Содержание к диссертации
С.
СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 5
ВВЕДЕНИЕ 8
ГЛАВА 1 КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТА (ОБЗОР
ЛИТЕРАТУРЫ) 15
Современное состояние нефтедобывающей отрасли 15
Способы извлечения остаточной нефти 16
1.3 Классификация и свойства растворимых натриевых силикатных 21
систем
1.3.1 Агрегативная устойчивость и структурирование силикатных
дисперсий в присутствии электролитов 26
1.3.2 Влияние добавок водорастворимых полимеров на
структурирование силикатных дисперсий 37
1.3.3 Методы увеличения нефтеотдачи пластов на основе натриевых 41
силикатных систем с дисперсными наполнителями
1.4 Обезвоженные силикатные дисперсии и их свойства 42
Восстановление проницаемости пластов, гидроизолированных композициями силикатных дисперсий 46
Промысловая эффективность технологии обработки участков композициями силикатных дисперсий 47 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ЛИТЕРАТУРНОМУ ОБЗОРУ 49 ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 51
2.1 Характеристика объектов исследования 51
Натриевые дисперсии полисиликатов 51
Модифицирующие добавки к дисперсиям полисиликатов 52
Структурообразователи 53
2.2 Методика определения рН дисперсий полисиликатов 54
2.3 Методика определения силикатного модуля дисперсий
з
полисиликатов 53
2.4 Методика определения удельной поверхности дисперсий
полисиликатов 54
2.5 Методика получения структур на основе дисперсий полисиликатов 56
2.6 Выяснение доминирующего механизма структурирования 57
дисперсий полисиликатов
2.7 Методика воздействия отрицательных температур на дисперсии
полисиликатов 58
2.8 Методика измерения прочности структур 58
2.9 Методика определения гидроизолирующего эффекта и степени
восстановления проницаемости пористой породы 64
Методика оценки пептизируемости обезвоженных дисперсий полисиликатов 66
Методика оценки седиментационной устойчивости суспензии обезвоженных полисиликатов 67
Определение геолого-гидродинамических характеристик породы пласта и промыслового эффекта технологии 68 ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 70
3.1 Восстановление дисперсий полисиликатов из концентрированных
форм и их эффективность в качестве водоограничительного материала 72
3.1.1 Пептизируемость обезвоженных дисперсий полисиликатов 73
3.1.2 Седиментационная устойчивость суспензии обезвоженных
полисиликатов 75
3.1.3 Возможности использования концентрированных полисиликатов в
качестве водоограничительного материала 78
3.2 Влияние электролитов на устойчивость и структурирование
дисперсии полисиликатов 82
3.3 Структурообразующие свойства полисиликатов различных марок 91
3.4 Использование водорастворимых полимеров в качестве
модифицирующих добавок к дисперсиям полисиликатов 96
3.5 Восстановление проницаемости гидроизолированных композициями
полисиликатов участков пласта 99
3.6 Промысловая эффективность технологии водоограничения
композициями полисиликатов 102
3.6.1 Влияние физико-химических свойств дисперсий полисиликатов на
промысловую эффективность технологии водоограничения 103
3.6.2 Влияние прочностных и гидроизолирующих свойств
полисиликатных структур на промысловую эффективность технологии
водоограничения 104
Влияние характеристик объектов воздействия на промысловую эффективность технологии гидроизоляции 106
Промысловая эффективность композиций на основе ПС-1 в сравнении с полисиликатами других марок 110
3.7 Технологическая схема приготовления и закачки композиций
частично обезвоженных полисиликатов в пласт 113
ВЫВОДЫ 116
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 118
Приложение 1 137
Приложение 2 138
Приложение 3 139
СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ПС - полисиликаты;
ОПС - обезвоженные полисиликаты;
ЧОПС - частично обезвоженные полисиликаты;
ВОМ — водоограничительные материалы;
МУН - методы увеличения нефтеотдачи (пластов);
NaKMU, — натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы;
КМЦ-7Н, КМЦ-ТС - марки натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы;
ГПАА — гидролизованный полиакриламид;
НПАВ — неионогенное поверхностно-активное вещество (Неонол АФ9-10);
СМ - силикатный модуль полисиликатов;
ФХ - физико-химические (свойства);
ПТ - потокоотклоняющие технологии;
ОГОТ — осадкогелеобразующие технологии;
ВУС — вязкоупругие составы;
СПС - сшитые полимерные системы;
ПДС - полимердисперсные системы;
ПЗП - призабойная зона пласта;
ВРП - водорастворимые полимеры;
ПАВ - поверхностно-активные вещества;
ЖС - жидкие стекла;
ТУ - технические условия;
КХ - коллоидно-химические (свойства);
М — атомы и ионы щелочного металла;
ДЭС - двойной электрический слой;
ПК — поликонденсация (реакция);
ПАА - полиакриламид;
КМЦ - карбоксиметилцеллюлоза;
КМК - карбоксиметилкрахмал;
6 ГЭЦ - гидроксиэтилцеллюлоза; УЩР - углещелочные реагенты; СЩВ - силикатно-щелочное воздействие; СВЧ — сверхвысокочастотное (поле); ГИС - гидродинамические исследования скважин; ПО - поровый объем (породы); НГДУ - нефтегазодобывающее управление; нг - неглинистые группы коллекторов; гл — глинистые группы коллекторов; ЩСПК - щелочные стоки капролактама; ГОК — гелеобразующая композиция; ММ - молекулярная масса; а - содержание ионогенных групп в полимере; С, - дзета потенциал дисперсных частиц; у - порог коагуляции дисперсий электролитами; 1 - степень полимеризации ПС; Т — абсолютная температура;
ПС-1 - дисперсии полисиликатов марки «Силином ВН-М»; ПС-2 — дисперсии полисиликатов марки «Нафтосил»; ПС-3 - дисперсии полисиликатов марки «Сиалит-30-5»; р - плотность дисперсий полисиликатов;
к - коэффициент линейного уравнения зависимости плотности раствора от массовой концентрации диоксида кремния; 8уД — удельная поверхность дисперсий полисиликатов; I - ионная сила электролитов; Z - заряд ионов электролитов; а - прочность структур на основе полисиликатов; FT — наибольшая сила сдвига пластины; К - проницаемость пористой породы модели пласта; W - гидроизолирующий эффект;
AW - степень восстановления исходной проницаемости;
тос - масса формируемого осадка;
(3 - массовая доля формируемого осадка;
со — массовая доля пептизированного осадка;
п - пептизируемость порошка обезвоженных полисиликатов за ограниченное
время;
Р — массовая доля накопившегося в ходе седиментации осадка;
D - диаметр частиц суспензии ОПС;
Q — дополнительная добыча нефти;
Qs - суммарная дополнительная добыча нефти;
Оуд _ удельная дополнительная добыча нефти.
Введение к работе
Актуальность работы. Одним из перспективных путей увеличения
рентабельности разработки нефтяных месторождений является
целенаправленное изменение фильтрационных характеристик
разрабатываемого участка нагнетанием в пласт композиций полисиликатов (ПС) и минерализованной воды различного типа. Этот процесс сопряжен с рядом коллоидно-химических (КХ) процессов взаимодействия дисперсии ПС с ионами минеральных солей.
В настоящее время применение промышленных форм ПС в виде низкоконцентрированных водных дисперсий на нефтепромыслах ограничено из-за больших экономических затрат и технической сложности их транспортировки в условиях отрицательных температур.
Между тем существуют пути приготовления обезвоженных ПС (ОПС) и частично обезвоженных ПС (ЧОПС) в качестве водоограничительного материала (ВОМ) для увеличения нефтеотдачи пласта.
Составление эффективных гидроизолирующих композиций на основе ПС, ОПС и ЧОПС в качестве ВОМ сопряжено с поиском оптимальных концентраций и природы ПС, состава минерализованных вод и модифицирующих добавок. Оптимизация технологии заключается также в подборе объектов воздействия, обладающих оптимальными геолого-гидродинамическими условиями с возможностью восстановления исходной проницаемости обработанных участков пласта реагентным способом в случаях возможных нарушений технологии.
Работа выполнена в рамках приоритетных направлений развития науки, технологии и техники (утверждены президентом РФ 21.05.2006 г. Пр-842).
Цель и задачи исследования. Целью работы являлось выяснение возможности использования концентрированных (обезвоженных и частично обезвоженных) ПС на нефтепромыслах в качестве ВОМ для снижения
расходов на их хранение и транспортировку, а также увеличение эффективности технологии водоограничения на их основе.
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Выяснить возможность восстановления дисперсии ПС из
концентрированных ПС и изучение их эффективности в качестве ВОМ;
2. Сопоставить КХ и водоограничительные свойства дисперсий ПС в
присутствии электролитов различной природы и концентрации;
Оценить эффективность водорастворимого полимера в качестве модифицирующей добавки к дисперсии ПС для увеличения их водоограничительной эффективности;
Показать тенденции пептизации и разрушения ПС структур под воздействием щелочей и возможности восстановления исходной проницаемости участков пласта, подвергнутых гидроизоляции;
Выявить возможность прогнозирования и увеличения промысловой эффективности технологии обработки участков пласта композициями ПС по ФХ и гидроизолирующим свойствам в присутствии электролитов, по пластовым условиям обрабатываемых участков;
6. Составление технологической схемы приготовления и закачки
водоограничительных композиций на основе концентрированных ПС и
минерализованной воды для обработки высокопроницаемых участков пласта.
Научная новизна и значимость работы. Оценено влияние ФХ свойств ПС на их устойчивость и структурообразование в присутствии электролитов различной природы.
По сопоставлению ряда физико-химических (ФХ) и структурообразующих свойств дисперсий на основе ПС, ЧОПС показано, что они фактически идентичны, а растворение ОПС происходит не полностью с изменением КХ характеристик. Обнаружено, что ФХ и КХ свойства дисперсий ПС не изменяются при воздействии низких температур и связанных с ними агрегатных переходов.
Практическая значимость работы. Восстановление дисперсий ПС из порошка ЧОПС технологически легко реализуемо и по структурообразующим и гидроизолирующим свойствам не уступает исходным дисперсиям ПС, в том числе и при возможных агрегатных переходах в результате воздействия низких температур.
Предложена технология гидроизоляции высокообводненных участков пласта композициями ПС и найдены оптимальные промысловые условия, такие как концентрация ПС, концентрация и природа электролитов, концентрация полимерных модифицирующих добавок, концентрация и объем технологического раствора ПС, геолого-гидродинамические условия пласта (предыстория воздействия методами увеличения нефтеотдачи (МУН)). Показана возможность возврата исходных фильтрационных характеристик обработанных участков пласта при помощи химических реагентов.
Получен патент РФ № 2327032 Бюлл. Изобретений № 17 2008 г.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на: X международной конференции студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» -Вторые кирпичниковские чтения (Казань, 2001); научно-практической конференции VIII Международной выставки «Нефть, газ, нефтехимия-2001» (Казань, 2001); юбилейной научно-методической конференции «III Кирпичниковские чтения» (Казань, 2003); XVII-ом Менделееевском съезде по общей и прикладной химии (Казань, 2003); 1-ой международной конференции Современные проблемы нефтеотдачи пластов «Нефтеотдача -2003» (Москва, 2003); 12-ом Европейском симпозиуме «Повышение нефтеотдачи пластов» (Казань, 2003); XVIII-ом Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 2007).
11 Публикации. По материалам диссертации опубликованы 3 научные статьи, 11 докладов и тезисов докладов конференций (в том числе международного уровня), опубликован 1 патент на изобретение.
Личное участие автора. Диссертант лично принимал участие в планировании и выполнении экспериментов, направленных на разработку водоограничительной технологии с использованием концентрированных ПС, обработке экспериментальных данных и обсуждении полученных результатов, а также в подготовке материалов и текстов печатных публикаций.
Объекты и методы исследования. Объектами исследования выступают дисперсии ПС марок «Силином ВН-М» (ПС-1), «Нафтосил» (ПС-2) и «Сиалит-30-5» (ПС-3) (с=19,0-27,4% масс), а также концентрированные ОПС (с=90% масс.) в виде гидратированного сыпучего порошка и ЧОПС (с=50% масс.) в виде аморфных кристаллогидратов.
Модифицирующая структурообразование добавка к ПС - натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (NaKMUQ марок КМЦ-7Н и КМЦ-ТС; модифицирующие седиментационную устойчивость ОПС добавки гидролизованного полиакриламида (ГПАА) марки Alcoflood 1175А и поверхностно-активного вещества — неионогенного оксиэтилированного изононилфенола марки Неонол АФд-Ю (НПАВ).
Дестабилизаторы и структурообразователи дисперсий ПС - водные растворы электролитов различной природы, а также модели пластовой воды хлоркальциевого типа.
В качестве щелочных агентов для растворения, пептизации и разрушения ПС структур использовались водные растворы NaOH.
Агрегативная устойчивость (порог коагуляции) дисперсий ПС электролитами и качественный вид формируемых структур определялись визуально. СМ дисперсий ПС определялся ацидометрическим титрованием, а
величина удельной поверхности определялась по методике Сирса. Прочность структур определялась методом тангенциального смещения погруженной в них пластины. Гидроизолирующие свойства композиций определялись фильтрационными исследованиями на терригенных моделях пористых сред. Восстановление свойств исходных дисперсий из ОПС оценивалась по растворимости суспензии (за определенное время) весовым методом. Седиментационная устойчивость и размер частиц ОПС в суспензии определялись седиментационным анализом на торсионных весах.
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 142 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы из 157 наименований и приложений. Диссертация включает 21 таблицу и 30 рисунков.
Первая глава содержит анализ литературных источников, освещающих основные проблемы, возникающие при добыче нефти на поздней стадии разработки, общие принципы увеличения нефтеизвлечения, а также возможности использования товарных ПС в виде жидких дисперсий и концентрированных форм.
Во второй главе приведены характеристики всех используемых в работе веществ и описаны методики проведения экспериментов.
В третьей главе приводятся результаты экспериментов и их обсуждение. Раздел 3.1 посвящен выяснению возможностей восстановления дисперсий ПС из концентрированных форм и их эффективности в качестве ВОМ. Сравниваются ФХ и КХ свойства исходных дисперсий и дисперсий, восстановленных из твердых концентрированных форм ПС. Анализируются возможности использования концентрированных форм для реализации осадкогелеобразующих и, в ряде случаев, кольматирующих МУН.
В разделе 3.2 обсуждается влияние физической природы электролитов на устойчивость и структурирование дисперсии ПС. Механизм структурообразования дисперсий ПС под воздействием электролитов
анализировался по порогу коагуляции, массовой доли формирующихся структур, их пептизируемости в щелочной среде, по концентрационным интервалам формирования осадков и гелей, а также их прочностным характеристикам.
В разделе 3.3 представлен сравнительный анализ ФХ свойств и агрегативной устойчивости дисперсий ПС в присутствии электролитов, а также сравнение формируемых в присутствии электролитов гелей по внешним качествам, массовой доле, пептизируемости в щелочной среде, прочностным и гидроизолирующим свойствам. На основе этих данных сделаны выводы об эффективности дисперсий ПС в качестве ВОМ.
В разделе 3.4 уделено внимание эффективности модифицирующих структурообразование композиций ПС добавок водорастворимых полимеров, , обладающих различными молекулярными характеристиками (молекулярная масса и доля ионогенных групп). Изучалось влияние концентрации полимерной добавки на структурообразующие и гидроизолирующие " свойства композиций.
