Гидроизолирующие экраны на основе полисиликта натрия для повышения нефтеотдачи пластов

УДК 665.612.2

С. В. Крупин, Л. Ф. Биктимирова, М. А. Сувейд, А. А. Адебайо

ГИДРОИЗОЛИРУЮЩИЕ ЭКРАНЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИСИЛИКТА НАТРИЯ

ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ

Ключевые слова: методы увеличения нефтеотдачи (МУН), интерполимерный комплекс (ИПК), водоограничительный материал (ВОМ), полимер, ограничение водопритоков.

В данной статье рассмотрены особенности использования интерполимерных комплесов на основе полидиал-лилдиметиламмоний хлорида и полисиликата натрия. На основе экспериментальных данных также были рассмотрены возможности использования полученных систем как водоограничительный материал (ВОМ) для повышения нефтеотдачи пластов.

Keywords: Enhanced Oil Recovery (EOR), interpolymer complexes, water screening materials, polymer, water shut-off.

In this article examines the use of polyelectrolyte complex based on polydiallyldimethylammonium chloride and sodium polysilicate. Experiments performed also considered the possibility of using polyelectrolyte systems as water control agents for enhanced oil recovery.

Введение

В настоящее время повышение нефтеотдачи пластов является одной из главных проблем в нефтедобыче. В основе подавляющего большинства методов увеличения нефтеотдачи (МУН) пластов лежит заводнение. Заводнение как средство поддержания пластового давления широко применяют на месторождениях РФ и других стран мира [1]. Прорыв закачиваемых и пластовых вод по зонам с высокими фильтрационными характеристиками приводит к образованию промытых участков, через которые в дальнейшем и фильтруется вода. При этом степень охвата продуктивного пласта заводнением мала и нетронутыми остаются низкопроницаемые, богатые нефтью участки.

При искусственном заводнении вода образует промытые зоны, обходя низкопроницаемые интервалы, где остается трудноизвлекаемая нефть. С течением времени доля извлекаемой из пласта нефти снижается, а степень ее обводненности увеличивается. Обводненность добываемой продукции является одним из основных критериев оценки степени выработанности пластов; при содержании воды в пределах 96-98%, нефтяные скважины отключаются из разработки [2]. Кроме того, производство большого количества воды приводит к потребности в более сложных системах сепарации нефтяных эмульсий, быстрой коррозии оборудования, быстрому снижению добычи углеводородов и, в конечном счете, отключению скважины из разработки. В многих случаях, решение вопроса обводненности сушественно снижает расходы и приводит к увеличению нефтеотдачи.

На сегодняшний день существуют множество методов для ограничения водопритоков, в том числе и химические методы. Однако успех применения этих методов зависит от многих факторов: причин обводненности, параметров закачиваемых химических систем и дальности проникновения этих реагентов. Химические потокотклоняющие технологии основаны на формировании прочного водоограничительного экрана или в изменении вяз-

кости воды, что приводит к уменьшению подвижности воды по отношению к нефти. Водоограничи-тельные материалы могут быть гелеобразующими полимерами; сополимеры акрилового ряда являются самыми популярными примерами гелеобразующих полимеров. Водные растворы этих полимеров закачивают в нефтяной пласт в виде оторочек, при этом снижается подвижность воды в зоне их продвижения, что приводит к увеличению коэффициента охвата нефтяного пласта и, в конечном счёте, к увеличению коэффициента нефтеотдачи. При проведении ремонтно-изоляционных работ также используются фенол-формалдегидные смолы. Однако, эти реагенты не экологичны, что существенно снижает возможность их использования в промысловых условиях.

Выбор химической системы для потокот-клоняющей операции зависит от литологии резервуара, температуры, минерализации, рН пластовых вод и содержания различных солей в флюидах пласта. В нашей работе, были приведены исследования силикатных систем, эффект водоизоляции которых заключается в формировании гелей или осадков, которые могут препятствовать движению воды. Формирование гелей или интерполимерных комплексов зависит от химического взаимодействия между различными ионами, присутствующих в пластовых флюидах и компонентов закачиваемых химических реагентов [3].

Экспериментальная часть

Объектами исследования являлись полисиликат натрия и ПДАДМАХ (полидиаллилдимети-ламмоний хлорид). Модуль (соотношение 8Ю2 к №20) полисиликата натрия составил 2,7. ПДАДМАХ получен компанией ООО "УралНефтеХим" г. Стерлитамак. ПДАДМАХ предоставлен в виде желтой жидкости с содержанием 33% масс. активных компонентов. ПДАДМАХ смешивается с водой в любых пропорциях и характеризуется очень высоким катионным зарядом при относительно невысокой молекулярной массе. При взаимодействии этих компонентов образуется интерполимерный ком-

плекс, который при смешивании с водой превраша-ется в твердый белый осадок.

Для оценки возможности использования системы на основе полисиликатов были проведены измерения размеров частиц и электрокинетического потенциала для систем полисиликат натрия-ПДАДМАХ с различными концентрациями полимера ПДАДМАХ. Результаты исследования приведены в таблице 1. Исходные значения размеров частиц ПДАДМАХ и полисиликата № составляли 998нм и 550 нм соответственно.

Таблица 1 - Зависимость характеристик систем от содержания ПДАДМАХ в системе ПДАД-МАХ:Полисиликат натрия. Соотношение 1:1, концентрация полисиликата натрия 30%

Концентрация ПДАДМАХ в системе, % Размер частиц! <1, (нм)^^И Электрокине-тический^! потенциал, мВ

1,0 1800 38,6

3,0 2130 40,7

5,0 2615 46,8

5,2 4977 90,2

5,5 8836 120,2

5,8 1400 60,6

6,0 1400 60,9

7,0 1300 60,10

8,0 1300 60,11

Изменение размеров частиц дает качественное подтверждение электростатического взаймодей-ствия между объектами, что приводит к укрупнению частиц. Укрупнение частиц во всех случаях происходит благодаря распределению частиц полимера на поверхности частиц полисилката натрия. Как следствие, возможно формирование агрегатов «малино-подобной» структуры. Химического взаимодействия между компонентами не происходит, поэтому благодаря более крупным частицам, системы могут работать в высокопроницаемых участках пласта и проникать в мало дренируемые части коллектора за счет вводимых частиц полимера, увеличивая площадь создаваемого гидроизоляционного экрана и повышая охват пласта заводнением. Размеры системы сопоставимы с размерами пор выскокопрони-цаемых и среднопроницаемых матриц нефтяных пластов, что позволяет сделать вывод о пригодности использования системы на основе полисиликат-ПДАДМАХ для ограничения водопритоков в высоко-проницаемых и среднопроницаемых участках. Значения электрокинетического потенциала показывает что система наиболее стабильна в пределах

5-6% масс. содержании ПДАДМАХ в смеси с полисиликат натрия.

Для подтверждения ранее сделанного вывода об электростатическом взаимодействии наших объектов были проведены измерения электропроводности растворов с разными концентрациями полимера ПДАДМАХ. Величина электропроводности зависит от концентрации низкомолекуляных электролитов. При смешивании полимеров происходит электростатическое взаимодействие, которое связано с выделением в надосадочную жидкость высвобождающихся ионов. Эквимольное соотношение полимеров обеспечивает наибольший выйгрыш в энтропии системы и это потверждается всплеском в электропроводности системы (рис.1). При высвобождении ионов могут происходить разные взаимодействия, в том числе ассоциация противоположено заряженных ионов, которая происходит за счет уменьшения расстояния между ионами при увеличении концентрации. По полученным данным можно сделать вывод о том, что с увеличением концентрации полимера ПДАДМАХ увеличивается количество ионов, обеспечивающих возрастающую электропроводность.

Рис. 1 - Зависимость электропроводности системы от концентрации полимера ПДАДМАХ в системе

На графике видно, что при концентрации 5,5% ПДАДМАХ в системе происходит резкое увеличение электропроводности системы, что свидетельствует о том, что именно при этой концентрации происходит наибольший выигрыш в энтропии системы за счет высвобождения ионов при ком-плексообразовании. Последующее падение значений электропроводности может быть вызвано нарушением эквимольного соотношения.

Исследование стойкости систем полисили-кат-ПДАДМАХ к пониженным температурам показало, что в процессе цикла замораживание-размораживание, системы обладают достаточной устойчивостью, вследствие чего не происходит их коагуляция. Циклу нагревания-охлаждения были подвергнуты образцы пяти различных концентраций. Эксперимент показал, что на процесс коагуляции не оказывает кардинального влияния температура до 100°С, а следовательно и температурный режим эксплуатируемых месторождений.

С целью оценки стойкости потокооткло-няющих экранов к химическим воздействиям со стороны нефтяной фазы в процессе исследования была проверена устойчивость коагулюма к дейст-

вию различных органических растворителей (табл.2).

Таблица 2- Устойчивость коагулюма системы полисликат-ПДАДМАХ к действию растворителей

t=°C Гексан Дизельное топливо Бензол ЧХУ Ацетон Нефть

25 р/р р/р р/р На-бух. н/р р/р

70 р/р р/р р/р р/р н/р р/р

ПДАДМАХ равной 5,5% масс. и 30% масс. полисиликата натрия в системе, наблюдаются наилучшие характеритики с точки зрения стабилизации. Это позволяет сделать вывод о том, что система полисиликат натрия- ПДАДМАХ в соотношении 1:1 и при концентрации ПДАДМАХ равной 5,5% имеет наилучшие характеристики комплексообразования и впоследтвии способна понижать проницаемость пористой среды и способствовать ограничению во-допритоков.

Литература

1. Муслимов Р. Х. Современные методы управления разработкой нефтяных месторождений с применением заводнения //Георесурсы. - 2005. - №. 1.

2. Рогачев М. К. и др. Разработка эмульсионных составов для регулирования фильтрационных характеристик призабойной зоны нагнетательных скважин // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело. - 2011. -№. 3.

3. Adebayo A.A. et al. Water-Soluble Polyelectrolytes as Objects of Enhanced Oil Recovery Methods //Oil & Gas Technologies. - 2014. - Т. 93. - №. 4.

р/р- растворим; н/р - нерастворим; набух -набухается

На основе экспериментальных данных можно заключить, что полисликат натрия способен образовать гидролирующий интерполимерный комплекс в смеси с ПДАДМАХ. При концентрация

© С. В. Крупин - д. т. н., проф. каф. физической и коллоидной химии КНИТУ, sta.krupin@yandex.ru; Л. Ф. Биктимирова -бакалавр каф. технологии косметических средств, КНИТУ, lisa_bf@mail.ru; М. А. Сувейд - магистр каф. химической технологии переработки нефти и газа КНИТУ, suwaidmuneer@gmail.com; А. А. Адебайо - магистр каф. химической технологии переработки нефти и газа КНИТУ, aden.adebayo@gmail.com.

© S. V. Krupin - Ph.D. in Technical Sciences., Professor, Department of Physical and Colloid Chemistry KNRTU, sta.krupin@yandex.ru; L. F. Biktimirova - bachelor of Department technology cosmetics KNRTU, lisa_bf@mail.ru; M. A. Suwaid -Master of Department chemical technology of oil and gas KNRTU, suwaidmuneer@gmail.com; A A Adebayo - Master of Department chemical technology of oil and gas KNRTU, aden.adebayo@gmail.com.