Стабилизация агентов на основе латексов для повышения охвата нефтяного пласта заводнением тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.11 ВАК РФ

На правах рукописи

ЦЕРАЖКОВ ПЕТР ИГОРЕВИЧ

СТАБИЛИЗАЦИЯ АГЕНТОВ НА ОСНОВЕ ЛАТЕКСОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ОХВАТА НЕФТЯНОГО ПЛАСТА ЗАВОДНЕНИЕМ

02.00.11 - Коллоидная химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 НОЯ 2013

Казань-2013

005540160

005540160

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

доктор технических наук, профессор, Крупин Станислав Васильевич

Кадыров Рамзис Рахимович,

доктор технических наук, главный научный сотрудник отдела эксплуатации и ремонта скважин, Татарский научно-исследовательский и проектный институт нефти ОАО «Татнефть»

Коробков Александр Михайлович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Казанский национальный

исследовательский технологический университет», кафедра технологии изделий из пиротехнических и композиционных материалов

Ведущая организация: федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М.Губкина» (г. Москва)

Защита диссертации состоится «12» декабря 2013 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.05 при ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» по адресу: 420015, г. Казнь, ул. К. Маркса, 68 (зал заседаний Ученого совета, А-330).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет».

Автореферат разослан «_» ноября 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.х.н., доцент

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

/__

Потапова М.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современный нефтепромышленный комплекс является важнейшим звеном отечественной экономики. Согласно публикациям Р.Х. Муслимова [I], И.А. Ларочкиной [2] и др. дальнейшее наращивание объемов добычи нефти с целью реализации на внутреннем и внешнем рынках требует не только освоения новых месторождений, но и повышения нефтеизвлечения эксплуатируемых горизонтов. На сегодняшний день в соответствии с данными ОАО «Татнефть» и малых нефтяных компаний РТ обводненность нефти на месторождениях республики достигает 98% и в среднем составляет 90%. С увеличением обводненности добываемых нефтей растет актуальность научно-технических проблем и подходов, связанных с повышением нефтеизвлечения, в совокупности с поиском способов модернизации и рационализации уже известных методов увеличения нефтеотдачи (МУН). Одними из наиболее перспективных с точки зрения как коллоидной, так и нефтепромысловой химии представляются потокоотклоняющие технологии, основанные на применении полимеров.

Таким образом, актуальной является проблема увеличения нефтеотдачи посредством модификации коллоидно-химических свойств

потокоотклоняюших реагентов МУН.

Работа выполнена в рамках приоритетных направлений Энергетической стратегии России на период до 2030 года (Распоряжение правительства РФ от 13.11.2009).

Цель_работы. Разработка потокоотклоняющей композиции

повышенного дальнодействия на основе агрегативно-стабилизированного латекса и технологии ее применения для увеличения нефтеотдачи пластов.

В соответствии с целью работы поставлены следующие задачи:

сравнить наиболее широко применяемые в современных потокоотклоняюших технологиях марки латексов с точки зрения коллоидно-химических свойств, лежащих в основе технологий ограничения водопритоков;

- изучить влияние ввода производных кремниевой кислоты, водорастворимых полимеров и электрохимически активированной воды на совокупность коллоидно-химических характеристик латексов, отображающих стабильность систем в пластовых условиях;

- провести модельные испытания для выявления эффективности действия латексных композиций в качестве агентов для селективного ограничения водопритоков нефтяных месторождений;

з

- установить взаимосвязь между коллоидно-химическими параметрами, харктеризующими стабильность, и испытаниями на модели пласта с целью прогнозирования эффективности систем на основе латексов;

- выявить оптимальное соотношение компонентов в системе посредством коллоидно-химического анализа и исследования на модели пласта с целью подбора наиболее эффективных композиций для выравнивания профиля приемистости нефтяных месторождений;

- разработать руководство к применению высокостабильной композиции на основе латекса с целью применения в качестве потокоотклоняющей технологии для увеличения нефтеотдачи месторождений.

Научная новизна работы.

- Установлено, что регулирование коллоидно-химических характеристик (дисперсность, агрегативная устойчивость) латексов как основы потокоотклоняюших технологий достигается за счет введения модификаторов различной природы и изменения их массового соотношения.

Выявлены закономерности управления дистанцией формирования потокоотклоняющего экрана в матрице нефтяного пласта за счет повышения агрегативной устойчивости систем и на основе комплексного изучения коллоидно-химических характеристик латексно-модифицированных составов.

- Показано влияние электрохимически активированной воды на повышение стабильности и устойчивости коллоидно-дисперсных систем на основе латекса в пластовых условиях.

Практическая значимость работы.

- Показана эффективность применения латексов в качестве стабильной основы потокоотклоняюших технологий для повышения охвата нефтяного пласта заводнением.

- Увеличена дальность проникновения потокоотклоняющего реагента путем повышения агрегативной устойчивости латекса при формировании гидроизоляционных экранов на большей дистанции от обрабатываемой скважины.

- Обосновано применение стабилизированных латексных композиций в качестве материала в технологии повышения выработки пластов, рассмотренной и утвержденной ТатНИПИнефть.

Личное участие автора.

Диссертант принимал личное участие в изучении коллоидно-химических характеристик и организации модельных испытаний латексов и систем на их основе, а также активно участвовал в обсуждении результатов работы, представлении их на научно-практических конференциях, для публикаций в

журналах и в разработке инструкции к технологии повышения выработки нефтяных пластов, утвержденной в ТатНИПИнефть. Апробация работы.

Результаты работы докладывались на: Международной научно-практической конференция «Актуальные проблемы поздней стадии освоения нефтегазодобывающих регионов» (Казань, 2008), JV Всероссийской научно-практической конференции «Нефтепрмысловая химия» (Москва, 2008), Международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию начала промышленной разработки Ромашкинского месторождения, «Актуальные проблемы поздней стадии освоения нефтегазодобывающих регионов» (Казань, 2009), Международной конференции при Государственной Думе РФ, Парламентском Центре «Наукоемкие технологии, интеллектуальная собственность» «Наноявления при разработке месторождений углеводородного сырья: от наноминералогии и нанохимии к нанотехнологиям» (Москва, 2008), International conference on chemical thermodynamics in Russia (Казань, 2009) и др. Результаты работы обсуждались также на отчетных конференциях Казанского государственного технологического университета в 2009 - 2013 гг. На основании результатов работы совместно со специалистами ТатНИПИнефти разработана временная инструкция по технологии повышения выработки пластов с применением стабилизированных латексных композиций. Публикации. По материалам диссертации опубликована 21 работа, в том числе 4 научные статьи в журналах из списка рекомендованных ВАК и 17 тезисов докладов.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 145 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав (литературный обзор, данные экспериментов и их обсуждение, экспериментальная часть), выводов, списка используемой литературы из 148 наименований. Работа иллюстрирована 51 рисунком и содержит 32 таблицы.

Объекты н методы исследования. В работе использованы бутадиен-стирольные латексы, катион- и анионактивные, неионогенные водорастворимые полимеры, а также золь-производные кремниевой кислоты. Электрокинетический потенциал определялся методом электрофореза. Измерение порогов коагуляции осуществлялось нефелометрическим методом. Размеры частиц дисперсных систем измерены с помощью спектрофотометра марки UNICO 1201. Электрохимическая активация воды производилась с помощью промышленной установки марки СТЭЛ. Электропроводимость и pH систем на основе электрохимически активированной воды были определены на кондуктометре и рН-метре марки HANNA. Вязкость систем измерялась на вискозиметре Уббелоде. Кинетика седиментации охры и глины в режиме

5

стесненного оседания оценивалась с помощью мерных цилиндров объемом 250 мл. Моделирование промысловых испытаний осуществлялось на линейной насыпной модели пласта.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во—введении показаны актуальность проблемы, её практическая значимость, определены цель и задачи диссертации.

В первой главе представлен обзор литературы, раскрывающий причины, вызывающе обводнение добывающих скважин, и по классификации потокоотклоняющих технологий.

Представлен анализ литературы по физико-химическим свойствам и характеристикам латексов, водорастворимых полимеров и электрохимически активированных сред, а также по потокоотклоняющим технологиям с применением различных составов.

Показано, что, несмотря на проводимые исследования, в настоящее время проблема ограничения водопритока в скважинах полностью не решена. Одним из наиболее рациональных способов борьбы с поступлением воды в добывающую скважину остается селективная гидроизоляция. В качестве основы для реагентов выравнивания профиля приемистости нефтяного пласта могут рассматриваться латексы. В этой связи поставлена цель и выдвинуты задачи настоящей работы и указаны пути их решения.

Во_второй главе представлено описание объектов и методов

исследования латексов, глинистых дисперсий и систем на их основе, а также метода моделирования пластовых условий для предварительной оценки компонентов и самих систем на основе латексно- и глинисто-полимерной составляющих. Обоснован выбор необходимых компонентов образцов и модифицирующих добавок.

В третьей главе представлено обсуждение результатов исследований.

Как следует из проведенного литературного анализа, наиболее широкое

применение нашли латексы марок СКС, также известны составы с

применением винилиденхлоридного латекса и дисперсий бутадиен-

нитрильного каучука. Однако основным недостатком винилиденхлоридного

(ДВХБ) и бутадиен-нитрильного (СКН) латексов является высокий уровень

цен. Так, если в случае бутадиен-стирольных латексов ценовой диапазон

колеблется от 90 до 100 тысяч рублей за тонну, то в случае ДВХБ и СКН

ценовое предложение начинается от 150 и 170 тыс. рублей за тонну

соответственно. Также в случае СКН дополнительные затраты приходятся на

эмульгирование каучука в воде, чем обусловлена повышенная его стоимость. С

учетом экономического фактора для исследования были выбраны латексы

б

СКС-65 ГП (ГП) и СКС-65 ГПБ (ГПБ) производства ОАО «Воронежсинтезкаучук», а также ДВХБ-70 (ДВХБ) производства ОАО «Казанский завод синтетического каучука».

Определение коллоидно-химических характеристик используемых латексов

В рамках повышения агрегативной устойчивости композиций на основе латекса в пластовых условиях необходимым представлялось определение стабильности обеих марок латекса к воздействию различных электролитов и пластовой воды. В рамках исследования была смоделирована пластовая вода с высокой степенью минерализации и плотностью 1120 кг/м3 при исходной ионной силе 5,6 моль/л. Результаты проведенных исследований были сведены в табл. 1.

Таблица 1 Значения порогов коагуляции для латексов

Концентрация, моль/л Ионная сила модели пластовой водь1, моль/л

ЫаС! КС1 СаС12 М8С12 ИеСЬ

СКС-65 ГП 1,0 1,7 0,03 0,03 0,08 0,07

СКС-65 ГПБ 2,7 3,5 0,20 0,20 0,09 0,20

ДВХБ-70 1,0 1,5 0,02 0,02 0,08 0,07

Данные, представленные в табл. 1, свидетельствуют о повышенной стабильности образца латекса ГПБ, в связи с чем можно предположить, что образец данной марки будет проникать на большую дистанцию внутрь пластовой матрицы. В процессе работы были также измерены средние электрокинетические потенциалы частиц обоих латексов. Для образца ГПБ потенциал составил минус 85 мВ, для ГП - минус 75 мВ, а для ДВХБ - минус 70 мВ, что подтверждает ранее сделанные выводы о том, что латекс марки ГПБ обладает гораздо большей агрегативной устойчивостью по сравнению с латексом марки ГП и ДВХБ.

Изучение реологии латексов позволило заключить, что наиболее целесообразно применять системы на основе СКС-65 и ДВХБ-70 при содержании сухого вещества ниже 24 и 14 % мае. соответственно, благодаря снижению вязкости и повышению текучести композиции при достижении указанных пределов.

Исследование стойкости латексов к пониженным температурам показало, что в процессе цикла «замораживание-размораживание» образцы всех трех марок теряют агрегативную устойчивость, что приводит к коагуляции реагента и, следовательно, свидетельствует о необходимости его транспортировки при плюсовых температурах. В условиях повышенных температур (до 100 °С) коагуляции не наблюдалось. Таким образом, композиция может сохранять агрегативную устойчивость даже в удаленных от места закачки участках

продуктивного нефтяного пласта. Также следует отметить, что коагулюмы всех трех исследованных марок латекса нерастворимы в нефтяной фазе как при нормальных условиях, так и при повышенных температурах, а следовательно, могут быть использованы в качестве гидроизоляционного материала в потокоотклоняющих технологиях.

Исследования на модели пласта

С целью анализа влияния агрегативной устойчивости латекса на удаленность формируемого им гидроизоляционного экрана от места нагнетания было проведено исследование на сочлененных насыпных моделях пласта (рис. 1). На основании результатов эксперимента было установлено, что образцы латексов ГП и ДВХБ уступают ГИБ по удаленности формирования максимальных коэффициентов гидроизоляции, однако в случае ГПБ наблюдается неравномерное распределение эффекта. Выравнивание коэффициентов возможно в результате введения в систему более высокодисперсных агентов.

Латекс ГП Латекс ДВХБ Латекс ГПБ

Рисунок 1 - Дальность проникновения латексов внутрь сочлененной линейной

насыпной модели пласта

Коллоидно-химические характеристики смесей латекса с производными кремниевой кислоты

В качестве высокодисперсных систем, регулирующих равномерность распределения гидроизоляционного материала в пластовой матрице, для исследования применялись высокодисперсные производные кремниевой кислоты. Было рассмотрено влияние крем незоля (КЗ) и полисиликата (ПСил) на параметры агрегативной устойчивости латекса. С этой целью определялись пороги коагуляции систем с различным содержанием производных кремниевой кислоты при взаимодействии с растворами электролитов и моделями пластовых вод высокой (Ромашкинского месторождения - ионная сила 5,6 моль/л) и низкой (Южно-Сургутского месторождения (м/р) - ионная сила 0,3 моль/л) степени минерализации (табл. 2).

Таблица 2 Пороги коагуляции латексно-кремнезольных систем с различным соотношением (латекс : производные кремниевой кислоты - 1:Х)

Система Концентрация, моль/л Ионная сила модели пластовой воды, моль/л

латекс- Ромашкин- скоем/р Южно-

полимер №С1 КС1 СаС12 МёСЬ №,80, РеС13 Сургутское м/р

ПСил(Х=1) 2,5 12 033 озз 23 0,01 038

ПСил (Х=2) 2,5 1,2 0^3 033 2,5 0,01 028 -

ПСил (Х=3) 2,5 12 033 озз 23 0,01 028 -

КЗ(Х=1) 62 2,2 0,48 0,48 6,0 0,015 0,40 -

КЗ(Х=2) 6,2 22 0,48 0,48 63 0,015 0,40 -

К3(х=3) 2,5 1,0 0,17 0,22 23 0,01 020 -

Системы латекс - ПСил не показали высокой стойкости к действию электролитов. Кроме того, установлено, что введение полисиликата в латекс вызывает его коагуляцию при пороговых значениях 24,8^-25,2 % масс от товарной формы полисиликата. Наилучшей агрегативной устойчивостью обладают системы латекс - КЗ при соотношениях 1:1 и 1:2. Следовательно, наиболее целесообразно рассматривать эти системы в качестве составов для повышения охвата нефтяного пласта заводнением. Полученные данные подтверждены значениями ^-потенциала (табл. 3).

Таблица 3 Изменение размеров частиц и электрокинетического потенциала в системах на основе латексов с производными кремнезема

Система Размф частиц, нм ^-потенциал, мВ

ГПБ-ПСил=1:1 105 -78

ГПБ-ПСип=1:2 107 -75

ГПБ-ПСип=1:3 120 - 75

ГПБ-К3=1:1 104 -95

ГПБ-К3=12 108 -95

ШБ-К3=1:3 120 -92

Укрупнение частиц в случае обоих производных кремнезема происходит благодаря адсорбции более мелких частиц кремнезоля на поверхности дисперсной фазы латекса. Химического взаимодействия между компонентами не происходит, поэтому благодаря более крупным частицам латекса системы могут работать в высокопроницаемых участках пласта, а за счет более высокой степени дисперсности кремнезоля способны проникать в малодренируемые участки коллектора, увеличивая площадь создаваемого гидроизоляционного экрана и тем самым повышая охват нефтяного пласта заводнением.

Исследование латексно-кремнезольных систем на линейной насыпной мопели пласта

Для дальнейшего исследования удаленности формирования гидроизоляционного экрана от точки нагнетания были выбраны наиболее агрегативно устойчивые системы латекса с КЗ при массовых соотношениях компонентов 1:2, 1:2 и 1:3. Эксперимент моделировал нагнетание составов в пластовые матрицы различной проницаемости (рис. 2, 3). Помутнение потока на выходе пятой модели как наиболее удаленной от нагнетательной емкости говорит о высокой агрегативной стабильности латексно-кремнезольных составов и о возможности формирования гидроизоляционного экрана за пределами призабойной зоны неоднородного нефтяного пласта.

ГПБЮ=1:1 ГПБ:КЗ=1:2 ГПБ:КЗ=1:3

Рисунок 2 - Проникновение системы латекс-крем незоль при различном массовом соотношении компонентов (проницаемость моделей 0,9 Д)

В случае исследования систем латекс - КЗ при массовом соотношении компонентов 1:1 и 1:2 на моделях низкопроницаемых участков коллектора (рис. 2) основной гидроизоляционный эффект приходится на второй участок (8486%). Однако в последующих моделях коэффициент гидроизоляции до нуля не снижался, благодаря формированию гидроизоляционных экранов за счет не только более крупных частиц латекса, но и более высокодисперсных частиц кремнезоля. Суммарный гидроизоляционный эффект в этом случае составляет 82-85%. Система с соотношением 1:3 показала самые низкие коэффициенты гидроизоляции в наиболее удаленных от нагнетательной емкости моделях, что связано со значительным укрупнением размера дисперсной фазы и, как следствие, с падением агрегативной устойчивости композиции.

■> » 1" ■■ 90

I «0 :.....„............»......^ШШ вш

3 » ^нВ:

НИ 1

ГПБ:КЗ=1:

ГТ1Б:КЗ=1:2

ГПБ:КЗ=1:3

ю

Рисунок 3 - Проникновение системы латекс-кремнезоль при различном массовым соотношении компонентов (проницаемостей моделей 5 Д)

При более высокой проницаемости пластовых моделей (рис. 3) наблюдается улучшенное проникновение всех трех вариантов систем внутрь составной модели пласта, что вызвано меньшим размером частиц систем по сравнению с размерами пор модельной матрицы.

Таким образом, можно утверждать, что введение кремнезоля в латекс приводит к росту стабильности системы, увеличивая удаленность участков моделей с максимальными коэффициентами гидроизоляции от точки нагнетания состава, а также способствует к увеличению рентабельности процесса благодаря снижению стоимости нефтепромыслового реагента ввиду более низкой стоимости производных кремниевой кислоты по сравнению с латексом.

Анализ влияния водорастворимых полимеров на параметры стабильности латекса

Для установления закономерностей влияния полимеров на коллоидно-химические характеристики латекса представлялось необходимым исследование ряда катион- и анионактивных водорастворимых полимеров (ВРП): полидиаллилдиметиламмонийхлорида (КП), поли-1\1,М,М-триметиламиноэтилметакрилат метилсульфата (99М), полиакриламида (ПАА), полиакрилата N3 (ПАК), карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) (табл. 4).

Таблица - 4 Средние значения порогов коагуляции для систем латекс-полимер

Система латекс-полимер Концентрация, моль/л Ионная сила пластовой воды м/р, моль/л

№С1 КС1 СаС12 М6С12 РеС13 Ромашкин-ское ЮжноСургутское

Системы латекс : полиоснование - (1 :Х)

КП (Х=2) 0,5 0,7 0,13 0,07 0,7 0,01 0,01 _

КП (Х=3) 0,5 0,7 0,13 0,07 0,01 0,10 _

99М (Х=2) 0,2 0,4 0,14 0,05 0,1 0,01 0,01 _

99М (Х=3) 0,1 0,1 0,07 0,10 0,1 0,01 0,09 _

Системы латекс : поликислота - (1 :Х)

ПАА (Х=1) - - 0,22 0,22 - 0,01 0,22 _

ПАА (Х=2) - - 0,22 0,22 - 0,01 0,22 _

ПАА (Х=3) 2,8 - 0,15 0,15 - 0,01 0,22 _

ПАК (Х=1) 2,8 - 0,20 0,20 - 0,01 0,20

ПАК (Х=2) 2,8 - 0,22 0,20 - 0,01 0,20 _

ПАК (Х=3) 2,7 - 0,15 0,15 0,01 0,15 _

КМЦ(Х=1) - - 0,25 0,25 - 0,01 0,30 _

КМЦ (Х=2) - - 0,25 0,25 - 0,01 0,30 _

КМЦ(Х=3) 2,8 - 0,15 0,15 - 0,01 0,27 _

Гибридная система

Латекс: КЗ: | 2,6 | 0,7 | 0,20 | 0,25 | 2,36 | 0,01 | 0,30 |

КМЦ= (1:2:2)

Латекс : КЗ : ПАК = (1:2:1) 2,0 0,6 0,15 0,15 2,00 0,01 0,20 -

В качестве критерия отбора составов для последующих испытаний на модели пласта была применена агрегативная устойчивость латексно-полимерных композиций. Основной характеристикой являлись пороги коагуляции при взаимодействии систем с растворами электролитов и моделями пластовых вод. Полученные данные говорят о наибольшей стабильности систем латекс-КМЦ и латекс-ПАК. Из проанализированных гибридных составов на основе полимеров и высокомодульных производных кремнезема наибольшую агрегативную устойчивость проявила система латекс-крем незоль-КМЦ. Результаты экспериментов были подтверждены значениями электрокинетического потенциала (табл. 5).

Таблица 5 - Изменение размера частиц и электрокинетического потенциала при различном содержании веществ системе __

Система Размер частиц, нм ^-Потенциал, мВ

Системы с катионными полимерами

ГПБ-КП=1:1 147 - 80 (0,008%)

ГПБ-КП=1:2 282 0 (0,03%)

ГПБ-КП=1:3 359 23 (0,04%)

ГПБ-99М=1:1 237 - 82 (0,008%)

ГПБ-99М=1:2 251 0 (0,03%)

ГПБ-99М=1:3 282 25 (0,04%)

Системы с анионными полимерами

ГПБ-ПА А= 1:1 252 - 85 (0,008%)

ГПБ-ПАА=1:2 274 - 85 (0,03%)

ГПБ-ПАА= 1:3 296 - 85 (0,04%)

ГПБ-ПАКЫа=1:1 252 - 85 (0,008%)

ГПБ-ПАКЫа=1:2 268 - 80 (0,03%)

ГПБ-ПАКК'а=1:3 276 - 80 (0,04%)

ГПБ-КМЦ= 1:1 108 - 95 (0,008%)

ГПБ-КМЦ= 1:2 110 - 95 (0,03%)

ГПБ-КМЦ=1:3 120 - 90 (0,04%)

Гибридная система

ГПБ-КЗ-КМЦ= 1:2:2 200 -90

На основании определенных размеров частиц составы дифференцировали по назначению. Так, для гибридных систем укрупнение размера частиц в 2 — 2,5 раза позволяет оценить перспективу их применения только для изоляции высокопроницаемых участков неоднородного нефтяного пласта.

Таким образом, с введением анионактивных ВРП в латекс стабильность системы повышается даже при значительном укрупнении размера частиц, как, например, в случае гибридных композиций. Это открывает возможность для формирования крупных агрегатов повешенной стойкости к действию пластовых вод для изоляции высокопроницаемых участков нефтяного коллектора. С целью повышения охвата низкопроницаемых участков пласта заводнением следует рекомендовать составы на базе латекса с КМЦ при массовом соотношении компонентов ]: I и 1:2.

Модельные испытания латексно-полимерных систем

Ввиду наиболее высокой агрегативной устойчивости систем на основе латекса с анионактивной КМЦ они были исследованы на предмет удаленности участков модели с максимальными коэффициентами гидроизоляции от точки нагнетания (рис. 4, 5) на -'сочлененных моделях нефтяного пласта. Эффективность систем оценивалась при различных значениях проницаемости пористой структуры с целью моделирования низко- (0,9 Д) и высокопроницаемых (5 Д) участков нефтяного коллектора. Составы с массовым соотношением компонентов 1:1 и 1:2 показали более удовлетворительный результат в условиях низкопроницаемых участков нефтяного коллектора, хотя коэффициенты гидроизоляции в призабойной зоне сохраняли высокие значения. В случае проницаемости пористой структуры 5 Д системы латекс-КМЦ при всех соотношениях показали эффективную дистанцию проникновения. Здесь высокими гидроизолирующими эффектами отличались в первую очередь удаленные от нагнетательной емкости участки модели (рис. 5).

ГПБ:КМЦ=1:1 ГПБ:КМЦ=1:2 ГПБ:КМЦ=1:3

Рисунок 4 - Проникновение системы латекс : КМЦ при различных массовых соотношениях (проницаемости моделей 0,9 Д)

ГПБ:КМЦ=

ГПБ:КМЦ= 13

ГПБ:КМЦ=1:3

Рисунок 5 - Проникновение системы латекс : КМЦ при различном массовом соотношении компонентов (проницаемость моделей 5 Д)

Наибольшая рентабельность для гибридных систем латекс - КЗ - КМЦ (рис. 6) наблюдалась для высокопроницаемых моделей пласта, а в случае низкопроницаемых моделей коэффициент гидроизоляции достигал 95% уже для участков, находящихся в непосредственной близости от нагнетательной емкости, что свидетельствует о возможной закупорке призабойной зоны коллектора вследствие снижения дисперсности системы, вызванного адсорбцией частиц полимера и кремнезоля на поверхности частиц латекса.

Порядковый номер модели в сочлененной системе Порядковый номер модели в сочлененной системе

проницаемость 5 Д проницаемость 0,9 Д

Рисунок 6 - Проникновение систем латекс : КЗ : КМЦ при массовом соотношении компонентов по сухому веществу 1:2:2 (проницаемость моделей 5

и 0,9 Д)

На основании выше изложенного можно заключить, что анионактивная водорастворимая КМЦ, вызывая повышение агрегативной устойчивости латекса как основы потокоотклоняющей технологии, способствует увеличению дальности проникновения формирования гидроизоляционных экранов от нагнетательной скважины. При этом следует принимать во внимание исходную проницаемость нефтяного коллектора с целью подбора оптимального соотношения компонентов системы.

Изучение седиментационной стабильности минеральных дисперсий. используемых для решения задач ограничения водопритоков в нефтепромысловом деле

В связи с возможной необходимостью повышения не только агрегативной, но и седиментационной устойчивости водоограничительных составов для повышения охвата нефтяных пластов заводнением представлялось необходимым исследование влияния ввода ВРП на указанный параметр стабильности. В рамках выдвинутой задачи было проведено исследование

и

влияния ввода водорастворимых полиэлектролитов и неионогенньгх полимеров различной природы в дисперсии глины и охры на их стабильность в водной среде. В качестве водорастворимых полимеров были рассмотрены: катионактивный поли-НКЫ-триметиламиноэтилметакрилат метилсульфат (99М), неионогенная гуаровая камедь (Гуар), В качестве водорастворимых полимеров были рассмотрены полидиаллилдиметиламмоний хлорид (КВП), анионный полиакриламид (N134), анионная карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), неионогенная гидроксиэтипцеллюлоза. В ходе экспериментов анализировалось время седиментации охры или бентонитовой глины как непосредственно в водной среде, так и в водных растворах полимеров (рис. 7).

Из представленных рисунков видно, что частицы охры обладают большей седиментационной устойчивостью по сравнению с частицами глины, что обусловлено более высокой степенью дисперсности охры. Так, время седиментации глины и охры в водной среде составило 7 и 9 минут соответственно. Представленные графические изображения кинетики седиментации позволили выделить из ряда полиэлектролитов ГЭЦ, 99М и N134, как наибольшим образом способствующие повышению седиментационной устойчивости дисперсий глины и охры. Увеличение концентрации полимера с 10"6 до 10'" % мае. приводит к увеличению времени седиментации в 100 раз. Такая закономерность обусловлена не только способностью молекул полимера адсорбироваться на поверхности частиц глины, но и повышением вязкости дисперсионной среды при растворении в ней полимеров. Для изученных полимеров характерным являлся отрицательный знак флокулирующих эффектов, что свидетельствует о наличии стабилизирующего эффекта в результате ввода таких полимеров в систему. Следовательно, введение водорастворимых полимеров в систему на основе латекса может способствовать росту ее не только агрегативной, но и седиментационной устойчивости независимо от ионогенной природы полимера.

охра

глина

Рисунок - 7 Кинетика осаждения глины и охры в растворах ВРП (концентрация ! 0 6 % мае.) различной природы

15

Прикладное значение исследований

На основании полученных данных совместно с ТатНИПИнефтью разработана технология применения латексов с производными кремниевой кислоты. Технология рекомендуется для повышения выработки пластов с использованием стабилизированных латексных композиций и предназначена для увеличения нефтеизвлечения путём увеличения охвата неоднородного пласта заводнением. Применение технологии позволяет решать следующие задачи регулирования заводнения: выравнивание профиля приемистости, ограничение прорыва воды в добывающие скважины, блокирование промытых зон и трещин. Применение технологии не требует изменения существующей системы воздействия на продуктивный пласт и осуществляется с использованием технических средств по приготовлению и закачке стабилизированных латексных композиций. Рекомендуемые объемы закачки композиции представлены в табл. 6.

Таблица 6 - Рекомендуемые объемы закачки стабилизированной латексной композиции при использовании латекса марки СКС-65 ГПБ

Приемистость нагнетательной скважины при давлении на водоводе, м3/сут Объем закачки композиции, 3 м Массовая доля компонентов в стабилизированной латексной композиции, %

Латекс Кремнезоль ЭХА вода

100-300 100-300 0,1-1,0 0,3-3,0 Остальное

250-500 250-400 0,5-2,5 1,5-7,5

более 500 300-500 1,0-4,0 3,0-12,0

По результатам обсуждаемой научно-исследовательской работы утверждена временная инструкция по опытно-промысловым испытаниям при использовании технологии повышения выработки пластов с применением стабилизированных латексных композиций. Прогнозируемый экономический эффект с одной скважинной обработки - 500 т/г дополнительно добытой нефти.

выводы

1. Показано, что наибольшей агрегативной устойчивостью в условиях минерализованных пластовых вод обладает латекс марки СКС-65 ГПБ.

2. Введение в латекс кремнезоля или анионактивных полимеров способствует повышению агрегативной устойчивости композиции в условиях минерализованных пластовых вод нефтяного коллектора.

3. Повышение агрегативной устойчивости водоограничительных составов на основе латексов способствует увеличению их дальнодействия при формировании гидроизоляционных экранов, тем самым увеличивая охват пласта заводнением.

4. На основании исследований совместно с ТатНИПИнефтью разработана и утверждена временная инструкция для опытно-промысловых работ по технологии повышения выработки пластов нефтяных месторождений с помощью агрегативно устойчивых составов на латексной основе.

Список используемой литературы

!. Муслимов Р.Х. Современные методы управления разработкой нефтяных месторождений с применением заводнения / Р.Х. Муслимов. -Казань: Изд-во Казанск. гос. ун-та, 2002. - 596 с.

2. Ларочкина И.А. Тропой науки: от фундаментальной к прикладной / И.А.Ларочкина // Георесурсы. - 2012. - № 2(44). - С. 3.

Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных для размещения материалов диссертации:

1. Церажков П.И. Латексы и полиоснования как основы потокоотклоняющих технологий в нефтедобыче / П.И. Церажков, Ф.Ш. Файзутдинов, C.B. Крупин // Вестник Казанского технологического университета. - 2010 - № 10 - С. 317 -322.

2. Исследование водоограничительных латексно-полиэлектролитных композиций как материала, способствующего повышению нефтеотдачи пластов нефтяных месторождений / П.И. Церажков [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. - 2011 - Т. 14 - № 10. - С. 303 - 304.

3. Стабилизация бутадиен-стирольных латексов посредством адсорбции водорастворимых полимеров / П.И. Церажков [и др.] // Вестник Казанского технологического университета.-2011 -Т. 14-№ 10.-С. 308-309.

4. Церажков П.И. Колоидно-химические основы повышения стабильности латексов, привлекаемых в качестве водоограничительного материала в нефтепромысловом деле / П.И. Церажков, C.B. Крупин // Вестник Казанского технологического университета. - 2010 - № 9. - С. 584 - 589.

Тезисы и материалы докладов научных конференций

1. Церажков П.И. Коллоидно-химические исследования латексов как реагента ограничения водопритоков и МУН / П.И. Церажков, C.B. Крупин // Актуальные проблемы поздней стадии освоения нефтегазодобывающих регионов: материалы Международ, научно-практ. конф. - Казань: Фэн (Наука), 2008. -С.476-478.

2. Церажков П.И. Использование латекса в качестве агента повышения нефтеотдачи / П.И. Церажков, C.B. Крупин, В.Н. Хлебников // Нефтепромысловая химия:материалы IV Всероссийской научно-практ. конф. -М„ 2008.-С. 120.

3. Церажков П.И. Коллоидно-химические исследования латексов как реагента ограничения водопритоков и МУН // Актуальные проблемы поздней стадии освоения нефтегазодобывающих регионов: материалы Международ, научно-практ. конф., посвященной 60-летию начала промышленной разработки Ромашкинского месторождения - Казань: Фэн, 2008. - С.476-478.

4. Латексы как реагент повышения нефтеотдачи пласта / П.И. Церажков [и др.] // Синтез, исследование свойств модификация и переработка высокомолекулярных соединений - IV Кирпичниковские чтения: материалы 12 Международ, конф. молодых ученых, студентов и аспирантов, - Казань: изд-во КГТУ, 2010.-С. 183.

5. Церажков П.И. Латексы как нанотехнология для повышения нефтеотдачи нефтяного пласта / П.И. Церажков, C.B. Крупин, В.Н. Хлебников // Наноявления при разработке месторождений углеводородного сырья: от наноминералогии и нанохимиии к нанотехнологиям: материалы Международ, конф. при Государственной Думе РФ, Парламентском Центре «Наукоемкие технологии, интелллектуальная собственность», ОАО «РИТЭК», фонд Байбакова, КГУ - М.: Нефть и газ, 2008. - С.334-338.

6. Tserazhkov P.I. Latex-based composition for oil recovery / P.I. Tserazhkov, S.V.Krupin, V.N. HIebnikov // XVII International conference on chemical thermodynamics in Russia: материалы Международ, конф. - Казань: Innovation Publishing House "Bütlercv Heritage" Ltd, 2009. - C.I94.

7. Церажков П.И. Разработка водоограничительного материала на основе латексов для повышения нефтеотдачи пласта / П.И. Церажков, C.B. Крупин // Инновационные технологии в геологии и разработке углеводородов: материалы Международ, научно-практ. конф. - Казань - 2008. - С. 134.

8. Церажков П.И. Влияние полиоснования на коллоидные свойства

синтетического латекса / П.И. Церажков, Ф.Ш. Файзутдинов, C.B. Крупин //

Синтез, исследование свойств, модификация и переработка

высокомолекулярных соединений - V Кирпичниковские чтения: материалы XIII

18

Международ, конф. молодых ученых, студентов и аспирантов - Казань: изд-во КГТУ, 2009,- С.191.

9. Церажков П.И. Латекс - как основа водоограничительного материала повышенной дальности проникновения в пласт при интенсификации разработки нефтяных месторождений / П.И. Церажков, Ф.Ш. Файзутдинов, C.B. Крупин // Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений - V Кирпичниковские чтения: материалы XIII Международ, конф. молодых ученых, студентов и аспирантов - Казань: изд-во КГТУ, 2009. - С. 172.

10. Церажков П.И. Влияние коллоидного кремнезема на агрегативную устойчивость синтетического латекса / П.И. Церажков, Ф.Ш. Файзутдинов, C.B. Крупин // Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений - V Кирпичниковские чтения: материалы XIII Международ, конф. молодых ученых, студентов и аспирантов - Казань: изд-во КГТУ, 2009. - С. 123.

11. Церажков П.И. Электрохимически активированная вода как средство достижения повышенной стабильности композиций на латексной основе для повышения нефтеотдачи пластов / П.И. Церажков, C.B. Крупин // Инновации и технологии в разведке, добыче и переработке нефти и газа: материалы Международ, научно-практ. конф. - Казань: изд-во КГТУ, 2010. - С.197-199.

12. Коллоидно-химические исследования систем повышенной стабильности на основе латексов и производных кремневой кислоты / Ф.Ш. Файзутдинов, П.И. Церажков, C.B. Крупин, О.Ю. Сладовская // Инновации и технологии в разведке, добыче и переработке нефти и газа: материалы Международ, научно-практ. конф. - Казань - 2010. - С.432-434.

13. Модификация латекса марки СКС 65 ГПБ ионогенным и неионогенным полимерами / П.И. Церажков [и др.] // Актуальные проблемы науки о полимерах: материалы научной школы с международ, участием - Казань: изд-во КГТУ, 2011. - С.28-30.

14. Церажков П.И. Сравнительный анализ полиоснований как основы потокоотклоняющих технологий в нефтедобыче / П.И. Церажков, C.B. Крупин // Инновации и технологии в разведке, добыче и переработке нефти и газа: материалы Международ, научно-практ. конф. - Казань - 2010. - С.430-432.

15. Адебайо А. Латексно-полимерные технологии для увеличения нефтеотдачи нефтяных месторождений / А. Адебайо, П.И. Церажков, C.B. Крупин // Практические аспекты нефтепромысловой химии: материалы 11 Всероссийской научно-практ. конф. - Уфа - 2012. - С.6-8.

16. Увеличение нефтеотдачи нефтяного пласта методом ограничения водопритоков комплексами на основе наноразмерных латексных дисперсий /

19

А.Адебайо, П.И. Церажков, C.B. Крупин, В.Г. Изотов // Nanotech 2012 4th international Kazan innovation nanotechnology forum: материалы IV Международного казанского инновационного нанотехнологического форума. -Казань - 2012. - С.111.

17. Адебайо А. Применение комплексов на основе наноразмерных частиц латекса в качестве основы потокоотклоняющих технологий для повышения нефтеотдачи нефтяных месторождений / А. .Адебайо, П.И. Церажков, C.B. Крупин // Материалы III международной конференции. - М.: изд-во ОАО «ИГиРГИ», 2012. - С.267-271.

Заказ IS S

Офсетная лаборатория Казанского национального исследовательского технологического университета 420015, Казань, К.Маркса. 68

Тираж /'0Q экз.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

ч 4 5 Н 7 3 На правах рукописи

7/'

Церажков Петр Игоревич

Стабилизация агентов на основе латексов для повышения охвата

нефтяного пласта заводнением

Специальность 02.00.11 - Коллоидная химия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор С.В. Крупин

Казань-2013

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ МУН - методы увеличения нефтеотдачи ПНП - повышение нефтеотдачи пласта ПАВ - поверхностно-активные вещества ЭХА - электрохимическая активация ГПБ - латекс СКС-65 ГПБ ГП - латекс СКС-65 ГП КЗ - кемнезоль ПСил - полисиликат ЧХУ - четыреххлористый углерод н/р - нерастворим р/р - растворим

MOB - метод ограничения водопритоков ПДАДАМАХ - поли-К,М-диаллиламоний хлорид

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 7

1.1 Латексы и их роль в решении проблемы увеличения нефтеотдачи 12

1.2 Полимерные и латексно-полимерные составы. Их роль в потокоотклоняющих технологиях 16

1.3 Системы на основе латексов и производных кремниевой кислоты 27

1.4 Влияние процесса электрохимической активации на технологические характеристики дисперсий, применяемых в МУН 32

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 39

2.1 Объекты исследования 39

2.2 Методы исследования 48

2.2.1 Коллоидно-химические исследования 48 Определение размеров частиц латексов 48 Определение электрокинетического потенциала 50 Определение порогов коагуляции 52 Определение вязкости латексных дисперсий 53 Инфракрасная спектроскопия 54 Импульсный ядерный магнитный резонанс 54

2.2.2 Исследование общих характеристик рассматриваемых систем 55

2.2.3 Электрохимическая активация 55

2.2.4 Исследования на модели пласта 56

2.2.5 Методика оценки седиментационной устойчивости глины и охры в водных растворах полимеров 60

3 ДАННЫЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 61 3.1 Исследование латексной основы 62

3.1.1 Определение коллоидно-химических характеристик используемых латексов 62

3.1.2 Модельные испытания латексной основы 68

3.1.3 Исследование влияния активированной воды на показатели стабильности латекса ГПБ 71

3.2 Исследование систем на основе латексов и производных кремниевой кислоты 74

3.2.1 Коллоидно-химические характеристики смесей латекса с производными кремниевой кислоты 74

3.2.2 Исследование систем на основе латекса и производных кремниевой кислоты на линейной насыпной модели пласта 84

3.3 Исследование систем на основе латексов и водорастворимых полимеров 90

3.3.1 Исследование влияния катионной природы полимера на коллоидно-химические свойства латекса 90

3.3.2 Анализ влияния природы водорастворимых полимеров на показатели коллоидно-химические свойства латекса 94

3.3.3 Модельные испытания латексно-полимерных систем 97

3.4 Изучение влияния водорастворимых полимеров различной природы на седиментативную устойчивость на примере процессов осаждения суспензий глины и охры 103

3.5 Определение коэффициентов дополнительного нефтеизвлечения в результате применения составов на основе латексов с водорастворимыми полимерами и производными кремниевой кислоты 115

3.6 Прикладное значение исследований 117 ВЫВОДЫ 118 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 119

ВВЕДЕНИЕ

Современный нефтепромышленный комплекс является важнейшим звеном отечественной экономики [1]. Дальнейшее наращивание объемов добычи нефти с целью реализации на внутреннем и внешнем рынках требует наряду с освоением новых месторождений также и повышения степени извлечения нефти для эксплуатируемых горизонтов. С увеличением обводненности добываемых нефтей растет актуальность научно-технических разработок и подходов [2], касающихся увеличения нефтеотдачи, в совокупности с поиском способов оптимизации и рационализации уже известных методов (МУН) [2]. Под рациональной разработкой следует понимать эксплуатацию нефтяных месторождений как при максимальной прибыльности, так и при минимальном отрицательном воздействии на нефтеносный пласт. Именно в этой связи растет роль не только геологического анализа [3], но и коллоидно-химических исследований в процессах рационализации разработки нефтяных месторождений [4].

Одними из наиболее перспективных как с точки зрения коллоидной, так и с точки зрения нефтепромысловой химии представляются потокоотклоняющие технологии, основанные на применении полимеров. Это технологии повышения выработки слоисто неоднородных пластов с применением эфиров целлюлозы, технологии закачки волокнисто-дисперсных систем (ВДС) (древесной муки, глинопорошка), коллоидно-дисперсных систем (КДС) (полиоксиэтилена и бентонитового глинопорошка), полимер-дисперсных систем (ПДС), технологии полимерного заводнения и др. Роль латексов как полимерных дисперсий в

современных МУН многогранна. Благодаря коллоидно-химическим характеристикам, а именно, наноразмерам частиц и способности к коагуляции при взаимодействии с минерализованными водами становится возможным применение дисперсий каучука в потокоотклоняющих технологиях. Так как в основе использования латексных составов лежат закономерности их фазового разделения при контакте с пластовой средой, это позволяет обеспечить необходимую селективность метода в сочетании с рациональностью воздействия на пласт. Коллективы отечественных ученых под руководством П.А. Кирпичникова, В.А. Кабанова, В.Н. Хлебникова, В.П. Барабанова и др. рассматривали возможности применения этих дисперсных систем в нефтепромысловой химии. Однако феномен латексов заключается именно в том, что проблемы их применения в основном связаны именно с пониженной стойкостью к пластовым условиям, а точнее к воздействию высокоминерализованных пластовых вод. Следствием такого взаимодействия является отложение коагулюма в призабойной зоне пласта, что препятствует дальнейшему проникновению потокоотклоняющего агента внутрь порового пространства.

В связи с вышесказанным целью настоящей работы является разработка потокоотклоняющей композиции повышенного дальнодействия на основе агрегативно-стабилизированного латекса и технологии ее применения для увеличения нефтеотдачи пластов. Поскольку в соответствии с основной целью настоящего исследования необходимым представлялось повышение агрегативной стабильности латексов как основы потокоотклоняющих технологий, были поставлены следующие задачи исследования:

сравнить наиболее широко применяемые в современных потокоотклоняющих технологиях марки латексов с точки зрения коллоидно-химических свойств, лежащих в основе технологий ограничения водопритоков;

изучить влияние ввода производных кремниевой кислоты, водорастворимых полимеров и электрохимически активированной воды на совокупность коллоидно-химических характеристик латексов, отображающих стабильность систем в пластовых условиях;

- провести модельные испытания для выявления эффективности действия латексных композиций в качестве агентов для селективного ограничения водопритоков нефтяных месторождений;

- установить взаимосвязь между коллоидно-химическими параметрами, характеризующими стабильность, и испытаниями на модели пласта с целью прогнозирования эффективности систем на основе латексов;

- выявить оптимальное соотношение компонентов в системе посредством коллоидно-химического анализа и исследования на модели пласта с целью подбора наиболее эффективных композиций для выравнивания профиля приемистости нефтяных месторождений;

- разработать руководство к применению высокостабильной композиции на основе латекса с целью использования в качестве потокоотклоняющей технологии для увеличения нефтеотдачи месторождений.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

В настоящее время значение инновационных химических технологий в нефтедобывающей промышленности трудно переоценить. При этом особую роль играет коллоидная химия. Так, например, проблема изучения течения жидкостей в пористой структуре - одна из задач коллоидно-химических исследований. Установлено, что мелкопористая среда с большим ^-потенциалом более чувствительна к повышению температуры, и уменьшение эффекта электровязкости происходит быстрее с увеличением температуры [5]. На процесс извлечения нефти из пласта сильное влияние оказывают смачиваемость поверхности породы и направленность действия капиллярных сил. Отсюда смачиваемость является важной характеристикой поверхности твердого тела. Особенно значимо знание смачиваемости поверхности пор горной породы при проектировании разработки нефтяных месторождений с карбонатными коллекторами. Расчеты вариантов разработки, определение потенциала нестационарного заводнения невозможны без точного расчета смачиваемости [6]. Применение эмульсионных буровых растворов в нефтедобыче - еще один факт значимости коллоидной химии в этой области [7].

Нефтяные эмульсии, будучи объектом исследования коллоидной химии, представляют собой высокодисперсные смеси нефти и воды. Задача предотвращения образования и разрушения стойких нефтяных эмульсий -важная задача, стоящая перед нефтедобычей и нефтепереработкой, которая может быть решена с помощью коллоидно-химических исследований [8].

Интенсификация транспорта и добычи нефти становится возможной с применением синтетических поверхностно-активных веществ (ПАВ). Представляя собой объект исследования коллоидной химии, многофункциональные ПАВ являются высокоэффективными реагентами для создания равномерного фронта вытеснения нефти на различных участках

пластовой матрицы [9]. Вследствие обводненности скважин от 50 до 70 % запасов нефти остаются неизвлеченными - в виде пропластков и линз, отрезанных потоком воды от добывающих скважин. Одно из эффективных средств для борьбы с водопритоками - нагнетание в изолируемый интервал под давлением селективных составов на углеводородной основе [10]. Для таких составов, как и для большинства систем, используемых в качестве тампонажных растворов, определяющим фактором является стабильность в пластовых условиях для обеспечения времени, необходимого для проведения операции по ремонтно-изоляционным работам. Обычно это временной промежуток, составляющий от 24 до 48 часов. Под стабильностью следует понимать такой коллоидно-химический параметр, как агрегативная устойчивость.

Дисперсные системы, представляющие собой эмульсию, созданную на основе остаточного нефтяного флюида в комплексе с ПАВ, могут рассматриваться как эффективные технологии, снижающие проницаемость для воды пористых сред с остаточной нефтенасыщенностыо. Это позволяет рекомендовать указанные коллоидные системы для применения в потокоотклоняющих технологиях очагового и площадного типа [11]. Все вышеперечисленные примеры свидетельствуют о высокой значимости коллоидно-химического анализа во многих технологиях, связанных с нефтедобычей, организацией и эксплуатацией нефтяных месторождений.

Дисперсии каучуков также находят широкое применение в качестве коллоидных систем в различных областях науки, техники, в быту, строительстве [12], в обувной, кожевенной [13], резинной [14], бумажной промышленности, медицине, в способах очистки поверхностей от нефти и нефтепродуктов [15], при производстве тканей [16], лаков, красок, покрытий и в нефтепромысловом деле.

Для успешного применения различных систем, в том числе и на основе каучуков, в качестве методов повышения нефтеотдачи продуктивного пласта

необходим комплексный геолого-промысловый анализ коллекторов [17, 18], включающий оценку заводненности пласта, природы и коллоидно-химических свойств нефтяных дисперсий [19], структуры нефтеносной породы [20], содержания глины, различных минералов, нефтеотдачи пластов [21-23] и т.п. Кроме того, с точки зрения прогнозирования поведения систем для повышения нефтеотдачи в пластовых условиях необходим детальный коллоидно-химический анализ их основных составляющих [24]. В соответствии с вышеперечисленными критериями выбирается наиболее подходящий метод увеличения нефтеотдачи (МУН) пластов.

В настоящее время существует более 350 различных МУН, в то время как реальное применение находит всего 70-80. Все методы увеличения нефтеотдачи классифицируются в зависимости от стадии разработки месторождений. Одна из классификаций методов, заслуживающая, на наш взгляд, внимания приведена Р.Х. Муслимовым [25] (табл. 1.1):

Этапы развития разработки нефтяных месторождений можно проиллюстрировать с помощью графика, представленного на рис. 1.1.

К первичной группе методов относятся методы, основанные на использовании естественной пластовой энергии. Вторичная группа представляет собой совокупность методов, которые основаны на искусственном поддержании давления за счет заводнения. Традиционные методы - это методы стационарного заводнения, а современные - это гидродинамические методы (все методы объемного воздействия на пласт). Современные третичные методы - не связаны с разработкой в природных режимах и с закачкой необработанных вод. Методы тепловой группы используются тогда, когда необходим подвод и отвод тепла, вызывающий различные внутрипластовые процессы. К газовой группе относится метод вытеснения нефти различными газами, микробиологические методы используют технологии, связанные с применением

микроорганизмов [25]. Добыча тяжелых нефтей и природных битумов ведется рудничными способами [25].

Таблица 1.1 - Классификация методов увеличения нефтеотдачи

Методы разработки нефтяных месторождений

Первичные Вторичные Третичные

Напор краевых вод Законтурное заводнение Физико-химические

Напор газа газодувной Приконтурное заводнение Физические

шапки

Напор растворенного Внутриконтурное заводнение: Тепловые

газа - рядами нагнетательных скважин - избирательное заводнение - очаговое заводнение - площадное вытеснение - головное заводнение - барьерное заводнение

Методы, Традиционные Газовые

использующие силу

тяжести нефти

Современные Микробиологи-

гидродинамические: ческие

- нестационарное

(циклическое) заводнение;

- ввод недренируемых запасов;

- форсированный отбор

жидкости;

- технология оптимальной

выработки пласта;

- геолого-физические методы;

- барьерное заводнение

Рудничные

i-9 I 8

D

я § 1

5 "

6 5

<u

и 4 3 2 1

ч

CS H о

0

Разведка g in

IV стадия

\ МУН МУН МУН МУН

* II поколения III поколения IV поколения V поколения

b

о ^ 2

5 15-30 лет

80-100 лет -4 - Периоды IV стадии разработки

Рис. 1.1. График развития разработки нефтяных месторождений [26]: I - начальный этап (добыча нефти осуществляется благодаря избыточному давлению пласта), II - этап максимальной нефтеотдачи, III - спад дебита нефти, IV - завершающий этап.

На данный момент большинство месторождений Татарстана находится на поздней стадии разработки, поэтому применительно к ним следует рассматривать третичную и четвертичную группы методов [27]. Одним из наиболее эффективных способов увеличения нефтеотдачи пласта в рамках инновационных МУН является использование потокоотклоняющих [28] технологий. К данной группе относится закачка вязкоупругих составов [29, 30], поверхностно- активных веществ (ПАВ) [31], полимеров [32], эмульгаторов, щелочей, кислот, дисперсных систем. В настоящее время особое значение приобрели полимерные потокоотклоняющие технологии, в том числе технологии повышения выработки слоисто-неоднородных пластов с применением эфиров целлюлозы, закачка волокнисто-дисперсных систем (ВДС) (древесной муки, глинопорошка), закачка коллоидно-дисперсных систем (КДС) (полиоксиэтилена и бентонитового глинопорошка) [33], закачка

полимердисперсных систем (ПДС) [34], полимерное заводнение [35], которое основывается на добавлении к воде небольших количеств водорастворимых полимеров при обычном заводнении нефтяных пластов, и т.д.

1.1 Латексы и их роль в решении проблемы увеличения нефтеотдачи

Применение латексов в технологиях увеличения нефтеотдачи также относится к полимерным методам повышения нефтеотдачи пластов (ПНП). Это становится возможным благодаря коллоидно-химической природе этих систем, обусловленной размерами частиц, полидисперсностью и др. Однако в современных МУН роль латексов также многогранна.

Латексные технологии применяются для повышения вязкости закачиваемых в пласт вод. Например, используется стабильная латексная композиция [36 - 39], обладающая вязкостью приблизительно 50 сПз. Один из компонентов композиции включает: воду; полимер, содержащий приблизительно 45 - 65 % мае. этилакрилатного мономера, от 10 до 45 % мае. метакриловой кислоты и порядка 20 - 30 % мае. акриловой кислоты; сульфоэфир нонилфенолполиоксиэтилена, где аддукт содержит, по крайней мере, 20 моль мономера оксида этилена; а полимер и сульфоэфир нонилфенолполиоксиэтилена прис�