Файл: Увеличение нефтеотдачи пластов на основе применения серной кислоты.docx

Алкилированная серная кислота. Это — отработанная серная кислота крупнотоннажного химического и нефтехимического производства. Использование АСК обеспечивает устойчивое повышение нефтеотдачи.

Алкилированная серная кислота обладает меньшей коррозийной активностью, чем обычная кислота .
    Влияние закачки серной кислоты на нефтеотдачу в промысловых условиях наиболее полно изучалась при линейном и очаговом вариантах внутриконтурного заводнения. Для создания кислотных оторочек использовалась, в основном, алкилированная серная кислота. Размеры оторочки выбирались в предположении, что требуемая концентрация генерированных в пласте сульфокислот (ПАВ) будет обеспечиваться в объеме жидкости, равном одному объему порового пространства. Например, для создания концентрации ПАВ 0,05% необходимо закачать серную кислоту в количестве 0,14—0,16% от объема порового пространства пласта. В абсолютном исчислении масса подаваемой в каждую скважину концентрированной серной кислоты изменялась от 500 до 800—1200 т. 

3.1 Очистка отработанной алкилированной серной кислоты


Отработанная в процессе алкилирования серная кислота может быть вторично использована для очистки нефтепродуктов (в частности масел), для производства деэмульгаторов — НЧК (нейтрализованный черный контакт) или направлена на регенерацию. Практически большая часть отработанной серной кислоты расходуется главным образом на производство деэмульгаторов типа НЧК. 

    Для исключения окисляющего влияния серной кислоты необходимо вести процесс при низкой температуре

---

 (обычно 5—10 °С). Реакторы, в которых используется фтористоводородная кислота, обычно работают при 20—40 °С. Продукты  алкилирования серной кислотой имеют более высокое октановое число, чем в случае фтористоводородной. Очевидно, это является следствием различия рабочих параметров, особенно температуры, концентрации изобутана и объемной скорости.

Эти вещества используют в неразбавленном виде либо в смеси с алкилированной серной кислотой. Реагенты марки А-1 и А-2 действуют тнетающе на нервную систему, а при хроническом отравлении действуют на кроветворные органы. Абсорбент А-3 раздражающе действует на верхние дыхательные пути и кожу. 

    Кубовые остатки от ректификации высших спиртов представляют собой легковоспламеняющуюся жидкость темно-коричневого цвета с температурой вспышки 38 °С, плотностью 890 кг/м , вязкостью 3 мПа с при температуре 20 °С. Пары этого вещества, иногда именуемого пеиореагентом, раздражающе действуют на слизистые оболочки верхних дыхательных путей и глаз. Применяют его в неразбавленном виде и в смеси с алкилированной серной кислотой. 

4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

Серная кислота H2SO4- сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях концентрированная серная кислота - тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом SO3. Если молярное отношение SO3: H2O 1, - раствор SO3 в серной кислоте (олеум). Реактивная серная кислота имеет обычно плотность 1,84 г/см3 и содержит около 95 % H2SO4. Затвердевает она лишь ниже -20 °С. Температура плавления моногидрата равна 10,37 °С при теплоте плавления 10,5 кДж/моль. В обычных условиях он представляет собой очень вязкую жидкость с весьма высоким значением диэлектрической проницаемости (e = 100 при 25 °С). Стандартная энтальпия образования ДH=298 кДж/моль. Стандартная энергия Гиббса образования ДG=298 кДж/моль. Стандартная энтропия образования S=298 Дж/моль·K. Стандартная мольная теплоемкость Cp =298 Дж/моль·K.

---

Химические свойства:

Серная кислота - сильная двухосновная кислота, диссоциация ее протекает по двум ступеням:

H2SO4 = H+ + HSO4- - первая ступень

HSO4 =H+ + SO42- - вторая ступень

В концентрированных растворах диссоциация серной кислоты по второй ступени незначительна.

Серная кислота - сильнейшее дегидратирующее (водоотнимающее) вещество. Она поглощает влагу из воздуха (гигроскопична), отнимает воду от кристаллогидратов:

H2SO4 конц. +CuSO4*5H2O голубой = CuSO4 белый + 5H2O;

Серная кислота проявляет все свойства сильных кислот:

а) взаимодействует с основными оксидами, например:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

б) с основаниями, например:

2NaOH + H2SO4= Na2 SO4 + 2H2O

в) вытесняет другие кислоты из их солей, например те, которые слабее нее:

CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O

или более летучие (обладающие температурами кипения ниже, чем у серной кислоты):

NaNO3тв. + H2SO4 конц= NaH SO4 + HNO3- при нагревании.

В окислительно-восстановительных реакциях разбавленная серная кислота проявляет свойства обычной кислоты (неокислитель) - при этом восстанавливаются ионы Н+, например: Fe + H2SO4 разб= Fe SO4 + H2. Разбавленная H2SO4 не взаимодействует с металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода. Концентрированная серная кислота - кислота-окислитель, при этом восстанавливается сера (+6). Она окисляет металлы, стоящие в ряду напряжений правее водорода: Cu + 2 H2SO4конц= Cu SO4 + SO2 + 2H2O и металлы, стоящие левее водорода, при этом сера восстанавливается до степени окисления +4, 0 и -2:

Zn + 2 H2SO4 = Zn SO4+ SO2 + 2H2O (1.12) 3Zn + 4 H2SO4 = 3Zn SO4 + S + 4H2O

4Zn + 5 H2SO4 = 4Zn SO4 + H2S + 4H2O

Железо, алюминий, хром концентрированной серной кислотой пассивируются (не реагируют), однако при сильном нагревании реакция начинается, например:

2Fe + 6 H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O.

Концентрированная серная кислота окисляет неметаллы, например:

C + 2 H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O (1.16) S +2 H2SO4 = 3SO2 + 2H2O

Концентрированная серная кислота окисляет также сложные вещества, например HI и HBr:

2HBr + H2SO4 = Br2 + SO2 + 2H2O

8HI + H2SO4 = 4I2 + H2S + 4H2O ;

соли железа:

2Fe SO4 + 2 H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 2H2O + SO2.

Серную кислоту выпускают нескольких сортов. Они отличаются концентрацией и количеством примесей. Для производства медицинских препаратов, особо чистых реактивов, для заливки аккумуляторов требуется чистая кислота. При травлении металлов, в производстве суперфосфата можно воспользоваться кислотой, имеющей некоторые загрязнения. Экономически это выгодно. Такая кислота более дешевая.Сернокислотная промышленность выпускает так называемый олеум, используемый при производстве некоторых органических препаратов, взрывчатых веществ. Олеум представляет собой раствор серного ангидрида в серной кислоте. Сорта олеума различаются по концентрации серного ангидрида в серной кислоте. Для некоторых особых целей выпускают олеум, содержащий серного ангидрида до 60%. Так, кислота серная техническая и олеум технический(ГОСТ 2184-77) применяются в производстве различных солей, кислот, всевозможных органических продуктов, красителей, взрывчатых веществ, минеральных удобрений, в качестве водоотнимающего и осушающего средства, в процессах нейтрализации, травления и многих других. Эти продукты не горючи и относятся к веществам 2-го класса токсичности.

---

5. ВЛИЯНИЕ ГЕОЛОГО-ТЕХНИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗАВОДНЕНИЯ

Эффективность процесса вытеснения нефти водой из нефте­носных пластов зависит от их геолого-физических свойств, от свойств воды и нефти и условий извлечения. Как показывает опыт разработки нефтяных месторождений, на показатели извле­чения нефти из пластов при заводнении наиболее сильное влияние оказывают:

• 
  соотношение вязкостей нефти и воды
  
• 
  неоднородность пластов по проницаемости, средняя прони­цаемость и расчлененность;
  
• 
  температура пласта;
  
• 
  относительные размеры водонефтяных зон;
  
• 
  микронеоднородность пористой среды, нефтенасыщенность и капиллярные силы;
  
• 
  плотность сетки скважин;
  
• 
  система заводнения
  

По основным месторождениям Урало-Поволжья (более 50 объ­ектов) методом многофакторного анализа было изучено влияние этих факторов на нефтеотдачу пластов при их заводнении .Эти месторождения, в частности Мустафинское, приуроченные к терригенным кол­лекторам, находились на поздней стадии разработки с высокой обводненностью продукции и разрабатывались на водонапорном режиме.

Средние значения некоторых геолого-физических параметров по Мустафинскому месторождению:

• 
  Проницаемость коллекторов, мкм2 0,2-0,4
  
• 
  Гидропроводность пластов, мкм2-см/(мПа-с) 20—1100
  
• 
  Подвижность нефти в пластовых условиях, мкм2/(мПа-с) 0,06—1,46
  
• 
  Плотность в поверхностных условиях, г/см2 0,89-0,910
  

При вытеснении нефти из пористых сред оторочкой серной кислоты коэффициент вытеснения вырос на 13 — 15% .

Столь высокая эффективность обусловлена не только образованием из нефти ПАВ, но и тем, что при химическом взаимодействии сульфат-ионов с солями кальция, составляющими минералогическую основу породы, образуется малорастворимый в воде сульфат кальция — гипс. Кристаллы гипса частично закупоривают поры пласта, промытые водой, направляя последующие порции воды в поры, заполненные нефтью. Это приводит к повышению охвата пласта вытеснением. 

6.ОПЫТ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ СЕРНОКИСЛОТНОГО ЗАВОДНЕНИЯ НА МУСТАФИНСКОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ

С 2009 по 2015 г. объект разбуривается собственной сеткой скважин по площадной пятиточечной системе (сетка 500 х 500 м). Плотность сетки скважин составила 18 га.

Система заводнения формировалась практически одновременно с вводом добывающих скважин: так, в 2010 г. выполнен перевод под закачку трех добывающих скважин, в 2011 г. осуществлен ввод семи нагнетательных скважин из эксплуатационного бурения. Система применяемого заводнения -внутриконтурная в сочетании с приконтурной. 

---

В настоящее время на Мустафинсокм месторождении проводятся геолого-технические мероприятия, широкое распространение получило сернокислотное заводнение, в 2017 г. выполнено два мероприятия на рассматриваемом объекте, данная технология показала положительный технологический эффект, эффективность составила 6,3 т/сут. Таким образом рекомендуется выполнить сернокислотное заводнение при соответствии скважин критериям применимости технологии.

В качестве примера можно отметить очаг нагнетания скв. № 91: вскрыта перфорацией верхняя и нижняя часть разреза, в результате в скв. № 67, 80 отмечается положительная динамика пластового давления В 2017 г. в скважинах проведены мероприятия по повышению нефтеотдачи пластов (ПНП) (сернокилотное заводнение), прирост составил 4,0 и 8,6 т/сут соответственно (однако в скв. № 116 отмечается снижение дебитов нефти - за восемь месяцев показатель уменьшился на 84 %). В скв. № 79 отмечается пониженное пластовое давление 8,8 МПа, отсутствие влияния, вероятно, обусловлено отделенностью скважин друг от друга.

Анализ разработки залежи на естественном режиме показал, что интенсивность процесса вытеснения значительно выше с применением сернокислотной системы заводнения. При разработке залежи на естественном режиме отмечается снижение пластового давления, что в свою очередь ведет к снижению продуктивности скважин.

Организация системы заводнения на первых этапах позволила существенно интенсифицировать выработку запасов. Создание дополнительных очагов нагнетания благоприятно повлияло на восстановление давления по отдельным районам скважин.

7.РАСЧЕТ ОБЪЕМА ЗАКАЧИВАЕМОЙ ОТОРОЧКИ РАСТВОРА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ ДЛЯ КОНКРЕТНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

8.ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ СЕРНОКИСЛОТНОМ ЗАВОДНЕНИИ
Основным компонентом сернокислотного заводнения является раствор серной кислоты.

Диоксид серы составляет более 95% всех техногенных выбросов серосодержащих веществ в атмосферу. Около 96% мирового выброса SO₂ приходится на северное полушарие. По оценке экспертов Массачусетского технологического института (США), в 2000 г. мировой выброс SO₂ в атмосферу достиг 275 млн т и стал соизмерим с природными поступлениями соединений серы в воздушную среду.

---