СурфаХим

Химические реагенты для нефтедобычи

+7 (843) 239-11-58

+7 (843) 245-37-09

Нефтяное хозяйство, 3/2003

УДК 622.276.4.001

Поверхностные свойства реагента КС-6 для добычи нефти

В.Г. Козин, А.Н. Шакиров, Н.Ю. Башкирцева, Д.А. Шапошников
Казанский государственный технологический университет, г. Казань
ЗАО «Татнефтеотдача», г. Альметьевск

По мере разработки нефтяных месторождений происходит существенное снижение дебитов скважин по нефти, повышается обводненность их продукции, и многие скважины выходят на грань рентабельности, хотя степень отбора от НБЗ еще достаточно низкая и составляет ~ 48-56%[1]. По разным источникам запасы остаточных нефтей, не вовлекаемых в разработку традиционными методами, исчисляются миллиардами тонн [2]. Эти нефти можно условно разделить на пленочную, капиллярно-удержанную и обойденную.

Одной из причин, вызывающих неполное вытеснение нефти, можно назвать достаточно высокое значение межфазного натяжения на границе раздела нефть – вода – порода. Наиболее распространенным способом снижения межфазного натяжения является введение в закачиваемую воду поверхностно-активных веществ, которые по своей природе адсорбируются на поверхности раздела фаз и уменьшают межфазное натяжение. В мире существует широкий ассортимент ПАВ, закачиваемых с целью повышения нефтеотдачи. Однако большинство из них обладает либо повышенной чувствительностью к минерализации воды, либо значительной адсорбцией на поверхности породы, что в конечном итоге приводит к снижению эффекта.

Авторами был разработан новый реагент КС-6 [3] для повышения коэффициента нефтеотдачи месторождений, находящихся на начальной, промежуточной и заключительной стадиях эксплуатации, на базе отечественного сырья, обладающий комплексным воздействием на остаточную нефть: посредством управления фильтрационными потоками и отмывания нефти с поверхности пород, слагающих коллектор. Результаты исследований вязкостных характеристик разработанного реагента КС-6 были представлены ранее [4]. Однако реагент КС-6 по своей природе является поверхностно-активным веществом, а потому был проведен комплекс исследований коллоидно-химических свойств его растворов.


Рис.1 Изотерма поверхностного натяжения ре-агента КС-6 при t = 20 °С

Эксперименты показали, что введение реагента КС-6 в воду снижает поверхностное натяжение на границе вода-воздух.

Как видно из рис. 1, на первом участке изотерма имеет классический вид, т.е. при малых концентрациях реагента КС-6 происходит резкое понижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз вода–воздух за счет адсорбции молекул реагента на поверхности раздела. По мере роста концентрации реагента КС-6 в растворе происходит насыщение поверхности раздела фаз, а молекулы реагента, находящиеся в объеме водной фазы, стремясь к минимуму энергии, объединяются в более крупные агрегаты – мицеллы. Концентрация 1·10-6 % масс. является критической концентрацией мицеллообразования.

Однако при дальнейшем увеличении содержания реагента КС-6 в растворе при концентрации >0,1 %масс. происходит дополнительное понижение поверхностного натяжения. Причиной этому, по-видимому, служит образование полимолекулярных адсорбционных слоев на поверхности раздела фаз. При этом одновременно происходит резкая структуризация раствора. Данное предположение подтверждается вязкостными характеристиками раствора КС-6 [4]. Так при концентрации реагента КС-6 1,0 %масс. величина поверхностного натяжения составляет 37,26 мН/м.

Однако наиболее значимой в пластовых условиях оказывается граница раздела фаз вода - нефть. Поэтому далее было изучено межфазное натяжение на границе растворов КС-6 и нефтей Бурейкинского, Азнакаевского месторождений, а также Елгинского месторождения девонского и угленосного горизонтов. В качестве модели органической фазы, не содержащей АСВ, была использована дизельная фракция (180-350°С). Результаты представлены на рис. 2.


Рис. 2 – Изотермы межфазного натяжения на границе раствор КС-6 – органическая фаза при t=20 °С

Из результатов видно, что с увеличением концентрации реагента КС-6 происходит закономерное снижение межфазного натяжения. Причем в случае дизельной фракции, в которой отсутствуют асфальтены и смолы, значение межфазного натяжения максимально. Введение реагента КС-6 на границу раздела фаз будет способствовать отмыванию нефтяных компонентов с поверхности породы.

Необходимо отметить, что влияние поверхностной активности сказывается и на смачивающей способности реагента. Поэтому далее изучалась смачивающая способность водных растворов КС-6 на границе раздела твердое тело – жидкость-газ. В качестве твердого тела были использованы подложки, представляющие собой асфальто-смолистые вещества, выделенные из соответствующих нефтей, твердые парафины, а также кварцевое стекло, моделирующее отмытую породу. Жидкой фазой являлся раствор КС-6, а газовой – воздух. Измерение краевого угла смачивания (КУС) проводилось в динамике (см. рис. 3).


Рис. 3 Изотермы краевого угла смачивания растворами КС-6 подложек из АСВ Елгинской нефти угленосного горизонта при различном времени растекания капли при t = 20 °С

За равновесное принималось значение КУС, соответствую-щее 180 секундам растекания. Дальнейшее растекание капли в эксперименте не оценивалось из-за влияния процессов испарения. При испарении происходит уменьшение объема капли, периметра смачивания и повышение концентрации ПАВ, что приводит к погрешности определения значения КУС. Результаты экспериментов представлены на рис. 4

Как видно из полученных результатов, в общем случае для парафинов и АСВ наблюдается тенденция к снижению КУС с ростом концентрации  КС-6 в растворе. Причем при малых концентрациях реагента КС-6 (до 10-3 %масс.) снижение КУС происходит незначительно в силу несущественного превышения работы адгезии над работой когезии. В случае АСВ, выделенных из нефтей, на всех зависимостях КУС наблюдается аномальный положительный пик при значении концентрации 0,6 %масс., природа которого объясняется аномальной вязкостью водных растворов КС-6 при концентрации выше 0,4%масс. (агрегирование мицелл реагента КС-6). Следовательно, реагент КС-6 будет более эффективно по сравнению с водой смачивать парафинистые и смолисто-асфальтеновые компоненты нефти, адсорбированные на матрице породы, отмывать их, переводить в объем оторочки водного раствора, и повышать, таким образом, степень извлечения нефти.


Рис. 4 – Изотермы краевого угла смачивания растворами КС-6 подложек из АСВ, парафинов и кварцевого стекла при t = 20 °С

К тому же необходимо отметить, что реагент  КС-6, попадая в промытые водой зоны продуктивного пласта, будет адсорбироваться на породе, гидрофобизировать ее поверхность и препятствовать, таким образом, фильтрации воды (см. рисунок 4 изотерму на кварцевом стекле). А значит, присутствие реагента КС-6 в промытых обводненных участках будет снижать фазовую проницаемость этих зон по воде и дополнительно с вязкостными свойствами выравнивать тем самым фронт заводнения.

Поскольку основными силами, удерживающими нефть в пласте, являются капиллярные силы, то полную информацию о смачивающей способности можно получить при рассмотрении также и капиллярного впитывания. Была проведена серия экспериментов по впитыванию растворов КС-6 в сухой песок, впитыванию воды и дизельной фракции (модели нефти) в песок, насыщенный растворами КС-6, а также впитывание растворов КС-6 в песок, насыщенный исследуемыми нефтями и дизельной фракцией (ДФ).


Рис. 5 - Зависимости капиллярного впитывания растворов реагента КС-6 для различных пористых сред

Из результатов, представленных на рисунке 5, видно, что с ростом концентрации реагента КС-6 увеличивается интенсивность впитывания растворов КС-6 в нефтенасыщенную породу. КС-6, попадая в нефтенасыщенную зону в виде молекулярного либо мицеллярного раствора, гидрофилизует пропласток, способствуя фильтрации воды в нефтенасыщенную зону пласта. А снижение межфазного натяжения будет способствовать более легкой деформации солюбилизированных капелек нефти и фильтрации ее в поровом пространстве пласта.

После отмыва нефти с поверхности породы молекулы реагента КС-6 адсорбируются на месте отмытых нефтяных компонентов, снова гидрофобизуя породу, препятствуя, таким образом, фильтрации воды по промытым участкам пласта. Это можно проследить по существенному расхождению кривых поднятия воды и ДФ по песку, обработанному КС-6, при увеличении концентрации активного начала. А значит, применение реагента КС-6 позволяет получить фактор остаточного сопротивления.

Анализ полученных данных показал, что наиболее эффективными концентрациями реагента КС-6 в растворе, как и в случае вязкостных зависимостей будут 0,5 и 1,0 %масс.

С целью промышленного подтверждения эффективности реагента КС-6 был выбран опытный участок на бобриковской залежи № 8 Ромашкинского месторождения в НГДУ «Альметьевнефть». Дата закачки - 12-25.12.2001. Опытный участок представлен терригенными коллекторами, обводненными закачиваемой водой. Обработанная нагнетательная скважина гидродинамически связана с тремя добывающими скважинами. Отклик в виде прироста добычи нефти получен со всех трех добывающих скважин, причем объем дополнительно добытой нефти непрерывно возрастет(*). Результаты представлены на рисунке 6.


Рисунок 6 – Суммарный накопленный прирост добычи нефти за отчетный период

Исходя из всего вышесказанного можно сделать следующий вывод: исследуемый реагент КС-6 показал себя как эффективным загустителем, так и хорошим моющим агентом, который существенно снижает межфазное натяжение, смачивает нефтяные компоненты, адсорбированные на породе, а высаживаясь в промытых зонах, создает эффект остаточного сопротивления для воды. При этом закачка оторочки КС-6 позволит не только повысить нефтеотдачу пласта, но и способствовать поддержанию пластового давления за счет высокой вязкости растворов и эффекта гидрофобизации. Это и обеспечивает в конечном итоге высокую степень извлечения нефти как на остаточную нефтенасыщенность, так и что более важно на начальной стадии заводнения [4].

Литература:

  • 1. Муслимов Р.Х. Планирование дополнительной добычи и оценка эффективности методов увеличения нефтеотдачи пластов. – Казань, 1999. – 280с.
  • 2. Антониади Д.Г., Валуйский А.А., Гарушев А.Р. Состояние добычи нефти методами повышения нефтеизвлечения в общем объёме мировой добычи// Нефтяное хозяйство. - 1999.- №1.- С.16-23.
  • 3. Козин В.Г., Шакиров А.Н., Шапошников Д.А и др. – Реагент для повышения нефтеотдачи пласта и составы на его основе// «Вестник Казанского технологического университета», 2000г., №1-2, с.137-140.
  • 4. Шакиров А.Н., Козин В.Г., Башкирцева Н.Ю., Шапошников Д.А. Реагент КС-6 для повышения добычи нефти// «Нефтяное хозяйство», 2002, №9 с. 64-66.
© 2014-2017 ООО «СурфаХим»