Гидрогель спасает землю

Омские ученые совместно с томскими коллегами разработали новые технологии, которые можно использовать в разных отраслях, и в первую очередь в нефтедобыче

18.05.2011 в 10:50, просмотров: 2348

Вот вам картинка из старых фильмов на производственную тематику: первая нефть на новом месторождении. Бригадир вахтовиков умывает черной маслянистой жидкостью мужественное лицо, на котором сверкают лишь глаза и зубы, обнаженные в улыбке. Как правило, этот кадр показывали в самом конце. Но настоящего финала, то есть того момента, когда нефтяники уходят, выкачав запас и свернув буровые, зрители не видели. Там бы показать не лицо, а землю, покрытую все тем же маслянистым налетом, который не смоешь ни мылом, ни водой.

Гидрогель спасает землю

Терять не жалко?

Двадцатый век оставил нам кучу технических новшеств, ностальгический флер романтики и массу различных проблем. Люди научились гонять на высоких скоростях и летать в неизведанные миры на космических кораблях. Это, разумеется, трудно представить без нефтедобычи. Но несясь на всех парусах технического прогресса, человек не сразу стал задумываться об охране природы. Цепочка техногенных катастроф последнего времени заставила по-иному взглянуть на мир.

На нефтяных месторождениях, к счастью, пока не взрываются атомные реакторы и лавины воды из прорвавшейся дамбы не накрывают никого с головой. Здесь потери другого порядка – выведенная из оборота земля. Ее у нас, как известно, много. Терять не жалко.

Обычные люди редко задумываются над тем, что, собственно, остается под нашей твердью, когда из недр выкачивают нефть. Так вот, остаются пустоты. Полости, которые потом заполняют водой или цементным раствором. И то, и другое не слишком надежно. В конце тридцатых годов прошлого века жители Лос-Анджелеса и Лонг-Бича почувствовали, как земля вдруг стала уходить у них из-под ног. Почва проседала в тех местах, где когда-то была выработка. Чуть позднее те же самые проблемы ощутили и жители нашей страны. В районе Старогрозненского месторождения, а также в городе Менделеевске в Татарстане грунт не только просел и сместился, но и ощущались слабые подземные толчки. Почему такое происходит?

Эксперты утверждают, что при всей прибыльности промысла, нефтедобыча по-прежнему остается одной из самых консервативных отраслей нашей страны. По мнению Николая Николаева, руководителя подкомитета по инновациям Комитета по энергетической политике и энергоэффективности Российского союза промышленников и предпринимателей (РСПП), мы отстаем от зарубежных стран по ряду существенных параметров. Например, коэффициент извлечения нефти у нас составляет лишь 40%. Это значит, что 60% запасов на разрабатываемых месторождениях остаются нетронутыми. Не блещет отрасль и внедрением инноваций. Об экологической составляющей существующих программ даже говорить не приходится. Создается впечатление, что из проблемы охраны окружающей среды в районах добычи сделали тайну почище государственной. Мне, например, в Росприроднадзоре по Омской области так и не удалось узнать, какие соглашения по рекультивации земель выполняются на нашем Крапивинском месторождении. Информация об этом закрыта.

Начинка для большого пирога

На наше счастье, проблемой наконец-то заинтересовались российские ученые. По их мнению, выводя земли из оборота, бизнес теснит человеческое сообщество. Минимальная задача, которую требовалось решить, – найти более прочный наполнитель, который можно закачивать в скважины. Цементная основа ненадежна, потому что под воздействием влаги со временем разрушается. Светлые головы из томского Института химии нефти СО РАН разработали другой вариант – криогели на основе растворов полимеров. Что удивительно, в циклических процессах замораживания-оттаивания криогели не разрушаются, а наоборот, становятся более прочными, упругими, усиливается их сцепление с породой. И самое главное – они безвредны для людей и экологически безопасны для окружающей среды. Внедрение этой технологии в нефтедобыче можно считать прорывом, но коллеги томичей из омского Института проблем переработки углеводородов СО РАН попытались подняться еще на одну ступеньку выше. Они предложили наполнить полимерный гидрогель техническим углеродом, что позволило многократно увеличить прочность образующегося композита по сравнению с исходным. В прошлом году омские и томские ученые защитили эту разработку совместным патентом и теперь продолжают вести в этой области масштабные исследования. Специалисты уверены: у гидрогелей с углеродными наполнителями большое будущее. И не в одной отдельно взятой отрасли.

О красоте и не только о ней

Гели прочно вошли в нашу жизнь уже давно. Даже если не брать элементарное – желе, кисели и муссы – в окружающей жизни найдется примеров немало. Сам человек представляет собой коллоидную систему, иными словами, тот же гель. Есть и рукотворные творения. Например, с недавних пор в нашей стране в продажу стали поступать гидрогели, которые продвинутые цветоводы и огородники используют для того, чтобы продлить жизнь растений. Есть “долгоиграющие” гелевые свечи, которые могут гореть без копоти. А чего только не научились делать с помощью гелей косметологи в угоду капризным красоткам! Судя по всему, в мире активно ведутся исследования этой субстанции. Однако данных о промышленных разработках почти не найти. Специалисты не исключают, что часть информации о гелевых технологиях попросту закрыта. Ясно одно – потенциал этого направления огромный. Замечу: речь идет о тех самых нанотехнологиях, которые в последнее время у правительства в большом почете.

Кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института проблем переработки углеводородов СО РАН Галина Раздьяконова, долгие годы отдавшая изучению свойств технического углерода, сравнила разработки в области применения гелевых технологий с ориентированием по направляющей стрелке. Она четко указывает направление. Ошибиться невозможно.

Что происходит сегодня? В пробуренной нефтяной скважине нарушается естественное состояние капилляров. Вода из нарушенных трубой протоков устремляется в образовавшееся пространство. Сверху в трубу также закачивается вода. Добытая нефть таким образом оказывается обводненной, поэтому рядом с месторождением приходится строить технологическое сооружение для ее очистки. Вытесненная из недр нефть вместе с водой разливается вокруг, покрывая прилегающие участки маслянистой пленкой. Заниматься обычной уборкой таких территорий все равно что шкурить стены небоскреба пилкой для ногтей.

Полимерные гидрогели в корне меняют технологию. Они не смешиваются с нефтью, плотно заполняют образовавшиеся пустоты, пломбируют грунты навечно. Конечно, добытчикам интересен прежде всего экономический эффект, он здесь присутствует: коэффициент нефтедобычи с применением гелей растет. А по данным статистики, увеличение этого коэффициента только на 1% равносильно открытию нового месторождения.

Сила есть

Кому-то, вероятно, трудно представить, чтобы гелевая масса, по ощущениям мягкая и податливая, могла превращаться в прочную субстанцию, способную выдержать разные катаклизмы: перепады температуры, давление многометрового слоя земли. Между тем это именно так. Специалисты говорят о том, что гидрогели можно применять для строительства дорог в районах вечной мерзлоты, укреплять ими плотины и дамбы. Что удалось омским ученым? Сделать прочное еще более прочным, добавив в полимерный состав технический углерод.

Поначалу идея казалась абсурдной: требовалось совместить, казалось бы, несовместимое. Технический углерод – в большей степени гидрофобный наполнитель – следовало соединить с гидрофильной полимерной средой. Над этой задачей пришлось потрудиться вчерашней выпускнице технического университета, а ныне аспирантке Института проблем переработки углеводородов СО РАН Ольге Кохановской. Она предложила сразу несколько вариантов технического решения. Смысл ее предложения в том, что гидрогель готовят из двух порошков технического углерода, один из которых является гидрофобным, а другой –гидрофильным. Делают это прямо на месте нефтедобычи. Сначала измельчают технический углерод с гидрофильным веществом, в другой емкости готовят раствор из полимеров и воды, а затем уже все смешивают вместе. И в этом союзе компоненты с различными свойствами ведут себя уже совсем по-другому, образуются связи на молекулярном уровне, которые как раз делают гель особенно прочным. Внешне все выглядит, как перемешивание раствора в обычной бетономешалке. Зато эффект впечатляющий. Применяя такие гидрогели, можно не только экономить средства, получая более чистый нефтепродукт, но и беречь окружающую среду.

По принципу “давай­ давай”

Если вы думаете, что за разработками томских и омских ученых уже выстраиваются в очередь, то заблуждаетесь. Хотя томичи в 2004 году применяли криогели для ликвидации приустьевой воронки на одной из скважин Средне-Хулымского месторождения в Надыме, дело еще движется медленно. Я думаю, что нефтедобытчики будут тянуть до последнего: никто ведь их в спину не толкает. В нашей стране нет конкурентоспособных игроков на рынке нефтедобычи. Все предельно монополизировано, а значит, можно работать и по старинке, по принципу “давай-давай”. Беда в том, что за экологические программы тоже никто особенно не спрашивает. Мне могут возразить, что, например, в Омской области добыча идет не на землях сельхозназначения, а на землях лесного фонда. Но ведь и в лесном фонде ресурсы отнюдь не безграничны.

Многие специалисты считают, что глобальная экосистема Земли уже вообще вошла в какую-то пограничную зону. Градус крена в опасную сторону повышается с малейшим подземным толчком, неконтролируемым промышленным выбросом, возникновением лесного пожара или гибелью отдельной популяции в животном мире. Другие знающие люди более оптимистичны. Они предполагают, что в текущем столетии более востребованными окажутся все же природосберегающие технологии. Человек вынужден будет более гармонично встраиваться в экологическую среду. Тогда, можно предположить, будут востребованы и гидрогели, имеющие в своем составе технический углерод, потому что они не просто решают определенную производственную задачу, но и способствуют регенерации земель. Хотелось бы, чтобы этим заинтересовались в первую очередь не зарубежные фирмы, а наши, отечественные.
 




Партнеры