Анализ факторов, влияющих на химическую деструкцию поверхностно-активных веществ в пластовых условиях



В статье рассмотрены основные факторы, которые влияют на степень химической деструкции неионогенных ПАВ в условиях, приближенным к пластовым.

Ключевые слова: химическая стабильность, деструкция, поверхностно-активные вещества, минерализация, pH, давление, температура.

Одним из распространенных физико-химических методов повышения нефтеотдачи (МУН) является заводнение с использованием поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые, адсорбируясь на поверхности раздела фаз нефть-вода, снижают межфазное натяжение. Это способствует вовлечение в разработку остаточных запасов нефти. При использовании заводнения с применением ПАВ необходимо учитывать поведение реагента в пластовых условиях.

При попадании в пласт молекулы ПАВ подвергаются химической деструкции со стороны компонентов, находящихся в пласте-коллекторе. Степень химической деструкции зависит от термобарических условий и от времени контактирования раствора в пласте.

С целью изучения влияния основных параметров пласта на величину химической деструкции, учеными из НИИнефтеотдача были проведены лабораторные исследования неионогенных поверхностно-активных веществ (НПАВ): ОП-7, ОП-10, АФ-12, в условиях, приближенных к пластовым.

В таблице 1 приведены характеристики и состав пластовых вод Арланского месторождения.

Таблица 1

Характеристика исостав пластовых вод

Параметры	Значение
Вязкость, мПа	1,3
Плотность, кг/м3	1173
pH	5,3
Минерализация, г/дм3	180–249
Содержание ионов:
Cl	110050–155000
SO4	560–1100
Na, K	67113–78000
Ca	3150–12290
Mg	4900–4620

Согласно данным из табл. 1, пластовые воды месторождения являются высокоминирализованными. В состав вод входят Cl, Na, К,Ca и другие.

С целью определение химической стабильности неионогенных ПАВ было изучено влияние ионов элементов, растворенных в пластовой воде.

Степень химической деструкции рассчитана по формуле:

(1)

Где К — степень химической деструкции, %; М — количество разрушенного ПАВ; М_{0 —} исходное количество ПАВ.

Результаты лабораторных работ, выполненных Нигматуллиной Р. Ф., по определению влияния ионов некоторых элементов приведены в таблице 2.

Таблица 2

Химическая деструкция ПАВ ОП-10 иАФ_9–12 под влиянием ионов различных элементов иэлементарной среды

Реагент	Соотношение (НПАВ:реагент)	Температура, 0С	Время реакции, ч	Степень химической деструкции,%
				АФ9–12	ОП-10
Натрий гидроксид	1:0.01	20	48	-	2–5
Калий гидроксид	1:0.01	20–45	21	-	-
Аммония гидроксид	1:1	20–45	21	-	-
Натрий углекислый	1:0.01	45	21	-	-
Калий углекислый	1:0.01	45	48	-	-
Калий углекислый	1:0.01	100	21	2–3	5–8
Натрий сернокислый	1:0.01	20	48	3	15
Натрий сернокислый	1:0.01	45	21	3	30
Натрий хлористый	1:0.01	45	21	2	10
Барий хлористый	1:0.01	100	21	7	22
Кальций хлористый	1:0.01	45	21	2	30
Магний хлористый	1:0.01	45	21	5	27
Железа сульфид	1:0.01	45	21	16	100
Железа сульфид	1:0.01	45	7	13	85
Сероводород	1:0.01	20	4	5–8	20
Сера	1:0.01	45	21	-	96
Сера	1:0.01	45	14	-	85
Сера	1:0.01	100	7	-	80

По данным таблицы 2, видно, что на степень деструкции НПАВ оказывают влияние ионы, содержащиеся в воде. Максимальное значение деструкции для ОП-10 достигает 85 %, для АФ_9–12–16 %.

Величина химической деструкции также зависит от пластовой температуры и давления. Результаты исследований по влиянию термобарических условий на величину деструкции для неионогенного поверхностно-активного вещества марки ОП-10 приведены в таблице 3.

Таблица 3

Влияние температуры идавления на величину химической деструкции 5% раствора ПАВ

Температура, 0C	Давление, МПА	Время, ч	Степень химической деструкции,%
			ОП-10	АФ9–12
25	10	14–21	53	28
40	10	14–21	72	34
45	10	14–21	96	40

Согласно данным таблицы 3, величина деструкции увеличивается с ростом пластовой температуры и может достигать высоких значений (97 % для ОП-10).

С целью определения влияние минерализации и уровня pH пластовых вод на деструкцию ПАВ были проведены опыты с использованием неионогенного поверхностно-активного вещества марки АФ_9–12, результаты исследований для нескольких месторождений приведены в таблице 4.

Таблица 4

Влияние уровня минерализации иPH пластовой воды на степень химической деструкции АФ_9–12 за 21 час

Месторождение	Пластовая вода		Пластовая температура,К	Пластовое давление, МПа	Степень химдеструкции,%
	минерализация	pH
Арланское	265,00	5,0	300	10	6–7
Самотлорское	22,25	7,4	359	17	8–10
Западно-Сургутское	16,9	7,7	347	18	6–7
Мамонтовское	17,20	7,6	340	17	6–8
Суторминское	17,95	7,5	353	13	6–7

В ходе поставленной задачи также были проведены опыты по определению связи между химической деструкцией и химическим составом горных пород. Результаты лабораторных работ отображены в таблице 5.

Таблица 5

Химический состав породы месторождений

Месторождение	Содержание активных компонентов,% 10–3								Степень хим. деструкции АФ9–12,%
	Cu	Ni	Mn	Ti	Cr	Sr	P	S
Самотлорское	3–5	2–4	11–19	500–200	35–70	-	60	2,4–3,2	35–38
Зап.Сургутское	1	0,6	9	200	4	200	-	2,2–2,6	37–46
Мамонтовское	1	1	90	100	9	40	-	1,2–1,5	33–37
Уршакское	3,5	2–4	40	100	50–100	5	50	1,5–4,1	28–32
Стрежевское	1	1	15	200	10	-	-	0,6–0,9	20–22
Советское	3	1	4	500	5	-	-	0,3–0,7	20–23

На основании серии лабораторных исследований можно сделать вывод, что НПАВ подвергаются химической деструкции под влиянием различных факторов: температура, давление, pH, активные компоненты. Была выявлена прямая зависимость степени деструкции от pH среды и от количества металлов серы и ее соединений.

Для повышения химической стабильности и, как следствие, эффективности применения поверхностно-активных веществ, используют реагенты-стабилизаторы (лигносульфонат, проксамин и др.), которые защищают ПАВ от деструкции.

Литература:

1. Исследование возможной химической деструкции НПАВ в пластовых условиях /Р. Н. Фахретдинов, К. С. Фазлутдинов и др. // Нефтяное хозяйство — 1991-№ 5-С.27–29.
2. Ленченкова Л. Е. Повышение нефтеотдачи пластов физико-химическими методами. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1998. 394 с.
3. О химической стабильности неионогенных поверхностно-активных веществ в пластовых условиях при нефтевытеснении /Р.Н Фахретдинов, К. С. Фазлутдинов, Р. Ф. Нигматуллина //ДАН СССР-1998-Т.301-М2-С.355–358.
4. Справочное пособие по применению химических реагентов в добыче нефти / Г. З. Ибрагимов, Н. И. Хисамутдинов. — Москва: Недра, 1983.
5. Фахретдинов Р. Н., Нигматуллина Р. Ф., Новые физико-химические аспекты повышения эффективности химреагентов в нефтедобыче — Уфа:Гилем, 1996–193с.