В Институте физики адаптируют ЯМР-спектроскопию под определение качественного и количественного состава нефти.
Казанская школа магнитного резонанса, известная на всю страну и далеко за её пределами своей богатой историей и традициями, никогда не оставалась в стороне от качественных изменений, происходящих в КФУ. Вот и создание в университете стратегических академических единиц не обошлось без её участия – сегодня ученые Института физики задействованы в научных проектах 3 из 4 созданных САЕ. Причем, в двух из них – САЕ «ЭкоНефть» и «7П Медицина» магия спектра пришлась весьма кстати. Для медиков научная группа лаборатории НИЛ «ЯМР-структура» занимается поиском новых веществ для создания лекарств будущего, а нефтяникам помогает «заглянуть» внутрь процессов, протекающих при подземной переработке нефти.
«Сегодня ЯМР-методы у нас сосредоточены, в основном, на кафедре медицинской физики. Официально она существует всего несколько лет, а формально мы применяем методы спектроскопии высокого разрешения для решения проблем медицины уже очень и очень давно. Похожая история и с «нефтянкой» — у нас были долгосрочные договоры с ведущими нефтеперерабатывающими и нефтехимическими заводами на протяжении 20 лет, еще в те времена, когда мы с коллегами входили в состав кафедры общей физики. Тогда наши методы были очень востребованы у производственников, потому что позволяли определить состав любого вещества максимально точно. С участием КФУ в программе повышения конкурентоспособности возможностей у нас стало гораздо больше. И мы готовы к новым вызовам», — рассказал заведующий кафедрой медицинской физики Института физики КФУ Альберт Аганов.
Стоит отметить, что в САЕ «ЭкоНефть» возлагают на ЯМР-методы большие надежды. Ведь на данный момент только ЯМР-спектроскопия способна дать самую полную картину как по качественному, так и по количественному составу углеводородов, что очень важно для решения задач, поставленных перед учеными КФУ.
«Как вы знаете, мы пытаемся реализовать концепцию подземной переработки тяжелых и высоковязких нефтей, но для этого нужны уникальные экспериментальные методы, позволяющие фиксировать изменения, происходящие с нефтью, её структурой под термическим воздействием. В совокупности с уже известными методами, такими как томография, деление на фракции, очень большой потенциал для исследования нефти, её качественного и количественного состава несут методы ЯМР. Они позволяют установить тонкую структуру нефти, выделить непосредственно фрагменты, из которых состоит нефть. Таким образом, мы можем определить, что на самом деле с ней происходит при так называемой переработке, получаем ли мы легкие углеводороды или идут какие-то другие параллельные процессы, влияющие на качество нефти, например, образование непредельных соединений, которые нежелательны при нефтепереработке. Т.е. ЯМР позволит нам заглянуть внутрь процесса переработки и скорректировать его в случае необходимости», — поделился руководитель САЕ «ЭкоНефть» Михаил Варфоломеев.
Впрочем, на этом применение ЯМР-спектроскопии не заканчивается. Ведь помимо глобальных задач перед учеными САЕ «ЭкоНефть» стоит и множество задач поменьше, в т.ч. и совместные проекты с ведущими нефтедобывающими компаниями России и мира. И здесь научная группа НИЛ «ЯМР-структура» так же получила карт-бланш по изучению возможностей применения своего метода. Так, уже параллельно с его адаптацией под решение задач для «нефтянки» в лаборатории активно проводятся эксперименты на образцах нефти с реальных месторождений. И даже есть промежуточные успехи.
«Нам предоставили 2 образца нефти с разных месторождений. В обоих случаях это высоковязкая нефть, но добытая разными способами – традиционным и с помощью пара. Нам предстояло на структурном уровне выяснить, влияет ли пар на качество нефти, как он её меняет. Первое, что мы сделали – попытались найти между ними разницу на структурном уровне. Пока удалось лишь обнаружить наличие в одном образце воды в 4 раза больше, чем в другом. Но уже подоспела следующая задача, более ювелирная – нужно установить причину вязкости. Это может быть присутствие нафтильной группы, а может и длинная цепочка олефинов. В зависимости от этого мы можем оценить качество нефти и уже на этапе добычи решить, стоит ли её вообще перерабатывать», — рассказал ведущий научный сотрудник НИЛ «ЯМР-структура» Владимир Клочков.
Владимир Клочков возглавляет отдельную группу, работающую в рамках проекта «Качественный и количественный состав нефти и нефтепродуктов». Вместе с ним с поиска новых веществ для лекарств на решение проблем нефтегазовой отрасли переключился и ряд молодых ученых. Для них работа в рамках САЕ «ЭкоНефть» — это большой шаг вперед.
«С включением нашей лаборатории в САЕ «ЭкоНефть» стало больше интересной работы. Нет, по медицинской тематике тоже скучать не приходилось, но к ней мы уже успели привыкнуть. А здесь сразу целый поток новых задач, непохожих друг на друга и местами даже более интересных. Оказалось, проблем в нефтегазовой сфере тоже много. А для меня это своего рода вызов, новая импульс для научного роста», — признался младший научный сотрудник НИЛ «ЯМР-структура» Ильфат Рахматуллин.
Кстати, применение методов ЯМР в нефтедобыче и нефтепереработке в России практически не распространено. И Казанская школа магнитного резонанса получила еще один шанс заявить о себе на весь мир.
