ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВЫХ РАВНОВЕСИЙ И ПРОЦЕССА НЕФТЕВЫТЕСНЕНИЯ КОМПОЗИЦИЙ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ (ПАВ) И АДДУКТОВ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ КИСЛОТЫ НА ОСНОВЕ ГЛУБОКИХ ЭВТЕКТИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ
|
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, СОКРАЩЕНИЙ,
ТЕРМИНОВ 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 11
1.1 Тенденции современной химии 11
1.2 Общие сведения о ГЭР 13
1.3 Синтез ГЭР 17
1.4 Классификация ГЭР 19
1.5 Физико-химические свойства ГЭР 20
1.6 Применение ГЭР в различных областях промышленности 21
1.7 Принцип работы композиций на основе ГЭР 22
1.8 Нефтевытесняющие композиции на основе ГЭР 25
1.9 Основные выводы по литературному обзору 26
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 27
2.1 Объекты исследования 27
2.1.1 Хлорид холина ChCl 27
2.1.2 Карбамид (NH^CO 28
2.1.3 Аммиачная селитра NH4NO3 30
2.1.4 Борная кислота H3BO3 31
2.1.5 Тетраборат натрия NazB.iO 32
2.1.6 ПАВ в составе композиций 33
2.2 Методы исследования 34
2.2.1 Методика определения температуры плавления и кристаллизации
бинарных и тройных систем ГЭР 34
2.2.2 Методика определения pH 37
2.2.3 Методика определения плотности 38
2.2.4 Методика определения вязкости 38
2.2.5 Схема работы установки физического моделирования процесса
нефтевытеснения 40
ВЫВОДЫ 69
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 71
ТЕРМИНОВ 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 11
1.1 Тенденции современной химии 11
1.2 Общие сведения о ГЭР 13
1.3 Синтез ГЭР 17
1.4 Классификация ГЭР 19
1.5 Физико-химические свойства ГЭР 20
1.6 Применение ГЭР в различных областях промышленности 21
1.7 Принцип работы композиций на основе ГЭР 22
1.8 Нефтевытесняющие композиции на основе ГЭР 25
1.9 Основные выводы по литературному обзору 26
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 27
2.1 Объекты исследования 27
2.1.1 Хлорид холина ChCl 27
2.1.2 Карбамид (NH^CO 28
2.1.3 Аммиачная селитра NH4NO3 30
2.1.4 Борная кислота H3BO3 31
2.1.5 Тетраборат натрия NazB.iO 32
2.1.6 ПАВ в составе композиций 33
2.2 Методы исследования 34
2.2.1 Методика определения температуры плавления и кристаллизации
бинарных и тройных систем ГЭР 34
2.2.2 Методика определения pH 37
2.2.3 Методика определения плотности 38
2.2.4 Методика определения вязкости 38
2.2.5 Схема работы установки физического моделирования процесса
нефтевытеснения 40
ВЫВОДЫ 69
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 71
В рамках оценки современного состояния структуры запасов нефти экспертами отмечается, что на данный момент наблюдается тенденция по увеличению доли трудноизвлекаемых нефтей (ТРИЗ) относительно всех запасов, в том числе в различных типах коллекторов (низкопроницаемых, терригенных, карбонатных). Долю таких запасов относительно суммарных резервов добычи нефти оценивают, как значимую, что численно составляет свыше 1 трлн. тонн по всему миру.
Существует особенность разработки месторождений относительно типа залежей и условий. От разработчиков требуется создание оптимизированных подходов и методов к конкретным задачам. Для освоения трудно извлекаемых запасов нефти проводится большое количество исследований технологий по добыче и разработка новых химических реагентов с целью их адаптации под определенные условия. Примером месторождений, требующих особого подхода, являются месторождения Арктики, которые имеют значительный резерв для освоения, однако подбор реагентов и технологий осложняется природно-климатическими условиями.
Приоритетным направлением развития технологий разработки нефтяных месторождений является поиск и усовершенствование различных физико-химических методов увеличения нефтеотдачи пласта. Одним из третичных методов повышения нефтеотдачи является введение в пласт химических композиций, основанных на реагентах разного типа. Современным и перспективным направлением разработки композиций является использование глубоких эвтектических растворителей (ГЭР) и поверхностно активных веществ (ПАВ) как компонентов, способствующих повышению нефтеотдачи.
В ИХН СО РАН в последние годы проводится изучение и разработка нефтевытесняющих композиций с регулируемыми физико-химическими, поверхностно-активными и реологическими свойствами, применяемых на месторождениях с различными особенностями залегания, условиями и химическим составом пород коллектора. Нефтевытесняющие и гелеобразующие композиции создаются на основе новых ГЭР, соответствующих принципам «зеленой химии». Компонентами ГЭР являются комплексы многоосновных кислот и кислот Льюиса с координирующими растворителями (полиолами), карбамидом и полициклическим амином. Подобное разнообразие свойств композиции позволяет их применять в широком диапазоне природно-климатических условий, что решает часть сложностей, связанных с добычей ТРИЗ. Одной из таких композиций является многофункциональная химическая композиция на основе ПАВ, комплексной буферной системы, неорганических солей и полиола. Карбамид и аммиачная селитра, являющиеся компонентами этой композиции, выступают в качестве трасс-индикаторов в процессе нефтедобычи и свидетельствуют о трансформации композиции в пластовых условиях.
В качестве объектов исследования были выбраны:
1. Физико-химический метод увеличения нефтеотдачи, основанный на применении щелочной химической нефтевытесняющей композиции, разработанной в ИХН СО РАН;
2. Глубокий эвтектический растворитель, являющийся компонентом щелочной химической нефтевытесняющей композиции.
Цель: Создание на принципах «зеленой химии» с использованием глубоких эвтектических растворителей (ГЭР) щелочных нефтевытесняющих композиций ПАВ с регулируемыми физико-химическими и поверхностно-активными свойствами для увеличения нефтеотдачи пластов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующее задачи:
1. Исследование двух- и трехкомпонентных систем, определение точки эвтектики систем посредством исследования диаграмм фазового равновесия, изучение ДАМ в системах ГЭР.
2. Разработка нефтевытесняющих щелочных композиций на основе ГЭР, основными компонентами которых являются аддукты неорганической кислоты, и ПАВ.
3. Физическое моделирование процесса нефтевытеснения с использованием разработанной нефтевытесняющей композиции на основе ГЭР для увеличения нефтеотдачи тяжелых высоковязких нефтей; оценка нефтеотмывающей способности композиции.
Актуальность работы. Создании композиций для эффективного освоения запасов тяжелой, высоковязкой нефти и дальнейшего увеличения ее добычи, в связи с увеличением количества трудноизвлекаемых запасов.
Научная новизна работы. В результате лабораторных испытаний получены новые данные о нефтевытесняющей способности химической нефтевытесняющей композиции; построены фазовые диаграммы бинарных и тройных систем ГЭР.
Практическая значимость. Результаты исследований будут использованы в последующей работе по оптимизации состава щелочных химический нефтевытесняющий композиций и разработке новых нефтевытесняющих составов.
Существует особенность разработки месторождений относительно типа залежей и условий. От разработчиков требуется создание оптимизированных подходов и методов к конкретным задачам. Для освоения трудно извлекаемых запасов нефти проводится большое количество исследований технологий по добыче и разработка новых химических реагентов с целью их адаптации под определенные условия. Примером месторождений, требующих особого подхода, являются месторождения Арктики, которые имеют значительный резерв для освоения, однако подбор реагентов и технологий осложняется природно-климатическими условиями.
Приоритетным направлением развития технологий разработки нефтяных месторождений является поиск и усовершенствование различных физико-химических методов увеличения нефтеотдачи пласта. Одним из третичных методов повышения нефтеотдачи является введение в пласт химических композиций, основанных на реагентах разного типа. Современным и перспективным направлением разработки композиций является использование глубоких эвтектических растворителей (ГЭР) и поверхностно активных веществ (ПАВ) как компонентов, способствующих повышению нефтеотдачи.
В ИХН СО РАН в последние годы проводится изучение и разработка нефтевытесняющих композиций с регулируемыми физико-химическими, поверхностно-активными и реологическими свойствами, применяемых на месторождениях с различными особенностями залегания, условиями и химическим составом пород коллектора. Нефтевытесняющие и гелеобразующие композиции создаются на основе новых ГЭР, соответствующих принципам «зеленой химии». Компонентами ГЭР являются комплексы многоосновных кислот и кислот Льюиса с координирующими растворителями (полиолами), карбамидом и полициклическим амином. Подобное разнообразие свойств композиции позволяет их применять в широком диапазоне природно-климатических условий, что решает часть сложностей, связанных с добычей ТРИЗ. Одной из таких композиций является многофункциональная химическая композиция на основе ПАВ, комплексной буферной системы, неорганических солей и полиола. Карбамид и аммиачная селитра, являющиеся компонентами этой композиции, выступают в качестве трасс-индикаторов в процессе нефтедобычи и свидетельствуют о трансформации композиции в пластовых условиях.
В качестве объектов исследования были выбраны:
1. Физико-химический метод увеличения нефтеотдачи, основанный на применении щелочной химической нефтевытесняющей композиции, разработанной в ИХН СО РАН;
2. Глубокий эвтектический растворитель, являющийся компонентом щелочной химической нефтевытесняющей композиции.
Цель: Создание на принципах «зеленой химии» с использованием глубоких эвтектических растворителей (ГЭР) щелочных нефтевытесняющих композиций ПАВ с регулируемыми физико-химическими и поверхностно-активными свойствами для увеличения нефтеотдачи пластов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующее задачи:
1. Исследование двух- и трехкомпонентных систем, определение точки эвтектики систем посредством исследования диаграмм фазового равновесия, изучение ДАМ в системах ГЭР.
2. Разработка нефтевытесняющих щелочных композиций на основе ГЭР, основными компонентами которых являются аддукты неорганической кислоты, и ПАВ.
3. Физическое моделирование процесса нефтевытеснения с использованием разработанной нефтевытесняющей композиции на основе ГЭР для увеличения нефтеотдачи тяжелых высоковязких нефтей; оценка нефтеотмывающей способности композиции.
Актуальность работы. Создании композиций для эффективного освоения запасов тяжелой, высоковязкой нефти и дальнейшего увеличения ее добычи, в связи с увеличением количества трудноизвлекаемых запасов.
Научная новизна работы. В результате лабораторных испытаний получены новые данные о нефтевытесняющей способности химической нефтевытесняющей композиции; построены фазовые диаграммы бинарных и тройных систем ГЭР.
Практическая значимость. Результаты исследований будут использованы в последующей работе по оптимизации состава щелочных химический нефтевытесняющий композиций и разработке новых нефтевытесняющих составов.
1. Для изучения фазового равновесия бинарных и тройных систем были построены фазовые диаграммы и определены точки эвтектики. В каждой из бинарных систем, таких как «карбамид - борная кислота», «карбамид - хлорид холина», «хлорид холина - борная кислота», «хлорид холина - аммиачная селитра» и «карбамид - аммиачная селитра», была обнаружена одна точка эвтектики, которая характеризуется минимальной температурой кристаллизации (плавления) в определенном мольном соотношении компонентов. В тройных системах точка эвтектики находится ниже, чем в составляющих двойных системах.
2. Было проведено исследование влияния температуры на рН и буферную емкость композиций. Установлено, что при тепловом воздействии СО2 и щелочной буферной системе композиции способны генерировать непосредственно в пласте, в результате чего рН возрастает до 9 - 9.7 ед. рН. Это приводит к снижению вязкости нефти, межфазного натяжения и набухаемости глин, а также увеличению подвижности пластовых флюидов, что повышает коэффициент нефтевытеснения и уменьшает остаточную нефтенасыщенность.
3. Исследована нефтевытесняющая способность многофункциональной химической композиции на основе ПАВ, комплексной буферной системы, неорганических солей и полиола. Показано, что использование композиции в сочетании с тепловыми методами позволяет увеличить коэффициента нефтевытеснения. Прирост коэффициента нефтевытеснения для ХСК за счёт применения композиции составил 20,5% для терригенного коллектора и 21, 3% для карбонатного.
4. Проведена экспресс-оценка нефтевытесняющей способности применительно к условиям типичного месторождения с высоковязкой нефтью. Установлено, что отмыв нефти композициями ХБК на основе ГЭР «хлорид холина - борная кислота - карбамид» идет как до термостатирования (при комнатной температуре), так и после термостатирования композиций при 90 и 150 °С, при этом карбонатный коллектор (дезинтегрированный мрамор) отмывается от нефти лучше, чем терригенный коллектор (песчаник). Отмыв нефти композициями ХСК на основе ГЭР «хлорид холина - аммиачная селитра - карбамид» идет и без перемешивания, и с перемешиванием, как до термостатирования (при комнатной температуре), так и после термостатирования композиций при 90 и 150 °С, при этом терригенный коллектор (песчаник) отмывается от нефти больше, чем карбонатный коллектор (дезинтегрированный мрамор).
5. Нефтевытесняющие композиции ПАВ на основе новых глубоких эвтектических растворителей «хлорид холина - борная кислота - карбамид» и «хлорид холина - аммиачная селитра - карбамид», созданные на принципах «зеленой химии», являются перспективным классом композиций для увеличения нефтеотдачи как для карбонатного, так и для терригенного коллектора, так как при воздействии температуры значения коэффициентов нефтевытеснения приблизительно равны, что означает возможность применения композиции в условиях наличия высокой температуры в пласте или подачи дополнительного теплоносителя.
2. Было проведено исследование влияния температуры на рН и буферную емкость композиций. Установлено, что при тепловом воздействии СО2 и щелочной буферной системе композиции способны генерировать непосредственно в пласте, в результате чего рН возрастает до 9 - 9.7 ед. рН. Это приводит к снижению вязкости нефти, межфазного натяжения и набухаемости глин, а также увеличению подвижности пластовых флюидов, что повышает коэффициент нефтевытеснения и уменьшает остаточную нефтенасыщенность.
3. Исследована нефтевытесняющая способность многофункциональной химической композиции на основе ПАВ, комплексной буферной системы, неорганических солей и полиола. Показано, что использование композиции в сочетании с тепловыми методами позволяет увеличить коэффициента нефтевытеснения. Прирост коэффициента нефтевытеснения для ХСК за счёт применения композиции составил 20,5% для терригенного коллектора и 21, 3% для карбонатного.
4. Проведена экспресс-оценка нефтевытесняющей способности применительно к условиям типичного месторождения с высоковязкой нефтью. Установлено, что отмыв нефти композициями ХБК на основе ГЭР «хлорид холина - борная кислота - карбамид» идет как до термостатирования (при комнатной температуре), так и после термостатирования композиций при 90 и 150 °С, при этом карбонатный коллектор (дезинтегрированный мрамор) отмывается от нефти лучше, чем терригенный коллектор (песчаник). Отмыв нефти композициями ХСК на основе ГЭР «хлорид холина - аммиачная селитра - карбамид» идет и без перемешивания, и с перемешиванием, как до термостатирования (при комнатной температуре), так и после термостатирования композиций при 90 и 150 °С, при этом терригенный коллектор (песчаник) отмывается от нефти больше, чем карбонатный коллектор (дезинтегрированный мрамор).
5. Нефтевытесняющие композиции ПАВ на основе новых глубоких эвтектических растворителей «хлорид холина - борная кислота - карбамид» и «хлорид холина - аммиачная селитра - карбамид», созданные на принципах «зеленой химии», являются перспективным классом композиций для увеличения нефтеотдачи как для карбонатного, так и для терригенного коллектора, так как при воздействии температуры значения коэффициентов нефтевытеснения приблизительно равны, что означает возможность применения композиции в условиях наличия высокой температуры в пласте или подачи дополнительного теплоносителя.