Одним из знаменательных событий уходящего года в институте можно по праву назвать защиту докторской диссертации Александрой Сергеевной Ушаковой (руководитель профессор Н. Н. Михайлов).
Диссертация А. С. Ушаковой «Научно-методические основы и условия применения закачки воздуха в пласт для освоения трудноизвлекаемых запасов» была признана одной из лучших работ по данной специальности в текущем году.
От всего сердца поздравляем Александру Сергеевну с защитой и с рождением шестого ребенка за два месяца до защиты!
Интервью с Александрой Сергеевной открывает рубрику «10 вопросов ученому».
Расскажите про свое последнее исследование. Что исследовали, какие методы использовали, к каким результатам пришли?
Исследование внутрипластового горения. Это метод нефтеотдачи, основанный на закачке воздуха в пласт. Он сопряжен с различными рисками, в первую очередь с появлением непрореагировавшего кислорода в добывающих скважинах. Я изучала начальные стадии окисления нефти кислородом воздуха, закачиваемого в пласт. Выявила, что описание процесса в рамках радикально цепного механизма более точно, чем описание в рамках единичных реакций, чем в основном пользуются для расчета горения в коммерческих симуляторах. Исследовала этот механизм экспериментально, методами калориметрии, теоретически, с использованием механизмов цепного окисления углеводородов, предложенного еще в 1930 годах акад. Семеновым Н.Н. и развитым Эммануэлем Н.М. и Денисовым Е.Т. Также проводила аналогии с промысловыми данными проектов закачки воздуха, в которых принимала участие. Всестороннему изучению воспламенения нефти была посвящена моя докторская диссертация, защищенная в 2024г. в ИПНГ РАН.
Вторая тема – исследования структуры слоев полимеров с амфифильными (гидрофобно-гидрофильными) звеньями, привитых к наночастицам, т.н. декорированные наночастицы. Косвенно эти исследования также относятся к той же теме, применение растворов таких частиц – это новое направление в нефтеотдаче. Я исследовала структуру таких агрегатов аналитически совместно с коллегами ИНЭОС РАН, исследовавшими такие структуры методами математического моделирования. Очень интересным результатом оказалось соответствие геометрии полимерных слоев на поверхностях сферических частиц минимальным поверхностям – геометрическим объектам с нулевой общей кривизной.
Чем могут быть полезны результаты Ваших исследований? Как планируете развивать эти результаты в дальнейшем?
Эти результаты важны при прогнозе времени воспламенения нефти. Они лучше описывают динамику набора температуры в нефтяном пласте, чем ранее существовавшие модели.Последние промысловые данные с месторождения Янги Узбекистан подтвердили это концепцию. Эти исследования в первую очередь важны для безопасности процесса закачки воздуха (прогноза количества непрореагировавшего кислорода и соответственно для мероприятий предотвращения взрывоопасной концентрации его в составе газа). Также я провела много исследований по активности нефти, ее групповых компонентов (смол, асфальтенов, парафинов) и других углеводородных жидкостей и масел к окислению в условиях нефтяного пласта. Оперируя этими данными, можно прогнозировать скорость самовоспламенения конкретной нефти в пласте, а также добавлять ту или иную углеводородную жидкость для ускорения процесса (т.н. химическое инициирование горения).
В дальнейшем интересно было бы рассмотреть процесс воспламенения в динамике, решая задачу продвижения воздуха в пласте с одновременными реакциями воспламенения, тем более что для стационарного фронта горения такая задача была решена и аналитически, и численно и подтверждена большим количеством экспериментов на трубах горения. Еще интересно рассмотреть с практической точки зрения эффективность горения и изменения нефти в пласте с закачкой воздуха. До сих пор много исследований были посвящены положительному влиянию горения (уменьшению вязкости нефти при тепловом воздействии, влиянию СО2 на характеристики вытеснения). Кроме этих эффектов значение имеет большое количество азота из воздуха в нефтяном пласте, смещение фазового равновесия нефть – газ, выход в газовую фазу метана и более тяжелых фракций и влияние на этот процесс горения газов, в том числе СО2. Не всегда эти эффекты однозначно хороши для извлечения нефти.
Еще важный вопрос – это влияние малой проницаемости коллектора на эффективность горения. Эти исследования было бы полезно провести в привязке к трудноизвлекаемым запасам и сланцевой нефти (например, для баженовской свиты).
Кто или что повлияло на ваше решение заниматься наукой? Как давно вы занимаетесь наукой?
Я физик по образованию, на мой выбор повлиял пример моей бабушки, тоже физика, доцента Института дружбы народов им. Патриса Лумумбы. Далее я училась в физико-математической школе 1534, где на мой выбор заниматься наукой и поступать в МГУ во много повлияли мои учителя математики и физики, Шейнина О.С., сейчас директор этой школы и Горкина Т.Б., за что им огромное спасибо!
Где Вы учились? Кого Вы считаете своим наставником?
Я физик по образованию, училась на физическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова по специальности «физика конденсированного состояния вещества». Там же защитила кандидатскую диссертацию на тему «Теоретическое изучение роли амфифильностимакромолекул и низкомолекулярных веществ в структурообразовании». В этом направлении большую роль в моей работе сыграли заведующий кафедрой Хохлов А.Р., профессор Филиппова О.Е., читавшие прекрасные лекции по введению в специальность. Мой первый научный руководитель Говорун Е.Н. и Василевская В.В.
Далее, когда я стала работать в области нефтеотдачи, Боксерман А.А., благодаря кому я стала заниматься темой закачки воздуха и получила дополнительное образование в РГУ нефти и газа. Большое влияние на формирование цели исследований оказал Шереметьев Н.В., сотрудник тепловой лаборатории ВНИИнефть, кто обратил мое внимание на проявление цепного механизма окисления при проведении экспериментов на дифференциальном сканирующем калориметре и предложил методику по выявлению его на начальных стадиях процесса. Далее, Михайлов Н.Н., научный консультант моей диссертации, предложивший связь воспламенения с характеристиками нефтяного пласта, с кем я обсуждала последние направления моих исследований.
Ваша первая научная задача. Меняется ли Ваш научный интерес?
Да, интерес меняется. Первая моя работа касалась исследования гидрофильных и гидрофобных взаимодействий в белках и описания (теоретического) третичной структуры белковых молекул, фермент-субстратных комплексов и белковых глобул в растворах ПАВ. Этому и посвящена кандидатская диссертация.
Далее было большое желание зарабатывать больше денег. Тогда (может это субъективное видение) практически прекратилось финансирование зарубежное и еще не началось финансирование из отечественных грантов научных исследований, поэтому ситуация была грустная и путей увеличения дохода, работая в университете, я не видела (тогда за рубеж уезжали 2/3 моих однокурсников).
Далее я ушла работать в нефтяную компанию АО «Зарубежнефть» в группу А.А. Боксермана, и стала заниматься методом закачки воздуха в пласт (термогазовым воздействием). И дальнейшая моя работа была посвящена этому методу нефтеотдачи. Я получила дополнительное образование в РГУ нефти и газа и много работала в тепловых лабораториях ВНИИнефть и Казанского Федерального Университета. Последние годы, возможно благодаря работе в Китае, я также занимаюсь химическими методами, изучением смачиваемости пород коллектора и полимерным заводнением. Здесь мне очень пригодились знания, полученные по моей первой специальности. Вообще считаю, что смена научной деятельности позволяет расширить кругозор, применить свои знания в другой области или вернуться к предыдущим исследованиям, но уже на другом уровне.
Вы следите за своей областью исследований и смежными областями в стране, в мире? Какая сейчас ситуация в Вашей области? Какая задача сейчас ключевая?
Если говорить о методах нефтеотдачи в России и в мире, то сейчас ситуация сложная. Можно сказать, что применяются до сих пор технологии, предложенные в 40-50-ых годах прошлого века. Новые методы, которые, как уже все понимают, должны быть направлены на добычу трудноизвлекаемых запасов, до сих пор не разработаны. Нет методов, позволяющих рентабельной добычи из ТРИЗ, сейчас построить дорогостоящую инфраструктуру в Западной Сибири, добыть 5% и бросить месторождение до сих пор обычная история, если это касается, например, баженовской свиты. Методов рентабельной добычи нет. При том, что отчитываются компании сотнями методов, которые по тем или иным причинам не работают или дают эффект на уровне погрешности обычной работы скважин. Тот метод, которым я занималась, не исключение.
Еще из неприятных моментов – это отсутствие внятного запроса от нефтяной отрасли. Так, невозможно проектировать метод на ближайшие 5 – 10 лет, если срок, который занимает пост тот или иной руководитель в нефтяной компании, исчисляется 2-3 годами, а его интерес к данной технологии - и того меньше. Поэтому идет применение обработок ПЗП, химических методов, не требующих капитальных вложений (ориентация не на КАПЕКС, а на ОПЕКС).
В мире ситуация не лучше, даже наоборот, если говорить о Европе, то развитие отрасли в целом там осложняется «коньюнктурными», так называемыми «зелеными технологиями» под видом которых продвигаются любые, далекие от реализации идеи, главное опубликовать и получить финансирование. Я сама рецензент нескольких иностранных журналов, поэтому знаю этот вопрос.
Китай очень много вкладывается в развитие технологий, даже для реализации уже существующих чужих идей. Но сейчас я с удивлением увидела их собственные «ноу-хау». Например, две компрессорные станции для закачки воздуха в пласт и мембрана между ними для контроля содержания кислорода.
Вы сейчас работаете в рамках только российской науки? Или в международных исследованиях тоже участвуете?
До 2020 года я работала 3 года как phD в Юго-западном нефтяном университете провинции Сычуань, КНР. Там занималась проектами горения для месторождений Тахо и Ляхо, расчетами стабильности структур, образованных наночастицами с привитыми к их поверхности полимерными молекулами, – это новое перспективное направление в нефтеотдаче на основе нанотехнологий. Сейчас оно развивается и в России. Проект Ляхо сейчас один из немногих в мире проектов закачки воздуха, выполненных на очень высоком технологическом уровне. Где возможно в процессе закачки воздуха менять соотношение кислорода и азота, регулировать скорость подачи газов, отбирать и разделять выходящие газы, частично закачивать их обратно в пласт. Такие проекты в Китае впечатляют!
В чем главное достоинство и недостаток российской науки?
Российским ученым принадлежит первенство в огромном количестве гениальных идей и в их реализации, такого потенциала, как у нас, я думаю, нигде нет! Поэтому думаю главное достоинство - в наших людях, умеющих нестандартно мыслить. И еще, у нас до сих пор одно из лучших образований мира.
Про недостатки. У нас я думаю плохо с мотивацией и с целями. Я могу перечислить с какими целями шли в аспирантуру наши студенты: отсрочка от армии, общежитие, отдельная комната, возможность уехать за рубеж (из моей группы уехало 2/3), и, наконец, много свободного времени. (из этих соображений пошла я, так как у меня уже было двое маленьких детей). Согласитесь, странная мотивация. То есть в науку изначально идет мало мотивированных людей и еще меньше в ней остается. Очень большая оторванность от производства, и никакой системы по преодолению этой оторванности. Зарплата в соответствии с наукометрическими показателями (индексом Хирша) и падение за последние годы востребованности российских журналов из-за потребности всех печататься за рубежом.
Каких прорывных открытий в науке стоит ожидать в ближайшие 10 лет?
Я буду говорить про область нефтеотдачи – тут, думаю, появятся новые технологии добычи нефти из низкопроницаемых коллекторов, технология добычи углеводородов (внутрипластовая конверсия) горючих сланцев. Я думаю, это будет именно научный прорыв, основанный на понимании физики и химии формирования залежей углеводородов, так как последние прорывные технологии были чисто технического характера: добыча сланцевого газа, горизонтальное бурение, многостадийный гидроразрыв пласта.
Если бы представилась возможность задать любому ученому любой эпохи один вопрос, кто был бы этот ученый и что за вопрос?
Я бы поговорила с Борисом Владимировичем Дерягиным о свойствах воды и нефти, и их течении в узких капиллярах. Именно эта область наиболее неизученная в физике нефтяного пласта и напрямую связанная с извлечением нефти. Очень хотелось бы услышать его мнение. Многое можно прочесть в книгах, но хотелось бы понять интуицию ученого. Очень ценю его работы.