Ассоциативные полимеры для физико-химических методов нефтеотдачи

Одной из актуальных проблем повышения нефтеотдачи пластов с использованием полимерных составов является организация обработки водопромытых участков пласта со стороны нагнетательных скважин в неоднородных по проницаемости участках, неразобщенных водоупорами. В этом случае необходимо организовать размещение гелевых экранов при их фильтрации на протяженном расстоянии от нагнетательной скважины. Среди перспективных направлений воздействия на промытые зоны в межскважинном пространстве в настоящее время можно отметить использование ассоциативных полимеров.

Ключевые слова: нефть, углеводороды, коллектора, скважина

Ассоциативные полимеры для физико-химических методов нефтеотдачи

Ассоциативные полимеры (в иностранной литературе распространен термин «multisticker polymer» — «многократно прилипающий» полимер) достаточно активно изучаются в связи с необходимостью создания полимеров, обладающих более высокой загущающей способностью, чем традиционные водорастворимые полимеры (например, полиакриламид).

В своей основе эти полимеры представляют собой сополимеры гидрофильного мономера акриламида с небольшим (0,5–3 мольн. %) количеством гидрофобного мономера (например, N-алкил- или N-арилакриламид):

Такие сополимеры имеют, как правило, блочную структуру, в которой на гидрофильной полимерной цепи на значительном удалении друг от друга расположены блоки из нескольких (3–7) следующих подряд звеньев гидрофобного мономера. В водном растворе, то есть в полярной среде, гидрофобные участки полимерных цепей взаимодействуют между собой, образуя ассоциативные связи по механизму, подобному образованию мицелл молекулами ПАВ.

Для проведения экспериментальных опытов были выбраны ассоциативные полимеры (полиакриламид с гидрофобными частицами) марок С319, Р329 и В192. Из таблицы мы можем увидеть, какие у них молекулярные массы и содержание в них гидрофобных частиц. Нам были известны только эти данные.

Таблица 1

Молекулярные массы исодержание гидрофобных частиц используемых марок полимеров

Рассчитав по золотому правилу аналитики необходимое количество полимеров для растворения в дистиллированной воде, приготовили необходимые концентрации для проведения экспериментальных измерений. Объем, использовавшийся для каждого полимера — 10 мл (пенициллиновый пузырек). Используемые концентрации для каждого полимера — 0,1; 0,3 и 0,5 % масс. Каждый полимер растворяли при длительном перемешивании с магнитной мешалкой без доступа воздуха. После растворения проводили измерения вязкости на реометре. На графиках 1,2 изображены вязкости используемых полимеров при концентрации 0,1, 0,3.

Рис. 1. Ассоциативные полимеры В192, С319, Р329 при концентрации 0,1

Рис. 2. Ассоциативные полимеры В192, С319, Р329 при концентрации 0,3

Как видно из графиков полимер В192, с самой низкой молекулярной массой, но высоким содержанием гидрофобных частиц, обладает самой большей вязкостью по сравнению с полимерами Р329 и С319, обладающими высокими молекулярными массами, но меньшим содержанием гидрофобных частиц.

Это объясняется тем, что когда в полимере много гидрофобных частиц, макромолекулы полимера располагаются близко и в той или иной степени «переплетаются», и образование межмолекулярных связей приводит к формированию в растворе сплошной структуры наподобие сетки, но при этом вязкость раствора полимера многократно увеличивается.

Поэтому мы можем отметить, что возможно создание вязкоупругой системы без введения дополнительного сшивателя, только за счет взаимодействия гидрофобных участков цепи, и, следовательно, можно повысить нефтеотдачу пласта.

Но имеются и определенные ограничения по применению полимерного заводнения. К ним относится температура более 90°С, при которой начинается деструкция полиакриламида; высокая минерализация пластовой воды, при которой происходит разрушение структуры полимерного раствора. Нагнетание полимерного раствора в низкопроницаемые коллекторы (проницаемость менее 0,04 мкм²) может оказаться технически неосуществимым из-за высокого давления.

Также полиакриламид подвержен механической деструкции при воздействии высоких сдвиговых нагрузок. Особенно сильно это проявляется при прохождении насосов, клапанов и измерительных диафрагм. Имеются сведения, что на некоторых установках смешения механическая деструкция полиакриламида может составлять 25–35 %.

В условиях повышенной солености пластовых вод и содержания солей кальция и магния водные растворы наиболее доступных полимеров становятся неустойчивыми, нарушается их структура и пропадает эффект загущения воды, а более устойчивые полимеры биологического происхождения пока практически недоступны. Для того чтоб ослабить вредное действие солей, нужно увеличить концентрации ПАА в растворе.

Полимерное заводнение рекомендовано только на ранней стадии разработки месторождения. Чем выше обводненность извлекаемой нефти, тем менее эффективным оказался процесс полимерного заводнения по результатам лабораторных и промысловых испытаний.

Литература:

1. Сургучев М. Л. «Вторичные и третичные методы увеличения нефтеотдачи».
2. Амелин И. Д., Сургучев М. Л., Давыдов А. В. «Прогноз разработки нефтяных залежей на поздней стадии».
3. Шелепов В. В. «Состояние сырьевой базы нефтяной промышленности России Повышение нефтеотдачи пластов».
4. Степанова Г. С. «Газовые и водогазовые методы воздействия на нефтяные пласты».
5. Сургучев М. Л., Желтов Ю. В., Симкин Э. М. «Физико-химические микропроцессы в нефтегазоносных пластах».
6. Климов А. А. «Методы повышения нефтеотдачи пластов».
7. Журнал «Oil&Gas Journal», июнь 2010.
8. Журнал «Нефтяное хозяйство», январь 2008.