Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 12
1.1. Смачиваемость поверхности твердых тел жидкостями 12
1.2. Влияние капиллярных сил на процессы фильтрации воды и углеводородов в капиллярах и пористых средах 22
Глава 2. Организация проведения экспериментов, объекты и методы исследования 54
2.1. Организация проведения экспериментов и объекты исследования 54
2.2. Реагенты и материалы 56
2.3. Методика подготовки и модифицирования объектов исследования 60
Глава 3. Экспериментальные исследования адсорбции полиметилсилоксанов и триметилхлорсилана на поверхности стекла и ее влияние на краевые углы смачивания водой 80
3.1. Определение краевых углов смачивания поверхности стекла, модифицированной триметилхлорсиланом 80
3.2. Определение краевых углов смачивания поверхности стекла, модифицированной полиметилсилоксаном ПМС-350 82
3.3. Исследование адсорбции воды и метанола на силохроме, модифицированном полиметилсилоксаном 97
Глава 4. Экспериментальные исследования начальной скорости капиллярной пропитки и фазовой проницаемости образцов природных пористых песчаников, обработанных триметилхлорсиланом 104
4.1. Обоснование выбора гидрофобизатора для модифицирования поверхности пористых природных песчаников-коллекторов нефти 104
4.2. Особенности применения триметилхлорсилана в качестве гидрофобизирующего реагента 106
4.3. Определение начальной скорости капиллярной пропитки исходных и модифицированньк образцов керна водой и керосином 108
4.4. Определение фазовых проницаемостей по воде и керосину исходных и модифицированньк образцов керна 111
Глава 5. Экспериментальные исследования влияния закачки эмульсий полиметилсилоксанов на коэффициент вытеснения нефти 123
5.1. Применение кремнийорганических соединений для увеличения нефтеотдачи пластов 123
5.2. Исследование влияния реагента «Экстракт-700» на фильтрацию воды через линейную модель пласта 124
5.3. Исследование нефтевытесняющих свойств реагента «Экстракт-700» на неоднородной модели пласта 128
Глава 6. Практическое применение результатов исследований и оценка возможности использования эмульсий полиметилсилоксанов для увеличения нефтеотдачи пластов 143
6.1. Разработка технологии увеличения нефтеотдачи пластов на основе реагента «Экстракт-700» 143
6.2. Промысловые испытания технологии увеличения нефтеотдачи пластов на основе реагента «Экстракт-700» 144
6.2.1. Краткая геолого-физическая характеристика и анализ текущего состояния разработки объектов внедрения технологии УНП 144
6.2.2. Промысловые испытания технологии УНП и анализ эффективности работ 147
Выводы 151
Список использованных источников 153
Приложения
- Влияние капиллярных сил на процессы фильтрации воды и углеводородов в капиллярах и пористых средах
- Определение краевых углов смачивания поверхности стекла, модифицированной полиметилсилоксаном ПМС-350
- Особенности применения триметилхлорсилана в качестве гидрофобизирующего реагента
- Исследование влияния реагента «Экстракт-700» на фильтрацию воды через линейную модель пласта
Введение к работе
Актуальность работы. Активное развитие нефтяной отрасли в 70-80 годы прошлого столетия на территории Западной Сибири сопровождалось проведением интенсивного поиска новых решений для обеспечения эффективной разработки нефтяных месторождений. Одним из таких путей является применение при заводнении пластов физико-химических методов увеличения нефтеотдачи (МУН). Использование таких методов целесообразно на поздних стадиях разработки месторождений, когда закачка воды не приводит к росту добычи нефти и сопровождается увеличением обводненности добываемой продукции. Основой МУН, как правило, являются композиции на основе поверхностно-активных веществ, водорастворимых полимеров, используются также различные гелеобразующие и суспензионные составы.
Практика разработки нефтяных месторождений с применением МУН показала, что, несмотря на разнообразие физико-химических методов увеличения нефтеотдачи пластов, остается нерешенным вопрос проектной добычи нефти из гидрофильных коллекторов.
Проблема заключается в том, что часть остаточных запасов нефти в обводненном гидрофильном коллекторе находится в застойных зонах в виде микроэмульсии и пленочной нефти. Другая часть нефти, сосредоточенная в микропорах, блокирована закачиваемой водой и также не участвует в процессе фильтрации. Поэтому применение сложных технических решений (бурение новых скважин, закачка углеводородного газа) в таких условиях либо не рентабельно, либо не обеспечивает эффективную выработку запасов.
Указанная проблема существует также в целом для низкопроницаемых залежей, на которых закачка воды не может обеспечить достижение проектного коэффициента нефтеотдачи пласта, а традиционные физико-химические методы увеличения нефтеотдачи неэффективны или не могут быть использованы (низкие фильтрационно-емкостные свойства пласта, высокая глинистость пород, термодеструкция реагентов и т.д.). Поэтому для разработки
8 таких объектов необходимо применение технологий, основанных на принципиально иных механизмах физико-химического воздействия на пласт.
Известно, что на процесс извлечения нефти из пласта большое значение оказывают смачиваемость поверхности породы и направленность действия капиллярных сил. При закачке воды в гидрофильный коллектор происходит смачивание поверхности закачиваемым агентом, при этом капиллярные силы способствуют пропитке породы водой и более полному вытеснению нефти из пористой среды. Это происходит на начальной стадии разработки. На более поздних стадиях заводнения, когда нефть рассредоточена по пласту, гидрофильность породы является препятствием для формирования фазы нефти и ее более полного вытеснения.
В гидрофобном коллекторе процесс вытеснения нефти протекает иначе. Такой коллектор лучше смачивается нефтью и не смачивается водой, поэтому при заводнении вода вытесняет нефть только из крупных пор. В мелких порах нефть не фильтруется, так как капиллярные силы удерживают ее. В результате этого происходит преждевременный прорыв воды по высокопроницаемым интервалам и снижается эффективность извлечения нефти.
В то же время известным является факт, что извлечение нефти из коллекторов, в которых породы имеют смешанную смачиваемость, более эффективно, чем извлечение нефти из гидрофильных коллекторов. В этом случае вытеснение нефти происходит по механизму, характерному для гидрофильного коллектора, но при этом остаточная нефть коалесцирует на поверхности гидрофобных участков и вовлекается в процесс фильтрации.
Сопоставление этих фактов позволяет предположить, что после вытеснения основной доли нефти из гидрофильного коллектора гидрофобизация поверхности породы может привести к изменению направленности действия капиллярных сил и, как следствие, к изменению характера фильтрационных процессов и вовлечению в разработку остаточных запасов нефти.
Перспективность использования гидрофобизаторов для закачки в нефтяные пласты связана также с тем, что, оказывая влияние на фильтрационные и капиллярные процессы, гидрофобизаторы не изменяют структуру и проницаемость пород. Это имеет особое значение при разработке низкопроницаемых залежей, когда для эффективного извлечения нефти необходимо максимально сохранить исходные коллекторские свойства пласта. Применение гидрофобизаторов при эксплуатации таких залежей может оказать также на пласт положительное влияние другого рода: предотвратить набухание глинистых минералов под действием закачиваемой воды, так как гидрофобизаторы являются наиболее эффективными реагентами для ингибирования набухания глин.
Таким образом, представляет несомненный интерес исследование влияния гидрофобизирующих веществ на процессы смачивания и капиллярной пропитки гидрофильных материалов, а также на процесс двухфазной фильтрации воды и нефти в пористой среде. Такие исследования позволяют определить наиболее эффективные реагенты для воздействия на пласт, выявить особенности и область применения, а также разработать рекомендации по их практическому использованию.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является исследование влияния различных гидрофобизирующих веществ на смачиваемость породы и процессы фильтрации жидкостей, а также разработка и проведение испытаний технологии увеличения нефтеотдачи пластов. Для реализации поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:
исследование влияния химически активного (триметилхлорсилан) и инертного (полиметилсилоксан) гидрофобизирующих веществ на смачиваемость стеклянной поверхности;
исследование влияния условий модифицирования с использованием полиметилсилоксана на смачиваемость стеклянной поверхности;
исследование влияния гидрофобизации силохрома полиметилсилоксаном на адсорбцию воды и метанола;
исследование влияния триметилхлорсилана на фильтрационно-емкостные свойства пород и капиллярную пропитку водой и керосином;
исследование влияния гидрофобизаторов на фильтрационные свойства моделей пласта и процесс вытеснения нефти;
разработка технологии увеличения нефтеотдачи пластов (УНП) с использованием эмульсионного гидрофобизирующего состава;
проведение промысловых испытаний технологии УНП и анализ эффективности работ.
Научная новизна. В ходе выполнения работы изучен ряд направлений, представляющих интерес при разработке методов гидрофобизации поверхности твердых тел и возможности их использования в процессах добычи нефти:
Выявлены особенности использования полиметилсилоксана ПМС-350 и эмульсионных составов на его основе для гидрофобизации поверхности стекла и природных песчаников - коллекторов нефти;
Определены теплоты адсорбции воды и метанола на силохроме, модифицированном полиметилсилоксаном;
Рассмотрено влияние гидрофобизации поверхности на капиллярную пропитку образцов природных песчаников и процессы фильтрации воды и керосина;
Исследовано влияние эмульсионных гидрофобизирующих составов на процесс вытеснения нефти и оценен технологический эффект при воздействии на нефтяной пласт;
Предложен механизм воздействия химически инертных гидрофобизаторов на нефтяной пласт, находящийся на поздней стадии разработки.
Практическая значимость. На основе анализа и обобщения результатов лабораторных исследований показана возможность применения инертных
полиметилсилоксанов для гидрофобизации гидроксилсодержащих носителей при температурах ниже температуры деструкции полимера. В ходе экспериментов определена область наиболее эффективного использования гидрофобизирующих веществ для улучшения фильтрации углеводородов в гидрофильной пористой среде. Обоснована применимость водоразбавляемых гидрофобизирующих реагентов на основе полиметилсилоксанов для регулирования процесса разработки нефтяных месторождений. Разработана технология увеличения нефтеотдачи пластов и проведены ее успешные испытания на ряде терригенных коллекторов Западной Сибири. На защиту выносятся следующие положения.
Результаты исследования влияния полиметилсилоксанового полимера и условий обработки на смачиваемость и адсорбционные свойства гидрофильных поверхностей;
Результаты исследования влияния химически активных и инертных гидрофобизаторов на фильтрационные свойства пористых сред;
Технология увеличения нефтеотдачи пластов на основе кремнийорганических эмульсионных составов гидрофобизирующего действия, а также результаты исследования влияния таких составов на процесс вытеснения нефти из пласта.
Влияние капиллярных сил на процессы фильтрации воды и углеводородов в капиллярах и пористых средах
Нефтяной пласт представляет собой высокодисперсную систему с большой поверхностью границ раздела фаз и развитой системой связанных капиллярных каналов, по которым движутся несмешивающиеся жидкости: вода и нефть. При этом любая нефть обладает поверхностной активностью, что приводит к проявлению таких эффектов как адсорбция и десорбция при взаимодействии с поверхностью породы, а также диспергирование и коалесценция обеих жидкостей в поровом пространстве [39]. Поэтому механизм перемещения нефти в пласте и извлечения ее во многом определяется физико-химическими процессами, протекающими на границах раздела фаз [40].
Нефть в пористой среде находится в диспергированном состоянии в виде различных фрагментов: капель, ганглий (протяженные фрагменты фазы нефти), целиков, - поэтому ее движение управляется, в первую очередь, посредством краевых углов смачивания и действием капиллярных сил, проявление которых обусловлено различными размерами поровых каналов. При этом различие в отступающих 9д и наступающих OR углах смачивания приводит к удерживанию отдельных фрагментов нефти в пористой среде за счет разницы капиллярных давлений [40]. Значения краевых углов зависят от вязкостей жидкостей, смачивания поверхности пористой среды (породы пласта), размера фрагментов нефти и условий формирования межфазного мениска [30]. При движении отдельного фрагмента нефти в порах капиллярное давление на его концах будет различаться за счет различия в радиусах сужения Гі и расширения г2 пор. В этом случае удерживающее фрагмент капиллярное давление определяется соотношением [18,40]: ДРс=0„(1/г,-1/г2), (1.11) С учетом различий значений 9А и 9R выражение (1.11) примет вид: А Рс= ажт (cos 0А 1тх - cos 9R /г2), (1.12) Расчеты капиллярного давления по уравнению (1.11) показывают, что его величина достигает значения 0,06 МПа [40]. Близкие значения величины начального перепада давления для многофазной фильтрации получены в работе [41]. При таком значении капиллярного давления в отдельном объеме пористой среды, достаточно удаленном от нагнетательной скважины, которая обеспечивает приток воды в нефтяной пласт, эффективное вытеснение нефти затруднено.
Таким образом, процесс фильтрации нефти в значительной мере зависит от соотношения сил капиллярного давления на разных участках порового пространства и смачиваемости поверхности породы пласта.
Исследованию влияния капиллярных сил на процессы взаимного вытеснения несмешивающихся жидкостей посвящено значительное число экспериментальных: и теоретических исследований [39, 41, 42, 43, 44, 45]. Детальное рассмотрение этих факторов применительно к пористой среде затруднено, поэтому на практике используют различные модельные системы, описывающие отдельные элементы фильтрационного процесса (кинетика движения жидкостей в капиллярах) или особенности взаимодействия жидкостей с поверхностью твердого тела (избирательное смачивание жидкостей, влияние ПАВ на смачивание). Фильтрация воды и углеводородов в тонких капиллярах Задача фильтрации двух несмешивающихся флюидов в пористой среде является достаточно сложной как в теоретическом, так и в практическом отношении. Поэтому большинство работ, проведенных в этом направлении, ограничивается рассмотрением наиболее простых систем, представляющих собой изолированные или связанные тонкие капилляры с различной смачиваемостью поверхности.
Теоретические решения задачи фильтрации жидкостей в капиллярах основаны на использовании идеализированной модели [41]. Такая модель включает цилиндрический капилляр, заполненный двумя флюидами, один их которых представляет сплошную среду, смачивающую поверхность капилляра. Второй флюид находится в капилляре в виде протяженной капли — цилиндра (столбика). Различают случаи, когда цилиндр находится в центре капилляра и ограничен другой фазой с обеих сторон либо ограничен только с одного конца, при этом принимается, что цилиндр отделен от поверхности капилляра пленкой смачивающей фазы. Соответствующие теоретические расчеты показали, что при заданных параметрах системы и свойствах флюидов могут быть рассчитаны скорость движения капли, форма менисков на передней и задней границе капли, а также толщина пленки жидкости между поверхностью капли и стенкой капилляра [46, 47]. Показано также, что на фильтрационное движение капли в капилляре при малых скоростях существенное влияние оказывает расклинивающее давление в пленке [48].
Значительное число научных работ в этой области посвящено проведению экспериментальных исследований. При этом для корректного анализа лабораторных данных рассмотрению, в первую очередь, подлежат системы, не содержащие поверхностно-активных веществ, так как характер протекающих процессов при этом значительно изменяется.
Наибольший интерес в таких исследованиях представляет установление общих кинетических закономерностей фильтрации жидкостей и влияние смачиваемости поверхности. Важным моментом является также исследование фильтрационных процессов при различных градиентах давления. Кинетика вытеснения предельных углеводородов и вазелинового масла водой из стеклянных капилляров под действием капиллярного давления была детально рассмотрена в работе [49]. Установлено, что в такой системе движение столбика жидкости протекает последовательно в три стадии: равноускоренное течение, течение с постоянно скоростью и течение с убывающей скоростью. Согласно полученным результатам, кинетика вытеснения некоторых углеводородов зависит также от времени их контакта с поверхностью стекла. В работе [50] изучено самопроизвольное вытеснение различных органических жидкостей водой из кварцевых капилляров. По мнению авторов, скорость вытеснения определяется величиной наступающего краевого угла 9А, который в процессе фильтрации остается неизменным. Аналогичные выводы сделаны в работе [51]. Влияние краевых углов смачивания, а также гистерезиса смачивания на процесс вытеснения углеводородов водой из стеклянных капилляров исследовано в работе методом капиллярного поднятия [52]. Установлено, что краевые углы избирательного смачивания зависят от времени контакта углеводорода со стенками капилляра, длины столбика углеводорода и способа формирования межфазного мениска. Показано также, что гистерезис краевых углов избирательного смачивания уменьшается при увеличении гидрофобности поверхности капилляра.
Определение краевых углов смачивания поверхности стекла, модифицированной полиметилсилоксаном ПМС-350
Применение полиметилсилоксанов (ПМС) в качестве гидрофобизаторов имеет несколько ограниченное значение. Как правило, реагенты этого класса кремнийорганических соединений, отличающиеся высокой химической инертностью, используются после высокотемпературной обработки (250-280 С). При этом происходит отрыв метальных радикалов от атома кремния и образование связи между полимерной цепью и поверхностью обрабатываемого материала [125]. Параллельно этому протекает процесс внутримолекулярной и межмолекулярной сшивки, обеспечивающий создание «пленочного» покрытия. Возможно также частичное окисление метальных радикалов, которое также сопровождается образованием новых связей между полимером и поверхностью. Вместе с тем полиметилсилоксаны при умеренных температурах способны достаточно активно взаимодействовать с поверхностью гидроксилсодержащих носителей за счет физической адсорбции [107]. Основой этого является донорно - акцепторное взаимодействие атома кремния полиметилсилоксана и атомов кислорода поверхностных групп носителя (при использовании кремнийсодержащих материалов - это силанольная и силоксановая связи).
Дополнительным фактором, способствующим адсорбции ПМС на гидроксилсодержащих носителях, является следующее. Полиметилсилоксаны обладают способностью концентрироваться на границе раздела фаз [125]. Поэтому при контакте полимера с поверхностью носителя он будет вытесняться из объема раствора на границу раздела фаз, которая в данном случае представлена носителем со сходной молекулярной структурой.
Важным технологическим фактором является способность полиметилсилоксанов образовывать стабильные эмульсии в воде при сохранении своих свойств [107]. Это объясняется тем, что макромолекулы кремнийорганических полимеров обладают большой гибкостью и малыми силами межмолекулярного взаимодействия. Такие молекулы образуют глобулярные структуры, которые легко эмульгируются. Эмульгаторы, концентрируясь на поверхности раздела фаз, образуют прочные адсорбционные слои, препятствующие коалесценции капель эмульсии. Для модифицирования поверхности стекла применяли полиметилсилоксан ПМС-350. Выбор указанного реагента обусловлен следующими причинами: - полиметилсилоксаны с вязкостью (300-400) 10"Q м7с образуют стабильные эмульсии, которые используются в качестве водоразбавляемых гидрофобизаторов и пеногасителей; -указанные полиметилсилоксаны после нанесения на гидрофильные поверхности (стекло, минералы и т.д.) и термообработки образуют устойчивое гидрофобное покрытие; - полиметилсилоксан со средней вязкостью 350 10"6 м2/с является основой реагента «Экстракт - 700», используемого для увеличения нефтеотдачи пластов. В интервале значений (100-700) 10 м /с зависимость вязкости от пср описывается уравнением Y = 4,2251 х - 185,88 (достоверность аппроксимации R2 = 0,9999). По полученной зависимости с учетом значения вязкости Используемого ПМС-350 357,8 10" м /с определили пср (соответствующая точка на графике выделена черным цветом), которое равно 129. Далее для указанного значения пср рассчитали среднюю молекулярную массу полимерной цепи, которая составила Mr = 9708 у.е. Для исключения возможного влияния эмульгаторов, находящихся в эмульсионных кремнииорганических составах, исследование гидрофобизирующего действия полиметилсилоксана первоначально проводили с использованием его растворов в гексане. После выдержки стеклянной пластины в растворе ее высушивали при температуре 100 С, а затем дополнительно прогревали при более высокой температуре для закрепления полимера на поверхности. Таким же образом была обработана поверхность стекла с использованием эмульсии КЭ 10-01. В процессе проведения работ было исследовано влияние различных вариантов модифицирования поверхности стекла, температуры обработки кремнийорганического покрытия и кратности обработки на величину краевого угла смачивания водой. Для определений краевого угла использовали дистиллированную воду. Для выбора оптимального температурного режима обработки поверхности проведена серия, экспериментов на стеклах, модифицированных 1 %-ным раствором ПМС-350 в гексане и 1,43 %-ным водным раствором эмульсии КЭ 10-01, содержащим 1 % полиметилсилоксана. Время контакта поверхности стекла и раствора гидрофобизатора составляло 1 секунду и 1 час. Температурный режим обработки включал два этапа: прогрев в течение 30 минут при температуре 100 С, затем в течение 1 часа при температуре 100 200 С. На первом этапе обеспбечивалось испарение гексана или воды, на втором - происходило закрепление молекул гидрофобизатора на поверхности. Далее проводили определение краевого угла смачивания поверхности методом сидящей капли. Значение краевого угла рассчитывали, как среднее 7-8 измерений в трех независимых сериях экспериментов. Предварительно был определен краевой угол смачивания водой исходной поверхности стекла, который составил в среднем 42,5 ± 1,1 . Полученная погрешность измерений удовлетворительно совпадает с литературными данными [21].
Полученные данные показывают, что обработка поверхности стекла, модифицированной полиметилсилоксаном, при температуре 150 С позволяет достичь предельного значения угла смачивания поверхности водой. Дальнейшее увеличение температуры до 200 С не приводит к изменению краевого угла. Поэтому для дальнейших исследований при модифицировании поверхности стекла был; выбран следующий температурный режим сушки: обработка при температуре 100 С в течение 30 минут, а затем дополнительный прогрев при температуре 150 С в течение 60 минут. Серию экспериментов при определении значений краевых углов смачивания для каждого вида обработок повторяли не менее 3-х раз.
Особенности применения триметилхлорсилана в качестве гидрофобизирующего реагента
Поверхность кремнезёмов и различного рода алюмосиликатов, которые являются основой многочисленных пористых минералов, обычно покрыта полимолекулярным слоем физически адсорбированной воды. Поэтому при использовании в качестве гидрофобизирующих реагентов алкилхлорсиланов могут протекать побочные процессы, которые препятствуют качественному модифицированию поверхности.
В присутствии небольших количеств влаги на поверхности алюмосиликатов алкилхлорсиланы образуют алкилсиланолы. При увеличении количества воды в реакционной среде идёт гидролиз алкилхлорсиланов с последующей димеризацией и далее полимеризацией (в результате действия хлористоводородной кислоты).
Вместе с тем имеются сведения [115], что присутствие следовых количеств воды оказывает каталитическое действие на процесс хемосорбции ТМХС на поверхности гидроксилсодержащих носителей и позволяет проводить реакцию в достаточно мягких условиях, обеспечивая максимальную степень прививки триметилсилильных групп. Поэтому предварительную подготовку носителя для модифицирования с помощью ТМХС по данным работы [115] следует проводить при температуре менее 200 С, что однако, не исключает тщательную осушку растворителя, используемого для растворения реагента.
С этой целью при проведении работ образцы породы (керна) высушивали под вакуумом при температуре 150 С, а растворитель (толуол) абсолютировали перегонкой над натрием. Для обеспечения максимально высокой плотности прививки триметилсиланольнои группы рассчитывали количество гидроксильных групп на поверхности носителя (породы) и брали 5 кратный избыток ТМХС по сравнению с расчетным значением.
Количество гидроксильных групп рассчитывали с учетом следующего. Согласно [119] на поверхности кремнеземов и алюмосиликатов в среднем содержится 2 гидроксильных группы на 100 А. Поверхность пористых природных материалов, как правило, составляет (2 - 4) 10 м /кг (2 - 4 м /г). С учетом этого и массы образца рассчитали необходимое для модифицирования количество триметилхлорсилана, которое составляет 1 10" кг ТМХС/кг породы.
Модифицирование образцов ТМХС проводили согласно рекомендациям, представленным в работе [119] при температуре 95-98 С в течение 16 часов. При таком температурном режиме реакция взаимодействия триметилхлорсилана с породой идет достаточно активно и исключается негативное действие воды, которая может присутствовать в породе в адсорбированном состоянии.
Установлено, что проницаемость по газу и пористость исходных и модифицированных образцов практически не изменились. На основании этого можно сделать вывод об отсутствии каких-либо значительных изменений в структуре порового пространства породы в результате обработки поверхности триметилхлорсиланом. Дальнейшие исследования также подтвердили этот факт. Определение начальной скорости капиллярной пропитки исходных и модифицированных образцов керна водой и керосином
С целью выяснения особенностей влияния триметилхлорсилана как гидрофобизатора на фильтрационно-емкостные свойства пористых природных песчаников были проведены исследования по определению начальной скорости капиллярной пропитки и пористости исходных и модифицированных образцов керна. Для исследований были подготовлены пары образцов керна с близкими значениями проницаемости и литолого-петрофизическими характеристиками.
После этого часть из выбранных образцов модифицировали ТМХС по описанной выше процедуре. Далее проводили непосредственно эксперименты по определению скорости капиллярной пропитки.
Эксперименты проводили по стандартной методике путем насыщения образцов керна водой или керосином через один из его торцов и определения массы образца через определенные промежутки времени. После выдержки образцов в течение 20 часов их дополнительно донасыщали под вакуумом соответствующей жидкостью для расчета порового объема.
Установлено, что средние скорости насыщения образцов керна водой и керосином во всем диапазоне проницаемостей отличаются незначительно. Это может указывать на близкий тип смачивания внутренней поверхности породы модифицированных и немодифицированных образцов. В то же время измерения показали, что начальная скорость капиллярной пропитки модифицированных образцов водой значительно меньше, чем для немодифицированных образцов, а начальные скорости пропитки керосином остаются практически неизменными (рис. 4.3.1). Такое изменение свойств пористых материалов наблюдается при изменении смачиваемости поверхности и ее гидрофобизизации [98].
Исследование влияния реагента «Экстракт-700» на фильтрацию воды через линейную модель пласта
Для определения характера влияния реагента «Экстракт-700» на фильтрационные свойства пористых сред была проведена серия экспериментов по изучению скорости фильтрации воды через насыпную высокопроницаемую модель пласта, обработанную реагентом «Экстракт-700» в статическом и динамическом режимах.
В качестве модели пласта для проведения экспериментов использовали дезинтегрированный керновый материал пласта АС5-6 Мало-Балыкского месторождения. Проницаемость моделей составляла (1147-1378) 10" м .Для приготовления растворов реагента «Экстракт-700» использовали пресную воду.
Указанные значения проницаемости моделей не соответствуют реальным значениям проницаемости пласта, что приводит к завышенным результатам при определении коэффициентов вытеснения нефти. Однако, как показали многочисленные лабораторные эксперименты, проведенные в разные годы в ОАО «СибНИИНП», такие модели достаточно адекватно воспроизводят особенности фильтрационных процессов, наблюдаемых при проведении экспериментов на наборных моделях средне- и высокопроницаемых нефтяных пластов. Это обстоятельство позволяет использовать такие модели для качественной оценки направленности и эффективности действия того или иного реагента и ускорить проведение эксперимента по вытеснению нефти из модели пласта.
Обработка модели пласта в статических условиях включала закачку в модель раствора реагента объемом 1 Vnop и выдержку без фильтрации в течение одного часа. Далее следовала закачка минерализованной воды. При обработке модели пласта в динамическом режиме закачиваемый объем раствора реагента продавливался минерализованной водой без выдержки на адсорбцию. В дальнейшем без создания дополнительного градиента давления на модель фильтрация не происходит. Проведенные замеры показали, что для начала фильтрации воды перепад давления в системе в условиях опыта должен быть увеличен на 0,015-0,02 МПа. Такое значение А Р занимает промежуточное положение между значением начального перепада давления для многофазной фильтрации в пористой среде (0,06 МПа) и значением перепада давления для фильтрации углеводородов в отдельных капиллярах (0,001 МПа) [40, 53].
Обработка модели пласта 0,1 %-ным раствором реагента «Экстракт-700» в динамическом режиме также сопровождается снижением скорости фильтрации, но в значительно меньшей степени, чем в предыдущем случае, и носит временный характер. После проведения опытов определили проницаемость моделей пласта по газу. Для этого из моделей пласта удалили воду путем вакуумирования и последующей выдержки в термостате при 105 С в течение 8 часов. Затем провели определение проницаемости моделей. Соответствующие значения составили 1140,1197 и 1236 10" м . Разница в значениях до и после обработки моделей не превышает 1%, что является допустимой ошибкой при определении проницаемости образцов керна по газу. Таким образом, при сохранении проницаемости по газу проницаемость моделей по воде снизилась, что указывает на образование на поверхности породы гидрофобного покрытия. Дополнительное исследование свойств реагента «Экстракт-700» показало, что при смешении с минерализованной водой реагент не теряет своей стабильности. Разрушение эмульсии происходит только при выдержке в течение 18-24 часов при температуре не ниже 75 С, при этом раствор реагента обесцвечивается и выделяется пленка полиметилсилоксана. Обесцвечивание раствора реагента наблюдается также при его выдержке в присутствии молотого керна и при фильтрации через модель пласта, что указывает на адсорбцию компонентов реагента на поверхности породы.
Для обозначения условий проведения экспериментов по фильтрации с использованием реагента «Экстракт-700» в дальнейшем приняты следующие сокращения: - концентрация реагента «Экстракт-700» в растворе, % масс. -концентрация «Экстракт-700» - X %; - объем закачки раствора реагента (Vp) в поровых объемах (Vnop) - объем закачки раствора - Y Vnop; -температура проведения эксперимента - температура - Z С. Учитывая, что температура, при которой проводились о писанные выше эксперименты, значительно ниже температуры нефтяных пластов Западной Сибири, было оценено ее влияние на скорость фильтрации воды через модель пласта, предварительно обработанную 2,5 %-ным раствором реагента «Экстракт-700» в статических условиях (объем закачки раствора - 0,2 Vnop; начальная температура - 25 С).
Установлено, что обработка модели пласта раствором реагента сопровождается снижением скорости фильтрации воды в 18-20 раз. С ростом температуры на каждые 10 С скорость фильтрации увеличивается в 1,2-1,4 раза [109]. При снижении температуры происходит обратный процесс.
Таким образом, обработка поверхности породы раствором реагента «Экстракт-700» сопровождается снижением скорости фильтрации воды при этом, чем ниже температура проведения эксперимента, тем значительнее снижение скорости. Следовательно, максимальная эффективность действия гидрофобизирующих составов должна проявляться при их использовании в нагнетательных скважинах пластов, находящихся на поздней стадии разработки, когда призабойная зона пласта охлаждена в результате длительной закачки воды.
