Влияние физико-химических свойств нефти на межфазное натяжение при взаимодействии с щелочью

В статье рассмотрено влияние основных свойств нефти на снижение межфазного натяжения при взаимодействии с щелочью, входящую в состав раствора ASP.

Ключевые слова: ASP-раствор, щелочь, кислотное число, активность нефти, щелочной коэффициент, межфазное натяжение, заводнение.

Одним из распространенных методов добычи нефти в России и за рубежом является нагнетание воды в нефтенасыщенный горизонт с целью поддержания пластового давления. Однако такой способ не позволяет добиться полного извлечения нефти. С целью вовлечения в разработку остаточных запасов применяют третичные методы увеличения нефтеотдачи (МУН), которые подразделяются по характеру воздействия на следующие типы: физико-химические, тепловые, газовые, гидродинамические, комбинированные. Эффективность от применения МУН заключается в увеличении коэффициента охвата, коэффициента вытеснения, или одновременном увеличении обоих коэффициентов как, например, в случае ASP-заводнения.

Сущность технологии ASP-заводнения заключается в том, что в пласт закачивают оторочки щелочи, поверхностно-активных веществ (ПАВ) и полимера. Эффективность применения метода зависит от того, насколько правильно были выбраны типы компонентов ASP-раствора, объемы и концентрации их оторочек, для конкретного месторождения, на котором применяется заводнение.

Щелочь, в составе ASP-раствора, попадая в пластовые условия, взаимодействует с кислыми компонентами нефти, к которым относятся асфальтены, нафтеновые и жирные кислоты, фенолы. В результате данного взаимодействия образуются водорастворимые поверхностно-активные вещества, способные снижать межфазное натяжение на границе нефти с раствором до значений <0,01 мН/м. Институтом ВНИИнефть была предложена классификация нефтей, в зависимости от степени снижения межфазного натяжение на границе нефть-щелочной раствор (таблица 1).

Таблица 1

Классификация нефтей по величине межфазного натяжения на границе сщелочью

Низкие значения межфазного натяжения приводят к увеличению коэффициента извлечения нефти. Значимую роль в уменьшении межфазного натяжения играют нафтеновые кислоты (C_nH_2n-2O₂), которые в большом количестве содержатся в нафтеновых нефтях.

Показателем содержания в нефти соединений, имеющих кислый характер, является кислотное число, которое определяется по формуле:

где: V — объем 0,1 н. р-ра KOH, пошедшего на титрование, мл; a — навеска образца, г.

Учеными были проведены исследования по влиянию свойств нефти на активность ее взаимодействия с щелочью [5]. Результаты работ приведены на рисунке 1.

Рис. 1. Зависимость межфазного натяжения от концентрации щелочи

Где: 1, 2 — кривые для двух нефтей в соответствующих координатах.

Из графика видно, что для исследуемых нефтей есть область значений с низким межфазным натяжением, следовательно, данные нефти являются активными. Отличие заключается в разном диапазоне концентрации NaOH, при котором наблюдается низкие значения межфазного натяжения. С целью сравнительной характеристики был введен щелочной коэффициент, который равен площади, ограниченной между двумя кривыми нефти.

В ходе лабораторный исследований для нефтей с кислотным числом больше 0,5 была выявлена прямая зависимость роста щелочного коэффициента с увеличением кислотного числа (рисунок 2).

Рис. 2. Зависимость между щелочным коэффициентом и кислотным числом нефти

Таким образом, наиболее эффективно применять вытесняющие растворы на основе щелочи на месторождениях с активными нефтями, содержащими жирные и нафтеновые кислоты. Подробно охарактеризовать взаимодействие щелочи и нефти можно с помощью щелочного коэффициента, максимальное значение которого равняется 6.

1. Мархасин И. Л. Физико-химическая механика нефтяного пласта. М.:Недра, 1977, 215с.
2. Ребиндер П. А. Поверхностно-активные вещества, их значение и применение в нефтяной промышленности. — В кн.: Применение поверхностно-активных веществ в нефтяной промышленности. М.:Гостоптехиздат,1961.
3. Сергиенко С. Р. Высокомолекулярные соединения нефти. М.:Химия,1964, 541с.
4. Усманова Ф. М. Механизм действия щелочи на нефть и выбор условий щелочного заводнения нефтяного месторождения: дис.... канд. технич. наук. Институт нефтехимической и газовой промышленности им. И. М. Губкина, Москва, 1984.
5. Jennings H. I. A study of caustic solution — orude oil interfacial tensions. — Soc. Petrol. Eng, J., June, 1975.