Влияние водного экстракта отходов табачного производства на свойства дисперсных систем флюидов нефтяного пласта

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ______________________________________2012, том 55, №2____________________________________

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 622.692.4:620.197

Р.Усманов, Э.Х.Каримов*, У.Р.Усманов*, член-корреспондент АН Республики Таджикистан М.А.Куканиев

ВЛИЯНИЕ ВОДНОГО ЭКСТРАКТА ОТХОДОВ ТАБАЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ ФЛЮИДОВ НЕФТЯНОГО ПЛАСТА

Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан,

Таджикский национальный университет

Установлено, что водный экстракт отходов табачного производства улучшает нефтевытесняющие свойства закачиваемой в пласт воды, а также снижает отложение солей в нагнетательной линии скважины.

Ключевые слова: водный экстракт отходов табачного производства - вытесняющие свойства воды - отложение солей в нефтепромысловом оборудовании - нефтевытесняющий агент - поверхностное натяжение - нефтеотдача пластов.

В табаководческих хозяйствах Таджикистана ежегодно скапливается значительное количество стеблей и пыли табака, не находящих полезного применения, в то время как отходы табачного производства являются источником большого ассортимента органических веществ, так как в их составе имеется 1-4% никотина, 2-20% углеводов, 1-13% белков, 5-17% органических кислот (лимонная, винная и другие оксикислоты), 0.1-1.7% эфирных масел и др.

В предыдущих работах [1-5] нами показано, что отходы табачного производства могут стать эффективным ингибитором комплексного действия и ценным сырьём в качестве добавок для глино- и цементсодержащих композиций.

Данные отходы с точки зрения использования их в качестве раствора для заводнения нефтяного пласта и ингибиторов солеотложения не изучались. Поэтому нам необходимо было осуществить изучение влияния водного экстракта отходов табачного производства (ВЭТ-1) на нефтевытесняющие свойства минерализованных нестабильных пластовых вод, склонных к солеотложению.

Получение ВЭТ-1 сводится к смачиванию пресной водой, влаго- тепловой обработке и прессованию (с целью разделения на экстракт и жмых) отходов табачного производства - табачной пыли.

Исследования показали, что извлечение водорастворимых компонентов в течение 30 мин при температуре 20°С составляет 75%; при 40°С - 86%; при 100°С - 95%. При времени выдерживания 5 и

10 мин извлечение их в раствор составляет соответственно при указанных температурах (масс. %) 65, 72 и 84 и 70, 80 и 90.

Сухой ВЭТ-1 имеет следующий элементарный состав, масс.%: С - 35.41; Н - 5.21; N - 3.75; (кислород + металл) - 55.63 (по разности), в том числе зольность - 17.8.

Адрес для корреспонденции: Усманов Рахматжон. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Ай-ни,299/2, Институт химии АНРТ. E-mail: usmanov1947@mail.ru

ИК-спектры полученного сухого ВЭТ-1 имеют следующие полосы поглощения: 3200-3600 см"1 - широкая полоса валентных колебаний ОН" группы углеводов, органических кислот; 2980 см"1 - валентные колебания СН- группы пиридинового кольца; 2850 и 2890 см"1 - валентные колебания =К+Н- группы соли третичных аминов; 1610 см-1 - асимметричные валентные колебания -СОО--группы солей кислот; 1380 см-1 - симметричные валентные колебания -СОО--группы солей кислот; 1200 и 1080 см-1 - деформационные колебания СН - группы пиридинового кольца.

ВЭТ-1 имеет следующий состав, масс.%: пиридиновые основания (продукты разложения никотина) - до 1.55; азотистые вещества (белки и продукты их превращения, продукты сахароаминной реакции) - до 1.3; органические кислоты - до 3.20; углеводы - до 3.15; полифенольные вещества - до

0.3; зольное вещество - до 3.5; пресная вода - до 87.

Данные ИК-спектра подтверждают, что сухой ВЭТ-1 имеет сложный состав и содержит анио-но- и катионоактивные вещества, состоящие из солей и устойчивых комплексных соединений азот- и кислородсодержащих органических соединений. Как видно, экстракт содержит различные типы поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Известно, что к самым простым методам увеличения нефтеотдачи пластов при заводнении относятся методы, использующие средства, которые улучшают или изменяют в нужном направлении вытесняющие свойства воды, то есть снижают межфазное натяжение между нефтью и водой и уменьшают различие в вязкостях нефти и воды [6].

К этим средствам относятся ПАВ, находящие в последнее время самостоятельное промышленное применение для улучшения условий вытеснения нефти водой, а также охвата пластов заводнением и уменьшения остаточной нефтенасыщенности [7].

При заводнении нефтяного пласта водой, содержащей ионы Са2 и Мg+2, в повышенном количестве образуются осадки сульфато-карбонато-кальция и магния, которые закупоривают нагнетательную линию скважин и её призабойную зону, в результате чего скважины теряют поглощающую способность. Иногда это явление приводит к ликвидации скважин и нагнетательных линий.

С целью одновременного улучшения вытесняющих свойств закачиваемой в пласт воды с содержанием ионов Са2 и Мg+2, а также исключения отложения солей было изучено влияние на свойства флюидов нефтяного пласта добавки на основе ВЭТ-1.

При контакте с минерализованными водами, содержащими ионы Са2, образуются комплексы, удерживающие кальций в растворе. Органические соли, попадая в обводнённую зону, взаимодействуют с поливалентными солями, в результате чего образуют следующие соединение:

2Р-СОСГ • ^=N1^ Н++МеС12 --------- (Р-СОО)2Ме+2Р2=1\1-Р • НС1,

а также комплексы (Я-СОО^Ме^Ч^г^-К-МОН))^)) и [-СО-МН-СН(Р')-СО-МН-СН(Р")-СО-]п ...М и др.

Соли высокомолекулярных органических кислот (РСОО)2Ме и комплексы оказывают влияние на изменения структуры порового и трещиноватого пространства обводнённой зоны, обусловленной уменьшением эффективной пористости и трещиноватости.

Другие продукты, (РСОО)2МеР=ЫРН+, Р-СОО-Р2=Ы-РН+, Р2=Ы-РНС! и [-СО-^Н-СН(^)-00-NH-0H(R )-СО-]п....М1 являются ПАВ различного типа и снижают меж-фазное натяжение, способствуют улучшению подвижности нефти.

Об эффективности снижения солеотложений судят по количеству накипи на стенках спирального теплообменника с добавкой ВЭТ-1 и без неё в контрольном опыте. Скорость отложения накипи оценивается по количеству образовавшегося осадка на контролируемой поверхности за время экспозиции, и по скорости отложения солей до и после ингибирования оценивается степень торможения выпадения солей по формуле

Ъ = Ко -К/ Ко -100%.

При этом опыты проводились в пластовой воде месторождения Шаамбары со следующими физико-химическими свойствами, мг/л: (Ка++К+) - 6686.79; МН+ - 213; Са2 - 1628.2; Мg+2 - 1064.0; (Ре+2+Ре+3) - 384; СГ - 1394; Вг - 42.0; 804"2 - 3292; НС03- -1738.5; Ш" - 53.3, тип воды по Сулину -хлоркальциевая. Результаты исследований приведены в табл.1.

Таблица 1

Эффективность торможения от образования накипи в зависимости от концентрации добавок

Состав Концентрация, % Скорость образования накипи, г/м2-ч Эффективность торможения, %

Пластовая вода - 1.72 -

ВЭТ-1 (содержание сухого вещества в экстракте 10%) 0.054 0.67 49.4

0.1 0.38 77.9

0.5 0.09 94.5

0.6 0.08 95.3

1.0 0.07 95.9

Из табл.1 видно, что ВЭТ-1 снижает солеотложение при концентрации его в обрабатываемой воде 0.5-1.0%. При дальнейшем увеличении концентрации ВЭТ-1 более 1.0% в среде защитные свойства от отложения солей почти не изменяются.

Для установления возможности применения раствора ВЭТ-1в качестве ПАВ предварительно было определено поверхностное натяжение раствора ВЭТ-1 на границе с нефтью. Результаты определений представлены в табл. 2.

Из данных, приведённых в табл. 2, видно, что введение в воду экстракта во всех случаях снижает поверхностное натяжение по сравнению с водой.

Выявленные свойства водных растворов ВЭТ-1 характеризуют его как нефтевытесняющий агент, что подтверждается на модели пласта.

Таблица 2

Снижение поверхностного натяжения по сравнению с водой в зависимости от концентрации добавок

Составы Поверхностное натяжение при концентрациях ПАВ, %

Контрольный опыт 0.1 0.5 0.6 1.0

Пластовая вода 8.7 5.5 3.0 2.8 0.9

Водопроводная вода 22.9 18.1 15.0 14.5 10.0

Дистиллированная вода 24.8 19.4 16.9 15.6 13.9

Модель пласта представляет собой стальную трубку длиной 1000 мм и диаметром 30 мм, заполненную естественной породой, отобранной на месторождении Шаамбары. Пористость среды 30%, проницаемость 0.54 мкм2, объём пор модели 100 см3. Эксперименты проводили при отсутствии в пористой среде связанной воды. При постоянном перепаде давления (0.1 МПа) при температуре 20оС через модель пласта прокачивали водопроводную воду и водные растворы данного ПАВ различной концентрации в количестве трёх объёмов пор (300 см3). Нефтевытесняющую способность воды и растворов ПАВ оценивали по количеству нефти, вытесненной ими из модели пласта при одинаковых условиях (см. табл.3).

Таблица 3

Коэффициент вытеснения нефти в зависимости от концентрации добавок

Вытеснитель Концентрация, % (содержание сухого вещества в экстракте 10%) Коэффициент нефтевытеснения, %

в безводный период после закачки трёх объёмов рабочего раствора

Пластовая вода - 29 60

Пластовая вода + ВЭТ-1 1. 0 38 72

- 25 55

Водопроводная вода 0.054 33 61

Водопроводная вода + ВЭТ-1 0.1 35 63

0.5 35 65

0.6 35 68

1.0 34 69

Из данных, приведенных в табл.3, видно, что водный раствор ВЭТ-1 в концентрации 1.0% в водопроводной (пластовой) воде обеспечивает большую нефтеотдачу как в безводный период 34.0 (38.0), так и в конечный 69.0 (72.0) против 25.0 (29.0) и 55.0 (60.0)% без добавки соответственно.

Таким образом, водный экстракт отходов табачного производства при контакте с минерализованными водами, содержащими повышенное количество ионов Са2, образует комплексы, удерживающие кальций в растворе, а затем в пласте адсорбирует его в поровом пространстве обводнённой зоны и способствует улучшению подвижности нефти.

Поступило 21.12.2011 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Усманов Р. и др. - патент России №1221941, М.,1985, ДСП.

2. Усманов Р., Каримов Э.Х., Куканиев М.А. - ДАН РТ, 2007, т.50, 2, с.45-50.

3. Каримов Э.Х., Усманов Р., Каримов М.Б. - Вестник Национального университета, 2010, серия естественных наук, 3 (59), с.188-190.

4. Каримов Э.Х., Усманов Р., Каримов М.Б. - Вестник Национального университета, 2010, серия естественных наук, 3 (59), с.220-222.

5. Усманов Р., Каримов Э.Х. Тампонажный раствор. - Малый патент Республики Таджикистан, № 302 TJ от 4.03.2010, Бюл.57(1), 2010.

6. Сургучев М.Л. - Вторичные и третичные методы улучшения нефтеотдачи пластов. - М.: Недра, 1985, с.185-210.

7. Ибрагимов Г.З., Хисамидинов Н.И. - Справочное пособие по применению химических реагентов в добыче нефти. - М.: Недра, 1983.с.312.

Р.Усмонов, Э.Х.Каримов*, У.Р.Усмонов*, М.А.Куканиев

ТАЪСИРИ ЭКСТРАКТИ ОБИИ ПАРТОВИ ИСТЕ^СОЛИ ТАМОКУ БА ХОСИЯТИ ФЛЮИД^ОИ ЦАБАТИ НЕФТДОР

Институти химияи ба номи В.И.Никитини Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон,

*Донишго%и миллии Тоцикистон

Муайян шудааст, ки экстракти обии партови истех,соли тамоку хосияти нефтистихрочкунандагй ва хдм такшиншавии намакх,оро дар кубурх,ои обфишуранда пешгири мекунад.

Калима^ои калидй: экстракти обии партови истеусоли тамоку - хосияти фишурандагии об -такшиншавии намакуо дар тацуизотуои нефтистихроцкунанда - агенти нефтистихроцкунанда - сатуи кашиш - нефтдиуандагии цабати нефтдор.

R.Usmanov, E.H.Karimov*, U.R.Usmanov*, M.A.Kukaniev EFFECTS OF AQUEOUS WASTE EXTRACT OF TOBACCO PRODUCTION ON THE PROPERTIES OF DISPERSE SYSTEM OF FLUIDS OIL RESERVOIR

V.I.Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Sciences of the Republic Tajikistan,

*Tajik National University The article shows that the aqueous waste extract of tobacco production (VET-1) improves both the

oil displacing properties of water pumped into the reservoir, and reduces the accumulation of salts in the discharge line of the well.

Key words: aqueous waste extract of tobacco production - displacing properties of water - salt accumulation in the oilfield equipment - oil displacing agent - surface tension - oil recovery.