Кинетика образования и диссоциации газовых гидратов в нефтяных средах

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-17-01085

НазваниеКинетика образования и диссоциации газовых гидратов в нефтяных средах

Руководитель Манаков Андрей Юрьевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В.Николаева Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-518 - Природные газогидраты, их образование, деградация, метановые выбросы

Ключевые слова газовый гидрат, нефть, нефтяные дисперсные системы, индукционный период, динамика газогидратообразования, самоконсервация газовых гидратов

Код ГРНТИ52.47.19

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Газовые гидраты представляют собой широко распространенные в природе соединения, в одном объеме которых может содержаться до 170 объемов газа. Запасы газа в природных газовых гидратах как минимум сравнимы с запасами природного газа в месторождениях традиционного типа, что позволяет рассматривать их как перспективный источник природного газа. Помимо этого, в настоящее время интенсивно исследуется возможность реализации газогидратных технологий хранения и транспортировки природного газа, а также разделения газовых смесей. В целом, исследования природных и синтетических газовых гидратов в настоящее время являются динамично развивающейся областью науки. В последние 15 лет проводятся интенсивные исследования свойств суспензий газовых гидратов в нефтях и процессов агломерации частиц газовых гидратов в нефтяных суспензиях. Интерес к этим темам связан с необходимостью обеспечить предотвращение образования гидратных пробок при движении многофазных (нефть – попутный газ – рассол) потоков в стволах скважин и по промысловым трубопроводам. В то же время анализ литературы показывает, что сами процессы образования и разложения гидратов в нефтях изучены явно недостаточно. Особенно мало информации о нуклеации гидратов в эмульсиях воды в нефти и о процессах разложения суспензий гидратов в нефтях при температурах ниже 0°С. Следует отметить, что в природных условиях нашей страны практический интерес к изучению подобных систем будет неизбежно связан с вопросами поведения газогидратных суспензий в условиях отрицательных по Цельсию температур, тогда как за рубежом такие исследования не проводятся. В целом, значимость данной тематики для нефтяной промышленности РФ будет возрастать по мере смещения добычи нефти в районы с холодным климатом и на шельфы морей. Таким образом, тематика предлагаемых исследований является современной и актуальной. Отличия процессов образования и разложения газовых гидратов из воды, диспергированной в нефтях (углеводородных средах), и из объемной воды обусловлено двумя факторами. (1) В случае диспергированной воды гидрат образуется из растворенного в углеводородной среде газа, в случае объемной воды – из свободного газа. (2) В дисперсионной среде (нефть) присутствуют компоненты (смолы, асфальтены, парафины и т.д.), которые адсорбируются на поверхности водных капель и изменяют ее свойства и способность образовывать гидраты. Известно, что данные отличия не приводят к изменению равновесных условий существования гидрата, но могут существенно изменить динамику процессов их образования и разложения. Именно эти моменты предполагается изучить в рамках данного проекта. Будут исследованы особенности протекания процессов нуклеации, роста и разложения газовых гидратов в нефтяных дисперсных системах, а также некоторые свойства суспензий газовых гидратов в нефтях, в зависимости от температуры, свойств нефти и типа газа-гидратообразователя. Основное внимание будет уделяться исследованиям в температурном интервале -30 - 0°C. Кроме того, предполагается провести изучение группового состава компонентов, выделяющихся из нефтей совместно с частицами газовых гидратов, а также влияния степени биодеструкции нефти и ее свойств на вязкость образующихся гидратных суспензий. Предполагается, что решение поставленных задач создаст физико-химическую основу, необходимую для корректного понимания и предсказания процессов гидратообразования в реальных системах. В более дальней перспективе полученная информация может быть использована для управления процессами образования гидратов в нефтяных дисперсных системах. Предлагаемые в рамках настоящего проекта исследования значимы не только для практических приложений, но и для фундаментальной науки. Предлагаемые исследования затрагивают фундаментальную научную проблему влияния вмещающей среды на происходящие в ней процессы. Понимание механизмов такого влияния позволяет целенаправленно воздействовать на ход этих процессов, т.е. управлять ими. Элементами научной новизны данного проекта являются: (1) изучение процессов образования/разложения гидратов в зависимости от свойств вмещающей среды, (2) проведение исследований в температурном интервале -30 - 0°C, что делает возможным проявление эффекта самоконсервации (длительного существования вне области термодинамической стабильности) гидратов и требует использования особых подходов и методик исследования и (3) целенаправленное изучение адсорбционных пленок тяжелых компонентов нефтей на образование и разложение гидратов. Подобных исследований ранее практически не проводилось.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Сизиков А.А., Стопорев А.С., Алтунина Л.К., Манаков А.Ю. Methane hydrate self-preservation features in oil suspensions IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Volume 193, Article 012062 (год публикации - 2018)
10.1088/1755-1315/193/1/012062

2. Адамова Т.П., Стопорев А.С., Манаков А.Ю. Visual studies of methane hydrate formation on the water – oil boundaries Crystal Growth & Design, Volume 18, Issue 11, Pages 6713-6722 (год публикации - 2018)
10.1021/acs.cgd.8b00986

3. Стопорев А.С., Сваровская Л.И., Стрелец Л.А., Алтунина Л.К., Манаков А.Ю. Effect of reactor wall material on the nucleation of methane hydrate in water-in-oil emulsions Mendeleev Communications, Volume 28, Issue 3, Pages 343-344 (год публикации - 2018)
10.1016/j.mencom.2018.05.039

4. Стопорев А.С., Огиенко А.Г., Сизиков А.А., Семенов А.П., Винокуров В.А., Сваровская Л.И., Алтунина Л.К., Манаков А.Ю. Unexpected formation of sII methane hydrate in some water-in-oil emulsions: Different reasons for the same phenomenon Journal of Natural Gas Science and Engineering, Volume 60, Pages 284-293 (год публикации - 2018)
10.1016/j.jngse.2018.10.020

5. Манаков А.Ю., Адамова Т.П., Стопорев А.С. Unusual examples of methane hydrate nucleation in bilayer water-oil systems Mendeleev Communications, Volume 28, Pages 663-665 (год публикации - 2018)
10.1016/j.mencom.2018.11.036

6. Стопорев А.С., Огиенко А.Г., Алтунина Л.К., Манаков А.Ю. Co-deposition of gas hydrate and oil wax from water-in-crude oil emulsion saturated with CO 2 IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Volume 193, Article 012042 (год публикации - 2018)
10.1088/1755-1315/193/1/012042

7. Адамова Т.П., Манаков А.Ю., Сизиков А.А., Алтунина Л.К. Формирование ассоциатов "газовый гидрат – нефть" в водной фазе при росте кристаллов гидрата в системах "вода – нефть – метан" Химия в интересах устойчивого развития, Том 26, Номер 4, Страницы 353-362 (год публикации - 2018)
10.15372/KhUR20180401

8. Стопорев А.С., Сизиков А.А., Кидяров Б.И., Манаков А.Ю. ПОСТАДИЙНЫЙ МЕХАНИЗМ НУКЛЕАЦИИ ГИДРАТА МЕТАНА В НЕФТЯНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ Фундаментальные проблемы современного материаловедения, Том 15, Номер 3, Страницы 392-396 (год публикации - 2018)
10.25712/ASTU.1811-1416.2018.03.013

9. Сваровская Л.И., Манаков А.Ю., Стрелец Л.А., Стопорев А.С. Влияние степени биодеструкции нефти на нуклеацию газогидратов Экологический вестник России, Выпуск 10, Страницы 24-29 (год публикации - 2018)

10. Сваровская Л.И., Манаков А.Ю., Алтунина Л.К. Нуклеация и формирование газогидратов в зависимости от физико-химических свойств нефтей В мире научных открытий, Том 10, Выпуск 1, Страницы 64-74 (год публикации - 2018)
10.12731/wsd-2018-1-64-74

11. Стопорев А.С., Сваровская Л.И., Семенов А.П., Стрелец Л.А., Алтунина Л.К., Манаков А.Ю. ОБРАЗОВАНИЕ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ И ЗАМЕРЗАНИЕ ЛЬДА В ЭМУЛЬСИЯХ ВОДЫ В ОБРАЗЦАХ НЕФТИ С РАЗНОЙ СТЕПЕНЬЮ БИОДЕГРАДАЦИИ Актуальные проблемы нефти и газа, Выпуск 3(18), Страницы 1-9 (год публикации - 2017)
10.29222/ipng.2078-5712.2017-18.art10

12. А.А. Сизиков, А.С. Стопорев, А.Ю. Манаков САМОКОНСЕРВАЦИЯ ГИДРАТА МЕТАНА, ПОЛУЧЕННОГО ИЗ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ Актуальные проблемы нефти и газа, Выпуск 3(22), Страницы 1-9 (год публикации - 2018)

13. Сагидуллин А.К., Стопорев А.С., Манаков А.Ю. Effect of Temperature on the Rate of Methane Hydrate Nucleation in Water-in-Crude Oil Emulsion Energy&Fuels, Том 33, Выпуск 4, Страницы 3155-3161 (год публикации - 2019)
10.1021/acs.energyfuels.9b00379

14. Стопорев А.С., Сваровская Л.И., Семенов А.П., Стрелец Л.А., Алтунина Л.К., Манаков А.Ю. ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ БИОДЕГРАДАЦИИ НЕФТИ НА ПРОЦЕССЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ГИДРАТА МЕТАНА И ЛЬДА В ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЯХ Журнал прикладной химии, Том 92. Выпуск 2б Страницы 223-230 (год публикации - 2019)
10.1134/S0044461819020130

15. Адамова Т.П., Манаков А.Ю., Стопорев А.С. ЛАБОРАТОРНЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ ВИЗУАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОБРАЗОВАНИЯ/РАЗЛОЖЕНИЯ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ В СИСТЕМАХ ВОДА–НЕФТЬ Журнал прикладной химии, Том 92, Выпуск 5, Страницы 572-578 (год публикации - 2019)
10.1134/S0044461819050049

16. Скиба С.С., Манаков А.Ю. Study of self-preservation of gas hydrates in suspensions in oils Journal of Physics: Conference Series, Том 1359, Номер публикации 012036 (год публикации - 2019)
10.1088/1742-6596/1359/1/012036

17. Сизиков А.А., Власов В.А., Стопорев А.С., Манаков А.Ю. Decomposition Kinetics and Self-Preservation of Methane Hydrate Particles in Crude Oil Dispersions: Experiments and Theory Energy&Fuels (год публикации - 2019)
10.1021/acs.energyfuels.9b03391

18. Сергей Скиба, Дмитрий Струков, Алексей Сагидуллин, Татьяна Адамова, Лидия Сваровская, Лариса Стрелец, Любовь Алтунина, Андрей Манаков Impact of biodegradation of oil on the kinetics of gas hydrate formation and decomposition Journal of Petroleum Science and Engineering, V.192, art. 107211 (год публикации - 2020)
10.1016/j.petrol.2020.107211

Публикации