Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Физико-химические процессы при электрохимическом и ионно-плазменном воздействиях на пластовые воды 8
1.1 Основные процессы при электрохимическом воздействии 8
1.2 Процессы при электролизе водного раствора хлорида натрия 21
1.3 Расчет параметров забойного электротермохимического генератора 28
1.4 Основные процессы при ионно-плазменном воздействии 32
1.5 Электрохимические методы очистки нефтепромысловых сточных вод... 38
Выводы по главе 1 43
Глава 2 Исследования физико-химических процессов при воздействии постоянного тока на водные растворы электролитов 44
2.1 Экспериментальные исследования электрохимического воздействия на водные растворы хлорида натрия 44
2.2 Лабораторные эксперименты по ИПВ на минерализованную сточную воду нефтяных месторождений 51
2.2.1 Исследование ионно-плазменного воздействия на модели пластовой воды 51
2.2.2 ИПВ и ЭХВ на минерализованную сточную воду 57
Выводы по главе 2 65
Глава 3 Фильтрационные исследования с использованием активных растворов после ЭХВ и ИПВ 66
3.1 Исследования вытеснения нефти продуктами ЭХВ и ИПВ на минерализованную воду 66
3.2 Исследования закупоривающей способности осадков 70
3.3 Исследование вытеснения нефти активными растворами после ИПВ 73
Выводы по главе 3 98
Глава 4 Опытно-промысловые испытания технологий ЭХВ и ИПВ для интенсификации добычи нефти 100
4.1 Электрохимические и ионно-плазменные технологии обработки минерализованной воды 100
4.2 Реализация технологии получения активных растворов в поверхностных условиях 104
4.3 Скважинная технология электрохимического и ионноплазменного воздействия 108
4.4 Результаты опытно-промышленных работ и их анализ 110
Выводы по главе 4 120
Глава 5 Области применения электрохимических технологий в нефтедобыче 121
5.1 Основные направления использования попутных вод в технологиях нефтедобычи 121
5.2 Коррозионная активность минерализованной воды в результате ЭХВ... 129
Выводы по главе 5 140
Основные выводы 142
Список использованной литературы 144
- Расчет параметров забойного электротермохимического генератора
- Исследование ионно-плазменного воздействия на модели пластовой воды
- Исследование вытеснения нефти активными растворами после ИПВ
- Реализация технологии получения активных растворов в поверхностных условиях
Введение к работе
Актуальность проблемы. Основные нефтяные месторождения страны в настоящее время перешли на позднюю стадию разработки, характеризующуюся ухудшением структуры запасов, увеличением доли маподебитных скважин, ростом обводненности добываемой продукции, который накладывает особые экономические, технические и технологические требования к организации процесса добычи нефти Постоянный рост затрат на извлечение, транспортировку, подготовку нефти и утилизацию попутной пластовой воды является неизбежным элементом, сопровождающим нефтедобычу Современные технологии добычи нефти и применяемые принципы разработки месторождений не позволяют осуществлять добычу нефти без извлечения попутной пластовой воды
В то же время пластовые воды, извлекаемые вместе с нефтью, после очистки и подготовки используются в системе поддержания пластового давления (ППД), являются основой растворов различных реагентов в технологических процессах обработки призабойной зоны пласта (ПЗП), интенсификации добычи нефти и увеличения нефтеотдачи
В связи с этим проблемы целенаправленного воздействия на попутные воды и эффективного их использования при реализации методов воздействия на призабойную зону пласта и увеличения нефтеотдачи представляют актуальную задачу
При этом одним из эффективных направлений может быть
использование комплекса технологий, основанных на электрохимическом
(ЭХВ) или ионно-плазменном воздействии (ИПВ) на минерализованную
пластовую воду и ПЗП Особенностями этих технологий является то, что
они применимы как на добывающих, так и на нагнетательных скважинах, а
при воздействии на призабойную зону пласта позволяют сочетать
положительные эффекты термических и ряда физико-химических методов
Электрохимическое и ионно-плазменное воздействия на
минерализованную пластовую воду в системе заводнения нефтяных
пластов позволяют получать активные водные растворы с
необходимыми щелочными или кислотными свойствами без
дополнительных химических реагентов, повышая экологическую безопасность технологий и обеспечивая защиту оборудования от коррозионного воздействия
Цель работы - научное обоснование и разработка методов электрохимического и ионно-плазменного воздействий на минерализованные сточные воды нефтяных месторождений для использования в технологических процессах нефтедобычи.
Основные задачи работы
Анализ результатов внедрения физико-химических и термических методов увеличения нефтеотдачи пластов и обработки призабойной зоны скважин, обоснование необходимости создания новых и улучшения существующих методов, направленных на увеличение коэффициентов вытеснения и охвата
Проведение экспериментальных работ по изучению физико-химических процессов при электрохимическом и ионно-плазменном воздействиях на минерализованные сточные воды нефтяных месторождений
Проведение экспериментальных исследований по вытеснению нефти активными растворами, полученными в результате электрохимической и (или) ионно-плазменной обработок минерализованных вод
Разработка технологий электрохимического и ионно-плазменного воздействий на сточные воды нефтяных месторождений и на призабойную зону пласта
Опытно-промышленные испытания предложенных технологий, анализ их технологической, экономической и экологической эффективности
Методы решения поставленных задач При проведении экспериментальных исследований процессов электрохимического и ионно-плазменного воздействий использовались современные лабораторные методы хроматография, рентгеноструктурный анализ и другие Экспериментальное моделирование процессов вытеснения нефти водой осуществлялось с использованием критериев подобия При оценке эффективности предложенных технологий в промысловых условиях проводились гидродинамические и геофизические промысловые исследования
Научная новизна
Разработаны научные и технологические основы
электрохимического и ионно-плазменного воздействий на
минерализованные сточные воды нефтяных месторождений и на призабойную зону пласта
Экспериментально установлена возможность получения активных растворов с щелочными или кислотными свойствами на основе ЭХВ и ИПВ на минерализованные воды нефтяных месторождений
Фильтрационными исследованиями показано, что использование активных водных растворов, полученных с помощью ЭХВ и (или) ИПВ на минерализованные воды, способствует повышению коэффициента нефтевытеснения и целенаправленному изменению коллекторских свойств пористых сред
Предложена методика электрохимического воздействия против солеотложений и для защиты подземного оборудования от коррозии
Практическая ценность и реализация результатов работы
Предложены новые технологии интенсификации добычи нефти, основанные на электрохимическом и ионно-плазменном воздействиях на минерализованные пластовые воды нефтяных месторождений Разработаны рекомендации по применению для обработки добывающих и нагнетательных скважин активных растворов, получаемых при ЭХВ и ИПВ на минерализованные воды
Результаты работы использованы при обработке призабойной зоны скважин НГДУ «Ямашнефть», «Джалильнефть», «Альметьевнефть» ОАО «Татнефть» и в СП «Ватойл» Внедрение разработанных технологий в НГДУ «Ямашнефть» позволило получить дополнительно 11,6 тыс тонн нефти. Экономический эффект составил 2,422 млн руб
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических советах ОАО «Татнефть» и НГДУ «Ямашнефть» (2001-2006 гг), на научных семинарах АН Республики Башкортостан, УГАТУ и БашГУ
Публикации и личный вклад автора. По материалам диссертационной работы опубликованы 10 печатных работ и получены 5 патентов РФ В диссертационных исследованиях автору принадлежат постановка задач работы, их решение, анализ полученных результатов и организация внедрения результатов работы
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, библиографического списка исполь-
зованнои литературы, включающего 100 наименований Она изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 27 таблиц и 59 рисунков
Расчет параметров забойного электротермохимического генератора
Генерация химически активных частиц происходит в объеме плазмы. Именно эти частицы определяют химическую активность плазмы, которая проявляется в ее способности производить целенаправленные химические изменения в исходной газовой среде, в образцах, помещенных в плазму, и в окружающем растворе электролита. Активными частицами являются атомы, радикалы, возбужденные атомы и молекулы, заряженные частицы (ионы, электроны). В плазме, инициируемой в водных растворах электролитов, основными ионами являются сольватированные ионы НзО+ и НгО [1].
Рассмотрим более подробно процессы инициирования низкотемпературной плазмы при пропускании постоянного электрического тока в водных растворах электролитов. Рассматриваемые ниже процессы относятся к участкам А, Б, В вольт-амперной характеристики, представленной на рисунке 1.1.
Электролитная плазма, генерируемая электрическими разрядами между двумя твердыми электродами, погруженными в жидкий электролит, возникает при условии неравенства площадей поверхностей электродов: 5, 5S2 [63, 64]. При плавном увеличении постоянного напряжения вначале происходит пропорциональное увеличение силы тока, соответствующее электролизу соли. При некотором критическом значении U 30...80 В на поверхности меньшего электрода, называемого активным, образуются пузырьки газа, приводящие к снижению средней силы тока. При дальнейшем увеличении напряжения вокруг активного электрода образуется тонкая сплошная светящаяся плазменная оболочка, через которую течет стационарный электрический ток.
Протекающий через плазменную оболочку электрический ток может обеспечить нагрев активного электрода от 100 С вплоть до температуры плавления его материала. При снятии напряжения происходит быстрый спад температуры ( 10 с) за счет охлаждения электрода жидким электролитом. Формирование плазмообразующего газового разряда в водных растворах может быть организовано следующими способами [13,14,26, 28, 29, 36-38]: разряд, контактирующий с жидкостью, между расположенными вне жидкой фазы электродами (рисунок 1.2, а). разряд, в котором роль одного или обоих электродов выполняет раствор электролита (рисунок 1.2,6). электрический пробой непосредственно в жидкой фазе между электродами или в парогазовой оболочке вокруг активного электрода (рисунок 2.2, в). При этом активным электродом, вокруг которого образуется зона плазмы, могут быть как анод, так и катод. Получаемые разряды относятся к стационарным или самостоятельным и в зависимости от напряжения, силы тока, давления, межэлектродного расстояния могут быть искровыми и тлеющими. Прохождение тока разряда через электролит приводит к возникновению на границах раздела плазма-раствор скачков потенциала, аналогичных хорошо известным катодному и анодному падениям напряжения. В результате происходит перенос через границу раздела фаз из раствора в плазму нейтральных и заряженных частиц (эмиссия заряженных частиц и «катодное распыление»), и, наоборот, в электролит попадают активные элементы плазмы. Действие разряда на растворы электролитов сопровождается диссоциацией молекул растворителя. Химические взаимодействия образующихся активных частиц ведут к изменению свойств раствора в целом.
Граница раздела сред парогазовая оболочка - электролит служит промежуточным катодом (квазикатод [26]), через которую диффундируют активные частицы, генерируемые в плазме, и инициируют химические превращения в растворе. Физические свойства границы плазма-раствор и характер активации химических процессов в растворе в сильной степени зависят от полярности электрода. Процессы, протекающие в химически активной плазме, вызваны наличием и образованием в ней частиц трех видов: заряженных, возбужденных и нейтральных (исходные вещества, атомы, радикалы, продукты промежуточных реакций), а главенствующую роль в стимулировании реакций имеет электронная часть плазмы [39].
В работе [86] рассматриваются два возможных механизма появления ионов в парогазовой оболочке, окружающей опущенный в электролит электрод: неустойчивость поверхности электролита по отношению к поверхностному заряду и полевое испарение с поверхности электролита. Показано, что первый механизм является нереальным, и электрический ток в парогазовой оболочке, окружающей электрод, обязан своим существованием полевому испарению ионов с поверхности электролита. Давление насыщенного пара в паровой прослойке между нагретым электродом и электролитом намного превышает атмосферное. Поэтому возможность развития тлеющего, коронного, искрового и дугового разрядов между поверхностью электролита и электродом становится проблематичной. При таких условиях лучшее соответствие с экспериментальными данными обеспечивает механизм полевого испарения ионов заряженных кластеров из растворов электролитов. Физический механизм полевого испарения ионов является аналогичным активационному механизму полевого испарения ионов с поверхности металла в теории автоионной микроскопии.
Измерения катодного падения потенциала в тлеющем разряде с электролитным катодом дают значения от 200...400 В при больших значениях тока и до 700...800 В при малых значениях тока [38]. Это превышает обычные значения нормального катодного падения потенциала в тлеющем разряде пониженного давления, хотя параметры столба разрядов в парофазной оболочке близки к параметрам тлеющего разряда при давлениях менее 10 Па. Поэтому считается, что электролитно-плазменный разряд «представляет собой новую форму газового разряда, отличную от всех известных».
Механизм эмиссии электронов из электролитного катода практически не исследован. Оценки приведенной напряженности поля показывают, что ее зависимость от параметра pd (произведение давления р газа на характерный размер d зоны плазмы) согласуется с соответствующими данными для тлеющего разряда с металлическими электродами. В спектре излучения плазмы разряда с жидкостными электродами при всех условиях наблюдаются линии атомов водорода серии Бальмера, полосы радикалов ОН, молекулярного азота и NO (при использовании воздуха в качестве исходного плазмообразующего газа) [38, 39, 56]. При использовании растворов солей в спектре излучения появляются линии атомов соответствующих металлов.
Исследование ионно-плазменного воздействия на модели пластовой воды
Однако, выявлено, что с увеличением температуры и парообразования сила тока и приложенное напряжение самопроизвольно изменяют свои значения, и возникает необходимость регулировки для восстановления первоначального значения. Эти изменения связаны с активным образованием газовых пузырьков и пульсациями электролита в межэлектродном промежутке.
Опыты показали, что при всех значениях концентрации электролита, подаваемого напряжения, расстояния между электродами происходит достаточно быстрый нагрев электролита, сопровождаемый интенсивным выделением газов и образованием щелочного раствора. Выявлено, что для каждого значения концентрации раствора NaCl, межэлектродного расстояния, напряжения существует определенный диапазон значений силы тока, которые можно установить только экспериментально. Поэтому при повышенных концентрациях раствора электролита, но при установленных значениях напряжения, следует либо увеличить межэлектродное расстояние, либо уменьшить концентрацию электролита путем добавки пресной воды.
Для определения режимов зажигания плазмы в пластовой и сточной водах проведены стендовые испытания ИПВ, а также фильтрационные исследования для определения нефтеотмывающей способности и влияния на фазовую проницаемость воды. Для визуального наблюдения за значением возникновением плазмы (должны появиться отдельные пробои или установиться свечение вокруг электрода с меньшей площадью внутри электролита) на первом этапе использовали схему зажигания плазмы в модели пластовой воды в открытом сосуде при нормальном атмосферном давлении. Предварительные опыты проводились с целью подбора значений тока (I) и напряжения (U) начала зажигания плазмы с фиксацией при визуальном наблюдении появления свечения, после чего были проведены два варианта испытаний с использованием различных источников постоянного тока.
Первый вариант испытаний проводили на аппаратуре ИПБ-50,0 (блочный источник питания постоянного тока) мощностью 50 кВт. Испытание проводили в нержавеющей колонке объемом 1,6 литра, в которую наливали 1,2 л модели пластовой воды (20 г/л NaCl в дистиллированной воде) и опускали электрод-анод (отрезок металлической трубы диаметром 42 мм и длиной 260 мм с отверстиями по всей длине, материал - сталь Ст 3). Схема лабораторной установки приведена на рисунке 2.6. На электрод (анод) 2 подавался положительный потенциал, а на саму колонку (катод) 1 внутренним диаметром 70 мм - отрицательный потенциал. Колонка имеет верхнюю 3 и нижнюю заглушки. Через верхнюю заглушку проходит положительный токоподвод с уплотнением 5. Подача раствора NaCl 8 производилась через вентиль 6, а отбор газа осуществлялся через вентиль 7. По показаниям приборов, установленных на лабораторном стенде, наблюдали изменение силы тока от 0 до 160 А при изменении напряжения от 0 до 160 В. Потребляемая мощность (пиковая) при этом достигала 80 кВт. Через 80 секунд наработки давление в колонке было 40 атм. Исходное сопротивление цепи от анода к катоду равнялось 16,8 Ом. После обработки сопротивление снизилось до 9,8 Ом. Вентиль 10 служил для отбора активного раствора после ИПВ. К вентилю 11 присоединялся манометр для измерения давления в колонке. В процессе ИПВ наблюдали интенсивное кипение воды и появление пены с темными (рыжими) хлопьями продуктов электролиза и ИПВ. Внешняя колонка нагрелась до 60 С.
Продолжительность опыта составила 130 секунд и была ограничена повышением давления до 100 атм. После ИПВ активный раствор содержал хлопья темного вещества, частично выпадающие в осадок. Представительный образец этой воды вместе с осадком был проанализирован на химический состав. Результаты анализа - химический состав и основные параметры исходной воды и активного раствора после ИПВ - приведены в таблице 2.4. Активный раствор после ИПВ при температуре 20 С имел плотность 1,02 кг/м3, рН = 6,82. выдавливания из емкости, в качестве гидрозатвора использован тот же раствор NaCl. Хроматографический анализ газов выполнен с помощью детектора по теплопроводности на аргоне (рисунок 2.7).
Анализ хроматограммы газов, выделившихся в ходе ИПВ на раствор NaCI с железным анодом, выявил следующий состав: СОг - 1,096 % , Нг - 59,538 %, 02 - 8,944 %, N2 - 30,422 %. Хлор не обнаружен в пределах 0,001 %. Наличие довольно большого количества азота и углекислого газа может быть объяснено 5 дневным промежутком между отбором и анализом.
Осадок, полученный в активном растворе в результате ИП воздействия, был высушен и подвергнут рентгеноспектральному анализу. На рисунке 2.8 приведена рентгеноспектрограмма, полученная в результате исследования на аппаратуре «Philips PV 2400». Анализ спектрограммы показывает, что осадок состоит в основном из солей железа, полученных в результате растворения материала анода. В составе окисленных металлов содержится железа 88,2%, натрия - 4,56 %, марганца и меди - по 0,3 %, кремния и хрома - по 0,2 %, никеля и других металлов - менее 0,1 % (рисунок 2.8).
Исследование вытеснения нефти активными растворами после ИПВ
Уровень технологий в нефтедобывающей отрасли позволяет достаточно эффективно использовать попутную пластовую воду для различных целей. Результаты, изложенные в предыдущих главах диссертации, указывают на уникальные возможности электрохимической и (или) ионно-плазменной обработок промысловых и пластовых вод. Воздействия электрического тока или низкотемпературной плазмы на минерализованную воду обеспечивают протекание электролитических, электрохимических и плазмохимических реакций, которым способствуют ее химический состав и физико-химические свойства [12, 33, 57, 59].
Для использования возможностей электрохимических и плазмохимических процессов впервые в практике нефтяной отрасли предложен комплекс технологий (рисунок 4.1), включающий способ непосредственного воздействия на нефтеводяную смесь в забое и призабойной зоне скважины, а также на нефтяной пласт. В состав комплекса входят также способы подготовки активного раствора в наземных условиях на основе ЭХВ и (или) ИПВ на попутную пластовую воду. Активный раствор, полученный в результате такой обработки, обладает различными, предварительно заданными, свойствами и способностями, что позволяет решать необходимые производственные задачи, в частности использовать его в нагнетательных скважинах для воздействия на нефтяной пласт. Существенным достоинством этих технологий является то, что минерализованная вода месторождений в результате ЭХВ или (и) ИПВ без внесения в нее дополнительных химических реагентов превращается в активный водный раствор с преобладающими кислотными или щелочными свойствами. В результате ЭХ или ИП воздействия на пластовую минерализованную воду изменяются ее плотность, вязкость, минерализация, химический состав и другие свойства, за счет чего раствор приобретает активные физико-химические свойства.
Применение технологий для воздействия на призабойную зону пласта основано на снижении подвижности жидкости в высокопроницаемых зонах за счет образования гел образного осадка. Эффект достигается при образовании твердых труднорастворимых осадков за счет ионно-плазменной обработки пластовой воды и создания активного раствора со щелочными характеристиками, который в пласте с нефтью образует эмульсию. Данная технология аналогична известному методу «щелочно-силикатного заводнения» [18]. Образующаяся эмульсия (гелеобразный осадок) задерживается в сужениях крупных пор, снижая подвижность вытесняющей жидкости и увеличивая охват пласта воздействием. Известно также, что щелочные воды лучше смачивают поверхность пород коллектора, чем обычная вода. Данный факт способствует отрыву капель нефти от поверхности породы и повышает эффект вытеснения. Исследованиями Вагнера и Лича было доказано, что при добавлении в закачиваемую воду щелочи характер смачиваемости поверхности пород реальных коллекторов менялся с гидрофобного на гидрофильный [18]. Аналогичные результаты были получены и другими исследователями, которые доказали, что при движении по пласту раствор щелочи меняет поверхностные характеристики системы нефть - вода - порода, улучшая условия вытеснения нефти водой [9,20, 44, 57].
Важным фактором является также образование эмульсий при вытеснении нефти раствором щелочи. Считается, что образование мелкодисперсной эмульсии вовлекает остаточную нефть в поток щелочного раствора, увеличивая его вязкость и тем самым улучшая вытесняющие свойства. При этом говорят об «увеличении» остаточной нефти [92, 97]. Основная доля дополнительной нефти добывается в виде мелкодисперсной эмульсии [16-18]. Если образуется высокодисперсная эмульсия, то предполагается, что она задерживается в сужениях крупных пор, снижая подвижность вытесняющей жидкости и увеличивая охват пласта заводнением [17, 18].
Поскольку при ЭХВ и ИПВ на минерализованные воды возможно достижение достаточно высоких температур, следует ожидать, что механизм вытеснения нефти электрохимически активизированным раствором будет близок к механизму термощелочного воздействия. Физико-химические процессы при термощелочном воздействии достаточно подробно рассмотрены в [6, 18, 19, 53]. Термощелочное заводнение имеет свои особенности по сравнению с обычным щелочным заводнением. Эти особенности состоят в интенсификации всех процессов, на которых основан механизм щелочного заводнения.
Приведенные данные исследований различных авторов показывают, что эффективность термощелочного воздействия принципиальным образом зависит от характера взаимодействия конкретной нефти с раствором щелочи. При этом возможны следующие качественно различные результаты этого взаимодействия: - снижение межфазного натяжения на границе фаз; - образование неустойчивых эмульсий; - образование высоковязких эмульсий типа «вода в нефти»; - образование неустойчивых маловязких эмульсий типа «нефть в воде», способных в процессе термощелочного воздействия; - образование маловязких мелкодисперсных эмульсий, сохраняющих свою устойчивость при термощелочном воздействии. Кроме того, при обосновании технологических параметров применения термощелочного заводнения необходимо учитывать, что с ростом температуры значительно увеличиваются потери щелочи на взаимодействие с породой, а поэтому оптимальную температуру процесса следует определять из соотношения факторов роста нефтеотдачи и потребления щелочи для конкретных пластовых условий. Результаты лабораторных опытов различных исследователей показывают, что сочетание щелочного заводнения с тепловыми методами возможно в разных комбинациях. Условия наиболее эффективного сочетания этих двух методов можно определить лабораторными исследованиями и расчетами применительно к конкретному объекту разработки месторождения [18].
Реализация технологии получения активных растворов в поверхностных условиях
Для поддержания требуемых темпов отбора нефти необходимо постоянно обеспечивать эффективную компенсацию добываемых объемов и их восполнение по мере выработки. Одними из распространенных направлений компенсации отбора являются закачка технологических жидкостей и поддержание пластового давления. Особую значимость сохранение или поддержание пластового давления имеет при разработке нефтяных месторождений с трудноизвлекаемыми запасами высоковязких нефтей. Разрабатываемые месторождения НГДУ «Ямашнефть» (девять месторождений) относятся к нефтенасыщенным горизонтам нижнего и среднего карбона. Вязкость нефти при температуре 20 С колеблется в широких пределах от 20 до 300 сПз и выше, а плотность достигает 0,89...0,91 г/см3 (таблица 5.1).
Установлено, что выделение растворенного газа из нефти по мере разработки месторождений связано в большей степени с изменением пластовых давлений. Вместе с тем, определена связь в изменении физических свойств нефтей, в частности ее вязкости, при разгазировании. Изменение физических свойств, в частности вязкости нефти, связанное с разгазированием нефтяной смеси при снижении забойных давлений, на примере нефтей НГДУ «Ямашнефть», добываемых из различных горизонтов, показано на рисунке 5.1.
Таким образом, по мере уменьшения давления и разгазирования нефти происходит заметное увеличение вязкости. Увеличение вязкости добываемой продукции скважин ухудшает работу глубинного насосного оборудования, снижая коэффициент полезного действия, требует использования специального насосного оборудования. Использование же стандартного оборудования требует конструктивных изменений (больших типоразмеров, утяжеления клапанных узлов, завышенных типоразмеров электроприводов и др.). Проблема многократно усложняется при добыче продукции скважин, когда в ее составе присутствует пластовая вода. По результатам анализа глубинных проб ЦНИПР НГДУ «Ямашнефть», для нефтей, добываемых на месторождениях НГДУ, максимальные значения вязкости наблюдаются при обводненности от 20 до 60 %. В этом диапазоне обводненности вязкость эмульгированной водонефтяной смеси может достигать тысячи сПз.
Помимо вышесказанного, появление свободного газа инициирует резкое увеличение фильтрационных сопротивлений в системе пласт-скважина, иногда вплоть до потери связи с контуром питания, что выражается в существенном снижении фазовой проницаемости для жидкости. Свободный газ повышает температуру кристаллизации парафина. Асфальтопарафиновые частицы, осаждаясь из нефти, гидрофобизируют пласт, кольматируют поровое пространство ПЗП. Также известен факт о том, что остаточная нефтенасыщенность пластов, содержащих нефть с большим газовым фактором, существенно выше, чем пластов, насыщенных нефтью с меньшим газосодержанием. Таким образом, становится актуальной проблема эффективного поддержания пластового давления. При этом намного предпочтительнее использование той же пластовой воды, чем поверхностных пресных вод. Использование пластовой воды не приводит к процессам солеобразования и исключает проблемы отложения солей в коллекторе и призабойной зоне. Одинаковые физико-химические свойства предполагают сохранение характеристик смачиваемости пород коллектора, сохранение характеристик по фильтрации воды при вытеснении нефти. Использование пластовой воды как основного элемента технологической жидкости для вытеснения нефти и поддержания пластового давления широко используется, но в то же время существует ограничение по ее использованию по ряду причин. Одной из них является географическая удаленность объектов закачки от пунктов отделения воды от нефти, т.е. экономическая целесообразность ее использования. Качество отделенной пластовой воды не соответствует требованиям, которые предъявляются к технологическим жидкостям, по содержанию нефтепродуктов, мехпримесей и взвешенных частиц (ТВЧ). Закачка «грязной» пластовой воды приводит к необратимым процессам «запечатывания» коллектора.
Принципы ЭХВ и ИПВ на воду можно использовать в технологиях очистки пластовой воды, пригодной для целей ППД. В лабораторных условиях за счет ЭХВ и ИПВ получены доказательные результаты, подтверждающие данный факт.
Широкое применение пластовые воды нашли при производстве ремонтных работ на скважинах в качестве технологических жидкостей для глушения и промывки [34, 67]. При этом для устранения неблагоприятного воздействия воды на пласт, как правило, рекомендуют использование облагороженных жидкостей глушения, которые не вызывают ухудшения коллекторских свойств пласта. Также рекомендуют осуществлять гидрофобизацию посредством закачки гидрофобизирующей композиции. При этом целенаправленное изменение характера смачиваемости пористой среды должно приводить к повышению нефтенасыщенности ПЗП и в целом производительности скважин из-за увеличения фазовой проницаемости для нефти и ее снижения для воды. А.Т. Горбуновым, В.А. Широковым, Д.Ю. Кряневым рекомендовано применение водных растворов катионовых ПАВ для глушения необводненных и малообводненных скважин на этапах ремонта и освоения, что может способствовать разрушению АСПО, а также для интенсификации добычи из таких скважин [3, 4, 18 и др.].
Использование в качестве жидкостей глушения обработанной пластовой воды с щелочными характеристиками позволяет достигать тех же целей, что и использование катионовых ПАВ в качестве гидрофобизаторов. В ряде случаев использование активной обработанной пластовой воды в качестве жидкостей глушения и промывки предпочтительнее, так как щелочь, вступая в химическую реакцию с породой, расширяет поры коллектора. Образование обратных эмульсий при взаимодействии нефти со щелочью уменьшает поглощение воды в коллектор. Использование активных растворов, полученных в результате ЭХВ и ИПВ на пластовые воды, при ремонтных работах в НГДУ «Ямашнефть» позволило исключить негативное воздействие жидкости глушения на ПЗП, связанное со снижением первоначальных дебитов скважин. При этом на 30...40 % снижено время освоения и вывода на режим скважин, находившихся в ремонте.
Обводненность добываемой продукции скважин, с экономической точки зрения, - нежелательный факт, так как всегда предполагает возникновение дополнительных затрат на извлечение, транспорт и подготовку нефти. К тому же отделенная от нефти пластовая вода должна утилизироваться. Наличие пластовой воды в нефти приводит, как правило, к насыщению нефти солями, присутствующими в пластовой воде, в связи с чем возникают дополнительные затраты при подготовке нефти до товарных кондиций, связанные с ее обессоливанием. Обводнение месторождений нефти и продукции скважин - неизбежный факт, и это предполагает поиск путей решения по экономической целесообразности использования пластовой воды в технологических процессах.
Похожие диссертации на Разработка технологий интенсификации добычи нефти на основе электрохимического и ионно-плазменного воздействий на минерализованные воды
