Вязкоупругие водные растворы цвиттер-ионных поверхностно-активных веществ для увеличения нефтеотдачи пластов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»
Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Расулов А.А.М., Альмунтасер А.А., Мингазов Р.Р., Башкирцева Н.Ю., Сибгатуллина Л.Ш.
Проведены исследования с целью выяснения возможности применения водных растворов цвиттер-ионных ПАВ в качестве реагентов для вытеснения нефти. Были проведены исследования поверхностно-активных свойств, реологических свойств и нефтевытесняющая способность на насыпных моделях. В результате проведенных испытаний установлено, что исследуемые цвиттер-ионные ПАВ обладают повышенной стойкостью к высокой минерализации пластовой воды и образуют вязкоупругие водные растворы. Исследования показали, что суммарный коэффициент нефтеотдачи наиболее эффективного ЦПАВ-3 после доотмыва водой составляет 70-80 %.
Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Расулов А.А.М., Альмунтасер А.А., Мингазов Р.Р., Башкирцева Н.Ю., Сибгатуллина Л.Ш.
Текст научной работы на тему «Вязкоупругие водные растворы цвиттер-ионных поверхностно-активных веществ для увеличения нефтеотдачи пластов»
Р. А. Расулов, А. А. М. Аль-мунтасер, Р. Р. Мингазов, Н. Ю. Башкирцев;!, Л. Ш. Сибгатуллина
ВЯЗКОУПРУГИЕ ВОДНЫЕ РАСТВОРЫ ЦВИТТЕР-ИОННЫХ
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ
Ключевые слова: увеличение нефтеотдачи, цвиттер-ионные ПАВ, поверхностное натяжение, нефтевытеснение.
Проведены исследования с целью выяснения возможности применения водных растворов цвиттер-ионных ПАВ в качестве реагентов для вытеснения нефти. Были проведены исследования поверхностно-активных свойств, реологических свойств и нефтевытесняющая способность на насыпных моделях. В результате проведенных испытаний установлено, что исследуемые цвиттер-ионные ПАВ обладают повышенной стойкостью к высокой минерализации пластовой воды и образуют вязкоупругие водные растворы. Исследования показали, что суммарный коэффициент нефтеотдачи наиболее эффективного ЦПАВ-3 после доотмыва водой составляет 70-80 %.
Keywords: enhanced Oil recovery, Zwitterionic Surfactant, Surface tension, oil displacement.
Conducted a study to determine the possibility of applying aqueous solutions of zwitterionic surfactant as a reagent to oil displacement. Studies have been conducted of surface-active properties, rheological properties and oil-displacing ability to bulk models. As a result of tests, that the investigated zwitterionic surfactants have enhanced resistance to high salinity of formation water and form viscoelastic aqueous solutions . Studies have shown that total oil recovery factor the most effective zwitterionic surfactant -3 after water is 70-80 %.
Впервые поверхностно-активные вещества (ПАВ) как добавки при заводнении нефтяных пластов были использованы в Соединенных Штатах Америки в 40-х годах ХХ века. В России этот вопрос изучается более 35 лет. На сегодняшний день широко изучены и разработаны физико-химические и технологические основы метода увеличения нефтеотдачи растворами ПАВ и определены основные критерии выбора ПАВ [1].
В настоящее время увеличение эффективности разработки месторождений является важнейшей задачей всех нефтяных компании. Актуальность проблемы подтверждает статистика: в среднем коэффициент извлечения нефти (КИН) по российским месторождениям составляет 30-35%. Повышение КИН лишь на 1% в целом по России позволит добывать дополнительно до 30 млн. тонн нефти в год. Полномасштабное использование современных технологий позволяет довести КИН до 50-70%. Поэтому, на сегодняшний день, интенсивное внедрение новых передовых технологии, направленных на вовлечение в разработку всех типов остаточных нефтей на месторождениях, вступивших в завершающую стадию эксплуатации является первоочередной задачей.
Как показывает отечественный и мировой опыт, эффективная разработка трудноизвлекаемых запасов невозможна без массового использования методов воздействия на нефтяные пласты, когда, начиная со стадии прогрессирующего обводнения продукции, основную роль играют технологии с применением ПАВ, позволяющие экономически оправданно повысить КИН на 2-15 %.
Неоспоримым преимуществом применения ПАВ в технологиях увеличения нефтеотдачи пластов является сохранение коллекторских свойств продуктивных пластов, и отсутствие отрицательного
воздействия на процесс подготовки и транспортирования нефти. Это определяется многоплановым механизмом действия ПАВ [2].
Добавление ПАВ в воду приводит к снижению межфазного натяжения воды на границе с нефтью, что способствует легкой деформации и фильтрации капель нефти в порах и увеличивает скорость их перемещения в пластах. Снижение поверхностного натяжения также приводит к уменьшению краевых углов смачивания, т.е. увеличивается смачиваемость породы водой.
В то же время необходимо отметить, что закачка ПАВ, способствуя отмыву граничного слоя с тяжелыми нефтями с породы, приводит к повышению вязкости вытесняемой нефти. А поскольку растворы и дисперсии ПАВ, применяемых в настоящее время в нефтедобыче, в основном не обладают повышенной вязкостью, то различие в подвижности вытесняющего агента и нефти возрастает, что приводит к преждевременному прорыву водного раствора ПАВ по промытым высокопроницаемым пропласткам к забою добывающих скважин. Данное явление диктует новые условия при создании новых технологий нефтеизвлечения с применением ПАВ: растворы и дисперсии ПАВ должны обладать высокой вязкостью для увеличения охвата пласта. Так как применение технологий, воздействующих избирательно только на пленочную и капиллярно-удержанную нефть, приводит, в конечном итоге, к невысокой эффективности нефтевытеснения и к еще большему образованию техногенно измененных трудноизвлекаемых запасов нефти, а значит, для достижения максимальной конечной степени извлечения нефти из пласта при заводнении необходимо применять технологии повышения коэффициента нефтеизвлечения месторождений, способствующие одновременно увеличению как
коэффициента вытеснения, так и коэффициента охвата.
За последние десятилетия сложилось устойчивое представление о возможности применения в качестве реагентов нефтевытеснения исключительно только неионогенных ПАВ [3]. Однако, в связи с развитием мировой химии ПАВ и созданием новых марок ПАВ появились соединения, не менее эффективные в процессах нефтевытеснения чем неионогенные ПАВ. Настоящая работа была посвящена исследованию свойств и анализа возможности применения в процессах нефтевытеснения цвиттер-ионных ПАВ.
Объектами исследований в настоящей работе являлись водные растворы цвиттер-ионных ПАВ для увеличения нефтеотдачи пластов. Исследования свойств водных растворов ПАВ включали в себя: исследования кинематической и динамической вязкости растворов, исследования поверхностно-активных свойств применяемых ПАВ и анализ эффективности вытеснения нефти водными растворами ПАВ на насыпных моделях пласта.
Определение кинематической вязкости проводилось согласно ГОСТ 33-2000 с помощью капиллярного вискозиметра ВПЖ-2.
Определение динамической вязкости проводилось на ротационном вискозиметре Brookfield DV-II+ Pro, который предназначен для измерения вязкости жидкости при заданных скоростях сдвига.
Измерение ротационным вискозиметром проводится при вращении специального измерительного шпинделя, погруженного в тестируемую жидкость, посредством калиброванной спиральной пружины. Диапазон измерения вязкости зависит от скорости вращения шпинделя, его размеров и формы.
Поэтому, для получения значений вязкости при более широком интервале скоростей сдвига необходимо правильно подобрать шпиндель по вязкости испытуемой жидкости.
Выбор шпинделя и скорости вращения для жидкости с незнакомыми свойствами осуществлялся путем проб и ошибок. Правильно выбирать такие шпиндели и скорости вращения, при которых отсчет момента лежит в диапазоне от 10% до 90% от максимального значения. Существует два основных правила для такого выбора:
• Значение вязкости обратно пропорционально размеру шпинделя.
• Значение вязкости обратно пропорционально скорости вращения шпинделя.
Исследования поверхностно-активных свойств проводились методом кольца Дью Нуи на тензиометре К9 (KRUSS), который определяет поверхностное натяжение или натяжение на границе раздела фаз с помощью оптимально смачиваемого измерительного кольца. Измерения проводились полным погружением в водный раствор ПАВ и поднятием из жидкости измерительного кольца.
Усилие создаваемое при отрыве кольца от поверхности водного раствора и определяет велечину поверхностного натяжения.
Межфазное натяжение растворов ПАВ измерялось при различной концентрации при температуре 20°С. Приготовление растворов с различными концентрациями производилось разбавлением по "правилу креста".
нефтевытесняющей эффективности растворов ПАВ состоит из модели пласта и системы сбора выделившейся жидкости. Модель пласта представляет собой стеклянную трубку, заполненную песком определенной фракции и проницаемости. Движение флюидов в системе осуществляется вакуумом. Принцип работы установки заключается в вытеснении нефти из модели пласта жидкостью (водой, раствором ПАВ, оторочкой ПАВ), заполняемой в модель пласта [4].
В связи с тенденцией увеличения минерализации пластовых вод возникает необходимость в эффективных реагентах для нефтевытеснения, которые будут совместимы с высокоминерализованными пластовыми водами. Такими свойствами обладают цвиттер-ионные ПАВ, которые могут образовывать вязкоупругие водные растворы ПАВ в сильноминерализованных пластовых водах.
В качестве объектов исследования нами были выбраны различные виды цвиттер-ионных ПАВ с различными углеводородными радикалами от С12 до С22, с условными названиями: ЦПАВ-1, ЦПАВ-2 и ЦПАВ-3.
В рамках исследовательской работы были проведены исследования водных растворов цвиттер-ионных ПАВ на снижение межфазного натяжения, реологические свойства и испытания нефтевытесняющей способности на насыпных моделях.
Было установлено, что все исследуемые ПАВ образуют вязкоупругие растворы в минеральных водах. Высокий интерес представляют водные растворы ЦПАВ-3, т.к. они обладают наибольшей вязкостью. Это можно объяснить наиболее длинным углеводородным радикалом С22 по сравнению с остальными цвиттер-ионными ПАВ.
Вязкость раствора ЦПАВ-3 увеличивается с увеличением концентрации соли в растворе. В результат спонтанного «высаливания» из раствора свободных мономеров ПАВ в червеобразные мицеллы происходит повышение вязкости. С увеличением концентрации ПАВ происходит рост червеобразных мицелл. Увеличение размера мицелл и их переплетение приводит к улучшению вязкостных характеристик. Мицеллярная запутанность придает раствору упругие свойства
Результаты исследований вязкостных и поверхностно-активных характеристик водных растворов ЦПАВ-3 представлены в таблице 1. Для приготовления водных растворов использовалась
естественная пластовая вода месторождений ЗАО «Троицкнефть» (Республика Татарстан) с плотностью 1163 кг/м3. Концентрация исследуемого ПАВ варьировалась в интервале 0,5-1,5 % масс.
Таблица 1 - Физико-химические свойства растворов ЦПАВ-3 различных концентраций