Под поверхностно-активными веществами понимают химические соединения, способные за счет положительной адсорбции изменять фазовые и энергетические реакции на различных границах раздела воздух-жидкость, твердое тело, жидкость, масло и вода. Поверхностная активность, которую многие органические соединения могут проявлять при определенных условиях, обусловлена как химическим составом, в частности амфипатическим (полярным и полярным) его молекул, так и внешними условиями: характером среды и фаз контакта, концентрация ПАВ и температура.
Ключевые слова: ПАВ, заводнение, раствор.
В настоящее время не вызывает сомнений, что использование поверхностно-активных веществ в различных технологиях для увеличения нефтеотдачи является наиболее желательным с точки зрения сохранения коллекторских свойств продуктивного пласта и влияния на процесс добычи нефти. Это определяется различными механизмами действия ПАВ [1]:
– Добавление поверхностно-активных веществ в воду может снизить межфазное натяжение границы раздела вода / нефть. При низком межфазном натяжении капли нефти могут легко проходить через деформацию и фильтрацию пор, тем самым увеличивая скорость капель нефти в пласте. Кроме того, когда концентрация поверхностно-активного вещества выше, чем CMC (критическая концентрация мицелл), низкое межфазное натяжение раствор- нефть будет способствовать растворению капли нефти в растворе поверхностно-активного вещества.
– Добавление поверхностно-активных веществ в воду за счет уменьшения поверхностного натяжения может уменьшить контактный угол смачивания, то есть увеличивает смачиваемость породы и воды. Комбинация гидрофилизации и снижения межфазного натяжения приводит к значительному ослаблению адгезии нефти к поверхности породы.
Водные растворы ПАВ проявляют детергентный эффект по отношению к нефти, покрывающей поверхность породы тонкой пленкой, способствующей разрыву нефтяной пленки. Поверхностно-активные вещества, адсорбированные на границе раздела вода- нефть и вытесняющие активные компоненты нефти, которые создают адсорбционные слои с высокой прочностью на границе раздела, способствуют деформации менисков в порах — капиллярах пласта [2].
Все это увеличивает глубину и скорость капиллярного поглощения воды в нефтенасыщенных породах. Под действием поверхностно-активных веществ дисперсия нефти в воде происходит более интенсивно, и поверхностно-активные вещества стабилизируют полученную дисперсию. Размер капель нефти уменьшается. Вероятность их слияния и прилипания к твердой поверхности уменьшается. Это приводит к значительному увеличению относительной фазовой проницаемости пористой среды для нефти и воды.
Наилучшее вытеснение нефти водосодержащими поверхностно-активными веществами также связано с сильным влиянием поверхностно-активных веществ на реологические свойства нефти [3].
Введение поверхностно-активных веществ в нефть приводит к выделению микрокристаллов парафина и разрушению образующейся ими пространственной структуры, а также к введению поверхностно-активных веществ в ассоциаты асфальто-смолистых веществ, что приводит к снижению степени агрегации. АСП (асфальто-смолистые вещества) в растворе низкомолекулярных углеводородов и снижение вязкости нефти.
Давно отмечалось, что способность вытеснения нефти собственной пластовой воды (по сравнению с поверхностными водами) повышается. Низкая нефтеотдача природных пластов объясняется не низким качеством воды, а неоднородностью структуры пласта, наличием многочисленных зон, не вымытых водой.
На основании имеющейся информации в зарубежной и отечественной литературе было установлено, что наиболее часто используемым типом МУН на аналогичных месторождениях являются тепловые методы, в частности, инжекция пара. Однако, как показывает международный опыт, эффективность химических МУН выше, чем тепловых.
Наиболее эффективным методом химического МУН на аналогичных месторождениях является полимерное заводнение [4].
Основной задачей полимерного заводнения является снижение коэффициента подвижности закачиваемой воды до подвижности нефти. Снижение подвижности закачиваемой воды при добавлении к ней полимера происходит по двум причинам. Во-первых, вязкость раствора полимера выше, чем вязкость воды, и увеличивается с увеличением концентрации полимера.
Во-вторых, после прохождения раствора полимера через породу проницаемость породы для воды уменьшается из-за адсорбции полимера на поверхности породы. В этом случае вязкоупругие свойства полимера определяют его селективность при закачке в неоднородные пласты проницаемости. В более проницаемых прослойках полимер проникает на большую глубину и в больший объем, чем в слои с низкой проницаемостью [5].
Благодаря этому поток закачиваемой воды перераспределяется, а фронт вытеснения нефти выравнивается водой.
Заводнение с использованием ASP — более продвинутая технология извлечения нефти, чем обычное заводнение. Снижение межфазного натяжения (щелочи и поверхностно-активного вещества), увеличение подвижности нефти (полимера) достигаются за счет закачки необходимых компонентов в пласт через сеть нагнетательных скважин.
Механизм процесса вытеснения нефти из пластов водным раствором низкоконцентрированных поверхностно-активных веществ основан на том факте, что поверхностное натяжение между нефтью и водой уменьшается с 35–45 до 7– 8,5 мН / м, а угол контакта кварцевая пластина увеличивается с 18 до 27 г.
Исследования показывают, что такое решение с межфазным натяжением при контакте нефть-вода 7–8 мН / м не может значительно снизить остаточную нефтенасыщенность после нормального заводнения водой, поскольку капиллярные силы, хотя и уменьшенные, все еще достаточно велики, чтобы удерживать нефть [6].
Вытеснение нефти водным раствором поверхностно-активного вещества с низкой концентрацией при начальной нефтенасыщенности и снижении межфазного натяжения приводит к незначительному уменьшению объема нефти, заблокированной водой в больших порах заводнённой части пласта.
Технология ПДС (полимерных дисперсных систем) была разработана для месторождений с использованием заводнения. Это классическая технология перенаправления потока, направленная на увеличение охвата пластов за счет влияния площади и разреза.
Применение данной технологии особенно актуально на месторождениях с высокой зональной и вертикальной неоднородностью структуры продуктивных горизонтов и на месторождениях с трещиноватыми пластами. Суть данной технологии заключается в последовательном чередовании закачки полимерных растворов и дисперсной суспензии с образованием в пластовых условиях полимерных дисперсных комплексов, которые блокируют промытые водонасыщенные прослойки и каналы с низким гидравлическим сопротивлением, тем самым вовлекая менее проницаемые трудноизвлекаемые запасы в разработку.
Механизм образования полимердисперсных комплексов в пластовых условиях очень сложен; он включает процессы абсорбции полимера, коагуляции дисперсных частиц, флокуляции и совместной фильтрации [7].
Для определения скорости фронта поверхностно-активного вещества и распределения его концентрации в пласте используется уравнение материального баланса водного раствора поверхностно-активного вещества в исходном водонасыщенном пласте:
Преимущества неионных поверхностно-активных веществ заключаются в том, что по сравнению с ионными поверхностно-активными веществами они обладают хорошей совместимостью с водой с высокой соленостью и значительно снижают их адсорбционную способность. Их получают добавлением окиси этилена к органическим кислотам, спиртам и аминам [8].
Литература:
- Альмяшева О. В. Поверхностные явления: учеб. пособие / О. В. Альмяшева, В. В. Гусаров, О. А. Лебедев. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2004. 28с
- Засовская М. А. Поверхностное натяжение. Поверхностно-активные вещества. Адсорбция / М. А. Засовская, Р. П. Цивилев. Ухта: УГТУ, 2013. 20 с.
- Семихина Л. П. Влияние температуры на способность водных растворов отмывать нефть с поверхности твердого тела / Л. П. Семихина, С. В. Штыков, Е. А. Карелин, А. М. Пашнина // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2015. Том 1. № 3(3). С. 39–51.
- Богданова Ю. Г. Влияние химической природы компонентов на смачивающее действие растворов смесей поверхностно-активных веществ / Ю. Г. Богданова // Вестник Московского Университетата. Серия 2. Химия. 2004. Том 45. № 3.
- Геология и разработка нефтяных месторождений: В 2 т. / под ред. Р. Х. Муслимова. Казань: Фэн. Том 1. 2007. 315 с.: ил.; Том 2. 2008. 523 с.
- Волков В. А. Коллоидная химия. Поверхностные явления и дисперсные системы / В. А. Волков. М.: Лань, 2015. 672 с.
- Зотиков В. И. Геологические основы рациональной разработки нефтяных и газовых месторождений: Учебное пособие, Пермь, 2016–169 с.
- Ганиев P. P. Технология повышения нефтеотдачи пластов на основе ПАВ // Нефтепромысловое дело. — 1994. — №. 5. — С. 8–10.
- https://elibrary.ru/item.asp?id=30526522
- https://moluch.ru/archive/170/45563/
- https://moluch.ru/archive/412/90974/
