Файл: Бабалян, Г. А. Физико-химические процессы в добыче нефти.pdf

тей проводилось на специальной установке, собранной на базе УИПК-1М. Установка позволяет проводить опыты по фильтрации пластовой нефти через образцы породы и через капилляры при статическом давлении до 130 кгс/см2. Расходы жидкости можно изменять от 0,7-ІО-7 см3/с до 0,330 см3. Применение специальных дифференциальных манометров позволило . измерять перепады давлений от 0,4 мм вод. ст. до 1 кгс/см2. В опытах использовали медный капилляр диаметром 0,0396 см, длиной 170 см и образец песчаника с газопроницаемостью 0,23 д, диаметром 3 см, длиной 4 см.

Опыты с пластовыми нефтями проводились при давлениях в установке 100 кгс/см2. При этом давлении и разных расходах нефть прокачивалась через капилляры и песчаник. При устано­ вившихся режимах определялись перепады давления. Полученные данные использовались для построения реологических линий ис­ следуемых нефтей.

Физико-химические свойства этих нефтей приведены в табл. 2.

Таблица 2

Реологические линии, т. е. графики зависимости перепада дав­ ления от скорости движения или фильтрации жидкости для пла­ стовых нефтей скв. 851, 198, 952, отличаются от реологических ли­ ний для ньютоновских жидкостей. В определенном интервале ско­ ростей и перепадов давления зависимость между ними нелинейная. Кривые имеют характерную форму, свойственную структурирован­ ным жидкостям. При малых скоростях движения вязкость нефти оказывается очень высокой. С ростом скорости вязкость падает до некоторой наименьшей величины и в дальнейшем в широком интервале скоростей и перепадов давлений остается постоянной. Отмеченные аномалии вязкости пластовых нефтей указывают на существование в них пространственных структурных сеток.

Реологические линии такой формы характерны для жидкооб­ разных систем — по классификации, предложенной академиком

38

П. А. Ребиндером [83]. Структурная сетка в таких системах от­ носится к числу коагуляционных структур. Частично десольватированные агрегаты асфальтенов связаны между собой вандерваальсовыми силами. Эти структуры отличаются легкой разрушаемостью и восстанавливаемостью.

С целью изучения гистерезисных явлений были получены ре­ ологические линии при последовательном увеличении и уменьше­ нии скорости движения нефти через капилляр. Эти линии имеют практически одинаковую форму.

При фильтрации нефти через образец песчаника реологичес­ кая линия по форме такая же, как и при движении нефти в капил­ ляре. При фильтрации пластовой нефти через песчаник существен­ ное значение имеет предыстория системы. Если нефть до прове­ дения исследования длительное время фильтровалась через керн, то давление сдвига оказывается меньше, чем в случае, когда пе­ ред исследованием нефть в пористой среде была в покое. Длитель­

продолжение которой проходит через начало координат. Это сви­ детельствует о том, что в тех поровых каналах, где идет фильт­ рация, структура в нефти полностью разрушена. Следовательно, вязкость нефти с разрушенной структурой в керне можно считать такой же, как и нефти в капилляре при больших скоростях дви­ жения. Знание вязкости позволяет рассчитать нефтепроницаемость песчаника при перепадах давления выше давления сдвига. Уста­ новлено, что увеличение скорости фильтрации через керн нефти не только снижает давление сдвига, но п увеличивает нефтепрони­ цаемость. Оказалось, что эти процессы обратимы. Если после фильтрации нефть в песчанике вновь оставить на 18 ч и более в покое, структура в нефти восстанавливается. Повторное иссле­ дование дает очень сходные результаты с предыдущими опытами.

Исследования молекулярного веса асфальтенов показали, что его величина зависит от того, находятся ли нефть или ее растворы в покое пли перемешиваются. При частичном перемешивании нефти происходит разрушение агрегатов асфальтенов, сопровож­ дающееся уменьшением молекулярного веса. Можно предполо­ жить, что предварительная фильтрация нефти через песчаник оказывает.сильное воздействие на агрегаты асфальтенов в нефти, уменьшает их размеры и молекулярный вес. Это ведет к ослабле­ нию взаимодействия между агрегатами и уменьшению структур­ ных свойств нефти. Интенсивность воздействия на асфальтены при прокачке именно через пористую среду, вероятно, объясняется малыми размерами, извилистостью и многочисленными разветвле­ ниями пор. При движении в порах агрегаты асфальтенов разру­ шаются сильнее, чем в одиночном капилляре.

Структурные свойства пластовой нефти исследовались и при

39

повышено!! температуре — при 50 и 80° С. Эти температуры зна­ чительно выше не только температуры кристаллизации самых высокомолекулярных парафинов, но и температуры плавления

парафина.

Исследования пластовых нефтей в капилляре показали, что динамическое давление сдвига и динамическое напряжение сдви­ га заметно уменьшаются при повышении температуры. Но все же и при 50 и при 80° С структурные свойства пластовых нефтей сохраняются.

Чем больше асфальто-смолистых веществ и, в частности, ас­ фальтенов содержит нефть, тем сильнее проявляются у нее структурные свойства. Дегазация нефти приводила к сильному уменьшению структурных свойств. Можно утверждать поэтому, что именно асфальтены в присутствии газа образуют простран­ ственную сетку, придающую пластовой нефти структурные свой­ ства.

5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕФТИ С ПОРОДОЙ И МЕТАЛЛОМ

Как указывалось выше, кислородные соединения нефти явля­ ются наиболее химически- и поверхностно-активными компонента­ ми ее. Взаимодействие нефти с породой и Металлом определяется физической и химической адсорбцией этих веществ на твердой по­ верхности. Исследования [10] адсорбции асфальтенов из кероси­ новых растворов нефти Кюровдагского месторождения Азербай­ джана и из керосино-бензольных растворов асфальтенов, выделен­ ных из этой же нефти плотностью 0,922 г/см3, с содержанием нафтеновых кислот 1,1%, асфальтенов 7,0%, акцизных смол 64,0%, силикагелевых смол 20,0%, показали, что адсорбция на поверх­ ности кварцевого песка и песка I горизонта указанного месторож­ дения протекает интенсивно в первые 6—10 ч, затем заметно ос­ лабевает и по истечении 48 ч практически прекращается — на­ ступает адсорбционное равновесие.

В табл. 3 приведены значения толщины адсорбционных пле­ нок при предельной адсорбции.

Отношения Аг'.Аі для обоих песков близки, что говорит о ма­ лом влиянии на них минералогического состава. Величина адсорб­ ции асфальтенов из керосиновых растворов нефти меньше, чем из керосино-бензольных растворов асфальтенов. Это связано, по-ви­ димому, с наличием в нефти нафтеновых кислот, которые как более активные компоненты нефти подавляют в определенной ме­ ре адсорбцию асфальтенов. Возможно также влияние смол и других компонентов нефти. При выделении асфальтенов из дега­ зированной нефти они претерпевают значительные изменения [90] и не исключена возможность увеличения их адсорбционной способности.

Вместе с тем установлено [46], что асфальто-смолистые ком­ поненты нефти Ромашкинского месторождения не претерпевают качественных и количественных изменений при ее дегазации в от-

40

сутствне воздуха. В присутствии же воздуха изменения наблюда­ ются в сторону образования асфальтенов [15]. Асфальто-смоли­ стые вещества способны адсорбироваться и на кристаллах пара­ фина [46]. С повышением температуры парафин растворяется в нефти и асфальтены переходят в объемную фазу. Очевидно, все это в значительной мере сказывается на адсорбции асфальтенов.

Наблюдения за изменением содержания асфальтенов в нефти, проведенные в течение нескольких лет при разработке Арлаиского месторождения, показали, что в пластах при движении нефти происходит адсорбция асфальтенов, особенно в призабойной зоне, на что указывают измерения радиоактивности пород. Радиоак­ тивность со временем возрастает. Это может быть объяснено толь­ ко ростом содержания асфальтенов.

Многие нефти содержат нафтеновые кислоты и смолы, асфаль­ тены же в них отсутствуют. Исследования адсорбции нафтеновых кислот с молекулярным весом 206 и 300 (выделенных из нефтей Апшерона) из керосиновых растворов, на кварцевом, полевошпа­ товом и кальцитовом песках одинакового гранулометрического состава 0,1—0,06 мм [17], показали, что предельная адсорбция при длительной фильтрации не достигается даже при концентра­ циях 1%. Наибольшая адсорбция происходит на кальците, наи­ меньшая — на кварце.

С повышением температуры адсорбция убывает (рис. 11). Для кальцита адсорбция не зависит от температуры, начиная с 52° С, для других песков это наблюдается при несколько больших тем­ пературах. На кальците, по-видимому, преобладает хемосорбция.

Сильно уменьшается адсорбция в пределах .температур 20— 52° С. Интенсивное возрастание адсорбции наблюдается с концент­ рации 0,5%. Нафтеновые кислоты.с молекулярным весом 300 ад­ сорбируются больше, чем с молекулярным весом 206, причем из ксилоловых растворов больше, чем из керосиновых, так как раст­ воримость нафтеновых кислот в ксилоле меньше. При адсорбции глинами нафтеновых кислот из высших углеводородов высокомо-

4Г