image
energas.ru

Территория Нефтегаз № 6 2016

Добыча нефти и газа

01.06.2016 10:00 Разработка многофункциональных композиционных смесей на основе водорастворимых ПАВ, полимеров и металлических нанопорошков в качестве агентов вытеснения нефти

В статье приведены результаты тестирования в лабораторных условиях разработанной многофункциональной композиции, совмещающей водорастворимые полимеры и поверхностно-активные вещества (ПАВ), а также неорганические компоненты (нанопорошки Сu, Al), предназначенные для извлечения остаточных или трудноизвлекаемых запасов нефти.

В лабораторных условиях установлена возможность повышения эффективности гидродинамического воздействия на пласт за счет применения вытесняющих составов, разработанных на основе водорастворимых ПАВ, полимеров и порошков металлов. В качестве водорастворимого полимера был использован полиакриламид, а в качестве ПАВ – композиция, состоящая из солей нафтеновых кислот и N-содержащих соединений и обладающая моющими и ингибирующими свойствами. Используемые наночастицы Al и Cu имели размерность 50–70 нм. В качестве исследуемой нефти использовали нефть месторождения Гала Апшеронского полуострова Азербайджана. Данная нефть относится к нефтям метанонафтенового типа, характеризуется низким содержанием смолисто-асфальтеновых веществ (САВ). Эксперименты проводили на установке, имитирующей модель пласта. В качестве наполнителя стеклянной трубки использовали песок из скважины данного месторождения.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что применение поверхностно-активных веществ и нанопорошков металлов улучшает свойства полиакриламида как агента вытеснения нефти. Очевидно, что нанопорошки металлов по-разному влияют на коэффициент нефтевытеснения. Композиция с нанопорошком Al в данном эксперименте была более эффективна, чем с участием нанопорошка Cu.

Ключевые слова: нанотехнологии, поверхностно-активные вещества, нефтеотдача, полиакриламид, порошки нанометаллов, нефть.
Ссылка для цитирования: Шамилов В.М., Бабаев E.Р. Разработка многофункциональных композиционных смесей на основе водорастворимых ПАВ, полимеров и металлических нанопорошков в качестве агентов вытеснения нефти // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016. № 6. С. 60–63.
Открыть PDF


Нанотехнология – одна из наиболее быстро развивающихся отраслей науки и производства. Информационные технологии, медицина, сельское хозяйство, автоиндустрия, тяжелая промышленность, альтернативная энергетика и многие другие отрасли промышленности сегодня не обходятся без применения нанотехнологий. Не составляет исключения и такая важная отрасль мировой экономики, как нефтяная промышленность [1]. Ведущие мировые нефтяные компании применяют нанотехнологии в бурении, добыче, транспортировке и переработке нефти [2–4]. Особый интерес представляет применение нанотехнологий для увеличения нефтедобычи.

Современный этап развития нефтяной промышленности характеризуется осложнением условий разработки нефтяных месторождений, увеличением доли трудноизвлекаемых запасов, ростом обводненности. В этом аспекте только внедрение новых технологий и методов, заметно повышающих эффективность обычного заводнения, позволяет уменьшить темп падения добычи нефти. Применение реагентов индивидуального действия не всегда оказывается эффективным, т.к. реагенты могут быть несовместимы в одном технологическом процессе с другими реагентами. Развитие физико-химических методов с применением многофункциональных композиций, в частности на основе водорастворимых полимеров, полимерных нанокомпозитов и ПАВ [5, 6] позволяет существенно расширить область их использования. Важно сделать правильный выбор способов, методов и средств воздействия для интенсификации разработки нефтяных залежей, применение которых обеспечит полноту извлечения нефти.

В настоящее время материалы на основе металлических нанопорошков широко применяются в разных областях промышленности, в том числе нефтяной [7]. Из опубликованных работ [8] следует, что присутствие наноразмерных порошков в каталитической системе ускоряет процесс деструкции высокомолекулярных компонентов тяжелого нефтяного сырья и увеличивает выход светлых фракций. В технологии нефтедобычи целесообразным является использование комплексных подходов, повышающих эффективность этих работ. Одним из таких подходов является химический метод, основанный на заводнении нагнетательных скважин ПАВ и полимерами (полимерными нанокомпозитами).

Целью настоящей работы была разработка новых многофункциональных водорастворимых композиций на основе полиакриламида, ПАВ и неорганических компонентов (нанопорошки Cu, Al) в качестве агентов вытеснения остаточных запасов нефти.

60-63-r1.jpgОбъекты и методы исследования

В качестве исследуемой нефти использовали нефть месторождения Гала Апшеронского полуострова. Данная нефть относится к нефтям метанонафтенового типа, характеризуется низким содержанием смолисто-асфальтеновых веществ и является типичной для нефтей Апшеронского полуострова.

Для экспериментальных исследований в качестве ПАВ была приготовлена композиция из солей нафтеновых кислот и N-содержащих соединений, обладающая моющими и ингибирующими свойствами. Эта композиция обладает высокими поверхностно-активными свойствами и защитным эффектом от сероводородной и бактериальной коррозии.

В качестве водорастворимого полимера был использован полиакриламин. Раствор полимера готовили из концентрированного раствора разбавлением до необходимой рабочей концентрации (0,1% маcс.).

Установка для определения нефтевытесняющей способности разработанных композиций представляет собой стеклянные трубки длиной 70 см и диаметром 30 мм, заполненные песком соответствующего месторождения и имитирующие модели пласта. Заполняли 3/4 объема стеклянной трубки песком из скважины. На нижнем конце модели пласта устанавливали фильтр из 1–2 слоев металлической сетки. После подготовки моделей их устанавливают вертикально. Далее пропитывали модель пласта пластовой водой. Для пропитки песка водой установку подключали к системе вакуумирования и через модель пласта пропускали воду (VH2O). Поры пласта заполняли водой, а излишек воды собирали и измеряли в цилиндре (Vвыд). Поровый объем (Vпор, мл) модели пласта определяли по формуле Vпор=VH2O–Vвыд.

Затем производили насыщение приготовленной модели нефтью. Определенный объем подготовленной нефти пропускали через модель пласта (система работает под вакуумом). Нефть частично вытесняла воду из пор пласта, часть пор заполнялась нефтью. В результате модель пласта имеет определенную нефте- и водонасыщенность. В мензурках, куда собиралась вытесненная жидкость (вода и нефть), замеряли объем вытесненной воды и нефти и рассчитывали исходную нефтенасыщенность пласта как разницу между объемом нефти, поданной в пласт и замеренной в мензурках – Vнефть.

Объем вытесненной в мензурку нефти замеряли. Далее определяли коэффициент извлечения нефти (КИН, %):

60-63-f1.jpg

где V1 – количество вытесненной нефти, мл;

Vпод – количество поданной нефти, мл.

В таблице 1 приведены результаты проведенных экспериментов по вытеснению нефти различными композициями.

Для изучения влияния металлических наночастиц на нефть с помощью адсорбционного метода анализа нефтепродукты разделяли на три фракции: гексановую (нафтенопарафиновые и ароматические углеводороды); бензольную (полициклические ароматические углеводороды, бензольные смолы) и спиртобензольную (нафтеновые кислоты, этанол-бензольные смолы).

Колонку набивали сухим способом, нефть наносили в виде раствора в элюенте. В качестве элюента использовали последовательно гексан, бензол, спирт-бензол (1:1). Фракции, близкие по составу, объединяли, упаривали на роторном испарителе при 30–40 °С и взвешивали до получения постоянного веса. Результаты исследований приведены в таблице 2.

Результаты исследования

Проведено экспериментальное изучение возможности повышения нефтеизвлечения остаточных или трудноизвлекаемых запасов нефти путем применения разработанных новых композиций на основе растворов ПАВ с наночастицами Cu и Al, а также нефтевытесняющих водорастворимых полимерных растворов.

На установленной в лабораторных условиях модели пласта (керна) определена нефтевытесняющая способность исследуемых реагентов и их композиций.
В таблице 1 приведены составы исследуемых композиций, объем вытесненной из модели нефти. Принцип работы установки заключается в вытеснении нефти из модели пласта жидкостью (раствором полиакриламида (ПАА), смесью ПАА с нанопорошками Cu и Al, композиций ПАА, ПАВ и нанопорошков Cu и Al).

В качестве водорастворимых полимеров были исследованы нефтевытесняющие свойства растворов ПАА. В качестве ПАВ использована разработанная экспериментальная композиция, состоящая из солей нафтеновых кислот и N-содержащих соединений и обладающая моющими и ингибирующими свойствами.

На вязких свойствах относительно концентрированных растворов полимеров основаны процессы вытеснения неполярных жидкостей из пористых систем [9]. Нами изучено влияние 0,1%-ного водного раствора ПАА на возможность вытеснения нефти из модельной
системы.

С ростом концентрации растворов ПАА наблюдается резкое снижение скорости вытеснения. Высокая вязкость дает реализовать поршневой механизм вытеснения, обеспечивающий КИН около 21%.

Очевидно, что применение раствора ПАА в качестве агента вытеснения нефти приводит к снижению фильтрационных характеристик модели керна-коллектора. Визуальное исследование модели показало, что часть пор образца подверглась закупорке и блокированию полимерными частицами, что, возможно, обусловлено адсорбцией полимера на поверхности пористой среды. Это уменьшает размер и изменяет форму фильтрационных каналов.

Применение металлических нанопорошков совместно с ПАА позволяет стабилизировать наночастицы и более эффективно использовать их реакционную способность. Результаты экспериментов свидетельствует о том, что использование нанопорошков Al и Cu позитивно сказывается на нефтевытесняющих качествах предложенных композиций. Наночастицы металлов, воздействуя на нефть, уменьшают ее вязкость, увеличивая при этом текучесть нефти [10]. Как видно из таблицы 1, применение композиций с нанопорошком Al является более эффективным для вытеснения нефти по сравнению с композициями, содержащими нанопорошки Cu. Этот факт можно объяснить тем, что присутствие в смеси нанопорошка Al способствует процессу газообразования, что приводит к возникновению микротрещин и пор, ускоряющих скорость прохождения нефти через модель пласта. Присутствие в композиции нанопорошка Cu наряду с повышением КИН придает ей ярко выраженные бактерицидные свойства.

С другой стороны, очевидно, что используемый ПАВ увеличивает коэффициент нефтеизвлечения. ПАВ широко применяются в нефтяной промышленности в качестве реагентов для повышения нефтеотдачи. Применение наночастиц позволяет стабилизировать получившуюся пену и увеличить КИН.

 

Литература:


 

References:


 

Таблица 1. Результаты эксперимента

Table 1. Experiment results

No.

Состав композиций

Composition formulation

Коэффициент извлечения нефти (КИН), мл; %

Oil recovery factor (ORF), ml; %

1

Нефть 15 мл+0,1% ПАА+H2O

Oil 15 ml+0.1% polyacrylamide (PAA)+H2O

3,2; 21,3 (поршневой эффект)

3.2; 21.3 (swabbing effect)

2

Нефть 15 мл+0,1% ПАА+0,5 г Cu (нанопорошок)+Н2О

Oil 15 ml+0.1% PAA+0.5 g Cu (nanopowder)+Н2О

6,5; 43,3 6.5; 43.3

3

Нефть 15 мл+0,1% ПАА+0,5 г Al (нанопорошок)+Н2О

Oil 15 ml+0.1% PAA+0.5 g Al (nanopowder)+Н2О

9,2; 61,3 9.2; 61.3

4

Нефть 15 мл+0,1% ПАА+0,5 г Cu+ПАВ 0,5 г+Н2О

Oil 15 ml+0.1% PAA+0.5 g Cu+0.5g surfactant+Н2О

11,3; 75,3 11.3; 75.3

5

Нефть 15 мл+0,1% ПАА+0,5 г Al+ПАВ 0,5 г+Н2О

Oil 15 ml+0.1% PAA+0.5 g Al+0.5g surfactant+Н2О

12,2; 81,3 12.2; 81.3

 

 

Таблица 2. Влияние металлических наночастиц на свойства нефти
Table 2. Metal nanoparticles influence on oil properties


No.

Объект исследования
Test object

Плотность 204, г/см3
Density
204, h/sm3

Вязкость при 50 °С, мПа.с
Viscosity at 50 °С, mPа.s

Компонентный состав фракций, %
Fractional component composition, %

Гексановая
Hexane

Бензольная
Benzene

Спиртобензольная
Alcohol-benzene

1

Нефть

Oil

0,862

0.862

50,76

50.76

82,50

82.50

7,50

7.50

3,75

3.75

2

Нефть + МНЧ

Oil + MNP

0,852

0.852

47,70

47.70

77,20

77.20

9,10

9.10

2,70

2.70

    



← Назад к списку


im - научные статьи.