Фізико-хімічні методи підвищення нафтовіддачі пластів

Початкові нафто насиченості та розподіл нафти і води залишаються практично незмінними в зонах, що промиті водою, нафтонасиченість низька і залишкова нафта є нерухомою при градієнтах тиску, що існують в пластових умовах. Гідродинамічні розрахунки і результати експериментальних досліджень показують, що для приведення залишкової нафти в рухливий стан при пластовому градієнті тиску необхідне зниження капілярних сил на кілька порядків.

Фізико-хімічні методи залежно від того, на яку нафту і на нафту в якому стані вони діють, можуть бути поділені на дві групи:

1. методи підвищення ефективності (поліпшення) заводнення;

2. методи вилучення залишкової нафти з пластів, що промиті водою (методи збільшення нафтовіддачі).

Перша група методів базується на зміні співвідношення рухливості нафти і води, в результаті чого збільшується коефіцієнт охоплення пласта заводненням. При цьому коефіцієнт нафтовилучення підвищується незначно. Застосування цих методів повинно давати найбільший ефект на ранній стадії розробки родовищ, а також на родовищах, де при високій обводненості спостерігається низька нафтовіддача.

Методи другої групи застосовуються з метою різкого підвищення коефіцієнта нафто витіснення в зонах пласта, що охоплені дією води. Необхідною умовою їх застосування є значне зниження міжфазного поверхневого натягу між нафтою і агентом, що її витісняє. Застосування цих методів найбільш доцільне на пізній стадії розробки.

До першої групи відносять методи:

1. заводнення розчинами ПАР

2. полімерне заводнення

3. лужне і кислотне заводнення

4. використання пін, емульсій і газо-водяних сумішей.

Заводнення розчинами ПАР. Метод базується на здатності ПАР після їх розчинення у воді зменшувати міжфазний натяг на межі розділу нафта-вода, змінювати змочуваність у системі нафта-вода-поверхневі породи. В неоднорідному колекторі, в якому можуть виявитися цілики нафти, які оминула вода, зниження міжфазного натягу може сприяти витісненню з них нафти. Водні розчини ПАР концентрацією 0,05-0,1% при початковій нафто насиченості пластів можуть витісню вати до 5-7% нафти. Значно впливають на ефективність витіснення нафти розчинами ПАР високі температури і підвищений вміст солей лужно-земельних елементів.

Метод полімерного заводнення базується на здатності високомолекулярних хімічних реагентів (полімерів) при розчиненні їх у воді, навіть у малих концентраціях, суттєво підвищувати її в’язкість, зменшувати її рухливість і підвищувати охоплення пластів заводненням. При концентрації їх у розчині 0,01-0,1% в’язкість розчину збільшується до 3-4 мПа∙с. Це впливає на зменшення співвідношення в’язкості нафти і води в пласті та попередження умов прориву води. В процесі фільтрації полімерних розчинів через пористе середовище їх в’язкість може зменшитись вдвічі. Тому вони найбільш придатні до використання в неоднорідних пластах у разі підвищення в’язкості нафти з метою збільшення їх охоплення.

Застосування лугів. Лужне заводнення – запомповування в пласт реагентів, розчини яких мають лужну реакцію. Концентрація розчинів 0,05-5%. Найбільш сильну лужну реакцію мають розчини нітриту натрію і силікату натрію. Застосування методу ґрунтується на взаємодії лугу з рідинами (пластовими, рідинами нагнітання) та породою пласта, в результаті якої відбувається зміна поверхневих характеристик системи нафта-вода-порода. Основними факторами, що визначають підвищення нафтовіддачі є зниження міжфазного натягу, емульгування нафти і змочуваність породи. В основі цих факторів лежить реакція нейтралізації кислотних компонентів нафти з утворенням солей лужних металів. Найкращі результати дає застосування методу на родовищах з високоактивною нафтою.

Застосування кислот. Кислота вступає в реакцію з пластовою нафтою, при цьому відбувається сульфування сполук в нафті.

Застосування пін та емульсій при заводненні знижує рухливість води, яка витісняє нафту, внаслідок чого змінюється напрям її потоку. Основним результатом нагнітання піни в промите водою пористе середовище є значне зменшення водопроникності.

До другої групи відносять метод застосування міцелярних розчинів. Після заводнення за звичайною технологією в надрах залишаються невилученими 30-70% початкових запасів нафти. Залишкову нафту здатні витісняти ті робочі агенти, що змішуються з нафтою і водою, або мають надто низький міжфазний натяг на контакті фаз. Такі умови виникають при витісненні міцелярними розчинами. Міцелярно-полімерне заводнення сприяє усуненню капілярних сил в заводнених пластах та витісненню залишкової нафти. Міцелярні розчини – це колоїдні системи з вуглеводневої рідини і води, які стабілізовані сумішшю ПАР. Технологія методу полягає у нагнітанні у внутрішньоконтурні свердловини послідовно облямівок розчинів:

1. передоблямівки 0,2V_пор прісної води або слабомінералізованого розчину NaCl для пониження концентрації іонів Са і Мg у пласті;

2. облямівки міцелярного розчину малоконцентрованого (0,2÷0,15)V_пор або висококонцентрованого (0,05÷0,15)V_пор.

Допускається після міцелярного розчину закачування полімерів, тобто закачування буферної облямівки (0,3÷0,6)V_пор. Це дає можливість забезпечення вирівнювання фронту приймальності та збільшення охоплення пласта витісненням. Таке поєднання міцелярного розчину з полімерним отримало назву міцелярно-полімерного заводнення. Завдяки низькому міжфазному натягу міцелярних розчинів і пластових рідин усувається дія капілярних сил і закачуваний розчин витісняє нафту по пласту. Рух міцелярного розчину і полімеру по пласту забезпечується наступним закачуванням води аналогічно заводненню. В результаті застосування міцелярно-полімерного заводнення у продуктивному пласті утворюються: зона початкової нафто насиченості пласта, нафтовий вал, водяний вал, облямівка міцелярного розчину, зона технічної води. При застосуванні цього методу спочатку із пласта отримують тільки воду, а за нею починають отримувати рідину з 25-60% нафти в ній, а деколи і більше. Після нафтового валу обводненість продукції різко зростає. Це характерна ситуація для однорідного середовища. Складність застосованого методу полягає у підборі для кожного родовища певного міцелярного розчину, який буде нечутливий до солей пластової води і забезпечить витіснення залишкової нафти. Міцелярне заводнення використовують у широких масштабах. Це можуть бути родовища з теригенними колекторами нафтонасиченістю ≈30% та в’язкістю 15÷20 мПа∙с. Недоліком методу є значна вартість міцелярних розчинів.