Введение к работе
Актуальность.
В настоящее время резервом стабилизации уровня добычи нефти являются
запасы карбонатных коллекторов. Для месторождений Республики Татарстан
запасы карбонатных коллекторов составляют 35-40 % от разведанных запасов.
Однако извлекаемые запасы этих отложений достигают пока всего лишь 10-15
%. Это объясняется низкими коллекторскими свойствами и высокой
неоднородностью пластов-коллекторов по составу и структурно-текстурным
признакам. Не менее важным фактором, осложняющим разработку нефтяных
месторождений и делающим нефти трудноизвлекаемыми, является высокая
вязкость вмещаемой нефти, содержащей значительное количество смол,
асфальтенов, парафинов, обуславливающих высокую степень
структурированности нефти. Разработка эффективных технологий освоения таких месторождений требует изучения количественного и качественного распределения нефтяного флюида в поровом пространстве карбонатных коллекторов, химического состава, физико-химических свойств, структурных характеристик добываемых нефтей, выявления основных факторов преобразования состава и свойств нефтей. В настоящее время широко обсуждается проблема заполнения залежей нефти в несколько этапов. Появляются также работы о характерных признаках изменения состава нефтяного флюида в процессе дополнительного поступления в залежь глубинной нефти или легких углеводородных флюидов. В связи с этим всестороннее изучение механизмов формирования нефтяных залежей по данным состава и свойств добываемых и остающихся в породе нефтей, а также выявление основных факторов, ответственных за изменение вязкости нефтей из карбонатных коллекторов, является актуальным и имеет непосредственное практическое значение для процессов разработки нефтяных месторождений.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ИОФХ им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН по теме: «Разработка научных основ регулирования физико-химических свойств тяжелых нефтей и природных битумов в технологических процессах их добычи, транспортировки и переработки» (№ гос. регистрации 01201253238). Работа поддержана грантом РФФИ для молодых ученых 12-05-31345/12 «Новые данные о механизме формирования нефтяной залежи в карбонатном пласте, полученные по характеристикам вмещаемой нефти».
Цель работы:
Выявление закономерностей изменения состава и свойств нефтей по разрезу карбонатных пластов-коллекторов, а также основных факторов, ответственных за изменение вязкости нефтей, для разработки рекомендаций по повышению эффективности извлечения нефти из карбонатных отложений.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
исследовать характер изменений состава и свойств добываемых и остаточных нефтей карбонатных пластов;
выявить основные параметры состава, дисперсного строения нефтей и структуры асфальтенов, определяющие структурно-реологические свойства нефтей из карбонатных коллекторов;
изучить процесс самоорганизации асфальтенов в растворах, нефтях и модельных смесях;
изучить влияние ультразвукового воздействия на структуру и вязкость нефтей.
Научная новизна.
Впервые установлено изменение фракционного состава асфальтенов и молекулярно-массового распределения высокомолекулярных парафинов в нефтях по разрезу карбонатного пласта в результате дополнительного поступления в залежь легких углеводородов (на примере отложений башкирского яруса Аканского месторождения Республики Татарстан).
Впервые показано, что смолы в высокопарафинистых нефтях входят в состав дисперсной фазы, а в высокосмолистых нефтях - структурируют дисперсионную среду. Вязкость нефтей обоих типов определяется содержанием в них дисперсной фазы.
Установлено преобладающее влияние более конденсированных молекул асфальтенов типа А1 на формирование устойчивой связанно-дисперсной структуры высокосмолистых нефтей и преобладающее влияние более замещенных молекул асфальтенов типа А2 на диспергирование высокомолекулярных парафинов.
Выявлены различные пути переформирования дисперсного строения высокопарафинистых и высокосмолистых нефтей при ультразвуковом воздействии.
Практическая значимость.
Новые данные о распределении нефтяного флюида по разрезу башкирского пласта Аканского месторождения переданы для использования в ЗАО «Кара Алтын» и рекомендовано для увеличения извлекаемых запасов нефти подключение к разработке низкопроницаемых зон пласта с более легкой нефтью (использование технологий гидроразрыва пласта или закачки кислотных реагентов).
Для снижения вязкости высокосмолистых нефтей рекомендована ультразвуковая обработка с частотой 22 кГц и интенсивностью 25-30 Вт/см .
Выявлены температурные интервалы фазовых переходов, которые могут быть использованы при оптимизации условий технологических процессов добычи и переработки высокосмолистых вязких нефтей.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: VII Международная конференция «Химия нефти и газа» (Томск, 2009), Вторая Волжская региональная молодежная научная конференция «Радиофизические исследования природных сред и информационные системы» (Зеленодольск, 2009), Международная научно-практическая конференция «НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКА - 2011» (Уфа, 2011), VI конференция молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» (Иваново, 2011), Международная конференция Российского Химического Общества имени Д.И. Менделеева «Ресурсосберегающие и энергоэффективные технологии в химической и нефтехимической промышленности» (Москва, 2011), Международная научно-практическая конференция «Увеличение нефтеотдачи - приоритетное направление воспроизводства запасов углеводородного сырья» (Казань, 2011), Всероссийская молодежная конференция с элементами научной школы «Нефть и нефтехимия» (Казань, 2011), Международная конференция по химическим материалам «XT 12» (Москва, 2012), Международная научно-практическая конференция «НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКА - 2012» (Уфа, 2012), Международная научно-практическая конференция «Высоковязкие нефти и природные битумы: проблемы повышения эффективности разведки и разработки месторождений» (Казань, 2012), VIII международная конференция «Химия нефти и газа» (Томск, 2012), III International Conference "Elastic wave effect on fluid in porous media" (Moscow, 2012), Итоговые научные конференции Казанского научного центра РАН (Казань, 2012, 2013), XVII Международный научный симпозиум им. академика М.А. Усова студентов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2013), Kazan Workshop on abiotic hydrocarbons (Kazan, 2013), GeoConvention 2013: Integration (Calgary, Canada, 2013).
Публикации.
По результатам исследований, вошедших в диссертационную работу, опубликовано 23 работы (6 статей, из которых 5 - в журналах, рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки РФ, и 17 публикаций в сборниках тезисов и материалов конференций различного уровня).
Объем и структура диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Содержание работы изложено на 173 страницах печатного текста, включая 44 таблицы, 52 рисунка, 171 наименование цитируемой литературы и приложение.
Автор выражает глубокую благодарность кандидату химических наук Ю.М. Танеевой и кандидату химических наук Е.Е. Барской за помощь в проведении экспериментов, а также ценные советы и консультации при обсуждении данной работы.
