Введение
Технология заводнения продуктивных нефтяных пластов, оставаясь наиболее распространенным методом разработки, требует современных подходов в виду того, что коэффициенты охвата нефтяных залежей заводнением далеко не всегда соответствуют требуемым показателям. Работа направлена на поиск оптимальных составов полимерных композиций, закачиваемых в пласт для повышения указанных выше параметров. Среди наиболее широкоиспользуемых агентов заводнения являются водные растворы полиакриламида (ПАА).
В данной статье представлены результаты исследований по электрической обработке растворов полиакриламида для закачки в продуктивные нефтяные пласты с целью повышения нефтеотдачи. В ходе исследований выявлено, что электрическое воздействие разрядами высокого напряжения приводит к изменению структуры воды как растворителя и повышению динамической вязкости растворов полиакриламида, что способствует изменению отношения подвижностей нефть — вытесняющий агент и, в следствие этого, выравниванию профиля приемистости нагнетательных скважин, повышению охвата пласта процессом заводнения.
Исследование существующих рабочих агентов иметодов полимерного заводнения пластов
Все виды химических методов воздействия на продуктивный пласт с целью дополнительного извлечения нефти можно разделить на 3 направления (таблица 1).
Таблица 1
Химические методы повышения нефтеотдачи
|
№, п/п |
Направление |
Виды рабочих агентов |
|
1 |
Методы, направленные на повышение коэффициента вытеснения нефти при помощи увеличения отмывающих характеристик вытесняющего агента. |
ПАВ, щелочи, кислоты и растворители. |
|
2 |
Методы, способствующие повышению охвата продуктивного пласта процессом заводнения и выравнивание фронта вытеснения нефти агентом. |
Полимерные растворы, полимердисперсные системы (ПДС), полимерные растворы с применением сшивателей, коллоидно-дисперсионные системы (КДС), волокнисто-дисперсные системы (ВДС), гелеобразующие композиции. |
|
Комплексные методы, направленные на совместное повышение коэффициента вытеснения и охвата залежи заводнением. |
Нагнетание в пласт алкилированной серной кислоты; силикатное и полимерное заводнение с добавлением щелочей, применение растворов тринатрийфосфата; комбинированные технологии по закачке полимердисперсных систем совместно с ПАВ; технологии совместной закачки полимеров, поверхностно-активных веществ, щелочей, кислот и растворителей; комбинированное воздействие физическими методами (акустическое воздействие, вибровоздействие) совместно с нефтевытесняющими составами. |
Суть этих методов заключается в понижении эффективной проницаемости по воде для отдельных пропластков, которые уже достаточно промыты водой. Объемы инертного газа и активных нефтей, поступившие в отдельные пропластки неоднородного пласта, пропорциональны их проницаемости. Селективная подача реагента в слои с разными проницаемостями способствует выравниванию приемистости.
На основании анализа проектов с применением полимерного заводнения были сформированы критерии его эффективного применения, которые отражены в таблице 2.
Таблица 2
Границы применимости полимерных растворов
|
Таблица применимости полимерных растворов |
||
|
Показатель |
Ед. измерения |
Значение |
|
Проницаемость |
мД |
>20 |
|
Насыщенность подвижной нефтью |
д.ед. |
≥0,15 |
|
Начальная водонасыщенность |
д.ед. |
<0,47 |
|
Температура |
0С |
<70 |
|
Вязкость пластовой нефти |
мПа·с |
5–200 |
На основании многолетнего опыта использования полимерного заводнения можно выделить следующие необходимые условия для его успешной реализации:
1.Детальное изучение геолого-физических параметров продуктивного пласта;
2.Проведение лабораторных экспериментов для выбора полимера, оптимальной концентрации, технологии стабилизации полимера.
3.Математический анализ с применением моделирования для определения оптимальной концентрации полимера и размера оторочки.
4.Проведение фильтрационных испытаний.
5.Контроль за качеством полимера.
6.Постоянный контроль процесса заводнения.
В настоящее время полимерное заводнение как метод увеличения конечного коэффициента нефтеизвлечения получило широкое применение в Китае — месторождения «Daqing» и «Shengli». Месторождение «Daqing» было открыто в 1959 году. К характерным особенностям месторождения следует отнести сложное геологическое строение и высокую неоднородность коллекторов. Температура пласта 113 оС, вязкость пластовой нефти 9 мПа•с, низкоминерализованные пластовые воды 5–7 г/л. Три пилотных проекта (1972–1986гг) показали слабый прирост (< 5 %) КИН.
Дополнительные лабораторные исследования позволили улучшить технологию, и в 1990 году она была внедрена еще на 4 опытных участках. Здесь был получен прирост КИН в пределах 11–14 %.
Анализ использования полимерных растворов на российских месторождениях показал, что широкое применение получили композиции ПАА, КМЦ (концентрацией от 0,4 до 10 г/л), а также биополимер БП-92.
Выявлено, что полимеры, молекулярная масса которых находится в пределах 10–18 млн., могут эффективно применяться в большинстве пластов-коллекторов.
Опытно-промысловый эксперимент по применению растворов ПАА проводился на юго-восточной части Ново-Хазинской площади Арланского месторождения [1].
Лабораторные исследования воздействия электрическими разрядами высокого напряжения на растворы ПАА
Для проведения исследований влияния электрических разрядов на растворитель для подготовки композиций ПАА была собрана лабораторная исследовательская установка. Установка состоит из электротехнической части и реактора, в котором происходит обработка жидкой среды электрическими разрядами.
Конструкция установки позволяет с помощью лабораторного автотрансформатора изменять напряжение разрядов, происходящих в реакторе. Лабораторный трансформатор работает в режиме регулирования напряжения на выходе от 0 до 220 В.
Для инициирования разрядов конструкцией установки предусмотрен «искровик», который замыкает электрическую цепь при достижении на накопительном конденсаторе напряжения пробоя воздушной среды. На данный момент существует 2 конструкции искровика: статическая и динамическая. Первая позволяет регулировать необходимое напряжение при помощи увеличения или уменьшения расстояния между электродами. Вторая позволяет регулировать частоту разрядов при помощи вращающейся пластины с встроенными электродами (рисунок 1).
Реактор представляет собой стеклянную емкость, с закрывающейся крышкой, в которую вмонтировано 2 стальных электрода, один из которых помещается под уровень обрабатываемого раствора, второй располагается в газовой фазе над поверхностью жидкой среды.
Напряжение с накопительного конденсатора поступает на электроды реактора и способствует образованию электрического разряда, замыкающего электрод с обрабатываемой жидкой средой. Прохождение разряда сквозь жидкую фазу приводит к образованию на границах раздела плазменный канал — раствор скачкообразному изменению потенциала. Это приводит к переносу из раствора в плазму нейтральных и заряженных частиц. Процесс сопровождается расщеплением молекул растворителя. Образующиеся активные частицы приводят к изменению свойств обрабатываемого раствора.
Рис. 1. Схематическое изображение составляющих частей лабораторной установки: 1 — источник переменного тока 50Гц, 220 В; 2 — ЛАТР; 3 — емкость, заполненная техническим маслом; 4 — повышающий трансформатор; 5 — высоковольтный конденсатор; 6 — искровик; 7 — накопительный конденсатор; 8 — реактор; 9 — электроды; 10 — жидкая фаза; 11 — газовая фаза
Важным параметром гидродинамического воздействия на продуктивный нефтяной пласт является соотношение вязкостей нефти и воды (или другого агента вытеснения). Вместе с уменьшением этого соотношения повышается эффективность процесса вытеснения нефти из пласта [2].
Исследования проводились с растворами полиакриламида концентрацией от 0,05 % до 1 %. Раствор подготавливался по следующей схеме: полимер смешивался с водой, после чего раствор полимера в воде объемом 300 мл проходил обработку разрядом высокого напряжения в реакторе. Включение установки осуществлялось максимум в течение 5 минут с интервалами зажигания плазменного канала 10 секунд.
Обработка водного раствора плазмой высоковольтного разряда приводит к изменениям структуры воды, происходит сокращение размеров ее кластеров, также наблюдается появление активных частиц и компонентов, таких как ионы водорода и кислорода, ионы надперикисных и перикисных соединений, перикись и надперикись водорода, атомарный кислород в возбуждённых состояниях.
В результате проведенных исследований сделан вывод, что наиболее подходящими растворами являются 1 % растворы ПАА подготовленные с применением воды минимальной жесткостью. Динамическая вязкость раствора при подготовке при помощи воздействия электрическими разрядами высокого напряжения достигает 180 мПа·с. Время полного растворения составляет 120 минут, что на 20–25 % меньше растворения при стандартной подготовке.
Кроме того, было выявлено влияние электрической обработки растворителя (вода в данном случае) на изменение поверхностного натяжения и кинематической вязкости с учетом времени воздействия.
Рис. 2. График зависимости вязкости воды от времени разрядной обработки
Литература:
- Якименко Г. Х. Опыт применения методов интенсификации добычи нефти и увеличения нефтеотдачи пластов на примере Арланского нефтяного месторождения и ключевые направления промышленного внедрения технологий на перспективу // Вестник ЦКР РОСНЕДРА. 2010. № 3. С. 61–69
- Ларри Лейк. Основы методов увеличения нефтеотдачи. Остин, 2005. 449 c.
