Руководитель программ по развитию новых материалов Научно-Технического Центра «Газпром нефти» Павел Арзуманян — о том, как изменить нефтяную отрасль с помощью материаловедения.
Благодарим редакцию корпоративного журнала "Сибирская нефть" ПАО «Газпром нефть» за предоставление данного материала.
Павел Арзуманян, Руководитель программ по развитию новых материалов Научно-Технического Центра «Газпром нефти»
— Почему возникла потребность создать специальную программу, связанную с разработкой новых материалов для нефтяной отрасли?
— В нефтегазовой отрасли применение новых материалов пока довольно ограниченно. Появляются новые элементы конструкций из износостойких материалов, модифицированные жидкости для бурения и закачки в пласт, покрытия для обработки поверхностей рабочих узлов, но постоянного запроса на поиск новых решений не наблюдается. Что касается производителей, то заинтересованность в улучшении своей продукции, конечно, присутствует, но часто им не хватает информации об индивидуальных потребностях конечного потребителя. Между тем такая работа требует больших вложений в разработку, перевооружения производства, стандартизации, трансформации рабочего процесса. Мы считаем, что перемены должны идти от компаний — потребителей продукции или сервиса, то есть от нас. Нужно выявлять слабые места, следить за новыми разработками, появляющимися в мире, генерировать собственные идеи по улучшению всех технологических процессов. Лучше нас в наших проблемах никто не разбирается. Эти проблемы мы выносим научно-техническим институтам для совместного поиска решений. Затем, если решение найдено и технология отработана, транслируем ее производителям для масштабирования и тем самым выстраиваем более грамотную работу с сервисными компаниями.
Я думаю, что главная задача нашей программы состоит в том, чтобы научиться думать иначе, выйти за пределы своей узкой специализации. Есть традиционное решение задачи, но, может быть, ее можно решить по-другому? А содержание программы — это структурирование того многообразия, которое представляет собой мир новых материалов, создание мостиков между наукой, производством и сервисом. Исследований и разработок на самом деле очень много, но отечественное производство, ориентированное на нефтегазовую отрасль, пока остается инерционным. Программа призвана создать базу для этого взаимодействия, обеспечить более эффективный обмен знаниями, формирование проектных команд и создание консорциумов, которые позволят компании выйти на новый технологический уровень.
— Как вы планируете решать эти задачи? Кого привлекаете в качестве партнеров?
— Мы сотрудничаем с научными институтами, инновационными научно-техническими центрами, вузами, лабораториями и R&D-центрами. В направлении новых материалов это в основном учреждения, которые уже имеют опыт работы с разработками для космической отрасли, авиа- и машиностроения, оборонного комплекса, медицины, фармакологии, нефтехимии и т. д. С другой стороны, мы взаимодействуем и с компаниями-производителями, и с сервисными компаниями, для того чтобы в будущем сократить путь доведения новых разработок и технологий по новым материалам до серийного производства. Сейчас мы активно сотрудничаем с Уфимским институтом нефтехимпереработки в тандеме с кластером малотоннажной нефтехимии, с Магнитогорским государственным техническим университетом и металлургическим комбинатом «ММК», со Сколково, «Композитной долиной» и прочим инновационным окружением.
— Каковы наиболее перспективные направления развития в области новых материалов в нефтяной отрасли?
— Повышение нефтеотдачи и интенсификация притока, технологии бурения и строительства скважин, технологии добычи и предварительной подготовки нефти, инфраструктура и строительство, транспортировка и переработка углеводородов — практически все производственные процессы нефтяной отрасли являются перспективными с точки зрения развития новых материалов. Наиболее прорывные технологии можно ожидать в работе с пластом, где требуется управление процессом на микроуровнях в агрессивных средах и сложных термобарических условиях.
Одно из таких чрезвычайно актуальных направлений — технологии ГРП, с которыми связан целый ряд проблем, решение которых может изменить рынок в этой области. Проппанты, которые сегодня изготавливаются из различных минералов (кварц, магнезиты, керамика), обладают высокой плотностью. Идея состоит в том, чтобы понизить плотность используемых материалов, сблизить их с плотностью жидкости, которая используется для доставки проппанта в трещины, но при этом сохранить прочностные физико-механические характеристики гранул. Это может звучать достаточно противоречиво, тем не менее современные технологии позволяют приблизиться к решению этой задачи за счет создания композитных материалов, микроструктурных материалов или заполненных специальным материалом гранул. Вариантов решений может быть множество, и сегодня мы работаем над ними совместно со Сколтехом.
Возможны и другие варианты решений — создание дополнительного агента, примешиваемого к гранулам традиционного проппанта, который будет способствовать их лучшему распределению в трещине, не позволит ему оседать, а спустя некоторое время растворится и будет вымыт из скважины.
Еще один проект, связанный с ГРП, направлен на поиск замены гуаровой камеди. Это загуститель, позволяющий создавать специальный гель для ГРП. Он готовится из семян растения гуар, которое произрастает преимущественно в Пакистане. И весь огромный мировой рынок ГРП зависит от поставок этого вещества, цена на которое с каждым годом растет. Кроме того, здесь мы полностью зависимы от импорта. Наша задача в рамках проекта — либо найти недорогой способ синтеза гуаровой камеди, либо произвести альтернативное вещество с похожими характеристиками и сопоставимой ценой.
— Каковы возможности для применения умных материалов?
— Мы изучаем возможности применение умных микрокапсул в различных производственных процессах. Подобные микроконтейнеры способны нести в себе активное вещество и под воздействием заданных внешних факторов высвобождаться, реагируя с внешней средой. Оболочка также может быть выполнена из материалов с требуемыми свойствами.
Еще одним перспективным направлением являются термоэлектрики — материалы, способные преобразовывать тепло в электричество. Их применение актуально для удаленных месторождений, где нет магистральных электросетей, но зато в процессе добычи вырабатывается значительное количество тепла.
В процессе бурения скважины интересны жидкости с управляемой реологией в качестве буровых растворов. Бурение скважины происходит через пласты с разными свойствами и разным пластовым давлением, свойства бурового раствора приходится постоянно менять, подстраивая его под новые условия бурения. Бывают сложные ситуации, когда в вышележащих пластах давление оказывается более высоким, чем в более глубоких. Это может привести к поглощению раствора, осложнениям и авариям. В этих случаях в скважину требуется спускать обсадные трубы. Но если создать буровой раствор, свойствами которого — вязкостью, плотностью — можно было бы управлять, процесс бурения был бы организован иначе — существенно эффективнее. Для этого, например, могут использоваться магнитореологические жидкости, свойства которых меняются под воздействием магнитного поля. Такие материалы известны, вопрос в том, как реализовать их применение на глубине, в условиях скважины.
— Есть ли место для наноматериалов в нефтянке?
— Наноиндустрия зарекомендовала себя как высокоэффективная составляющая во многих технологических процессах и сферах деятельности человека, нефтяная отрасль не должна являться исключением. Сейчас в нефтянке применяются различные покрытия на основе нанокомпонентов для обработки поверхностей. С каждым годом растет число исследований по воздействию на пласт и углеводородную систему с использованием наночастиц различных материалов. Исследованиями подтверждаются проявления новых свойств и значительное повышение КПД каталитических наносистем. Развитие сенсоров, датчиков, инструментов мониторинга и обработки информации напрямую связно с развитием наноиндустрии.
Безусловно, для выхода на новый технологический уровень нефтяным компаниям необходимо следить за развитием наноиндустрии, инициировать и участвовать в исследованиях, выстраивать программу доведения исследований до зрелой технологии.
