Разработка нефтяных и газовых месторождений 4

20

путем. Следует отметить, что при вытеснении некоторых нефтей, содержащих смолы и асфальтены, сжиженным пропаном также может наблюдаться выпадение из нефти твердого остатка.

Рис. 5. Схема вытеснения нефти из прямолинейного пласта оторочкой дву-

окиси углерода, проталкиваемой водой:

1 – вода; 2 – тяжелый остаток; 3 – область смешения СО2 и воды; 4 – распределение концентрации СО2 в воде; 5 –

оторочка СО2; 6 – распределение концентрации СО2 в нефти (без тяжелого остатка); 7 – область смешения СО2 и нефти;

8 – нефть; 9 – связанная вода

Вытеснение нефти из пластов водными растворами поверхностно-активных веществ

При вытеснении нефти из пласта смешивающимся с ней веществом кардинально решается проблема полной ликвидации поверхности раздела между нефтью и веществом-вытеснителем, «исчезают» капиллярные силы, нефть растворяется в этом веществе, в результате чего можно полностью извлечь ее из области пласта, охваченной процессом вытеснения. Но нельзя ли при обычном заводнении каким-либо образом снизить поверхностное натяжение на границе нефти с водой в пористой среде, улучшить смачиваемость водой поверхностей зерен породы с тем, чтобы пленки лучше отмывались от пород и под воздействием потока воды перемещались к добывающим скважинам?

Консорциум « Н е д р а »

21

Оказывается, такая возможность в принципе имеется. Если добавить к закачиваемой в пласт воде поверхностно-

активное вещество (ПАВ), то можно существенно снизить поверхностное натяжение на контакте нефть – вода и сделать поверхность зерен горных пород-коллекторов более смачиваемой водой, т. е. увеличить ее гидрофильность. Кроме того,

если какая-то часть остаточной нефти в заводненной области пласта находится в виде глобул, застрявших в сужениях пористой среды, и под действием градиентов давления не может двигаться, то со снижением поверхностного натяжения эти глобулы будут легче деформировать поверхность и продвигаться через сужения пор.

Эффективность вытеснения нефти из пластов растворами ПАВ зависит от степени диспергирования нефти в заводненной области пласта, структуры порового пространства, доли нефти, оставшейся в виде пленок на зернах породы во всей остаточной нефти, характера физико-химического взаимодействия ПАВ и пород-коллекторов и т. д. Найти оптимальные условия применения какого-либо конкретного ПАВ или подобрать для заданных пластовых условий наиболее эффективное ПАВ–дело трудное.

Всем физико-химическим методам разработки нефтяных месторождений, включая вытеснение нефти водными растворами ПАВ, полимерное и мицеллярно-полимерное заводнение, сопутствует явление сорбции поверхностно-

активных добавок к воде на зернах породы. Это оказывает решающее влияние на процесс извлечения нефти из пластов и экономику физико-химических методов разработки нефтяных месторождений. Поэтому рассмотрим его подробно с количественной стороны прежде всего на примере вытеснения нефти из прямолинейного пласта водным раствором ПАВ.

Уравнения фильтрации нефти и воды в пласте при вытеснении из него нефти водным раствором ПАВ остаются, по существу, такими же, что и при вытеснении нефти из пласта обычной водой.

Консорциум « Н е д р а »

23

Полимерное и мицеллярно-полимерное заводнение нефтяных пластов

При вытеснении из пластов нефтей различной вязкости обычной водой текущая и конечная нефтеотдача снижается с увеличением отношения вязкостей нефти и воды. Для уменьшения этого отношения и, следовательно, увеличения нефтеотдачи используют водные растворы полимеров. В качестве полимера, закачиваемого в нефтяные пласты, чаще всего применяют полиакриламид (ПАА). Молекулярное строение ПАА таково, что молекулы этого вещества схематично можно представить в виде длинных цепочек, состоящих из атомов углерода, водорода и азота. Молекулярная масса полимеров порядка 106. В определенных условиях молекула полимера представляет собой цепочку, длина которой соизмерима с размерами пор пласта. В некоторых случаях цепочка может быть свернутой в клубок или шар. Молекулы полимера, продвигаясь в пористой среде, в водном растворе как бы «цепляются» за зерна этой среды, создавая дополнительное фильтрационное сопротивление и сорбируясь на зернах поверхности пород.

Фильтрация водного раствора полимеров происходит таким образом, что с увеличением градиента давления скорость его движения возрастает медленнее по сравнению со скоростью воды по закону Дарси. Жидкость, скорость фильтрации которой нелинейно зависит от градиента давления, и притом с каждым приращением градиента давления она возрастает на все меньшую величину, называется дилатантной.

Если замерять вязкость водного раствора ПАА на вискозиметре, то она составит одно значение. Если же прокачивать водный раствор ПАА через пористую среду, то перепад давления в такой среде возрастает более существенно, чем это следует из закона Дарси. Поэтому и учитывают фактор сопротивления R.

Консорциум « Н е д р а »

24

Как уже было сказано, фильтрация водного раствора ПАА сопровождается его сорбцией пористой средой. При этом кривая сорбции, если концентрация ПАА в воде значительная, не соответствует изотерме Генри, а при незначительных концентрациях полимера можно с определенным приближением пользоваться такой изотермой.

Считается, водный раствор ПАА целесообразно использовать для вытеснения нефти из пластов при ее вязкости

(10–30) ·10-3 Па·с.

В результате сорбции ПАА пористой средой в процессе вытеснения нефти образуется фронт сорбции, как и в случае вытеснения нефти водными растворами ПАВ. Впереди фронта сорбции полиакриламида в пласте движется вода,

практически очищенная от него. Картина вытеснения нефти из пласта водным раствором ПАА аналогична картине ее вытеснения ПАВ, хотя механизмы вытеснения в этих двух процессах совершенно различны.

Водный раствор ПАА можно применять также для регулирования процесса вытеснения нефти водой, пользуясь тем, что этот раствор представляет собой дилатантную жидкость. Для этого закачивают раствор ПАА в высокопроницаемые пропластки, снижают тем самым скорость движения по ним воды, повышают давление нагнетания и увеличивают скорость вытеснения нефти водой из пропластков с более низкой проницаемостью.

Среди физико-химических методов разработки нефтяных месторождений известен также метод комплексного воздействия на нефтяной пласт путем закачки в него смеси ПАВ, спиртов, растворителей нефти, воды и водного раствора ПАА. Этот метод получил название метода мицеллярно-полимерного заводнения. По такому методу при использовании сравнительно небольшого количества углеводорода – растворителя нефти, спирта, сульфонатов или иных ПАВ – на контакте нефть – комплексный раствор создают область полного смешивания нефти с таким раствором либо на нем резко (до 10~6 Н/м) снижают поверхностное натяжение. По мере удаления от непосредственного контакта нефть

Консорциум « Н е д р а »

25

– комплексный раствор в сторону водонагнетательных скважин доля воды в растворе должна увеличиваться до тех пор,

пока он не превратится в чистую воду. Таким образом, между нефтью и водой создается область с низким или нулевым поверхностным натяжением, т. е. область полного смешивания комплексного раствора и нефти. При этом состав этого раствора изменяется от чистой воды до растворителя нефти.

При достижении определенного соотношения воды, ПАВ, углеводородов и спирта в растворе образуются физико-

химически связанные группы молекул – мицеллы. Такой раствор называется мицеллярным.

Однако эффективная вязкость мицеллярного раствора оказывается большей, чем вязкость исходных веществ, его составляющих. Если вблизи линии нагнетания этот раствор переходит в воду, то получается, что последняя как менее вязкая жидкость должна вытеснять более вязкую жидкость – мицеллярный раствор. В таком случае коэффициент вытеснения раствора снизится. Поэтому для продвижения оторочки мицеллярного раствора по пласту используют водный раствор полимера. Такое воздействие на пласт называется мицеллярно-полимерным заводнением.

Консорциум « Н е д р а »

26

Задание №2. Обоснование выделенных объектов разработки

Геолого-физическая характеристика продуктивных пластов месторождения 1

Консорциум « Н е д р а »

27

Консорциум « Н е д р а »

28

Объекты 2, 3, 4, 5, 6 схожи по глубине, типу коллектора, проницаемости, вязкости нефти, пластовому давлению. Но по объекту 2 отличаются давление насыщения нефти газом, газовый фактор, а также содержание серы, поэтому его лучше разрабатывать отдельно, а объекты 3, 4, 5, 6 - вместе. Объект 1 отличается по проницаемости, вязкости нефти и запасам, поэтому его также лучше разрабатывать отдельно.

Рис. 3. Схематическое изображение залежей.

1.Дайте определение объекта разработки и залежи, в чем их принципиальное отличие?

Консорциум « Н е д р а »

Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:

«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»

Консорциум « Н е д р а »