Содержание к диссертации
Стр.
Оглавление 2
Введение 5
1. Литературный обзор 13
1.1. Краткая характеристика высокодисперсного (коллоидного) со- 13
стояния вещества
1 ^.Характеристика исследованных дисперсных систем 15
1.2.1 .Процессы поликонденсации и гелеобразования в золях сили- 15
катов и алюмосиликатов
1.2.2.Физико-химические свойства синтетических латексов 21
1.2.3. Характеристика углещелочных реагентов 23
1.3 Общие представления о свойствах остаточной нефти и методах ее 24
извлечения
1.4. Современное состояние технологий повышения нефтеотдачи 26
1.4.1. Потокоотклоняющие технологии повышения нефтеотдачи 26
Технологии с применением водорастворимых полиме- 27 ров
Суспензии для увеличения нефтеотдачи пластов 3 О
Гелеобразующие композиции на основе неорганиче- 32 ских реагентов
Геле- и осадкообразующие технологии повышения 3 5 нефтеотдачи
Результаты исследования механизма воздействия по- 38 токоотклоняющих композиций на проницаемость пористых
сред
Технологии повышения нефтеотдачи с использованием по- 40 верхностно-активных веществ и композиций на их основе
Особенности повышения нефтеотдачи карбонатных кол- 47 лекторов
Применение методов повышения нефтеотдачи на месторож- 52 дениях АНК «Башнефть»
2. Исследование гелеобразующих композиций на основе кислотных зо- 56
лей алюмосиликатов
Влияние температуры на гелеобразование в солянокислотных зо- 57 лях алюмосиликатов
Влияние концентраций реагентов и минерализации на время ге- 60 леобразования
2.3.Гелеобразующие составы на основе алюмосиликатов для высоко- 70 температурных пластов
2.4. Анализ кинетических закономерностей гелеобразования в ки- 73
слотных золях силикатных и алюмосиликатных реагентов
2.5. Результаты фильтрационных исследований гелеобразующих со- 76
ставов на основе алюмосиликатов
3. Исследование композиций на основе углещелочных реагентов для по- 83
вышения нефтеотдачи неоднородных пластов
3.1. Результаты лабораторного исследования дисперсий УЩР 83
3.1.1. Результаты исследования дисперсий УЩР 83
Осадкообразующие свойства дисперсий УЩР 83
Обоснование методики фильтрационного эксперимента 87
Фильтрационные характеристики дисперсий УЩР 91
Влияние полимеров на реологические, осадкообразующие и 98 фильтрационные свойства дисперсий УЩР
Исследование композиций УЩР в условиях высокотемпера- 106 турных коллекторов
Влияние силикатных реагентов на осадкообразующие и 108 фильтрационные характеристики углещелочных дисперсий
3.1.5 Исследование взаимодействия кислот с дисперсиями и 110
композициями УЩР
3.2. Результаты промысловых испытаний технологии повышения 112
нефтеотдачи на основе УЩР на Арланском месторождении
3.2.1.Анализ эффективности применения УЩР в зоне воздейст- 112
вия нагнетательных скважин №№3302, 5710, 5033, 5043 Новоха-зинской площади Арланского месторождения (поле 5043/4) 3.2.2. Анализ эффективности применения УЩР в районе нагнета- 116 тельных скважин №1029, 1206 Николо-Березовской площади Арланского месторождения (поле 1029/2)
4. Исследование композиций повышения нефтеотдачи на основе стаби- 122
лизированных латексов
Результаты лабораторного исследования стабилизированных ла- 122 тексов
Исследование латексно-полимерных композиций 130
Реология латексно-полимерных систем 130
Фильтрационное исследование латексно-полимерных сие- 134 тем
4.3.Результаты промыслового испытания технологии площадного 139
воздействия на основе стабилизированных латексов на Новохазин-ской площади Арланского месторождения (поле КНС№26)
5. Результаты исследования силикатных реагентов 149
Исследование гелеобразующей композиции на основе раствори- 149 мого (жидкого) стекла
Исследование осадко-гелеобразующих, реологических и фильт- 158 рационных характеристик стабильного золя кремниевой кислоты
6. Технологии повышения нефтеотдачи на основе щелочных вторичных 163
материальных ресурсов нефтехимии
6.1. Результаты лабораторного исследования композиций на основе 163
ЩСПК
Суспензионная система на основе ЩСПК 167
Исследование композиции ЩСПК + полимер 169
6.2. Лабораторное исследование композиций на основе отработанного 177
каустика
6.2.1.Исследование осадкообразующих и нефтевытесняющих 177
свойств отработанного каустика
6.2.2. Результаты исследования композиций на основе отработан- 179 но го каустика
6.3. Результаты промыслового испытания композиций отработанного 186
каустика на Уршакском месторождении
Общий механизм селективного регулирования проницаемости неод- 192 нородных по проницаемости и нефтенасыщенности пористых сред
Результаты лабораторного исследования новых методов повышения 197 нефтеотдачи и интенсификации разработки карбонатных пластов с использованием коллоидных реагентов
8.1. Исследование кислотных составов для регулирования разработ- 198
ки и повышения продуктивности карбонатных коллекторов
Поиск перспективных реагентов для замедления реакции 198 кислоты с карбонатной породой
Влияние алюмосиликатов на реакцию соляной кислоты с 208 карбонатами
8.2. Исследование методов повышения нефтеотдачи карбонатных 213
коллекторов на основе неионогенных поверхностно-активных ве
ществ и органических растворителей
Изучение совместимости, фазовой, поверхностной и сорб- 213 ционной активности НПАВ в условиях карбонатных коллекторов
Влияние углеводородных растворителей на фазовую актив- 221 ность НПАВ
8.2.3 .Результаты фильтрационных исследований композиции 227 RH+НПАВ
Основные результаты и выводы 234
Библиографический список 237
Список сокращений 260
Приложение 1 261
Приложение 2 272
Введение к работе
Актуальность проблемы. Нефть является основным источником энергии, а также незаменимым сырьем для химической промышленности. Значительная часть нефтяных месторождений России находится на поздней стадии разработки, которая характеризуется постоянным снижением уровня добычи нефти при одновременном росте ее обводненности. Средняя степень обводненности добываемой нефти в России около 90 %. Постоянно растет доля запасов нефти в низкопродуктивных и обводненных пластах, эффективная добыча которых не возможна без применения методов увеличения нефтеотдачи (МУН).
Основной способ добычи нефти заключается в вытеснении нефти водой, что не позволяет извлечь на поверхность более 50-55 % (обычно 15-45 %) геологических запасов. Основными причинами низкой эффективности заводнения являются: капиллярные силы, удерживающие в пористой среде нефтяных пластов 20-45% нефти, а также неравномерное вытеснение нефти водой из неоднородных пластов, в результате чего в низкопроницаемых пластах и пропластках остается значительное количество нефти.
Капиллярно удерживаемую нефть вытесняют с помощью растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) и композиций на их основе. Степень извлечения нефти из неоднородных пластов можно увеличить, если снизить проницаемость водопроводящих высокопроницаемых каналов, что достигается путем генерирования в них различных тампонирующих масс (осадков, гелей, закачки суспензий глинистых частиц и т.п.). Прекращение фильтрации воды через высокопроницаемые каналы приводит к перераспределению фильтрационных потоков в пласте и вытеснению плохо дренированных запасов нефти. МУН вышеописанного типа называются потокоотклоняющими. В настоящее время в России потокоотклоняющие технологии повышения нефтеотдачи являются основным типом МУН.
Известно огромное количество способов и составов для повышения нефтеотдачи, однако высокую технологическую и экономическую эффективность показали только несколько типов потокоотклоняющих технологий: полимерные системы, ряд осадко-гелеобразующих составов и полимер-дисперсные системы (ПДС). Совершенствование технологий повышения нефтеотдачи невозможно без установления основных механизмов, обеспечивающих эффективность МУН.
Дальнейшее развитие МУН также требует исследования и испытания новых типов реагентов и технологий, оказывающих воздействие не только на ближнюю к забою зону пласта, но и на межскважинную зону, что необходимо для увеличения эффективности воздействия.
Высокодисперсное (коллоидное) состояние вещества является особым физическим состоянием, свойства которого определяются поверхностными силами и явлениями. К коллоидам относят микрогетерогенные системы с размером частиц от 10"9 до 10"6 м (свободно-дисперсные системы), а также твердые тела, пронизанные мельчайшими порами (связанно-дисперсные системы). Среди связанно-дисперсных систем наиболее важными с практической точки зрения являются пористые горные породы - нефтяные коллектора. Частицы осадков и гелей (тампонирующей массы), образующиеся в поровом пространстве, также имеют коллоидные свойства, так как их размеры определяются размерами и структурой пустотного пространства горной породы. Однако представления физической и коллоидной химии недостаточно использовали при анализе механизма процессов, протекающих в нефтяных пластах при применении потокоотклоняющих МУН.
Настоящая работа посвящена исследованию механизмов воздействия потокоотклоняющих технологий на неоднородные нефтяные пласты, поиску перспективных путей применения коллоидов в технологиях МУН, совершенствованию известных и разработке новых технологий повышения нефтеотдачи и интенсификации разработки нефтяных месторождений на базе полученных научных закономерностей.
7 Работа выполнялась в рамках целевой комплексной научно-технической
программы АН Республики Башкортостан (РБ) «Познание, освоение и сбережение недр Республики Башкортостан» на 1994-1995 г.г.; научно-технической программы Госкомитета РБ по науке, высшему и среднему профессиональному образованию РБ «Программа НИР, ОПР и внедрение методов увеличения нефтеотдачи пластов на месторождениях Республики Башкортостан» на 1996 г.; фонда науки и технологического развития РБ при Госкомитете по науке, высшему и среднему профессиональному образованию РБ «Программа по увеличению нефтеотдачи пластов и производству химреагентов для нефтяной отрасли» на 1997 г.; государственных научно-технических программ АН РБ № 16/4 «Нефть и газ Башкортостана» на 1996-1998 г.г. и «Топливно-энергетический комплекс РБ. Стабилизация. Развитие» на 1999-2002 г.г.
Цель работы. Исследование коллоидно-химических механизмов образования тампонирующей массы в пористых телах нефтяных пластов, кинетических закономерностей процессов гелеобразования в кислотных золях силикатов и алюмосиликатов (АС), поиск эффективных реагентов для интенсификации разработки и повышения нефтеотдачи карбонатных коллекторов, создание высокоэффективных ресурсосберегающих и экологически чистых технологий МУН на базе полученных научных закономерностей.
Основные задачи работы:
Установление коллоидно-химических механизмов взаимодействия дисперсных и полимерных систем с пористыми телами, роли дисперсных систем в образовании гелей, осадков и коагулятов (тампонирующих материалов) в связанно-дисперсных системах и влияния проницаемости (размеров пор) на эти процессы.
Исследование закономерностей и механизма гелеобразования в кислотных золях алюмосиликатных и силикатных реагентов.
Изучение кинетических закономерностей взаимодействия кислотных композиций с карбонатами и поиск наиболее перспективных реагентов для замедления скорости реакции.
Определение условий, при которых неионогенные ПАВ (НПАВ) снижают поверхностное натяжение на границе асфальто-смолистая нефть/высокоминерализованная вода до сверхнизких значений (10 — 10 мН/м) и образуют среднефазные микроэмульсии.
Совершенствование известных и разработка новых высокоэффективных ресурсосберегающих и экологически чистых технологий повышения нефтеотдачи нефтяных месторождений на основе дисперсных систем.
Научная новизна:
Показано, что эффективность потокоотклоняющих композиций для повышения нефтеотдачи пластов определяется способностью селективно регулировать проницаемость неоднородных по проницаемости и нефтенасыщенности пористых сред и связана с наличием в их составе частиц коллоидных размеров или глобул высокомолекулярных полимеров
Предложен механизм влияния коллоидов на образование тампонирующей массы (гелей, осадков и коагулятов) в связанно-дисперсных системах (пористых средах), объясняющий способность дисперсных систем и высокомолекулярных полимеров селективно регулировать проницаемость неоднородных по проницаемости и нефтенасыщенности пластов нефтяных месторождений.
Установлены основные способы регулирования процессов
взаимодействия коллоидов со связанно-дисперсными системами. Показано, что
высокомолекулярные полимеры при образовании в пористой среде гелей
коагуляционного типа усиливают, а при образовании гелей
кристаллизационного типа ослабляют действие реагентов на проницаемость пористых сред.
Изучено влияние температуры, концентраций кислоты и гелеобразователя, уровня минерализации воды и ПАВ на время гелеобразования в кислотных
9 золях алюмосиликатов (АС) и силикатов. Впервые получены уравнения, -
описывающие зависимость времени гелеобразования в кислотных золях АС и
силикатов от концентрации кислоты и гелеобразователя, а также уровня
минерализации. Предложен механизм процесса гелеобразования в кислотных
золях АС.
Результаты исследования взаимодействия связанно- и свободно-дисперсных систем позволили заложить научные основы разработки и лабораторного тестирования потокоотклоняющих технологий повышения нефтеотдачи.
Изучены кинетические закономерности реакции кислот с карбонатами и установлено, что наиболее эффективными замедлителями скорости реакции являются коллоидные и гелеобразующие реагенты: золи АС и кремниевой кислоты (КК), соли алюминия и лигносульфонат.
Обнаружено, что при высоких уровнях минерализации растворов маслорастворимые неионогенные ПАВ (НПАВ) образуют среднефазные микроэмульсии при взаимодействии с асфальто-смолистыми нефтями, показывают высокую поверхностную активность и минимально сорбируются на гидрофобных минералах.
Практическое значение работы. Разработаны эффективные технологии повышения нефтеотдачи на основе экологически чистых углещелочных реагентов (УЩР), стабилизированных латексов (СТЛ) и крупнотоннажных щелочных вторичных материальных ресурсов нефтехимии.
Изучение закономерностей гелеобразования позволило создать научные основы для широкого внедрения осадко-гелеобразующих технологий повышения нефтеотдачи, а исследование кинетических закономерностей реакции растворения карбонатов в кислотах выявило наиболее эффективные типы реагентов для солянокислотных обработок карбонатных коллекторов.
Разработаны физико-химические основы технологий повышения нефтеотдачи месторождений с асфальто-смолистыми нефтями на основе растворителей и НПАВ.
Промысловые испытания и внедрение технологий, разработанных в рамках данной работы, позволили получить 125,7 тыс.т дополнительной нефти, сократить объем попутно-добываемых вод на 1245,6 тыс. т. Экономический эффект составил 83371,7 тыс.руб. в ценах 2003 г.
Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на международной конференции «Нефть и битумы» (Казань, 1993); второй научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», посвященной 850-летию г.Москвы (Москва, 1997); III, IV и V международных конференциях "Химия нефти и газа" (Томск, 1997, 2000 и 2003); научно-практической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса России», посвященной 50-летию УГНТУ (Уфа, 1998); всероссийской научно-практической конференции «Экологизация современного экологического развития: сущность, проблемы, перспективы» (Уфа, 1999); научно-практической конференции «Высоковязкие нефти, природные битумы и остаточные нефти разрабатываемых месторождений» (Казань, 1999); международной научно-практической конференции «Геоэкология и современная геодинамика нефтегазовых регионов» (Москва, 2000); второй всероссийской научно-практической конференции «Отходы-2000» (Уфа, 2000); семинаре «Научно-технические проблемы нефтедобычи» (Уфа, 2000); IV и V научно-практических конференциях «Состояние и перспективы работ по повышению нефтеотдачи пластов» (Самара, 2000 и 2001); специализированных научных секциях II, III и IV конгрессов нефтегазопромышленников России (Уфа, 2001, 2002 и 2003); I и II научно-практических конференциях «Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа» (Томск, 1999 и 2001); научно-практической конференции «Новейшие методы увеличения нефтеотдачи пластов - теория и практика их применения» (Казань, 2001); первой научно-практической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса Западной Сибири и пути повышения его эффективности» (Когалым, 2001); научно-практической конференции «Роль региональной отраслевой науки в развитии нефтедобывающей отрасли»,
посвященной 70-летию башкирской нефти (Уфа, 2002); XII Европейском симпозиуме «Повышение нефтеотдачи пластов» (Казань, 2003); заседаниях Ученого Совета Башнипинефть, технических советах АНК «Башнефть» и различных НГДУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано: 1 монография, 50 статей в научно-технических журналах и сборниках трудов, 14 тезисов докладов и 22 патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, основных результатов и выводов, библиографического списка из 383 источников и двух приложений. Общий объем работы 277 страниц, в том числе 91 таблица и 73 рисунка.
На защиту выносятся следующие основные положения:
Способность потокоотклоняющих композиций селективно регулировать проницаемость для воды неоднородных по проницаемости и нефтенасыщенности пористых сред, как основной фактор, определяющий эффективность данного типа технологий повышения нефтеотдачи.
Коллоидно-химический механизм взаимодействия свободно-дисперсных и связанно-дисперсных систем, объясняющий способность потокоотклоняющих технологий повышения нефтеотдачи селективно регулировать проницаемость неоднородных пластов нефтяных месторождений.
Закономерности гелеобразования в кислотных золях алюмосиликатов и силикатов.
Наиболее эффективными замедлителями процесса растворения карбонатной породы нефтяного месторождения в соляной кислоте являются коллоидные и гелеобразующие реагенты (кислотные золи АС и КК, соли алюминия и лигносульфонат).
Условия, при которых маслорастворимые НПАВ образуют среднефазные микроэмульсии, проявляют высокую поверхностную активность на границе
12 с асфальто-смолистыми нефтями и минимально сорбируются на
гидрофобных минералах.
6) Результаты исследования и промыслового испытания композиций для
повышения нефтеотдачи и интенсификации разработки нефтяных
месторождений на основе коллоидных реагентов.
Считаю приятным долгом выразить глубокую благодарность моему научному консультанту член-корреспонденту РАЕН, доктору технических наук, профессору Алмаеву Рафаилу Хатмуловичу за постоянную помощь и поддержку в работе.
