Помощь студентам в учебе
Исследование реологических и смачивающих свойств растворов полимеров на основе полиакриламидов
|
АННОТАЦИЯ 2
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ 6
СПИСОК ИЛЛЮСТРАЦИЙ 7
СПИСОК ТАБЛИЦ 9
BВЕДЕНИЕ 10
1 ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЯ САНТА-КРУЗ. ПОЛИМЕРЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЙ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ 12
1.1 Геолого-физическая характеристика объекта исследования 12
1.1.1 Географическое расположение месторождения Санта Круз 12
1.1.2 Условия залегания продуктивных отложений 13
1.2 Пластовые давления и температуры пласта 16
1.2.1 Характеристики пластовых нефтей 16
1.3 Применение полимеров в нефтедобыче 18
1.3.1 Полиакриламиды 19
1.3.2 Полисахариды 20
1.3.3 Химическая и биологическая деструкция 21
1.3.4 Механическая деструкция 22
1.3.5 Фильтрация полимеров 22
1.3.6 Механизм воздействия полимеров в процессе нефтевытеснения 24
1.3.7 Обработка призабойных зон полимерами для улучшения рабочих характеристик
нагнетательных и добывающих скважин 25
1.4 Модификации полимерного заводнения 29
1.4.1 Мицеллярно-полимерное заводнение 29
1.4.2 ASP-заводнение 31
1.5 Применение полимерного заводнения 34
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 38
2.1 Характеристика месторождения Санта-Крус-дель-Норте 38
2.1.1 Характеристика пластовой нефти 38
2.2 Характеристики пластовых вод месторождения Санта-Круз 42
2.2.1 Анализ пластовой воды с использованием ионной хроматографии (ICS-1600) 42
2.3 Полимеры Softpushеr и Sеurvеy R1. Характеристика и свойства 43
2.3.1 Полимеры Softpushеr 44
2.3.2 Полимеры Sеurvеy R1 44
2.3.3 Определение массовой доли нелетучих веществ в полиакриламиде 45
2.3.4 Изучение набухания полиакриамида в водной среде иммерсионным методом 46
2.3.5 Определение массовой доли растворимой части в полиакриамиде 46
2.3.6 Определение предельного числа вязкости солевого раствора полиакриламида 47
2.3.7 Реология полимеров 50
2.3.8 Определение краевого угла смачивания (КУС) 51
2.3.9 Определение межфазного натяжения 53
2.3.10 Анализ удельной площади поверхности, общего объема пор, распределения пор по
размерам 53
3 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ И СМАЧИВАЮЩИХ СВОЙСТВ РАСТВОРОВ ПОЛИМЕРОВ НА ГРАНИЦЕ С ПОРОДОЙ 54
3.1 Результаты определение физико-химических свойств нефти месторождения Санта Круз 54
3.1.1 Определение вязкости нефти 55
3.2 Физико-химических свойсть пластовой воды месторождения Санта Круз 55
3.3 Результаты исследования полимеров Softpшhеr и Sеurvеy R1 57
3.3.1 Определение массовой доли нелетучих веществ в полиакриламиде 57
3.3.2 Определение равновесного водопоглощения и массовой доли растворимой части 58
3.3.3 Определение предельного числа вязкости солевого раствора полиакриламида 59
3.3.4 Определение вязкости растворов полимеров в дистиллированной и пластовой воде 61
3.3.5 Исследование реологического поведения растворов полимера в пористой среде 64
3.3.6 Исследование поверхностных свойств растворов полимеров на границе с породой 67
3.4 Выбор полимера и концентрации полимерного раствора 98
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 99
РЕКОМЕНДАЦИИ 100
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 101
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ 6
СПИСОК ИЛЛЮСТРАЦИЙ 7
СПИСОК ТАБЛИЦ 9
BВЕДЕНИЕ 10
1 ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЯ САНТА-КРУЗ. ПОЛИМЕРЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЙ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ 12
1.1 Геолого-физическая характеристика объекта исследования 12
1.1.1 Географическое расположение месторождения Санта Круз 12
1.1.2 Условия залегания продуктивных отложений 13
1.2 Пластовые давления и температуры пласта 16
1.2.1 Характеристики пластовых нефтей 16
1.3 Применение полимеров в нефтедобыче 18
1.3.1 Полиакриламиды 19
1.3.2 Полисахариды 20
1.3.3 Химическая и биологическая деструкция 21
1.3.4 Механическая деструкция 22
1.3.5 Фильтрация полимеров 22
1.3.6 Механизм воздействия полимеров в процессе нефтевытеснения 24
1.3.7 Обработка призабойных зон полимерами для улучшения рабочих характеристик
нагнетательных и добывающих скважин 25
1.4 Модификации полимерного заводнения 29
1.4.1 Мицеллярно-полимерное заводнение 29
1.4.2 ASP-заводнение 31
1.5 Применение полимерного заводнения 34
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 38
2.1 Характеристика месторождения Санта-Крус-дель-Норте 38
2.1.1 Характеристика пластовой нефти 38
2.2 Характеристики пластовых вод месторождения Санта-Круз 42
2.2.1 Анализ пластовой воды с использованием ионной хроматографии (ICS-1600) 42
2.3 Полимеры Softpushеr и Sеurvеy R1. Характеристика и свойства 43
2.3.1 Полимеры Softpushеr 44
2.3.2 Полимеры Sеurvеy R1 44
2.3.3 Определение массовой доли нелетучих веществ в полиакриламиде 45
2.3.4 Изучение набухания полиакриамида в водной среде иммерсионным методом 46
2.3.5 Определение массовой доли растворимой части в полиакриамиде 46
2.3.6 Определение предельного числа вязкости солевого раствора полиакриламида 47
2.3.7 Реология полимеров 50
2.3.8 Определение краевого угла смачивания (КУС) 51
2.3.9 Определение межфазного натяжения 53
2.3.10 Анализ удельной площади поверхности, общего объема пор, распределения пор по
размерам 53
3 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ И СМАЧИВАЮЩИХ СВОЙСТВ РАСТВОРОВ ПОЛИМЕРОВ НА ГРАНИЦЕ С ПОРОДОЙ 54
3.1 Результаты определение физико-химических свойств нефти месторождения Санта Круз 54
3.1.1 Определение вязкости нефти 55
3.2 Физико-химических свойсть пластовой воды месторождения Санта Круз 55
3.3 Результаты исследования полимеров Softpшhеr и Sеurvеy R1 57
3.3.1 Определение массовой доли нелетучих веществ в полиакриламиде 57
3.3.2 Определение равновесного водопоглощения и массовой доли растворимой части 58
3.3.3 Определение предельного числа вязкости солевого раствора полиакриламида 59
3.3.4 Определение вязкости растворов полимеров в дистиллированной и пластовой воде 61
3.3.5 Исследование реологического поведения растворов полимера в пористой среде 64
3.3.6 Исследование поверхностных свойств растворов полимеров на границе с породой 67
3.4 Выбор полимера и концентрации полимерного раствора 98
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 99
РЕКОМЕНДАЦИИ 100
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 101
Разработка и внедрение инновационных комплексных методов увеличения нефтеотдачи (МУН) пластов на основе современных мировых достижений в технике и технологии бурения, добычи и подготовки нефти является одним из ключевых подходов к решению существующих проблем в нефтедобывающей отрасли. Остаточная нефть в заводненных пластах удерживается в неподвижном состоянии поверхностными, капиллярными силами в масштабе отдельных пор и малопроницаемых включений, а также вязкостными силами в масштабе слабопроницаемых разностей и слоев пласта.
Существует множество способов извлечения нефти из пласта. Как правило, первичные и вторичные методы добычи имеют КИН в пределах 30-35 %. Третичные методы добычи, или, иначе, МУН, которые могут использоваться практически в любой период эксплуатации месторождения (в некоторых коллекторах даже с самого начала), основываются на снижении поверхностного натяжения или вязкости, что способствует вытеснению нефти из пласта. Это достигается путем закачки в пласт химических веществ (полимеров или ПАВ), газов (двуокиси углерода, углеводородов или азота) или пара. МУН могут способствовать извлечению дополнительно 5-20 % геологических запасов нефти. В зависимости от свойств коллектора общее извлечение может достичь 50-70 %, а иногда и выше [1].
Одной из причин низкого коэффициента вытеснения и охвата пласта процессом заводнения на месторождениях, содержащих нефть повышенной вязкости, является большое соотношение вязкостей нефти и воды, приводящее к снижению охвата пласта вытесняющим агентом. Добавка в воду высокомолекулярного полимера позволяет повысить вязкость воды и соответственно улучшить соотношение подвижностей нефти и воды и за счёт этого повысить нефтеотдачу. Характер смачиваемости поровой поверхности породы-коллектора определяет фильтрационные процессы. Коэффициент вытеснения определяется консолидированным действием ряда факторов, таких как пористость, проницаемость, неоднородность структуры порового пространства, распеределение пор по размерам. Чрезвычайно важен состав пород. Влияние удельной поверхности растет с увеличением гидрофобизации поверхности и содержания в нефти полярных компонентов, способных адсорбироваться на поверхности пустот коллектора.
Месторождение Санта-Круз находится в северной кубинской нефтегазовой области, в Северном Секторе Тяжелой Нефти (ССТН). Эта зона характеризуется высоким содержанием воды в процессе добычи нефти. Поэтому необходимо найти химические реагенты, которые сводят к минимуму содержание воды и газа, имеющуюся в нефти, добываемую в этой области [2].
В настоящей работе было проведено исследование пластовой воды из нескольких скважин и была предложена обработка для герметизации зон воды в одной из скважин.
Существует множество способов извлечения нефти из пласта. Как правило, первичные и вторичные методы добычи имеют КИН в пределах 30-35 %. Третичные методы добычи, или, иначе, МУН, которые могут использоваться практически в любой период эксплуатации месторождения (в некоторых коллекторах даже с самого начала), основываются на снижении поверхностного натяжения или вязкости, что способствует вытеснению нефти из пласта. Это достигается путем закачки в пласт химических веществ (полимеров или ПАВ), газов (двуокиси углерода, углеводородов или азота) или пара. МУН могут способствовать извлечению дополнительно 5-20 % геологических запасов нефти. В зависимости от свойств коллектора общее извлечение может достичь 50-70 %, а иногда и выше [1].
Одной из причин низкого коэффициента вытеснения и охвата пласта процессом заводнения на месторождениях, содержащих нефть повышенной вязкости, является большое соотношение вязкостей нефти и воды, приводящее к снижению охвата пласта вытесняющим агентом. Добавка в воду высокомолекулярного полимера позволяет повысить вязкость воды и соответственно улучшить соотношение подвижностей нефти и воды и за счёт этого повысить нефтеотдачу. Характер смачиваемости поровой поверхности породы-коллектора определяет фильтрационные процессы. Коэффициент вытеснения определяется консолидированным действием ряда факторов, таких как пористость, проницаемость, неоднородность структуры порового пространства, распеределение пор по размерам. Чрезвычайно важен состав пород. Влияние удельной поверхности растет с увеличением гидрофобизации поверхности и содержания в нефти полярных компонентов, способных адсорбироваться на поверхности пустот коллектора.
Месторождение Санта-Круз находится в северной кубинской нефтегазовой области, в Северном Секторе Тяжелой Нефти (ССТН). Эта зона характеризуется высоким содержанием воды в процессе добычи нефти. Поэтому необходимо найти химические реагенты, которые сводят к минимуму содержание воды и газа, имеющуюся в нефти, добываемую в этой области [2].
В настоящей работе было проведено исследование пластовой воды из нескольких скважин и была предложена обработка для герметизации зон воды в одной из скважин.
1. Для исследования выбраны реагенты для полимерного заводнения и ограничения водопритока в добывающих скважинах фирмы «Миррико», а также модельные системы, состоящие из растворов полимеров и пород-карбонатов (кальцита и доломита).
2. Экспериментальным путем определена характеристическая вязкость полимеров Беигуеу R1 и БойршЬег и рассчитана молекулярная масса, равная 2163208,8 и 672050,3 Да соответственно. Выявлено уменьшение равновесного водопоглощения по мере увеличения молекулярной массы, так как этот показатель уменьшается с увеличением межмолекулярных связей, в результате чего возрастают размеры получаемых пространственно-сшитых структур
3. Установлено, что большей вязкостью отличаются растворы ПАА марки Беигуеу R1, что коррелирует со значением молекулярной массы. Растворы полиакриламидов Беигуеу R1 в концентрациях 0.1 и 0.3% и БойршЬег 0.3 % в дистиллированной воде проявляют тиксотропные свойства.
4. Выявлено, что полиакриламид БойршЬег показал более высокую солестойкость по сравнению с Беигуеу R1, т.к. ПАА марки БойршЬег представляет собой линейный полимер с менее разветвленной структурой по сравнению с более высокомолекулярным и, следовательно, более разветвленным ПАА марки Беигуеу R1. И за счет увеличения вязкости дисперсионной среды в этом случае снижается скорость осаждения диспергированных частиц, улучшаются реологические свойства и седиментационная устойчивость дисперсии за счет флокулирующего действия полиакриламида.
5. Показано различие в параметрах модельных систем, представляющих собой смесь растоворов полимеров с диспергированными кальцитом и доломитом. Такая система позволяет приближенно оценить поведение полимеров в поровом объеме породы- коллектора. Установлена корреляция данных характеристической вязкости полимерных растворов и реологических кривых, полученных на модельных системах.
6. Данные измерения КУС полимеров на границе с породой от давления показывают неоднозначный характер изменения контактного угла в зависимости от концентрации. В целом, наилучшее смачивание проявляется у обоих полимеров с доломитом, однако у ПАА марки БорйршЬег с концентрацией 0.1 % масс. наименьший КУС также и на границе с кальцитом.
7. Установлена зависимость межфазного натяжения полимеров БойршЬег и Беигуеу R1 от концентрации под давлением. Структурные изменения, происходящие в системе, приводят к увеличению степени упаковки молекул полимера на границе раздела фаз полимер-инертный газ. Наименьшее межфазное натяжение для обоих полимеров всех концентраций соответствует атмосферному давлению.
8. По результатам исследований предложен полимер БойршИег и установлена его эффективная концентрация 0.1 % масс., при котором он проявляет наилучшие физикохимические свойства и может быть рекомендован в качестве реагента для ограничения водопритока в добывающих скважинах и для выравнивания профиля приемистости в нагнетательных скважинах.
2. Экспериментальным путем определена характеристическая вязкость полимеров Беигуеу R1 и БойршЬег и рассчитана молекулярная масса, равная 2163208,8 и 672050,3 Да соответственно. Выявлено уменьшение равновесного водопоглощения по мере увеличения молекулярной массы, так как этот показатель уменьшается с увеличением межмолекулярных связей, в результате чего возрастают размеры получаемых пространственно-сшитых структур
3. Установлено, что большей вязкостью отличаются растворы ПАА марки Беигуеу R1, что коррелирует со значением молекулярной массы. Растворы полиакриламидов Беигуеу R1 в концентрациях 0.1 и 0.3% и БойршЬег 0.3 % в дистиллированной воде проявляют тиксотропные свойства.
4. Выявлено, что полиакриламид БойршЬег показал более высокую солестойкость по сравнению с Беигуеу R1, т.к. ПАА марки БойршЬег представляет собой линейный полимер с менее разветвленной структурой по сравнению с более высокомолекулярным и, следовательно, более разветвленным ПАА марки Беигуеу R1. И за счет увеличения вязкости дисперсионной среды в этом случае снижается скорость осаждения диспергированных частиц, улучшаются реологические свойства и седиментационная устойчивость дисперсии за счет флокулирующего действия полиакриламида.
5. Показано различие в параметрах модельных систем, представляющих собой смесь растоворов полимеров с диспергированными кальцитом и доломитом. Такая система позволяет приближенно оценить поведение полимеров в поровом объеме породы- коллектора. Установлена корреляция данных характеристической вязкости полимерных растворов и реологических кривых, полученных на модельных системах.
6. Данные измерения КУС полимеров на границе с породой от давления показывают неоднозначный характер изменения контактного угла в зависимости от концентрации. В целом, наилучшее смачивание проявляется у обоих полимеров с доломитом, однако у ПАА марки БорйршЬег с концентрацией 0.1 % масс. наименьший КУС также и на границе с кальцитом.
7. Установлена зависимость межфазного натяжения полимеров БойршЬег и Беигуеу R1 от концентрации под давлением. Структурные изменения, происходящие в системе, приводят к увеличению степени упаковки молекул полимера на границе раздела фаз полимер-инертный газ. Наименьшее межфазное натяжение для обоих полимеров всех концентраций соответствует атмосферному давлению.
8. По результатам исследований предложен полимер БойршИег и установлена его эффективная концентрация 0.1 % масс., при котором он проявляет наилучшие физикохимические свойства и может быть рекомендован в качестве реагента для ограничения водопритока в добывающих скважинах и для выравнивания профиля приемистости в нагнетательных скважинах.