Gazprom-Preis im Bereich Wissenschaft und Technik

Entwicklung und Implementierung innovativer Verfahren zur Ausbeute von Lagerstätten mit schwer förderbaren Gasvorräten, um die Rentabilität der Förderung zu steigern

Die Studie enthält Ergebnisse der Anpassung komplexer technischer und technologischer Lösungen zur Effizienzsteigerung bei der Förderung schwer zu gewinnender Gasvorräte aus der produktiven Senon-Turon-Formation der Gaskondensatlagerstätte Juschno-Russkoje unter Verwendung der vorhandenen Infrastruktur und Ausrüstungen, die auf den Gasfeldern im Cenoman-Horizont zum Einsatz kommen.

Während der gesamten industriellen Probeförderung aus den in der Lagerstätte Juschno-Russkoje gelagerten Turon-Erdgasschichten wurden folgende Verfahren und Technologien getestet, die die Leistungsfähigkeit von Bohrungen steigern:

• Fracking-Methode bei vertikalen Bohrungen;
• Bohrung mit zwei flach geneigten Abzweigbohrungen;
• Bohrung mit einem ansteigend verlaufenden Bohrpfad;
• mehrstufiges Fracking in einem flach geneigten Bohrloch.

Um Gas aus der Turon-Formation zu fördern, wurde erstmalig der industrielle Probebetrieb einer Bohrung mit einem ansteigend verlaufenden Bohrloch vorgeschlagen, begründet und vorgenommen. Solch ein Aufbau des Bohrlochs gewährleistet einen optimalen Betriebsmodus und steigert die Produktivität und Gasabgabe von Erdgasschichten. Die entwickelte Bauart der Bohranlage erfordert keine Verwendung ausländischer Ausrüstungen und Zubehörteile, was vor dem Hintergrund der gegen die Russische Föderation verhängten internationalen Sanktionen besonders relevant ist.

Die Autoren dieser Studie haben technische und technologische Lösungen ausgewählt und eingesetzt, die die wirtschaftliche Effizienz bei der Gasförderung sichern, und zwar durch eine zeitgleiche Ausbeute der Senon-Turon- und der Cenoman-Formation.

Im Rahmen dieser Studie wurden mehrere schutzfähige Technologielösungen entwickelt, für die fünf Patente erteilt worden sind.

V. Dmitruk (Teamleiter, Severneftegazprom), A. Chernyshev, I. Dubnitsky, A. Kasyanenko, A. Legay, E. Mironov, V. Vorobyov, (Severneftegazprom), V. Cherepanov (Gazprom), A. Babak, A. Krasovsky (Gazprom Proyektirovaniye)

Präsentierendes Unternehmen: Severneftegazprom.

Entwicklung komplexer Raffineriekatalysatoren aus heimischer Produktion für die Herstellung hochwertiger Kraftstoffe

Die Autoren dieser Studie haben im Rahmen der Umsetzung der Politik auf dem Gebiet der Importsubstitution die folgende Aufgabe bewältigt: Effizienzsteigerung grundsätzlicher technologischer Sekundärverfahren zur Erdölverarbeitung sowie Vergrößerung der Verarbeitungstiefe und Steigerung der Produktion heller Erdölprodukte (einschließlich hochwertiger bzw. margenstarker Kraftstoffe der Euro-5-Klasse) durch Einsatz hocheffizienter Katalysatoren und innovativer Technologien für deren Erzeugung, die gemeinsam mit führenden einheimischen akademischen und branchenbezogenen Forschungseinrichtungen entwickelt worden sind.

Während der Arbeit an der Studie wurden folgende Hauptaufgaben gemeistert:

• Optimierung der chemischen Zusammensetzung von Katalysatoren für katalytisches Cracken bzw. Optimierung deren Erzeugungstechnologien gemäß Kundenbedürfnissen;
• Entwicklung einer Technologie für die Ultrastabilisierung von mikrokristallinen Zeolithen – den Hauptbestandteilen von Crack-Katalysatoren – durch thermische und Dampfbehandlung;
• Erstellung komplexer Technologielösungen zur Auswahl von Chelatbildnern, um die Aktivität von Hydrotreating-Katalysatoren mindestens zu 95 Prozent wiederherstellen zu können;
• Auswahl von Rohstoffen und Entwicklung der Zusammensetzung von den für die Isoentwachsung bestimmten Katalysatoren sowie Festlegung deren technologischer Herstellungsphasen;
• Auswahl von Rohstoffen und Entwicklung der Zusammensetzung von Katalysatoren für die Oligomerisierung, die deutlich verbesserte Leistungseigenschaften aufweisen;

Es wurden dabei folgende Katalysatoren entwickelt:

• Katalysator für katalytisches Cracken der Klasse Avangard, M und N (dient zur Produktionssteigerung der Benzinkomponente);
• Katalysator КОB-1 für Oligomerisierung;
• Katalysator GIP-14 für Isoentwachsung;

• Entwicklung einer Technologie zur Reaktivierung von Hydrotreating-Katalysatoren (sorgt für eine hundertprozentige Wiederherstellung der Aktivität bei verbrauchten Katalysatoren und ermöglicht deren Wiedereinstieg in den Produktionszyklus).

Für alle Erfindungen im Rahmen dieser Studie wurden zehn Patente erteilt.

Die entwickelten Katalysatoren werden in den Ölraffinerien Omsk und Moskau gefertigt und dort in der Produktion eingesetzt.

O. Vedernikov (Teamleiter, Gazprom Neft), A. Andreeva, D. Kondrashev, V. Miroshkina, I. Reznichenko (Gazprom Neft), S. Gurievskikh, D. Khrapov (Gazpromneft-ONPZ), V. Doronin (Institut für Probleme der Kohlenwasserstoffverarbeitung bei der Sibirischen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften), O. Klimov (Boreskow-Institut für Katalyse bei der Sibirischen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften), A. Popov (UNISIT).

Präsentierendes Unternehmen: Gazprom Neft.

Entwicklung und Einsatz der Polykationlösungen Katburr, die eine Effizienzsteigerung beim Abteufen von Bohrungen unter erschwerten geologischen Bergbaubedingungen sicherstellen

Diese Studie enthält Forschungsergebnisse zur Optimierung chemischer Zusammensetzungen von Bohrspülungen und zur Steigerung deren Effizienz beim Einsatz in abzuteufenden Bohrungen. Es wurden unter anderem folgende Maßnahmen vorgenommen:

• Analyse internationaler Erfahrungen in der Auswahl von Rezepturen für Bohrspülungen, die beim Abteufen von Bohrungen unter diversen erschwerten Bedingungen zum Einsatz kommen. Gemeint sind dabei Bohrarbeiten in instabilen lehmigen Bodenstrukturen bzw. in salzhaltigen und produktiven Ablagerungen sowie Bohrarbeiten unter enorm hohem Druck und hohen Temperaturen in Bodenschichten und bei aggressiven Fluiden in Böden;
• wissenschaftliche Begründung und praktische Bestätigung neuer Ansätze zur Verwendung von Polykationlösungen anstelle Bohrspüllungen, die mithilfe von anionischen und nichtionischen Polymeren stabilisiert werden;
• Entwicklung polykationischer wasserlöslicher Spülungssysteme unter dem gemeinsamen Markennamen Katburr. Diese Spülungen sind frei von den Nachteilen, die den konventionellen und in der weltweiten Praxis angewandten anionischen Systemen eigen sind;
• Einsatz entwickelter Bohrspülungen bei der Niederbringung und Instandsetzung von Bohrungen in der Gaskondensatlagerstätte Astrachanskoje;
• Erstellung von Regelwerken (im Format STO Gazprom), die den Einsatz von Polykationlösungen an Objekten der PAO Gazprom regeln;
• für die entwickelten polykationischen wasserlöslichen Spülungssysteme wurden 24 Patente erteilt (2011–2016); 27 Artikel wurden in wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht; mehrere Vorträge wurden auf wissenschaftlichen Konferenzen gehalten.

Die Anwendung diverser Rezepturen für die auf Polykationen basierten Bohrspülungen weist folgende Vorteile auf: erhebliche Risikominderung, dass beim Abteufen von Bohrungen jegliche Störungen und Unfälle auftreten, Verkürzung der für die Niederbringung einer Bohrung vorgesehenen Kalenderzeit um bis zu 30 Prozent sowie Verringerung von Abfallmengen, die aus der Verwendung von Bohrspülungen stammen und zu entsorgen sind.

Der Wirtschaftseffekt durch den Einsatz der oben beschriebenen Technologie ergibt sich aus der Verkürzung der kalendarisch bestimmten Bauzeit für eine Bohrung um bis zu 30 Prozent dank Reduzierung der Anzahl von Störungen und Unfällen, die bei Bohrarbeiten auftreten, bzw. dank Minderung deren Auswirkungen.

A. Potapov (Teamleiter, Gazprom VNIIGAZ), A. Gaidarov, M. Gaidarov, A. Khubbatov, A. Sutyrin, R. Zhirnov (Gazprom VNIIGAZ), R. Ilalov (Gazprom Dobycha Astrakhan), D. Solnyshkin (Gazprom Bureniye), D. Ponomarenko (Aktiengesellschaft Octopus), D. Lyugai.

Präsentierendes Unternehmen: Gazprom VNIIGAZ.

Komplexe Anlage für die Entgiftung von Abfällen des Odoriermittels für Erdgas

Die Autoren dieser Studie vermochten es, die folgende Aufgabe zu lösen: Effizienzsteigerung bei der Entsorgung von Odoriermittelresten in Transport- und Lagerbehältern bzw. Reduzierung der Umweltbelastung, die für konventionelle Entsorgungsprozesse typisch ist, durch Anwendung von Ozon als der Entgiftung dienendes Oxidationsmittel.

Die im Gasverteilungssystem der PAO Gazprom erheblich zugenommene Anzahl der außer Betrieb genommenen Behälter, die für die Speicherung von Odoriermitteln bestimmt sind, erforderte die Entwicklung einer neuen umweltfreundlichen Technologie zur Entgiftung hochtoxischer Abfälle. Diese Technologie ist auf eine umfassende Verarbeitung von bereits angesammelten und sich ansammelnden Abfällen, die bei der Odorierung von Erdgas anfallen, ausgerichtet.

Die Autoren haben ein neues Verfahren vorgeschlagen, bei dem man infolge der Ozonbehandlung der bei der Erdgas-Odorierung entstehenden hochgiftigen Abfälle eine wässrige Lösung der Sulfonsäuresalze bekommt. Dabei werden den ozonisierten Abfallstoffen die Gefährdungsklasse IV und V zugeordnet, was bedeutet, dass sie für die menschliche Gesundheit und Umwelt wenig gefährlich oder praktisch ungefährlich sind.

Im Rahmen der Arbeit an der Studie wurde Folgendes bewerkstelligt:

• eine Methode zur Verringerung der Abfalltoxizität bei Odoriermitteln mittels vollständiger Oxidation schwefelorganischer Verbindungen mit Ozon zu Sulfonsäuresalzen wurde entwickelt;
• eine mobile automatisierte komplexe Anlage zur Entgiftung von den bei der Erdgas-Odorierung anfallenden Abfällen (nachstehend „komplexe Anlage“), der positive staatliche Sachverständigengutachten im Bereich Umweltschutz und Betriebssicherheit erteilt wurden, nahm ihre Arbeit auf.

Die komplexe Anlage, die in einem herkömmlichen Seefrachtcontainer untergebracht ist, besitzt folgende besondere Merkmale:

• Mobilität;
• autonomer Betriebsmodus;
• hohe Leistungsfähigkeit;
• niedrige Betriebskosten;
• die bei bzw. nach der Entgiftung entstehenden Abfälle der Gefährdungsklasse IV und V können als Sekundärrohstoffe genutzt werden.

Die Entwicklung im Rahmen dieser Studie ist durch zwei Patente geschützt.

V. Subbotin (Teamleiter, Gazprom Transgaz Samara), V. Grabovets, D. Neretin, K. Shabanov (Gazprom Transgaz Samara), R. Distanov, S. Konyaev (Gazprom), O. Bogdanov (NIIgazeconomika), D. Bykov, A. Pimenov (Staatliche Technische Universität Samara).

Präsentierendes Unternehmen: Gazprom Transgaz Samara.

Gas-Öl-Wärmeaustauscher als energieeffiziente Lösung für Gastransporte

Die Autoren haben eine Aufgabe bewältigt, die darin bestand, die Energieeffizienzsteigerung von Vorverdichteranlagen (VVA) zu erreichen. Dies ist durch die Wärmerückgewinnung aus Schmieröl (in Gasturbinenantrieben und Verdichtern) bei der Erwärmung von Brenngas in Gas-Öl-Wärmeaustauschern möglich geworden. Auf diese Weise wird anfallende überschüssige Wärme erfolgreich verwertet. VVA lassen sich ohne Öl-Luftkühler effizienter betreiben, infolgedessen werden Erdgas und Strom eingespart.

Als neuartige Lösung wird zum Aufbau von Wärmeaustauschern ein Pufferspeicher zur Absicherung von Komponenten hinzugefügt, der Wärmeträger vor Durchmischung schützt, falls Rohrleitungen oder Kanäle undicht werden.

Während der Studie wurden unter anderem folgende Aufgaben bewältigt:

• es wurden moderne Technologien zum Vakuumlöten von angeordneten Stapeln unter Druck des Arbeitsmittels bis zu 7,5 Megapascal für Platten- und Rippenrohr-Wärmetauscher entwickelt. Die Inbetriebnahme dieser Technologie ermöglichte es, die Produktion von Platten- und Rippenrohr-Wärmetauschern mit Solldruck bis zu 11 Megapascal für Projekte zur Erdgasverflüssigung zu evaluieren;
• es wurde die Produktion von Platten- und Rippenrohr-Wärmetauschern mit einem Pufferspeicher zur Absicherung von Komponenten aufgenommen;
• es wurde eine Technologie zur Herstellung des „Sicherheitsrohres“ bei Gas-Öl-Wärmeaustauschern mit Rohrbündeln entwickelt und angeeignet;
• es wurden neuartige spezielle Werkzeuge und Vorrichtungen für die Produktion von „Sicherheitsrohren“ bei Gas-Öl-Wärmeaustauschern mit Rohrbündeln sowie von Verwirbelungselementen, die die Wärmeübertragung von Brenngas verbessern, und berippten Oberflächen für Platten- und Rippenrohr-Wärmetauscher entwickelt;
• es wurde ein Versuchs- und Prüfstand zur Überprüfung von hydraulischen und thermischen Berechnungen für Gas-Öl-Wärmeaustauscher sowie zur Überprüfung des Wärmeüberganges von der Oberfläche des abstrahlenden Körpers konstruiert;
• es wurden Lösungen hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus von Gasturbinenantrieben verschiedener Art als Antriebe für VVA unifiziert sowie Empfehlungen zu deren Anwendung bei VVA-Herstellern vorbereitet. Dabei geht es um solche Modelle wie Gas-Öl-Wärmeaustauscher, gefertigt aus Platten und Rippenrohr mit dem Brenngas-Druck bis zu 7,5 Megapascal oder Gas-Öl-Wärmeaustauscher, gefertigt aus Rohrbündeln mit dem Brenngas-Druck bis zu 12 Megapascal.

Seit 2009 wurden 186 Gas-Öl-Wärmeaustauscher verschiedener Bauarten hergestellt, darunter 106 mit Rohrbündeln und 80 mit Platten und Rippenrohr.

Für die dargestellten Erfindungen wurde ein Patent erteilt, fünf Gebrauchsmuster sind patentgeschützt.

V. Nikitin (Teamleiter, Gazprom), S. Adamenko, E. Vasilyev, A. Kaidash, E. Terentyev (Gazprom Transgaz Ukhta), V. Seredyonok (Gazprom), Yu. Belousov, N. Vereshchagin (GAZKHOLODTEСHNIKA).

Präsentierendes Unternehmen: Gazprom Transgaz Ukhta.

Entwicklung und Einführung der Produktion von Flugtreibstoff im Werk zur Kondensataufbereitung für den Transport der Gazprom Pererabotka, um den Autonomen Bezirk der Jamal-Nenzen mit Flugtreibstoff zu versorgen und strategische Aufgaben der Gazprom in dieser Region zu bewältigen

Als Ergebnis der Studie erschien eine Technologie für die Produktion von Flugzeugkerosin aus instabilem Gaskondensat für Düsentriebwerke. Die Technologie wurde am Werk zur Kondensataufbereitung für den Transport der Gazprom Pererabotka (Nowy Urengoi) in die Produktion genommen.

Im Rahmen der Studie haben die Autoren ein Verarbeitungsverfahren von einem Rohstoff, instabilem Gaskondensat, ausgearbeitet. Das Verfahren stellt einen Fraktionierungsprozess dar, infolge dessen bei den Temperaturen von 140 bis 240 Grad Celsius eine Kerosin-Fraktion zu gewinnen ist. Unter anderem wurde eine notwendige Anpassung vorhandener Ausrüstung vorgenommen (Änderungen im Rohrleitungsplan).

Die Besonderheit der neuen Technologie, im Unterschied zu Technologien sonstiger Werke und Hersteller, besteht darin, dass ein Destillatkraftstoff von hoher Qualität mit dem gesamten Schwefelanteil von maximal 0,20 Prozent ohne kostspieliges Hydrotreating der Kerosin-Fraktion und nachfolgender Legierung hergestellt wird. So ein erzieltes Ergebnis ist dem schwefelarmen Rohstoff zu verdanken, der am Werk zur Kondensataufbereitung für den Transport zur Verfügung steht.

Die Technologie zur Kraftstoffproduktion aus instabilem Gaskondensat für Düsentriebwerke wurde erstmals in Russland entworfen. Zu dieser Novität wurde ein Erfindungspatent erteilt.

Der Kraftstoff aus dem Werk zur Kondensataufbereitung für den Transport entspricht nach allen Qualitätskriterien nicht nur den Anforderungen der Norm GOST 10227–86 an den Kraftstoff der Marke TS-1, sondern auch verfügt über wesentlichen Spielraum für Qualitätsänderungen.

Bei der Realisierung der oben genannten Ideen vermochte es Gazprom Pererabotka,

• technologische Ausrüstung des Werkes zur Kondensataufbereitung für den Transport, die bei der Produktion von Dieselkraftstoff mit einem erhöhten Schwefelgehalt nicht mehr zur Verwendung kommt, für die Herstellung eines neuen Marktproduktes – des Kraftstoffes für Düsentriebwerke der Marke TS-1 – zu nutzen;
• die Produktpalette zu erweitern sowie die Wettbewerbsfähigkeit von Produkten aus der Herstellung des Werkes zu steigern;
• Arbeitsplätze für Beschäftigte in der Bedienung von Ausrüstung für die Produktion von Dieselkraftstoff zu behalten;
• Transportkosten für den Bedarf des Autonomen Bezirkes der Jamal-Nenzen an Flugtreibstoff von hoher Qualität zu senken.

A. Ishmurzin (Teamleiter, Gazprom Pererabotka), E. Afanasyev, I. Chernukhin, R. Gaisin, O. Obukhov, P. Solodov (Gazprom Pererabotka).

Präsentierendes Unternehmen: Gazprom Pererabotka.

Entwicklung und Einsatz eines Gasmesssystems am Anschluss von Erdgastankstellen

Die Autoren haben eine Aufgabe bewältigt, um die verpflichtende Erfassung der in die Erdgastankstellen eingespeisten Gasmengen, was in der Regierungsverordnung der Russischen Föderation vom 23. Juli 2015 Nr. 162 „Über die Genehmigung der Regelungen für Gaslieferungen in der Russischen Föderation“ vorgesehen ist, zu gewährleisten.

Während der Studie wurden unter anderem folgende Aufgaben gemeistert:

• es wurden Bedingungen für den Gasfluss durch die Anschlussleitung bis zur Erdgastankstelle analysiert und Schlüsselparameter für das Messsystem in jedem einzelnen Betriebsmodus der Ausrüstung bestimmt;
• es wurden notwendige Algorithmen für das Prozessormodul zur Bearbeitung von Informationssignalen erarbeitet und bei neuen Modellen des Durchflusssensors implementiert. Diese Algorithmen erlauben es, die aufgebaute Stromrichtung sowie das Stromprofil im Quer- und Längsschnitt in der Messleitung zu überprüfen und zu evaluieren;
• es wurde spezielle Software für die Verarbeitung und Speicherung von gesammelten Informationen entwickelt;
• es wurde die Serienfertigung von einheimischen Sensoren, die mit ausländischen Mustern in allen Eigenschaften mithalten, organisiert;
• es wurde ein System zur Selbstprüfung beim Durchflusssensor, das es möglich macht, sämtliche notwendige Arbeitsparameter der Messausrüstung zu überwachen, entwickelt und implementiert;
• nach Ergebnissen der Arbeitstests bei der Gazprom Transgaz Moscow wurde die komplexe Messanlage Turbo Flow UFG in die Liste der Messmittel eingetragen, die an Objekten der PAO Gazprom zur Anwendung empfohlen sind. Diese Anlage wird als allein mögliches System zur Gasmessung am Anschluss von Erdgastankstellen vorgeschlagen.

Die Erfindung ist durch ein Patent geschützt.

E. Smirnov (Teamleiter, Gazprom Transgaz Moscow), S. Boyko, S. Goncharov, D. Sedykh, Yu. Tolstikhin (Gazprom Transgaz Moscow), D. Sverchkov (Gazprom), O. Babaev (Gazprom Gazomotornoye Toplivo), I. Amural, R. Donchenko, A. Slonko (spezielles technisches Konstruktionsbüro Turbo-Don).

Präsentierendes Unternehmen: Gazprom Transgaz Moscow.