книги из ГПНТБ / Ахметшин М.А. Применение поверхностно-активных веществ на нефтепромыслах Туркмении

ванне тела водой, если первоначально оно было гид­ рофобным и водой не смачивалось.

Академик П. А. Ребиндер классифицирует поверх­ ностно-активные вещества по механизму действия на четыре большие группы [29].

К первой группе относятся вещества, поверхностноактивные на границе жидкость-газ (воздух), но не образующие сетчатых структур ни в объеме, ни в ад­ сорбционных слоях и являющиеся низкомолекулярны­ ми веществами, истинно растворимыми в воде. Ти­ пичным примером являются спирты. Все они в виде добавок к воде являются слабыми смачивателями: по­

тая в тонкие пленки. По своему строению пены подоб­ ны высококонцентрированным эмульсиям.

Пены можно получать, продувая воздух через жид­ кость. Если продувать воздух через чистую жидкость (воду), топена не образуется. Если же к воде добав­ лено ПАВ — стабилизатор, — образуется устойчивая обильная жидкая пена. Жидкую пену, стабилизирован­ ную одним ПАВ, можно разрушить, добавив более ак­ тивное другое ПАВ, вытесняющее пенообразователь с поверхности пузырьков [17]. Таким образом, к первой группе ПАВ относятся и пеногасители, являющиеся более активными ПАВ по сравнению с пенообразова­ телями.

Ко второй группе относятся вещества, поверхност­ но-активные па границе двух несмешпвающнхся жид-

30

K c c T e i i или па твердых поверхностях раздела, по не образующие структур ни в. объеме раствора, ни в по­

верхности) ю энергию жидкости или твердого тела, они облегчают процесс образования новых поверхностен, т. с. диспергирования в данной среде. Таковы процессы эмульгирования жидкостей, диспергирования твердых тел.

Наиболее важным и своеобразным является ад­ сорбционное понижение прочности твердых тел, т. е. облегчение их диспергирования при действии внешних

их развитие облегчается адсорбцией.

Предельным случаем является адсорбционное само­ произвольное диспергирование вследствие понижения поверхностной энергии до очень низких значений под влиянием ПАВ. Именно таково самопроизвольное эмульгирование под влиянием больших добавок ПАВ (например, образование устойчивой водно-нефтяной эмульсин при наличии в нефти природных ПАВ — эмульгаторов) и «распускание» (коллоидное раство­ рение) бентонитовых глии в воде.

Диспергаторы являются одновременно и пептпзаторамн. Пептнзацпей называется процесс диспергирова­ ния рыхлых агрегатов, слабо связанных молекулярны­ ми силами и потому легко распадающихся на отдель­ ные первичные частицы под влиянием адсорбции.

ПАВ первой группы, адсорбирующиеся на границе вода-воздух, почти всегда являются поверхностно-ак­ тивными на жидких п твердых поверхностях, т. е. в

31

том или иной степени оказываются диспергаторами (часто не обнаруживая при этом стабилизирующего действия). Обратное же во многих случаях не имеет места [29].

Сильные поверхностно-активные вещества, не яв­ ляющиеся стабилизаторами, могут служить деэмульга­ торами устойчивых эмульсий, т. е. способствовать их расслоению в результате слияния капелек. Адсорби­ руясь сильнее, чем стабилизатор, такие деэмульгаторы

деэмульгаторы, адсорбируясь на границе двух жидких фаз (например, вода-нефть), образуют защитную плен­ ку, легко разрывающуюся при сближении капель веды друг к другу. Следовательно, деэмульгаторы рез­ ко снижают прочность защитных поверхностных слоев па пефтеводной границе раздела.

Адсорбируясь на твердых поверхностях, ПАВ вто­ рой группы могут резко изменять молекулярную при­ роду твердой поверхности, т. е. условия ее избиратель­ ного смачивания на границе двух жидкостей противо­ положной полярности вода-масло. В результате ориен­ тированной адсорбции ПАВ происходит гидрофобизация первоначально гидрофильных твердых поверхно­ стей, и наоборот, гидрофилизацпя первоначально гид­ рофобных поверхностей. Достаточно длинные углево­ дородные цепи, ориентированные при этом наружу, вызывают несмачивапие такой поверхности водой или

32

воримые мыла, образующие на поверхности нераство­ римые покрытия соответствующих кальциевых или ба­ риевых мыл.

Для двуокиси кремния, ряда силикатов, алюмоси­ ликатов (т. е. песков и песчаников), на поверхности стекол гпдрофобизаторамн являются катионактивные вещества.

В третью группу входят ПАВ, которые могут быть объединены под общим названием стабилизаторов.

рованные защитные оболочки.

Стабилизаторы не только препятствуют обычному

суспензии являются также адсорбционными пластифи­ каторами. В виде очень малых добавок они «разжи­ жают»— пластифицируют структуры, понижая их прочность и структурную вязкость.

В качестве поверхностно-активного пластификатора применяются стандартный продукт из отходов целлю­

ства, занимающие первое место по объему их прак­

обратному налипанию на поверхности, с которых они отмыты.

Моющие вещества обладают всем комплексом свойств, характерных для ПАВ предшествующих трех групп. Они сильно понижают поверхностное натяжение веды на границе с воздухом, т. е. обладают в обычном смысле высокой поверхностной активностью, обнару­ живая смачивающее и вместе с тем гпдрофилмзующее действие. Образуя пространственные сетчатые структу­ ры в объеме раствора п особенно в поверхностных слоях, моющие вещества являются не только дисперга­

поверхностно-активные структурообразующие стабили­ заторы (защитные коллоиды или высокомолекулярные загустители типа КМЦ) и электролиты, в том числе щелочные (сода, фосфаты, силикат натрия).

II. ВЫТЕСНЕНИЕ НЕФТИ ВОДОЙ И ВОДЫ НЕФТЬЮ

Нефтяные коллекторы представляют собой пори­ стые среды с высокоразвитой поверхностью. Движение нефти, воды п газа в такой среде определяется как объемными (гидродинамическими), так и молекуляр­ но-поверхностными факторами.

В частности, процесс вытеснения нефти водой из призабойной зоны скважины в глубь пласта опреде­ ляется в значительной степени физико-химическими свойствами нефти и воды, насыщающих поровое прост­ ранство, физико-химическими свойствами воды, вы­

34

тесняющей нефть, структурой порового пространства, гранулометрическим составом пород и физико-химиче­ скими свойствами минералов, слагающих их.

Необходимо различать два случая движения нефти, воды и газа в пористой среде: движение однородной жидкости или газа при отсутствии менисков- и совмест­ ное движение этих жидкостей, сопровождающееся об­ разованием менисков на контактах нефть-вода, нефтьгаз и вода-газ.

В первом случае краевые углы смачивания отсут­ ствуют. При этом физико-химические факторы сво­ дятся к изменению свойств жидкости у поверхности твердых частиц породы, например, к образованию адсорбционных слоев.

Во втором случае к указанным факторам приоб­ щаются еще капиллярные эффекты, действие которых может в ряде случаев играть решающую роль.

Добавочное давление в капиллярах или, как при­

при малых давлениях вытеснения. При относительно высоких перепадах давления процесс вытеснения неф­ ти водой или воды нефтью в призабойной зоне сква­ жины определяется главным образом этим давлением.

Капиллярное давление зависит от направления действия капиллярных сил. Если краевой угол смачи­ вания 0 <90°, то вода будет впитываться в нефтенасы­ щенную породу.

При 0>SO° (В < 0 ) капиллярное давление, меняя знак, препятствует проникновению воды в указанную породу.

Известным примером проявления капиллярных сил

ние уравновесится весом столбика поднимающейся жидкости.

Если жидкость не смачивает капилляра, то при погружении конца капиллярной трубки в сосуд с та­ кой жидкостью, жидкость в капиллярной трубке опу­ стится ниже уровня ее в сосуде. Например, такое явле­

степени активности нефти. С увеличением активности

36

ды адсорбционных слоев, которые практически не уча­ ствуют в фильтрации и поэтому замедляют ее, умень­ шая эффективный диаметр поровых каналов.

Экспериментально было показано [10], что обра­ зование адсорбционных слоев на поверхности зерен кварца содействует вытеснению воды с твердой поверх­ ности частиц углеводородной жидкостью и, наоборот, препятствует вытеснению этой жидкости водой. Выте­ снение водой углеводородной жидкости происходит тем успешнее, чем меньше ее полярность.

Из работ [2, 6] ясно, что при проникновении воды в нефтяной пласт во время его вскрытия или в процессе производства работ в скважине с применением промы­

твердой поверхностью и тем труднее происходит раз­

лярных веществ в нефти, с одной стороны, снижается поверхностное натяжение на контакте нефть-вода, что содействует лучшему вытеснению нефти е о д о й и з при­ забойной зоны скважины в глубь пласта; с другой сто­ роны, увеличивается прочность связи нефти с твердой поверхностью частиц, что препятствует вытеснению нефти водой.

Второй фактор всегда превалирует над первым [5], поэтому с увеличением содержания в нефти полярных компонентов вытеснение ее водой из призабойной зоны

37

Немаловажное влияние на полноту и скорость вы­ теснения нефти из призабойной зоны в глубь пласта имеют также физико-химические свойства воды.

При щелочных водах пленка нефти на твердой, по­

ки этих нефтей на твердой поверхности происходит при любой воде и очень интенсивно.

Быстрый разрыв пленки приводит к образованию в пористой среде большого количества мелких свобод­ ных капель и линз [5], вытеснение которых не требует больших усилии. Возможность прилипания капель нефти к твердой поверхности, смоченной водой, сво­ дится к минимуму.

Для активных и высокоактивных нефтей, обладаю­ щих большой прочностью связи с твердой поверх­ ностью, скорость и полнота вытеснения в сильной мере затрудняется.

Наименьшую скорость и полноту вытеснения нефти можно наблюдать при дистиллированной воде. При этой воде значения з„п и 0 больше, чем при других водах. Жесткие воды имеют меньшие значения поверх­

необходимые как для отрыва капли нефти от твердой

38

и скорость вытеснения нефти из призабойной зоны скважины в глубь пласта, сказывается следующим образом. Благодаря наличию этой воды не вся нефть,

ности, через водную подкладку, легче, чем вытеснение нефти, прилипшей непосредственно к твердой поверх­ ности, так как в первом случае требуются меньшие си­ ла и работа.

Следовательно, при наличии в пористой среде свя­ занной воды нефть оттеснится водой на большее рас­ стояние.

III. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО влияния ВОДЫ НА ПРОНИЦАЕМОСТЬ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН

I.Молекулярно-поверхностные явления

икапиллярные эффекты

Если вода проникла в призабойную зону, то при обратном вытеснении в скважину некоторое количест­ во ее остается в поровом пространстве. Эту воду на­ зывают остаточной.

При наличии остаточной воды в призабойной зоне сопротивление течению нефти возрастает, а эффек­ тивная проницаемость породы для нефти умень­

шается.

По данным М. Маскета [23] относительная прони­ цаемость породы для смачивающей фазы быстро сни­ жается, когда ее насыщение падает ниже 100%. При

39