4.4. Наноразмерный подход для исследования реагентов и технологий регулирования состояний газогидратов

Фундаментальные исследования физико-химических свойств га­зогидратов ведутся десятки лет, но общепринятой технологии разработки таких объектов так и не создано.

Вполне возможен такой механизм образования газового гидрата: сначала происходит конденсация паров воды, затем проис­ходит ее диссоциация, затем она взаимодействует с углеводородом, и в итоге - образование газогидрата за счет внедрения иона СН₅⁺ с за­рядом протона.

Существование иона СН₅⁺ (этот ион носит название метоний) доказано экспериментально в 1952г. Поэтому можно предска­зать существование многочисленных соединений метана в водных растворах. Однако донорно-акцепторная связь в ионе метония должна быть значительно слабее по сравнению с чисто ковалентной связью в ионе аммония. Поэтому гидратные соединения метония могут суще­ствовать в более жестких термодинамических условиях (при высоких давлениях и низких температурах).

Вышеизложенное является достаточно убедительным аргумен­том в пользу того, что теория гидратообразования должна основы­ваться на существовании иона метония. Известные результаты лабораторных исследований по опреде­лению равновесного состояния в зависимости от концентрации кис­лых газов показывают, что в кислых газах температура гидратообразования значительно повышается, что подтверждает изложенный выше механизм. В свете изложенного можно предположить, что в кислых газах (растворах) способность к гидратообразованию долж­на увеличиваться.

Глава 5 влияние наноструктур нефти на приток в скважину

Нефть сама по себе является весьма сложной системой и при изучении особенностей ее поведения необходимо учитывать ее дис­персную структуру. Исследования последних лет показали, что многокомпонентности вещественного состава фильтрую­щейся водогазонефтяной смеси, и, в первую очередь, нефти, сущест­венно изменяются гидродинамические закономерности движения флюида в пласте. Это связано с проявлением многочисленных физи­ко-химических процессов, в которых участвуют диспергированные в нефти углеводородные частицы и порода.

В результате проведения теоретического анализа и эксперимен­тальных исследований с привлечением методов ЭПР, ДЭЯР, фильт­рационных экспериментов, было установлено, что асфальто-смолистые компоненты находятся в природной нефти главным обра­зом в виде ассоциатов, из которых формируются нитевидные струк­туры, имеющие диаметр около 2-4 нм, соответствующий размету асфальтенового ассоциата, и переменную длину (от нанометров до микрон), зависящую от скорости фильтрации.

При этом время установления стационарного режима фильтра­ции зависит от того, увеличивается или уменьшается в момент пере­ключения скорость фильтрации (расход жидкости). Стандартная ме­тодика определения фазовых проницаемостей требует установления режима стационарной фильтрации не только после изменения соот­ношения фаз в потоке, но и при изменении скорости фильтрации. При проведении фильтрационных экспериментов после увеличения пото­ка время установления стационарного расхода t₁ составило примерно 120с. В случае переключения на меньший поток время установления новой стационарной величины перепада давления на керне t₂ состав­ляет 3-6 тыс.с .

Существенное отличие времен установления новой стационар­ной величины перепада давления становится понятным с учетом влияния нитяных структур асфальтеновых ассоциатов, когда вязкость нефти в поре определяется средней равновесной длиной нити. При этом t₁ определяется сравнительно быстрым процессом разрыва ни­тей на более мелкие куски (и соответственным уменьшением вязко­сти), a t₂ определяется процессом роста нити до новой средней равно­весной длины, который гораздо медленнее, поскольку этот процесс контролируется диффузией.

Неподвижные нити препятствуют движению нефти. Длина не­подвижных нитей, обусловленная гидродинамическими силами (гра­диентом потока внутри поры), по аналогии с длиной удерживаемого породой целика нефти, практически обратно пропорциональна скорости потока Q. Перепад давления линейно зависит от микроско­пической вязкости. Влияние нитей на микроскопическую вязкость аналогично влиянию в случае разбавленных полимеров, т.е. микро­скопическая вязкость пропорциональна квадратному корню длины нити, что показано лауреатом Нобелевской премии Ж.-П. де Женом. Таким образом, получается, что перепад давления практически пропорционален квадратному корню расхода Q. Из этого подхода следует, что grad Р = AQ^0,5. Такая зависимость вполне соответ­ствует известным реологическим зависимостям для нефтяных дис­персных систем.

Для лабораторного подтверждения этой зависимости были об­работаны эксперименты по замерам зависимостей перепада давления grad Р от Q по методу наименьших квадратов. Выполненные эксперименты показали, что в пористых средах имеет место такая же зависимость вязкости нефтяных дисперсных систем от длины асфаль­теновых наноагрегатов, что и в вискозиметре. Полученные результа­ты для аппроксимирующей функции grad Р = A•Qⁿ, при последова­тельных изменениях направлений фильтрации на противоположные имели показатели степени 0,58, 0,63, 0,47. Видно весьма разум­ное согласие эксперимента и проведенного теоретического анализа. Естественно, что отличие закона фильтрации от линейного зависит от количества асфальтеновых ассоциатов в нефти.

При определении параметров фильтрации возникает необходимость учета наноструктуры нефти при расчетах ее вытеснения в пористых средах и притока в скважину.