Методы повышения компонентоотдачи пластов

Метод нагнетания водных растворов щелочи.

Метод нагнетания водных растворов щелочи – закачка в нефтяной пласт водных растворов реагентов, вызывающих щелочную реакцию.

Начало изучения и испытания этого метода относятся к 1920-м гг. Однако широкое опытно-промышленное внедрение началось с 1970-х гг. Основными механизмами вытеснения являются снижение межфазного натяжения, эмульгирование нефти (образование мелкодисперсной эмульсии) и изменение смачиваемости пород. Эти механизмы основаны на реакции нейтрализации кислотных компонентов нефти с образо­ванием щелочных мыл, которые мигрируют через границу раздела фаз в силу стремления системы к термодинамическому равновесию.

Щелочные мыла образуются непосредственно на месте контакта нефти и щелочи (рис. 6).

101

Рис. 1. Нагнетание водных растворов щелочи

102

Минимум межфазного натяжения наблюдается в диапазоне массовых концентраций щелочи от 0,005 до 0,5 %. Следует отметить, что интенсивный перенос через границы раздела фаз весьма непродолжителен - 20-40 мин. Он происходит при снижении межфазного натяжения до 0,001 мН/м. Применение водных растворов щелочи приводит к уменьшению контактного угла смачивания породы водой до 10-20°. Полярные компоненты нефти адсорбируются на поверхности пород и гирофобизируют ее. Щелочные растворы способны вернуть поверхности её первоначальные свойства, т.е. гидрофилизовать ее. В этом случае угол смачивания уменьшается в некоторых случаях до нуля. В этом же диапазоне концентраций происходит диспергирование фаз, в результате чего образуются эмульсии типа «нефть в воде» (либо «вода в нефти»). Образовавшаяся в пласте эмульсия снижает подвижность водной фазы (либо нефтяной фазы). Таким образом, нефть извлекается из пористой среды за счет эмульгирования и противоточного капиллярного замещения ее на раствор щелочи.

103

В качестве щелоч­ного реагента в основном используются: гидроксид натрия - NaOH (каустическая сода); кремнекислый натрий – Na2SiO3 (си­ликат натрия); гидроксид аммония - NH4OH (раствор аммиака); фосфорнокислый натрий - Na3PO4 (тринатрий-фосфат).

Наиболее распространенными щелочными реагентами являются каустическая сода и силикат натрия (особенно в сочетании с ПАВ при разработке карбонатных коллекторов). Обычно концентрация щелочных реагентов в водном растворе изменяется от 0,05 до 5 %, но в отдельных случаях может достигать 25-30 %.

104

Метод нагнетания водных растворов кислот

Метод нагнетания водных растворов кислот заключается в создании в пласте оторочки концентрированной серной кислоты, проталкиваемой водой. Метод разработан в ТатНИПИнефть в 1970-х гг. и применяется в основном на месторождениях Татарии.

Основными механизмами вытеснения нефти являются: снижение межфазного натяжения; адсорбция анионоактивных ПАВ, которые образуются в результате взаимодействия серной кислоты с нефтью; закупорка промытых водой высокопроницаемых каналов (за счет образования малорастворимых кристаллов солей сульфата и сульфоната кальция); снижение вязкости нефти (за счет выделения тепла при взаимодействии кислоты с пластовой водой, температура в пласте может повышаться до 100 °С); растворение карбонатных компонентов серной кислотой, приводящее к образованию двуокиси углерода: на 1 т H2SО4 образуется до 0,4 т СО2, что способствует проявлению механизма вытеснения нефти углекислым газом, и к увеличению проницаемости

поровых каналов.

105

Метод нагнетания водных растворов спирта разработан в ТатНИПИнефть.

Основные механизмы вытеснения нефти водным раствором спирта (ацетона) следующие: поглощение связанной воды; поглощение воды, находящейся в межслоевом пространстве кристаллической решетки монтмориллонитовых глин; поглощение и вынос воды, приводящие к эффекту сжатия набухающих глин.

Эти механизмы способствуют и увеличению относительной проницаемости по нефти. Однако эффект сжимаемости монтмориллонитовых глин обратимый. После прохождения оторочки спирта, если она продвигается по пласту водой, следует ожидать снижения проницаемости. Поэтому рекомендуется добавлять стабилизаторы глин в нагнетаемую воду вслед за оторочкой

10

6

Мицеллярно-полимерное заводнение - это метод вытеснения нефти,

основанный на последовательном нагнетании оторочки мицеллярного раствора или микроэмульсии (с очень низким межфазным натяжением) и оторочки водного раствора полимера.

Оторочка полимера используется в качестве буфера подвижности для предотвращения прорыва незагущенной воды через высоко-вязкую оторочку мицелляра, языкообразования и размазывания оторочки мицелляра (рис. 7). Метод был разработан и испытан в США и с 1962 г. находится в опытно-промышленной эксплуатации.

Около 30 % всех терригенных залежей после процесса заводнения могут быть пригодны для применения этого метода.

107

Рис. 17. Мицеллярно-полимерное заводнение

10

8

Основные ограничения, препятствующие широкому применению данного метода: строгая, жесткая последовательность проведения сложных технологических операций; высокая чувствительность к геологофизическим параметрам (минерализации, солености, пластовой температуре); высокие требования к качеству воды, используемой для приготовления реагента; высокая стоимость основных компонентов мицеллярных растворов – нефтяных сульфанатов и стабилизаторов спиртов.

При мицеллярно-полимерном заводнении основной механизм вытеснения нефти заключается в том, что высоковязкий мицеллярный раствор резко снижает межфазное натяжение до сверхнизких значений (0,001 мН/м). В результате этого устраняется действие капиллярных сил и мицеллярный раствор как бы вбирает в себя воду и нефть.

109

Повышенная вязкость мицеллярных растворов (которая изменяется от 10 до 2000 мПа-с) улучшает соотношение подвижностей нефти и вытесняющей жидкости и увеличивает коэффициент охвата пласта воздействием. Эффективность указанных механизмов вытеснения нефти резко снижается при наличии высокой концентрации солей кальция и магния в пластовой воде, а также в случае неоднородного строения нефтяных коллекторов.

ПАВ могут образовывать мицеллы, которые облегчают смешивание нефти и воды. Этот процесс носит название солюбилизации – растворимости веществ (в том числе водонерастворимых) в растворах ПАВ из-за их внедрения внутрь мицелл. Солюбилизация характеризует способность самопроизвольного растворения веществ, в обычных условиях в растворителе нерастворимых. С ростом концентрации ПАВ солюбилизация УВ возрастает.

110