Методы повышения нефтеотдачи используются, когда процент исходной нефти, остающейся в местах, которые невозможно извлечь путем заводнения, высок. Как правило, методы EOR состоят из нескольких подходов, таких как химические, термические, микробиологические методы, а также методы смешивания или несмешивающихся газов. Традиционное химическое EOR предполагает применение полимеров, поверхностно-активных веществ или щелочных материалов для повышения эффективности вытеснения и вытеснения извлекаемой нефти. Наножидкости привлекли внимание во всем мире благодаря возможности повысить эффективность традиционных химических методов EOR [1] и улучшить эффект закачки. Характеристики наночастиц, такие как форма, размер, концентрация, гидрофильные/гидрофобные характеристики и их взаимодействие с поверхностно-активным веществом и нефтью, обсуждаются с точки зрения скорости нефтеотдачи. Эти характеристики позволяют наножидкости повышать вязкость, снижать межфазное и поверхностное натяжение, изменять смачиваемость горной породы и, как следствие, увеличивать общий процент нефтеотдачи.
Ключевые слова: повышение нефтеотдачи, EOR, наночастицы, наножидкости
- Повышение нефтеотдачи — Принципы применения наножидкостей
Наночастицы обладают уникальными характеристиками, которые делают их эффективными в EOR, поскольку их небольшой размер позволяет им проникать в поры коллекторов. Наночастицы способны прилипать к породам коллекторов, вызывая отделение нефти; кроме того, они могут улавливать молекулы углеводородов и вытаскивать их на поверхность [2]. В литературе сообщается о нескольких рецептурах наножидкостей, но нет единого мнения об идеальной рецептуре для каждого типа нефти и пласта. Однако вязкость и плотность масла, по-видимому, являются наиболее важными характеристиками при выборе и составлении наножидкостей. Для применения в области повышения нефтеотдачи наночастицы должны соответствовать следующим характеристикам [1]:
- Измените смачиваемость горных пород и уменьшите межфазное натяжение между водой и нефтью: благодаря своим небольшим размерам наночастицы могут проходить через поры коллекторов, достигая остаточной нефти. Изменение смачиваемости породы и снижение межфазного натяжения происходят за счет ее поверхностных характеристик, уменьшающих капиллярную силу, необходимую для вытеснения нефтяной фазы.
- Уменьшите вязкость нефти и улучшите вязкость закачиваемой жидкости: присутствие наночастиц в закачиваемой жидкости изменяет вязкость жидкости и улучшает подвижность нефти в пласте, что увеличивает макроскопический коэффициент нефтеотдачи.
Действие наножидкости описывается следующими механизмами:
А) Улучшение теплопроводности тяжелой нефти: добавление наночастиц может привести к увеличению теплопроводности и удельной теплоемкости пласта, а также к изменению плотности и вязкости жидкостей, применяемых для EOR.
Б) Модификация характеристик тяжелой нефти на in situ[2]: среди изменений характеристик тяжелой нефти присутствие некоторых типов наночастиц, таких как никель, оксид меди и оксид цинка, помимо изменения смачиваемости и снижения вязкости нефти в пластах, они могут действовать как катализаторы реакций гидрирования и крекинга.
Добавление наночастиц к смесям конкретных жидкостей (таких как масло, вода, растворы, содержащие поверхностно-активные вещества и др.) приводит к образованию наножидкости с различными свойствами и характеристиками. При применении в EOR наножидкости способны создавать упорядоченные структуры, такие как клиновидные пленки, на границе раздела твердая нефть, что приводит к растеканию наножидкостей по поверхности. (Рисунок 1).
Рис. 1. Структура, образованная наножидкостями при EOR
Этот процесс происходит за счет отключающего или отрывного давления (disjoining pressure), одного из основных явлений, влияющих на образование испарительных пленок и величину угла смачивания. Давление разделения — это явление, которое возникает в тонких пленках жидкости, когда ультратонкая пленка жидкости вступает в контакт с твердой поверхностью. Притяжение между молекулами жидкой фазы и молекулами твердой фазы происходит там, где давление в жидкости должно уравновешивать давление окружающей среды и силы притяжения между твердым телом и жидкостью, но когда пленка очень тонкая, притяжение силы действуют, чтобы оттолкнуть жидкость (эта сила называется давлением разделения. Давление разделения связано со способностью жидкости распространяться по поверхности подложки из-за разницы в межфазных силах между маслом и твердыми частицами, индуцированных наночастицами [3]. С другой стороны, наночастицы могут вызвать закупорку порового канала, вызывая явление, называемое «механическим захватом», которое происходит, когда размер горла или поры меньше размера наночастиц или когда наночастицы накапливаются по мере их накопления. наножидкости движутся через поры из-за увеличения скорости движения наножидкостей. Это вызвано сужением пор, вызванным оставшимися наночастицами. Забитые поры оказывают дополнительное давление на соседние поры, выталкивая попавшие в них капли масла из пор.
1.1. Типы наночастиц, применяемых для повышения нефтеотдачи
Преобладающий механизм действия наночастиц при EOR зависит от физико-химических характеристик наночастиц, и по действию их можно классифицировать следующим образом (см. табл. 1).
Таблица 1
Классификация действия наночастиц в EOR
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Снижение вязкости нефть |
Снижение межфазного натяжения нефть-вода |
Изменение смачиваемости |
Эффективность сканирования и перемещения |
|
• Al2O3 • CuO • Fe2O3/Fe3O4 • Ni2O3 • MgO • Нанокомпозиты, покрытые полимерами • Среди прочего |
• SiO2 • Гидрофобный и липофильный поликремний (HLP) • Полиакриламидные наносферы • Нанокомпозиты, покрытые полимерами • Феррожидкости |
• SnO2 • SiO2 • SiO2 покрытые c Al2O3 • Гидрофобный кремнезем • Нанокомпозиты, покрытые полимерами |
• Полимерные нанокомпозиты • Нанокомпозиты, покрытые полимерами • Среди прочего |
Заключение
В последние десятилетия в нефтегазовом секторе наблюдается рост исследований по использованию нанотехнологий в буровых операциях, повышении нефтеотдачи, характеристике коллекторов, добыче и т. д.
Использование нанотехнологий позволяет улучшить реологические и структурные характеристики скважины, снизить энергозатраты на перекачку жидкостей и снизить воздействие, например, на окружающую среду.
Вязкость наножидкости должна быть близка к вязкости нефти для достижения более высоких коэффициентов нефтеотдачи, а вязкость особенно зависит от типа и концентрации поверхностно-активного вещества и не изменяется в зависимости от размера наночастиц. Видимые свойства наножидкости (вязкость, поверхностное натяжение, смачиваемость и т. д.) зависят от взаимодействия и адсорбции наночастиц.
Литература:
- Lau H. C., Yu M., Nguyen Q. P. Nanotechnology for oilfield applications: Challenges and impact //Journal of Petroleum Science and Engineering. — 2017. — Т. 157. — С. 1160–1169.
- Tang W. et al. A review on the recent development of cyclodextrin-based materials used in oilfield applications //Carbohydrate polymers. — 2020. — Т. 240. — С. 116321.
- Ali J. A. et al. A state-of-the-art review of the application of nanotechnology in the oil and gas industry with a focus on drilling engineering //Journal of Petroleum Science and Engineering. — 2020. — Т. 191. — С. 107118.
- Алиева А. М. Повышение нефтеотдачи пластов с применением нанотехнологий. 2020. — С. 62.
[1] EOR - Enhanced oil recovery - Повышение нефтеотдачи
[2] In situ – На месте - научный термин на латинском языке, для обозначения оригинального места проведения опытов, наблюдений и экспериментов.
