов, таких как железо, кобальт, никель, самыми эффективными оказались соединения меди, что позволяет назвать их наиболее перспективными катализаторами.
«Для реализации данной задачи мы взяли модельный компонент отдельного вида нефти и провели моделирование процесса его разложения на более простые компоненты на катализаторах различных типов. Далее нами была создана шкала эффективности катализаторов, среди которых наиболее высокую эффективность показали соединения меди, после нее по эффективности можно отметить катализаторы на основе кобальта и никеля», – рассказал руководитель приоритетного направления «Эконефть» и заведующий кафедрой разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов ИГиНГТ КФУ Михаил Варфоломеев.
«Кроме того, используемые методы квантовой химии позволили нам детальнейшим образом взглянуть на механизмы протекающих при этом процессов. Глубокое понимание химии процесса термолиза нефти дает нам сведения, которые позволят создавать более эффективные катализаторы в будущем», – добавляет старший научный сотрудник НИЛ "Хемоинформатика и молекулярное моделирование" Олег Кадкин.
Богатый арсенал и сильный потенциал в области моделирования, математических расчетов и квантовой химии – всем этим, и не только, Казанский университет известен мировому нефтегазовому сообществу уже сегодня. Как отмечает соавтор публикации, старший научный сотрудник НИЛ "Хемоинформатика и молекулярное моделирование" Тимур Маджидов, данная работа потребовала объединения усилий теоретиков и практиков, а именно специалистов по квантовохимическому моделированию, химиков-органиков и нефтехимиков. Проведенная работа может считаться ярким примером синергизма, возникающего в мультидисциплинарных коллективах.
На первых итогах данная работа не завершается. В планах ученых «Эконефти» - начать моделирование сложных по своему составу катализаторов, разобраться в деталях их работы, рассмотреть составы и свойства, а также другие параметры влияния на процесс облагораживания «черного золота».
