Файл: Муравьев, Виталий Михайлович. Новые методы вытеснения нефти из пластов.pdf

чение степени извлечения нефти в данном случае может быть обеспечено лишь путем изменения поверхностно-молекуляр­ ных свойств полиминеральной среды в нефтяном коллекторе, что достигается применением воды, облагороженной поверх­ ностноактивными веществами.

Под поверхностноактивными веществами или детергента­ ми понимаются такие вещества, которые, будучи добавлены к воде или растворам, уменьшает их поверхностное натя­ жение.

Над применением поверхностноактивных веществ в неф­ тедобыче, в частности для увеличения нефтеотдачи пластов, советские и зарубежные ученые работают уже давно.

Проведенными экспериментальными исследованиями по вытеснению углеводородов из пористой среды установлено, что

одним из важнейших факторов, определяющих нефтевымы­ вающую способность воды, является величина поверхностно­ го натяжения на границе нефть — вода и величина краевого угла смачивания на границе нефть — вода — порода или ре­

зультирующая их величина натяжения смачивания.

Еще в 1940 г. научными сотрудниками АзНИИ по добы­ че нефти А. Т. Кочмаревым и Н. Г. Утштейн [2] при исследо­ вании отдельных пластовых жестких и щелочных вод место­ рождений Апшеронского полуострова было обращено внима­ ние на низкие величины поверхностных натяжений на грани­ це нефть — пластовые воды по сравнению с дистиллирован­

ной и морской водой.

В связи с этим было предложено заменить морскую воду пластовыми водами при промывке скважин и при вторичных методах эксплуатации.

В. Т. Малышек и А.;Т. Кочмарев, изучавшие в 1945 г.

пластовые воды в связи с их нефтевымывающей способ­ ностью, установили, что величина поверхностного натяжения на границе нефть — вода зависит как от солевого состава вод, так и от состава самих нефтей, а также от наличия в

водах и нефти поверхностноактивных веществ. Этими же исследователями найдено, что наиболее низкую величину поверхностного натяжения имеют пластовые щелочные во­ ды —от весьма малых значений до 7 дин[см. Это объясняет­ ся наличием в щелочных водах поверхностноактивных ве­ ществ.

Пластовые воды с более высокой минерализацией по срав­ нению со щелочными водами имеют более высокие величи­ ны поверхностных натяжений на границе со своими пласто­ выми нефтями, порядка 7—14 дин)см.

Морская вода на границе с бакинскими нефтями имеет величину поверхностного натяжения, равную 14—23 дин)см,

.а дистиллированная вода—20—34 дин[см.

— 8 —

В АзНИИ по добыче нефти проводились также лабора­ торные исследования по определению вымывающей способ­ ности различных вод.

Наилучшими водами, как и следовало ожидать, оказа­ лись пластовые щелочные воды. Конечная нефтеотдача при применении этих вод получалась в среднем на 13—15% вы­ ше, чем при морской воде.

Кроме того, если применять морскую воду, то происходит неравномерное продвижение контура нефтеносности, быстрый прорыв воды к забоям скважин, преждевременное их обвод­ нение и выход из эксплуатации.

Результатом этого этапа работ явились рекомендации АзНИИ по добыче нефти о предпочтительном применении для законтурного и площадного заводнения щелочных пласто­ вых вод. При недостаточных ресурсах этих вод рекомендо­ ван метод так называемой «оторочки». Этот метод состоит в том, что в начальной стадии заводнения закачивается ще­ лочная вода, которая хорошо отмывает нефтяные пески. После создания в пласте вала или «оторочки» из щелочной воды дальнейшее проталкивание ее в глубь пласта произ­ водится обычной морской водой.

Следующим этапом работ АзНИИ по добыче нефти в этой области было изыскание поверхностноактивных веществ (де­

тергентов) для облагораживания морской воды [3].

При проведении работ имелось в виду, что детергенты должны обладать следующими основными свойствами: вы­ сокой поверхностной активностью, которая позволяет при

незначительных присадках их в воде уменьшать ее поверх­ ностное натяжение, полярной автивностью и сродством с сульфогруппой. До 1955 г. в АзНИИ по добыче нефти испы­ тывались следующие детергенты: сульфанол — продукт окис­ ления осветительного керосина хлором; азолят—продукт сульфирования производных пентана и гексана бензольного ядра; лакричный экстракт, получаемый из солодкового корня.

Последние два детергента при испытании не дали хоро­ ших результатов в смысле снижения поверхностного натя­

жения воды на границе нефть—вода.

Опыты с сульфанолом проводились при постоянной тем­

пературе как при атмосферном давлении, так и при избыточ­ ном давлении в 10 и 25 атм. Взятая для экспериментов нефть имела удельный вес 0,869 и вязкость при температуре 20°С— 8—9 спз. Опыты проводились на модели пласта, состоящей из трубки длиной £ = 595 мм и диаметром d = 60 мм, запол­

ненной песком. Опыты дали следующие результаты:

1) добавка к морской воде сульфанола в количестве 0,1% снижает поверхностное натяжение на границе нефть — вода

до 3,2 дин!см\ повышение добавки сульфанола еще более снижает поверхностное натяжение;

— 9 —

2) снижение поверхностного натяжения до указанной ве­ личины устраняет быстрый прорыв воды, способствует более равномерному продвижению водонефтяного контакта и в соответствии с этим приводит к большей нефтеотдаче за

безводный период; 3) добавка сульфанола к морской воде в указанных ко­

личествах увеличивает конечную нефтеотдачу по сравнению

сморской водой на 5,5%;

4)удельные расходы щелочной пластовой воды и морской

воды с добавкой указанных количеств сульфанола оказа­

лись к моменту 99%-ной обводненности выходящей струи величинами одного и того же порядка. Удельный же расход чисто морской воды оказался в два раза больше.

К недостаткам этого реагента относится его высокая адсорбционная способность, что приводит к быстрому повтор­ ному повышению поверхностного натяжения морской воды.

Поэтому АзНИИ по добыче нефти не рекомендует суль­ фанол для использования в промышленных условиях и счи­ тает необходимым продолжить исследования различных де­ тергентов на длинных колонках (моделях пласта).

В последние годы, кроме АзНИИ по добыче нефти, иссле­ довательские работы по применению поверхностноактивных

веществ в добыче нефти проводили также Институт нефти Академии наук СССР, ВНИИнефть и другие научные орга­ низации.

За последнее время появились сообщения о том, что в США для повышения нефтевымывающей способности воды и увеличения коэффициента нефтеотдачи также проводятся широкие лабораторные и промысловые работы по облагора­ живанию воды поверхностноактивными веществами.

Широко применялись детергенты на Бредфордском место­ рождении в Пенсильвании [4], но полученные результаты

оказались неубедительными, хотя в некоторых случаях и бы­

ло достигнуто увеличение нефтеотдачи. Промысловые испы­ тания по применению детергентов проводились также на месторождениях Мидконтинента. Лабораторные испытания проводятся во многих штатах.

Терека и Батлер в своей статье [5] указывают, что из множества детергентов, изготовляемых промышленностью, лучшие результаты по вытеснению нефти дали водораство­

римые неионные поверхностноактивные вещества.

В лабораторных условиях было установлено, что наилуч­ шими из всех испытанных детергентов являются производные алкилфенолов. Производные канифоли и окиси этилена, так­ же относящиеся к неионным детергентам, менее эффективны,

чем производные алкилфенолов. Катионные и анионные де­ тергенты, как правило, оказывались неэффективными или малоэффективными.

— 10 —

На основании анализов и длительных лабораторных ис­ следований, Терека и Батлер пришли к выводу, что влияние ловерхностноактивного вещества на нефтеотдачу при отмыв­

ке заключается в. следующем:

а) на границе раздела нефть — вода уменьшается поверх­ ностное натяжение;

б) поверхность породы из гидрофобной превращается в

гидрофильную; в) с поверхности породы вытесняется нефть.

При этом поверхностноактивное вещество должно доста­ точно хорошо растворяться в нефти и иметь минимальную тенденцию к адсорбции на поверхности породы, чтобы потери были наименьшими.

Торрей [6, 7, 8] в своих последних работах указывает, что предложенные в 1951. г. и позже многие поверхностноак­ тивные вещества для повышения нефтеотдачи или. увеличе­ ния темпов нефтедобычи в настоящее время производятся в больших количествах. П. Д. Торрей констатирует, что сов­ местное применение двух или нескольких поверхностноак­ тивных веществ оказалось значительно более эффективным,

чем применение одного лишь вещества или нескольких ве­ ществ последовательно.

Причины такого совместного влияния еще не выяснены.

Однако известно, что одни вещества обладают значительно большей эффективностью на границе раздела между жид­

для увеличения нефтеотдачи пластов и для облагораживания воды и разных растворов при обработках призабойных зон скважин.

Эта область весьма перспективна. Можно рассчитывать, что наряду с другими проблематичными методами вытесне­ ния нефти из пористой породы, применение поверхностно-

активных веществ окажет большое влияние на дальнейшее

совершенствование технологии разработки нефтяных место­ рождений.

ВЫТЕСНЕНИЕ НЕФТИ СМЕШИВАЮЩИМИСЯ С НЕЙ ФЛЮИДАМИ

Выше было сказано, что основной причиной неполного вытеснения нефти из пласта является действие капилляр­ ных сил, существующих в пористой среде. Эти силы могут быть преодолены с помощью поверхностноактивных веществ или, что более эффективно, нагнетанием в пласт жидкости или газа, смешивающихся с пластовой нефтью. При смешива­

11