Использование поверхностно-активных веществ

Тепловое воздействие.

Нагрев нефти препятствует образованию структуры из агрегатов асфальтенов и парафинов. С повышением температуры, как это показано было выше, уменьшаются вязкость нефти с неразрушенной структурой, предельное динамическое напряжение сдвига и градиент динамического давления сдвига.

Увеличение температуры нефти из пластов нижнего карбона до 50ºС уменьшает эти реологические параметры в несколько раз. Тиксотропные свойства нефти при повышенной температуре выражены очень слабо. Повышение температуры сверх 50ºС вызывает уже менее интенсивные изменения реологических параметров, и при 80ºС аномалии вязкости нефти хотя и незначительные, но сохраняются.

Характерно, что чем выше аномалии вязкости у пластовой нефти, тем заметнее они уменьшаются с ростом температуры.

У парафинистых нефтей зависимость аномалии вязкости от температуры несколько иная. У таких нефтей аномалии вязкости появляются при снижении температуры ниже температуры насыщения нефти парафином. Пока температура не снизится до так называемой температуры массовой кристаллизации парафина, необратимого затухания фильтрации в пористой среде не происходит. Имеет место обратимость процесса: если восстановить температуру до начальной пластовой, реологические и фильтрационные свойства нефти восстанавливаются.

Когда температура снижается ниже температуры массовой кристаллизации парафина, происходит необратимое затухание фильтрации, увеличение вязкости нефти с разрушенной и неразрушенной структурой, предельного динамического напряжения сдвига, градиента динамического давления сдвига. Для их восстановления нефть требуется нагреть до температуры, на десятки градусов превышающей первоначальную температуру насыщения нефти парафином.

У пластовых нефтей Башкирии, Татарии, Ухты, Узени интервал между температурой насыщения и массовой кристаллизацией составляет 10 + 20ºС.

Приведенные сведения показывают, что аномалии вязкости нефти в пласте можно уменьшить при тепловом воздействии. Для нефтей Башкирии и Татарии температура нагрева нефти в пласте должна быть не ниже 50ºС.

При разработке залежей высокопарафинистых нефтей следует не допускать снижения пластовой температуры ниже температуры массовой кристаллизации парафина, когда происходят необратимые процессы выпадания из нефти парафина в пористой среде.

Прочность структуры, которую образуют в нефти частицы асфальтенов, зависит от того, насколько развиты сольватные слои, окружающие эти частицы. Адсорбция на частицах асфальтенов молекул ароматических соединений может обеспечить высокую стабильность сольватных слоев, а взаимодействие между отдельными частицами будет ослаблено. Выше уже упоминалось о том, как влияют смолы на структурно-механические свойства асфальтено-содержащей нефти. С увеличением отношения содержания смол и содержанию асфальтенов структурно-механические свойства нефти становятся менее заметными. Смолы, молекулы которых содержат ароматические соединения, адсорбируются на асфальтенах и ослабляют взаимодействие их частиц.

Интенсивно адсорбируются на границах раздела фаз поверхностно-активные вещества. В лабораториях кафедры эксплуатации нефтяных месторождений изучалось влияние поверхностно-активных веществ на аномалии вязкости пластовых и дегазированных нефтей.

Прежде всего было изучено влияние на реологические параметры нефти нефтерастворимых поверхностно-активных веществ. Исследовались следующие ПАВ:

а) оксиэтилированные алкилфенолы, торговая марка СП-4;

б) блоксополимер окиси этилена и окиси пропилена, производство ФРГ, торговая марка сепарол-29;

в) оксиэтилированные жирные кислоты, - стеарокс – 4;

г) оксиэтилированные жирные спирты, - неонол.

Эти ПАВ непосредственно растворялись в нефти. Концентрации ПАВ устанавливались от 0,01 до 0,07% масс. Все перечисленные ПАВ уменьшают аномалии вязкости пластовых нефтей Арланского месторождения, но наиболее активно действует на нефть СП-4. В табл.1 приведены некоторые данные о влиянии СП-4 на нефть.

Таблица 1 – Влияние СП-4 на реологические параметры нефти скв.108

Параметры	Концентрация СП-4, вес.%
	0,01	0,04
Предельное динамическое напряжение сдвига, дин/см^2	0,184	0,130	0,065
Напряжение сдвига предельного разрушения структуры, дин/см^2	0,220	0,200	0,110
Эффективная вязкость, сП, нефти с неразрушенной структурой
Эффективная вязкость нефти с разрушенной структурой
Индекс аномалии вязкости	9,8	6,2	3,6
Градиент динамического давления сдвига, кгс/см^2∙м	0,0386	0,0290	0,0164
Градиент давления предельного разрушения структуры, кгс/см^2∙м	0,0575	0,0325	0,0212
Подвижность нефти, Дарси/сПа:
- с неразрушенной структурой	1,22∙10^-4	1,59∙10^-4	3,8∙10^-4
- с разрушенной структурой	1,80∙10^-3	1,63∙10^-3	1,66∙10^-3
Индекс аномалии подвижности	14,8	10,3	4,4

Примечание: песчаник проницаемостью 90 мД.

ПАВ не только уменьшает аномалии вязкости нефти, но и очень сильно уменьшает аномалии подвижности нфти при ее фильтрации в пористой среде. При этом влияние ПАВ на реологические параметры вполне отчетливо даже при очень низких концентрациях: 0,01 и 0,04 вес%.

Важно отметить, что после введения в нефть ПАВ исчезают сверханомалии вязкости и подвижности нефти. Если эта нефть некоторое время не движется, находится в покое, то эффективная вязкость и подвижность ее при низких скоростях не увеличиваются.

К сожалению, вводить в нефть в пласте поверхностно-активные вещества пока еще представляется затруднительным. Обогащать пластовую нефть ПАВ оказывается возможным лишь за счет нефтерастворимых компонентов, входящих в состав водорастворимых неионогенных ПАВ типа СП-10.

СП-10 используется для закачки в пласт в виде водных растворов для увеличения нефтеотдачи. Как и СП-4 водорастворимое ПАВ СП-10 представляет собой оксиэтилированный алкилфенол. В состав молекул СП-10 входят полярные цепочки, состоящие из полиоксиэтиленовых групп. Число групп оксиэтилена в этих молекулах различно, но в среднем их 10 на один моль алкилфенолов. Но в СП-10 содержатся и молекулы, в которых число групп окиси этилена 4 и меньше. Такие компоненты растворимы в углеводородах. Иными словами, в составе товарного СП-10 имеется и ПАВ типа СП-4, т.е. нефтерастворимое вещество. Оказалось, что нефтерастворимые компоненты Сп-10 способны диффундировать из водных растворов в нефть, контактирующую с раствором. Скорость диффузии, измеренная М.К.Рогачевым, оказалась около 1,6∙10^-5 см/сек.

Чтобы установить как действует на нефть, находящуюся в контакте с водными растворами СП-10, диффундирующие в нее нефтерастворимые компоненты последовательно через различные промежутки времени измерялись основные реологические и фильтрационные параметры нефти.

Таблица 2 – Влияние водных растворов ПАВ на реологические свойства нефти.

Параметры	Исходная нефть	Нефть после контакта с раствором, содержащим
0,05% СП-10	0,05% СП-10 + 0,01% СП-4	0,1% СП-10
ПДНС, дин/см^2	0,066	0,047	0,040	0,036
НСПРС, дин/см^2	0,091	0,062	0,052	0,047
Эффективная вязкость нефти, СПа:
- с неразрушенной структурой
- с разрушенной структурой	29,6	28,9	28,6	28,6
206И178н172декс аномалии вязкости	10,2	7,1	6,2	6,0

Оказалось, что контакт нефти с 0,05% водным раствором СП-10 приводит к таким последствиям, как и непосредственное растворение в нефти 0,01÷0,03 вес.% СП-4.

В водном растворе СП-10 может растворяться некоторое количество СП-4. Контакт нефти с водным раствором композиции ПАВ, содержащим 0,05 вес.% СП-10 и 0,01 вес.% СП-4, особенно заметно уменьшает аномалии вязкости нефти. Эти данные приведены в табл.2. Они свидетельствуют, что контакт пластовой нефти с водным раствором СП-10, особенно композицией СП-10 и СП-4, ведет к ослаблению аномалий вязкости.

Для изучения реологических параметров аномально-вязкой нефти в пласте необходимо разработку вести с закачкой в пласт водных растворов СП-10 или композиций СП-10 и СП-4. Этот процесс испытывается в настоящее время на Арланском месторождении.

Увеличение нефтеотдачи, наблюдаемое при этом, сокращение объемов попутно добываемой воды из пласта, является результатом воздействия ПАВ на межфазное натяжение на границе нефти с водой, изменения краевого угла смачивания, а также улучшения реологических параметров пластовой нефти. ПАВ из его водных растворов диффундирует в нефть, остающуюся в пористой среде сзади фронта вытеснения ее водой. При этом облегчается вытеснение капельной и пленочной нефти и нефти, оставшейся в низкопроницаемых линзах.

Введение в парафинистую нефть ПАВ снижает температуру застывания. Так, у Узеньской нефти после растворения в ней неионогенного ПАВ VУ-3827 (США) температура застывания снизилась с 32 до 25ºС. Подвижность нефти, содержащей ПАВ при температуре ниже температуры насыщения парафином, выше, чем у исходной нефти в 1,5-2 раза.

ПАВ являются перспективным средством воздействия на аномально-вязкую пластовую нефть. При их введении в нефть существенно уменьшаются ее аномалии вязкости и подвижности как при пластовой температуре, так и в случае снижения температуры в пласте.

Дата добавления: 2015-06-04