Колоидно-химические основы повышения стабильности латексов, привлекаемых в качестве водоограничительного материала в нефтепромысловом деле

П. И. Церажков, С. В. Крупин КОЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ ЛАТЕКСОВ, ПРИВЛЕКАЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ ВОДООГРАНИЧИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА В НЕФТЕПРОМЫСЛОВОМ ДЕЛЕ

Ключевые слова: латекс, кремнезоль, полисиликат, активированная вода, нефтеотдача.

При помощи патентного поиска и литературных исследований подтверждена актуальность использования водоограничительной технологии на основе латексных систем повышенной стабильности как способа увеличения нефтеотдачи. Результаты НИР подтвердили высказанные допущения о целесообразности внедрения латексов в промысловую практику.

Key words: latex, silicazole, polysilicate, activated water, oil recovery.

Nowadays as literature and patient search shows water isolation technologies of increased stability based on latex are urgent and prospect. It is so because such systems consist of nanoparticles and that’s why we could use them to make an oil recovery technology. According to colloid and chemical tests we could make a conclusion that such systems could be used either systems with constant or temporary stability.

Повышение постоянной стабильности латексов при помощи введения производных кремниевой кислоты

Весьма перспективным направлением в рамках коллоидной химии и нефтедобывающей промышленности следует считать системы латексов с другими, обычно более мелкими, нанодисперсными частицами. К последним можно отнести и нанодисперсные виды кремнезема. Структурная формула октакремниевого иона (мономерной формы поли-силикатных структур) - SlsO208", размер таких частиц составляет 0,86 нм.

Для изучения возможностей использования систем латекс - кремензоль, латекс -полисиликат на основе исследования их агрегативной устойчивости были определены пороги коагуляции систем на базе СКС-65 ГП и ГПБ при различном соотношении латекс -кремнезоль и латекс - полисиликат (табл. 1 и 2).

Таблица 1 - Величины порогов коагуляции систем на основе латекса СКС-65 ГП с различным содержанием кремнезоля

ГП : КЗ Концентрация, моль/л Пластовая вода

NaCl KCl CaCl2 MgCl2 FeCls

1:1 1,14-2,28 0,95-1,18 0,04-0,07 0,04-0,07 0,012-0,015 0,08-0,11

1:2 1,14-2,28 0,95-1,18 0,04-0,07 0,04-0,07 0,012-0,015 0,08-0,11

1:3 0,47-0,94 0,23-0,43 0,01-0,03 0,02-0,03 0,002-0,005 0,03-0,06

Таблица 2 - Величины порогов коагуляции систем на основе латекса СКС-65 ГПБ с различным содержанием кремнезоля

Б З ПК Г Концентрация, моль/л Пластовая вода

NaCI KCI CaCI2 MgCI2 FeCI3

1:1 5,93-6,38 2,02-2,36 0,40-0,56 0,40-0,56 0,014-0,016 0,70-0,90

1:2 5,93-6,38 2,02-2,36 0,40-0,56 0,40-0,56 0,014-0,016 0,70-0,90

1:3 2,44-2,63 0,49-0,86 0,10-0,24 0,20-0,24 0,002-0,005 0,35-0,47

Из приведенных данных следует, что смеси содержащие тройной избыток кремнезоля по массе обладают наименьшей устойчивостью, как к действию солей, так и к действию модели пластовой воды.

Системы латекс - полисиликат показали низкую агрегативную устойчивость к действию электролитов (табл. 3, 4). Кроме того, введение полисиликата в латекс уже вызывает коагуляцию последнего (порог - 7,4-7,5% мас). В таких системах не наблюдается резкого снижения порога коагуляции при троекратном массовом избытке жидкого стекла.

Таблица 3 - Величины порогов коагуляции систем на основе латекса СКС-65 ГП с различным содержанием полисиликата

: л ПС ГП Концентрация, моль/л Пластовая вода

NaCI KCI CaCI2 MgCI2 FeCI3

1:1 0,47-0,94 0,48-0,71 0,04-0,07 0,04-0,07 0,011-0,014 0,06-0,09

1:2 0,47-0,94 0,48-0,71 0,04-0,07 0,04-0,07 0,011-0,014 0,06-0,09

1:3 0,47-0,94 0,48-0,71 0,04-0,07 0,04-0,07 0,011-0,014 0,06-0,09

Таблица 4 - Величины порогов коагуляции систем на основе латекса СКС-65 ГПБ с различным содержанием полисиликата

ГПБ : ПСл Концентрация, моль/л Пластовая вода

NaCI KCI CaCI2 MgCI2 FeCI3

1:1 2,44-2,63 1,02-1,42 0,20-0,45 0,20-0,45 0,005-0,008 0,35-0,65

1:2 2,44-2,63 1,02-1,42 0,20-0,45 0,20-0,45 0,005-0,008 0,35-0,65

1:3 2,44-2,63 1,02-1,42 0,20-0,45 0,20-0,45 0,005-0,008 0,35-0,65

На основании приведенных данных можно заключить, что наиболее подходящими с точки зрения стабильности и, как следствие, увеличения дистанции проникновения водоограничительного материала по простиранию нефтяного пласта от нагнетательной скважины к добывающей, может служить композиция латекса с кремнезолем в соотношении 1:1 и 1:2.

Наглядной иллюстрацией подобного утверждения может служить величина элек-трокинетического потенциала и размер частиц латекса (табл. 5) для систем латекс - крем-незоль и латекс - полисиликат.

Таблица 5 - Изменение электрокинетического потенциала и размеров частиц в системах на основе латексов

Смесь ^-потенциал, мВ ^ нм

ГП : полисиликат 1:1 -23,0 88

ГП : полисиликат 1:2 -23,0 92

ГП : полисиликат 1:3 -23,0 105

ГП : кремнезоль 1:1 -85,9 85

ГП : кремнезоль 1:2 -85,9 97

ГП : кремнезоль 1:3 -85,9 113

ГПБ : полисиликат 1:1 -101,2 96

ГПБ : полисиликат 1:2 -101,2 98

ГПБ : полисиликат 1:3 -101,2 111

ГПБ : кремнезоль 1:1 -183,1 95

ГПБ : кремнезоль 1:2 -183,1 99

ГПБ : кремнезоль 1:3 -183,1 111

На основании приведенных данных можно сделать вывод о том, что в обоих случаях наблюдается укрупнение частиц в обсуждаемых системах при увеличении содержания в них как полисиликата, так и кремнезоля. Такое укрупнение происходит в результате распределения более мелких частиц кремнезоля на поверхности частиц каучука, вследствие чего могут формироваться агрегаты «малиноподобной» структуры [1].

Дальнейший выбор оптимального соотношения компонентов смесей для рекомендации в качестве метода ограничения водопритоков производился с учетом вязкости полученных смесей (рис. 1, 2).

Рис. 1 - Зависимость вязкости систем латекс - кремнезоль от массового содержания в них сухого вещества

Рис. 2 - Зависимость вязкости систем латекс - полисиликат от массового содержания в них сухого вещества

Исходя из полученных данных, можно заключить, что такие составы при содержании сухого вещества не более 15-20 % масс следует рекомендовать для применения в нефтепромысловом деле в качестве реагентов с высокой проникающей способностью.

Временное повышение стабильности латексов при помощи технологии электрохимической активации (ЭХА) воды

При изучении технологий ЭХА очень важную роль играет способность активированных систем к релаксации, т.е. к самопроизвольному возвращению к состоянию равновесия физико-химических показателей активированной среды. Наиболее хорошо исследованы и хорошо практически используются процессы анодной и (или) катодной обработки воды (пресной или слабоминерализованной) [2] в электрохимической системе, где только электроны являются переносчиками заряда через границу раздела фаз «электрод-электролит». Вода в метастабильном состоянии называется электрохимически активированной и характеризуется аномальной физико-химической активностью, медленно убывающей во времени.

На стабильность латексов оказывает влияние множество факторов, в том числе и природа дисперсионной среды. Естественно, что если оказывать какое-либо активирующее воздействие на последнюю, то становится возможным изменение свойств дисперсии в целом. Феномен электрохимически активированной воды занимает особое место среди объектов исследования физической и коллоидной химии. Несомненно, введение такой воды будет оказывать влияние и на электрокинетические параметры латексов. В данной работе также была поставлена цель - изучить влияние ввода различных количеств электрохимически активированной воды на показатели, оказывающие непосредственное воздействие на стабильность эмульсии бутадиенстирольного каучука. Зависимости pH и электропроводимости от содержания ЭХА воды в системе представлены на рисунках 3, 4. Результаты даного исследования могут быть полезными при рассмотрении их совместно с изучением природы коллектора, в который производится введение систем с добавлением анолита, ведь внутри порового пространства любого нефтяного пласта создана своя среда, которая характеризуется собственными значениями pH и электропроводимости. Подбирая свойства системы, используемой в качестве агента ограничения водопритоков, в соответствии с параметрами характерными для пластовой матрицы, можно также влиять на дальность проникновения и равномерность распределния композиции по простиранию пласта. Кроме того актвированная вода способна оказывать влияние на параметры

вытеснения нефтяных флюидов, временно изменяя свойства вытесняющих жидкостей (воды, растворов полимеров, ПАВ и т.п.).

Рис. 3 - Влияние анолита на pH латекса ГПБ

Рис. 4 - Влияние анолита на электропроводимость латекса ГПБ

Также в результате эксперимента было показано влияние ввода анолита на значения электрокинетического (£) потенциала частиц исследуемой марки латекса (рис. 5).

Рис. 5 - Влияние анолита на электрокинетический потенциал латекса ГПБ

Судя по приведенным значениям электрокинетического потенциала в результате ввода ЭХА воды (анолита) можно временно (обычно эффект активации длится до 80 часов) повысить стабильность системы. При помощи технологий, основанных на подобных воздействиях, можно оказывать существенное влияние на дальность проникновения потокоотклоняющих реагентов внутрь пластовой матрицы. Стоит отметить и тот факт, что вода является самым распространенным веществом в нефтедобывающих технологиях и влияние на ее структуру и свойства при использовании ЭХА не является статьей особых затрат, кроме того это экологически чистый продукт. На основе полученных экспериментальных данных и на базе результатов их анализа можно рекомендовать исследованные композиции латекса для опытно-промысловых испытаний на опытных участках площадей нефтяных месторождений обводняемых пластовыми водами с широким диапазоном их минерализации.

Выводы

1. Вскрыта возможность долговременного повышения агрегативной устойчивости латек-сов при их обработке золь-производными кремниевой кислоты.

2. В работе показана возможность временного повышения агрегативной устойчивости ла-тексов при их обработке продуктами электрохимического активирования воды, необходимой при однократной доставке водоограничительного материала на большую дистанцию от нагнетательной скважины.

Литература

1. Сергеева, М.Н. Агрегативная устойчивость смесей коллоидного кремнезема и синтетического латекса: автореф. дис. на соискание ученой степени к-та химических. наук / М.Н. Сергеева. - М., 2009. - 17 с.;

2. Бахир, В.М. Электрохимическая активация: очистка воды и получение полезных растворов / под редакцией доктора технических наук, проф. В.М. Бахира. - ВНИИИМТ, издат. «Маркетинг Саппорт Сервисиз». - 2001. - 176 с.

© П. И. Церажков - асп. каф. физической и коллоидной химии КГТУ, peterts_big@mail.ru; С. В. Крупин - д-р техн. наук, проф. каф. физической и коллоидной химии КГТУ, membrana@kstu.ru.