1 Исследование свойств поверхностно

Исследование свойств поверхностно-активных веществ (ПАВ) с целью
применения в методах увеличения нефтеотдачи пластов
Д.В. Нуриев (институт «ТатНИПИнефть»)
Особенностью современного этапа развития нефтяной промышленности является
существенное
изменение
трудноизвлекаемых
структуры
нефтей
[1].
запасов
Согласно
в
сторону
экспертным
увеличения
оценкам
в
доли
составе
тудноизвлекаемых запасов доля нефти, удержанная в капиллярах и в пленках,
составляет 30% [2]. Такая нефть может извлекаться только в результате воздействия на
нее различных физико-химических процессов и явлений. Для этого типа нефти большую
роль играют взаимодействия в системе «порода – нефть – пластовая вода», в частности,
характер смачиваемости поверхности породы [3] и межфазное натяжение на границе
«нефть-вытесняющий агент».
Одним из направлений среди методов увеличения нефтеотдачи пластов (УНП)
способствующих снижению межфазного натяжения, отмыву пленочной нефти, ускорению
капиллярной пропитки, изменению смачиваемости породы (гидрофилизации породы) и
увеличению фазовой проницаемости для нефти являются технологии с применением
поверхностно-активных веществ (ПАВ).
В институте ТатНИПИнефть разработаны и внедрены технологии с применением
ПАВ (ССГ-ВУКСЖС, ПГК-М, НКПС, МГС-КПС и др.). Однако постоянно увеличивается
ассортимент выпускаемых марок, что приводит к необходимости их исследования для
определения применимости в методах увеличения нефтеотдачи пластов.
Целью
данной
работы
является
исследование
физико-химических
свойств
поверхностно-активных веществ и выработка оптимального методологического подхода к
первоначальной оценке возможности их применения в технологиях увеличения
нефтеотдачи пластов в условиях объектов ОАО «Татнефть».
В химическом отношении ПАВ представляют собой дифильные молекулы и делятся
на два больших класса: неионогенные и ионогенные [4]. Значительным недостатком
ионных ПАВ при применении в условиях минерализованных пластовых и закачиваемых
вод является их «высаливание», то есть потеря поверхностно-активных свойств в
результате взаимодействия с солями жесткости. Этот недостаток проявился в процессе
испытания мицеллярной технологии в условиях отложений девона Ромашкинского
месторождения (минерализация пластовой воды 280 г/л) [5]. В связи с этим представилось
1
интересным проведение исследований неионогенных ПАВ четырех марок, одна из
которых применяется в настоящее время.
Исследование свойств ПАВ состояло из следующих этапов:
- исследование совместимости ПАВ с водами различной минерализации и
определение физико-химических показателей реагентов;
- определение межфазного натяжения на границе «раствор ПАВ – нефть»;
- определение смачиваемости карбонатного коллектора растворами ПАВ.
На первом этапе была исследована совместимость ПАВ и вод различной
минерализации. Для испытания готовили 1%-ные растворы ПАВ в пресной и
минерализованной водах с различной плотностью, требуемую плотность получали путем
разбавления
пластовой
воды
пресной.
Растворы
ПАВ
после
перемешивания
выдерживались в течение суток. Продукт считается выдержавшим испытание, если при
смешении с водами не образуется осадков, а с течением времени раствор не
расслаивается. Допускается легкая опалесценция растворов. По результатам исследований
все исследуемые ПАВ образуют прозрачный раствор.
Для исследуемых реагентов определены физико-химические показатели. Все
реагенты при нормальных условиях представляют собой прозрачные жидкости,
наибольшей динамической вязкостью обладает образец 4. Результаты исследований
физико-химических показателей ПАВ представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Физико-химические показатели ПАВ
Наименование
показателя
Образец 1
Образец 2
Образец 3
Образец 4
Композиционный
Композиция
ПАВ с
Неионогенный ПАВ
неионогенных
Неионогенный
преобладающей
на основе
Состав
ПАВ и
ПАВ
долей
оксиэтиллированных
стабилизирующих
неионогенных
алкилфенолов
добавок
веществ
Прозрачная
Прозрачная
Прозрачная
Прозрачная
Внешний вид
бесцветная
бесцветная
светло-желтая
бесцветная
при 25оС
жидкость
жидкость
жидкость
жидкость
Плотность при
25оС, г/см3
1,110
1,060-1,110
1,080
1,046
Динамическая
вязкость при
25оС, мН∙м
52,7
37,3
25,8
307,8
Водородный
показатель
1%-го водного
7,88
8,11
8,22
7,86
2
раствора
Следующим этапом было определение межфазного натяжения растворов ПАВ на
границе с нефтью. Величина снижения межфазного натяжения существенно влияет на
эффективность
действия
рабочего
раствора.
Измерение
межфазного
натяжения
осуществлялось с помощью измерительного прибора модели SVT 15N (DataPhysics,
Германия). Значения межфазного натяжения было определено методом вращающейся
капли. Полученные результаты исследований межфазного натяжения представлены на
рисунках 1-3.
Рисунок 1 – Межфазное натяжение на границе нефть-раствор ПАВ (растворитель
вода плотностью 1,00 г/см3)
3
Рисунок 2 – Межфазное натяжение на границе нефть-раствор ПАВ (растворитель
вода плотностью 1,09 г/см3)
Рисунок 3 – Межфазное натяжение на границе нефть-раствор ПАВ (растворитель
вода плотностью 1,18 г/см3)
4
Представленные графики показывают, что в водах всех исследуемых плотностей
существует точка концентрации, после которой не наблюдается существенного роста
значения межфазного натяжения при значительном росте массовой доли - критическая
концентрация
мицеллообразования
(ККМ)
[6].
В
общем
случае
наблюдается
незначительная разница в результатах для всех исследуемых растворов с концентрацией
ПАВ выше 0,05 % (по массе). Для более рационального использования согласно
проведенному исследованию рекомендуется использовать концентрацию, незначительно
превышающую ККМ – 0,05-0,15 % (по массе). Вследствие адсорбционных процессов в
пласте идет снижение концентрации ПАВ в растворе закачиваемого агента. При
концентрации 0,025 % (по массе). наблюдается значительная разница в значениях
межфазного натяжения растворов исследуемых реагентов. Из всех исследуемых образцов
ПАВ образец 4 позволяет наиболее эффективно снизить межфазное натяжение на границе
раствор ПАВ-нефть при использовании в качестве растворителя, как пресной, так и
минерализованных вод при снижении концентрации в растворе.
Помимо снижения межфазного натяжения важную роль в оптимизации извлечения
нефти играет понимание смачиваемости пласта. Характер смачиваемости влияет на
многие аспекты поведения пласта, особенно при заводнении и применении методов
увеличения нефтеотдачи. Остаточная нефтенасыщенность гидрофобных коллекторов
обычно выше, чем в случае гидрофильных. Поэтому возможно уменьшить содержание
остаточной нефти в пористой среде, если изменить смачиваемость поверхности породы.
Исследование растворов ПАВ на смачиваемость осуществлялось с помощью
оптического измерительного прибора модели ОСА 15 ЕС (DataPhysics, Германия). Прибор
обеспечивает измерение краевого угла смачивания методом сидячей капли. В этом методе
каплю тестовой жидкости, помещенную на исследуемую поверхность, с одной стороны
освещают источником рассеянного света и с другой стороны наблюдают контур капли. По
полученному контуру капли с помощью программного обеспечения методом вписания
контура капли в эллипс рассчитываются значения статических краевых углов смачивания.
Для воспроизводимых измерений статических краевых углов очень важно определить и
соблюдать стандартные условия.
Исследовалось
влияние
различных
ПАВ
на
смачиваемость
поверхности
гидрофобного карбонатного коллектора (угол смачивания >90о). Результаты определения
статического краевого угла смачивания образца карбонатного коллектора 0,1 %-ными
растворами ПАВ в пресной (р=1,00 г/см3) и минерализованной воде (р=1,09 г/см3)
представлены в таблице 2.
5
Таблица 2 – Статический краевой угол смачивания образца карбонатного коллектора
0,1%-ными растворами ПАВ
Плотность
используемой
воды, г/см3
1,00
1,09
Значения статического краевого угла смачивания, о
Образец 1
Образец 2
Образец 3
Образец 4
65,9
34,6
80,1
66,6
83,4
71,3
78,3
63,4
Представленные результаты свидетельствуют о том, что, несмотря на сходное
поведение растворов ПАВ при снижении межфазного натяжения на границе с нефтью,
степень гидрофилизации карбонатного коллектора может иметь различное значение.
Наиболее низкие значения краевого угла смачивания обеспечивает образец 1.
Таким
образом,
для
дальнейшего
исследования
рекомендуется
провести
фильтрационные исследования на керновых моделях растворов образцов 1 и 4.
Представленные в работе исследования образцов ПАВ являются оптимальным
методологическим подходом, позволяющим нам провести первоначальную оценку
возможности их применения в методах увеличения нефтеотдачи пластов, выбрать
оптимальную
концентрацию
0,05-0,15%
(по
массе)
и
определить
максимально
эффективные ПАВ для дальнейших исследований.
Список использованной литературы:
1 Боксерман А.А. Концепция
государственного управления рациональным
использованием запасов нефти / А.А. Боксерман [и др.]. – М.: ОАО «Зарубежнефть»,
2005. – C. 118.
2 Сургучев М.Л., Горбунов А.Т., Забродин Д.И. Методы извлечения остаточной
нефти. – М.: Недра, 1991. – С. 347.
3 Газизов А.А. Увеличение нефтеотдачи неоднородных пластов на поздней стадии
разработки. – М.: ООО «Недра- Бизнесцентр», 2002. – C. 639.
4 Абрамзон А.А. Поверхностно-активные вещества: Свойства и применение. – 2-е
изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1981. – 304 с.
5 Ибатуллин Р.Р., Ибрагимов Н.Г., Тахаутдинов Ш.Ф., Хисамов Р.С. Увеличение
нефтеотдачи на поздней стадии разработки месторождений (методы, теория, практика) –
М.: Недра – Бизнесцентр, 2004. – 292 с.
6 Холмберг К., Йенссон Б., Кронберг Б., Линдман Б. Поверхностно-активные
вещества и полимеры М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. 528 с.
6