Некоторые аспекты практического применения сернокислотных растворов cульфониевых комплексов в процессах нефтедобычи

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2015, том 58, №7_

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 622.692.4:620.197

Р.Усманов, У.Р.Усманов*, Ю.Ходжибаев, академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ СЕРНОКИСЛОТНЫХ РАСТВОРОВ CУЛЬФОНИЕВЫХ КОМПЛЕКСОВ

В ПРОЦЕССАХ НЕФТЕДОБЫЧИ

Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан, Таджикский национальный университет

Установлено, что при одновременно-раздельной закачке H2SO4 и добитумной широкой фракции высокосернистой нефти (ДШФВН) в скважины образования и разделения фаз сернокислотного экстракта и рафинада происходит аналогично, как в реакторах выделения сераорганических соединений из широкой фракции экстракцией серной кислотой. При этом кислотный экстракт, содержащий сульфониевые комплексы насыщенных сульфидов и сероароматические сульфокислоты, под действием гравитационных сил расслаивается в нижней части, а углеводороды (рафинад) - в верхней части забоя скважин. Данные, полученные в промысловых условиях, подтверждают, что указанные свойства реакционной смеси H2SO4 и ДШФВН можно использовать для одновременного воздействия на водонасыщенную и нефтенасыщенную части пласта.

Ключевые слова: добитумная широкая фракция высокосернистой нефти - отработанная серная кислота - сернокислотный экстракт - сульфониевые комплексы - рафинад - изоляция водонасы-щенной части пласта.

На юге Средней Азии расположено множество месторождений, дающих уникальную в мире высокосернистую нефть. Это такие месторождения, как Кичик-Бель, Акбаш-Адыр, Южный Кум, Амударья, Ляльмикар, Каштар, Какайти и другие. На севере Таджикистана расположены сверхглубокие, высокотемпературные нефтяные месторождения: сев. Каракчикум, Ниязбек, Махрам и др. [1].

В настоящее время эти промыслы остро нуждаются в разумном экономически оправданном физико-химическом методе увеличения нефтеотдачи и интенсификации добычи нефти с использованием различных химических реагентов. Применение в промышленных масштабах многих высокоэффективных химических реагентов сдерживается в основном из-за их высокой стоимости и дефицитности.

В связи с этим в нефтедобывающей промышленности наблюдается тенденция к использованию крупнотоннажных отходов и побочных продуктов предприятий, содержащих в своём составе вещества, способные повышать нефтеотдачу, интенсифицировать добычу нефти и снижать различные осложнения при эксплуатации скважин. К таким отходам или побочным продуктам промышленности можно отнести добитумную широкую фракцию высокосернистой нефти (ДШФВН) битумных заводов и отработанную серную кислоту. Эти отходы, с одной стороны, не находят рационального

Адрес для корреспонденции: Усманов Рахматжон. 734063, Республика Таджикистан, Душанбе, ул.САйни, 299/2, Институт химии АН РТ. E-mail: usmanov1947@mail.ru

использования в народном хозяйстве, а с другой стороны они загрязняют окружающую среду. Использование их в процессах добычи нефти одновременно решает вышеуказанные проблемы.

Обоснование возможности применения реакционной смеси ДШФВН и Н2804 опирается на наши экспериментальные данные [2] и основывается на специфических свойствах сернистых соединений [3].

При этом нефтяные скважины используются в качестве реактора химических реакций. Например, при взаимодействии сернистых соединений с серной кислотой они способны присоединять ионы водорода с образованием слабых сульфониевых комплексов по схеме:

Я28: +^04= ^И^ Ш0 4

Сернистые соединения, образуя комплекс, переходят в раствор серной кислоты и при расслаивании отделяются от углеводородов. Указанные свойства серной кислоты и сернистых соединений ДШФВН могут быть использованы для одновременного воздействия на водонасыщенную и нефтенасыщенную части пласта добывающих скважин. При одновременной закачке Н^О4 и ДШФВН по насосно-компрессорной трубе (НКТ) или затрубному пространству скважин на стволе или забое его происходит образование сернокислотных растворов сульфониевых комплексов (кислотный экстракт) и отделение их от углеводородов ДШФВН (рафинад). При этом образовавшийся кислотный экстракт под действием гравитационных сил расслаивается на нижних частях забоя и через нижние перфорационные отверстия поступает в интервалы, насыщенные пластовой водой. В водонасыщенном интервале кислотный экстракт разбавляется водой и разрушается с образованием Н^О4 и сульфидов:

[Я28:И]+ Ш04 = Я28: +^04 (2).

Выделившаяся серная кислота взаимодействует с жёсткими водами хлоркальциевого типа и с карбонатами, составляющими каркас пласта, ведёт к выпадению гипса. Наличие сульфидов и их продуктов уплотнения усиливает тампонирующие свойства гипса. Вследствие этого более эффективно снижается проницаемость водонасыщенных пород, достигается более эффективная изоляция пласта. Рафинад, который в 2.0-2.3 раза легче, чем сернокислотный слой, поступает в среднюю и верхнюю части продуктивного пласта, то есть. преимущественно в нефтяную часть, который растворяет ас-фальтено-смолистые и парафинистые отложения, расширяет каналы, смешиваясь с нефтью, уменьшает её вязкость, оттесняя воду, увеличивает проницаемость этих зон по нефти. Тем самым в результате этих процессов увеличивает производительность добывающих скважин. Предполагаемые схема и механизмы реакции взаимодействия сернокислотных растворов сульфониевых комплексов (кислотный экстракт) и углеводородов ДШФВН (рафинад) на призабойной зоны пласта приведены на рис.1.

Рис. 1. Схема и механизмы протекания реакции взаимодействия сернокислотных растворов сульфониевых комплексов (кислотный экстракт) и углеводородов ДШФВН (рафинад) на призабойной зоне пласта.

Для подтверждения вышесказанного были проведены лабораторные и промысловые исследования композиции [4], содержащей серную кислоту и ДШФВН в количестве 0.5-2.0 об.ч на 1 мас.ч серной кислоты.

Как показали лабораторные данные по технологическим свойствам композиции, при смешивании композиции с высоковязкой нефтью происходит увеличение вязкости (при добавке в 1 л пластовой нефти вязкостью п =1.95 н-с/м2 90 мл композиции вязкость увеличивается до п =8.2 н-с/м2), однако это увеличение на порядок ниже, чем при использовании серной кислоты или нефтесернокис-лотной смеси (в 1 л нефти при добавке 10 мл Н2804 вязкость увеличивается до п =206.3 н-с/м2). В связи с этим использование композиции исключает блокирование притока нефти.

Смешивание ДШФВН с серной кислотой не ухудшает растворяющей способности (РС) ДШФВН (при 20°С РС=12.0 кг/м3, а при 40°С РС=43.4 кг/м3), и она соответствует растворяющей способности бензола (РС20°с= 10.3 кг/м3 РС40 °с =46.4 кг/м ). Ранее известная нефтесернокислотная смесь не обладает растворяющей способностью по отношению к асфальтено-смолистым и парафинистым отложениям.

Эффективность действия композиции оценивалась по количеству дополнительно вытесненной нефти из модели неоднородного пласта после обводнения закачиваемой водой и после закачки композиции со стороны входной части модели.

Данные табл. 1 свидетельствуют, что оптимальное соотношение ДШФВН:Н2Б04 находится в пределах от 2.0 до 4.0 мас.ч ДШФВН на 1.0 мас.ч Н2804, так как введение ДШФВН меньше 2.0 мас.ч приводит к снижению эффективности действия композиции, а увеличение доли ДШФВН свыше 4 мас.ч не приводит к росту и закачка композиции соответствует 10.0% от порового объёма высокопроницаемого пропластка.

Таблица 1

Коэффициент вытеснения нефти с использованием смеси ДШФВН и серной кислоты

Состав и объём закачиваемых ком-

№№ понентов к объёму пор высокопро- Объёмное Коэффициент Увеличение

ницаемых пропластков (пор ВП) соотношение вытеснения коэффициента

И2804 (86%) % ДШФВН % И2804: ДШФВН (суммарный), % вытеснения, %

пор. ВП. пор. ВП.

1 0 0 - 36.7 0

2.1 0.5 0 - 42.2 5.5

2.2 1.0 0 - 45.7 8.5

2.3 2.0 0 - 49.3 12.6

2.4 3.0 0 - 52.8 16.1

2.5 5.0 0 - 54.1 17.4

3.1* 0.5 0.25 1:0.5 52.0 15.3

3.2 1.0 0.5 1:0.5 57.2 21.1

3.3 2.0 1 1:0.5 61.2 24.5

3.4 3.0 1.5 1:0.5 67.9 31.2

3.5 5.0 2.5 1:0.5 69.7 33.0

4.1* 0.5 0.5 1 1 55.6 18.9

4.2 1.0 1.0 1 1 59.3 22.6

4.3 2.0 2.0 1 1 65.3 22.0

4.4 3.0 3.0 1 1 69.7 33.0

4.5 5.0 5.0 1 1 71.8 35.1

5.1* 0.5 1.0 1 2 56.3 19.6

5.2 1.0 2.0 1 2 62.5 25.8

5.3 2.0 4.0 1 2 69.8 33.1

5.4 3.0 6.0 1 2 73.2 36.5

5.5 5.0 10.0 1 2 78.7 40.0

* В опытах 3.1-5.1 отражены такие данные, в которых от количества нефти вытесненной из модели, отнято поданное количество ДШФВН.

Коррозионная агрессивность смеси серной кислоты и ДШФВН исследовалась при 90°С в течение 4.0 часов при соотношениях 1:(0.5-6.0). При этом скорость коррозии в 7.1-580.0 раз ниже, чем в чистой кислоте. Скорость взаимодействия смеси ДШФВН:Н2804 с породами на 2.0-3.0 раза ниже, чем с чистой серной кислотой.

Использование композиции для изоляции притока воды обеспечит повышение эффективности обработки обводнённых неоднородных карбонатных пластов, продуцирующихся высоковязкой нефтью. Высокая фильтруемость композиции позволяет проводить глубокие многообъёмные обработки пласта, имеющие цель увеличить добычу нефти и сократить отбор воды [5].

На месторождении Кичик-Бель (Таджикистан) были проведены испытания композиции для обработки призабойной зоны пласта на основе ДШФВН и серной кислоты.

Проведенные испытания показали (табл.2), что композиция высокоэффективна даже в таких скважинах, где обводнённость составляла 99.9%. На этом месторождении в скважине №76 закачено более 50.0 т композиции. До обработки обводнённость скважин составляла 92.0-98.0%, добыча нефти составляла 3.0-8.0 т в месяц. После обработки обводнённость упала до 85.0-76.0%, добыча нефти составляла 56.0-60.0 т в месяц. Скважина №93 К-Б до обработки имела обводнённость 90.0%, суточная добыча нефти составляла 1.4 т/сут. После обработки обводнённость резко упала до 60.0%, а суточная добыча нефти повысилась до 4.6 т/суток. Скважина №29 К-Б до обработки работала при об-

воднённости 99.9%, месячная добыча составляла 0.3-7.0 т/месяц. После обработки: обводнённость, упала до 82%, суточная добыча достигала 1.2 т/суток (36-40 т/месяц).

Таблица 2

Эффективность изоляционных работ с применением серной кислоты и ДШФВН

Всего

дополн.,

№ скв. Количество компонентов Дебит скважин по нефти, т/суток,/ Обводненность скважин нефти/ продолж.

эффекта

До обработки После обработки

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

61 8т Н^04+8м3 2.4 2.66 2.83 3.5 4.24 2.9 2.9 1.46 0.87 1.15 0.96 0.8 101

К-Б ДШФВН 80 85 82 80 75 80 80 90 95 93 94 95 6

62 К-Б 8т H2S04 0.13 99 0.12 99 - На консервации

87 16т Н^04+25м3 0.66 0.66 1 2.88 3.3 2.2 2.2 2.6 0.2 0.8 1.6 2.6 317.4

К-Б ДШФВН 96 96 94 83 80 85 85 83 99 95 91 90 6

76 20т H2S04+ 0.16 0.88 1.42 3.2 3.3 4.4 3.0 3.3 2.4 2,0 1.9 2.1 562.0

К-Б 35м3 ДШФВН 99 98 96 85 83 78 83 83 83 88 89 87 6

В результате обработки скважины №76 К-Б в течение 10 месяцев получено 633.7 т дополнительной нефти. Из скважины №93 в течение 3 месяцев получено 340.0 т. Обработка, проведенные в скважинах №61 и №87 в течение 6 месяцев дали дополнительно 418.0 т нефти. Всего в результате проведённой опытно-промышленной обработки с использованием серной кислоты и ДШФВН, в течение 10.0 месяцев дополнительно было получено 1600.0 т нефти.

Поступило 09.04.2015 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Валибеков Ю. Нефти и конденсаты Таджикистана. - Душанбе: Дониш, 1978, 98 с.

2. Усманов У.Р., Каримов М.Б. Исследование химического воздействия отработанной серной кислоты с компонентами добитумной широкой фракции высокосернистой нефти, карбонатными породами пласта и элементами конструкции скважин.- Вестник ТНУ, Душанбе, 2011, №4(68), с.13-18.

3. Харлампиди Х.Э., Мустафин Х.В., Чиркунов Э.В. Cераорганические соединения нефти, методы выделения и модификации. - Вестник Казанского технологического университета, Казань, 1998, № 1, с.76-86.

4. Каримова Ф.О., Усманов У.Р., Усманов Р. Анализ эффективности обработки призабойной зоны пласта с применением композиции на основе серной кислоты и добитумной широкой фракции высокосернистой нефти. - Вестник ТНУ: сер.ест. наук, 2010, №3 (59), с. 222-225.

5. Авторское свидетельство СССР № 1629480. Композиция для изоляции приток вод в скважине. / Усманов Р., Ягафаров И.Н., Эшназаров А., М.: 1991, Бюл.№ 7. http://www.findpatent.ru/patent/162/1629480.html

Р.Усмонов, У.Р.Усмонов*, ЮДочибоев, И.Н.Ганиев

БАЪЗЕ чанба^ОИ ИСТИФОДАИ АМАЛИИ МА^ЛУЛ^ОИ

комплексной сулфонии кислотаи сулфат дар раванднои

истихрочи нафт

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

Донишго^и миллии Тоцикистон*

Дар макола нишон дода шудаст, ки хангоми якчоя - чудогона фишор дода даровардани кислотаи сулфат ва фракцияи тобитумии васеи нафти баландсулфур ба чох,, хосилшавй ва чудошавии фазахои экстрактии кислотаи сулфат ва рафинад якхела мегузарад, ба монанди дар реакторхо чудошавии пайвастагихои сулфурорганикй аз фракцияи васеъи тобитумй.

Дар ин холат экстракти кислотагии дар таркибаш сулфокислотахои сулфурароматикй ва комплексхои сулфонии сулфидхои дошта дар зери таъсири куввахои гравитатсионй ба кисми поёнии чох, рафинад бошад ба кисми болои чох чудо мешавад.

Малумотхои дар шароити кон гирифташуда нишон медиханд, ки хосияти реаксионии омехтагии кислотаи сулфат ва фракцияи тобитумии васеи нафти баландсулфурро дар яквакт барои ба кисмхои аз об - ва аз нафтсершудаи пласт таъсир кардан истифода намудан мумкин аст.

Калима^ои калиди: фраксияи васеи нафти баландсулфур - кислотаи сулфати истифодашуда -экстракти кислотаи сулфат - комплексхои сулфони - рафинад - цудокунии цисмуои аз об- ва нафтсершудаи пласт.

R.Usmanov, U.R.Usmanov*, U.H.Hojiboev, I.N.Ganiev SOME ASPECTS OF THE PRACTICAL APPLICATION OF THE SULFURIC ACID SOLUTION SULFONIUM COMPLEXES IN OIL PRODUCTION PROCESSES

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

*Tajik National University

Established that the dual injection of sulfuric acid and broad fraction of sour crude oil bitumen plants in wells formation and phase separation of the sulfuric acid extract and sugar is the same as in reactors allocation organo-sulfur compounds from a wide fraction by extraction with sulfuric acid. When this acid extract containing server options sulfonic acids and suffocate complexes saturated sulfides, under the action of gravitational forces, stratified on the bottom, and the carbohydrates (sugar) - the upper part of the bottom of the wells. The data obtained in field conditions to confirm that the specified properties of the reaction mixture H2SO4 and DSFN can be used for simultaneous exposure to water-saturated and saturated part of the reservoir.

Key words: wide fraction high-sulfur oil - spent sulphuric acid - sulfuric acid extract - sulfonamide complexes sugar - insulation water-saturated part of the reservoir.