Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Повышение эффективности вытеснения нефти с использованием экологически безопасных композиций поверхностно-активных веществ

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности вытеснения нефти с использованием экологически безопасных композиций поверхностно-активных веществ"

УДК 622.276

На правах рукописи

НУРУТДИНОВ АЗАМАТ АНВАРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫТЕСНЕНИЯ НЕФТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 АПР 2015

005566550

Уфа 2015

005566550

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Башкирский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «БашГУ»),

Научный руководитель

- Гимаев Рагиб Насретдпновнч,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный университет», советник ректора

Официальные оппоненты:

-Хузнн Рннат Раисовнч,

доктор технических наук, Общество с ограниченной ответственностью «Благодаров-Ойл», директор

- Чнжов Александр Петрович,

кандидат технических наук, Государственное автономное научное учреждение «Институт нефтегазовых технологий и новых материалов Республики Башкортостан», ведущий научный сотрудник

Ведущая организация

- Открытое акционерное общество «НижневартовскНИПИнефть»

Защита состоится 21 апреля 2015 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР») по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Государственного унитарного предприятия «Институт проблем транспорта энергоресурсов» www.ipter.ru.

Автореферат разослан 20 марта 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор -х/Н'—--Худякова Лариса Петровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Большинство нефтяных месторождений Урало-Поволжского региона Российской Федерации, а также старые месторождения Западной Сибири находятся на поздних стадиях выработки. Нефтеотдача на этих месторождениях не превышает 40 %. Добываемая нефть характеризуется высокой вязкостью и обводненностью. Для увеличения нефтеотдачи подобных месторождений используются различные физико-химические методы воздействия на пласт. Наибольшее распространение в практике нефтедобычи получила закачка воды и водных растворов химических реагентов. В последнее время широкое применение находит адресная закачка в пласт водных растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) и их композиций.

В настоящее время в связи с повышением внимания к охране окружающей среды особый интерес проявляется к ПАВ, легко поддающимся биологическому разложению в аэробных условиях. В связи с этим исследования, направленные на разработку экологически безопасной технологии повышения нефтеотдачи неоднородных по проницаемости пластов, приобретают особую актуальность.

Цель работы - разработка экологически безопасной композиции ПАВ, обеспечивающей повышение эффективности вытеснения нефти.

Для решения поставленной цели были сформулированы следующие оснсшпые задачи:

1.Оценить экологическую безопасность и эффективность существующих методов вытеснения нефти с использованием водорастворимых ПАВ;

2. Провести экспериментальные исследования физико-химических свойств водорастворимых ПАВ путем использования усовершенствованного метода расчета краевого угла смачивания на границе водного раствора ПАВ с жидкостью;

3. Разработать метод подбора экологически безопасных композиций ПАВ для повышения коэффициента извлечения нефти (КИН);

4. Разработать экологически безопасную технологию повышения эффективности вытеснения нефти с использованием водорастворимого биоразлагаемого ПАВ.

Методы решения поставленных задач. Решение поставленных задач осуществлялось путем анализа и проведения экспериментальных исследований на физических моделях нефтяного пласта с использованием стандартных методик и предлагаемого метода. При обработке результатов экспериментальных исследований использованы автоматизированная цифровая обработка изображений, современные численные и математические методы.

Научная новнзна результатов работы

1. В результате оценки существующих методов вытеснения нефти с использованием водорастворимых ПАВ показано несовершенство применяемых ПАВ с позиции экологической безопасности.

2. Разработана компьютерная программа, позволяющая на основе цифровой обработки видеоизображений рассчитывать краевой угол смачивания в автоматическом режиме.

3. На основе анализа результатов измерения краевого угла смачивания и определения работы адгезии разработан метод подбора экологически безопасных композиций ПАВ для повышения коэффициента извлечения нефти.

4. Разработана экологически безопасная технология повышения нефтеотдачи пластов с использованием водорастворимого биоразлагаемого ПАВ.

На защиту выносятся:

- метод расчета краевого угла смачивания на границе «жидкость -раствор ПАВ», основанный на использовании компьютерной программы, позволяющей рассчитывать краевой угол смачивания в автоматическом режиме;

- метод подбора экологически безопасных композиций ПАВ на основе экспериментальных исследований физико-химических свойств водорастворимых ПАВ;

- экологически безопасная технология повышения эффективности вытеснения нефти из неоднородных по проницаемости пластов на поздней стадии разработки с использованием композиции биоразлагаемого ПАВ.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Исследования проводились в рамках реализации НИР «Исследование гидромеханики двухфазной среды в модели единичной поры с позиции микро- и нанокапиллярной физики» по гранту РФФИ № 08-01-97021

р_поволжье_а и Государственного контракта № 14.740.11.0429 по Федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» на тему «Исследование экологически безопасных технологий интенсификации вытеснения трудноизвлекаемых запасов нефти».

Разработанные метод расчета краевого угла смачивания на границе «жидкость - раствор ПАВ», основанный на использовании компьютерной программы, позволяющей рассчитывать краевой угол смачивания в автоматическом режиме, и метод подбора экологически безопасных композиций ПАВ для повышения коэффициента извлечения нефти используются в учебном процессе кафедры «Бурение, разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» в Грозненском государственном нефтяном техническом университете имени акад. М. Д. Миллионщикова.

Достоверность выводов н рекомендаций подтверждается результатами использования методов физического моделирования нефтяного пласта с учетом критериев подобия, экспериментальных исследований и измерений поверенными средствами измерений, воспроизводимостью результатов, сходимостью полученных данных с результатами других исследователей.

Апробация результатов работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на VII, VIII, IX Всероссийских научно-методических конференциях с международным участием «Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике» (г. Уфа, 2011-2013 гг.); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Безопасность жизнедеятельности человека в среде обитания: проблемы, пути решения» (г. Уфа, 2011 г.); Студенческой научно-практической конференции по физике (г. Уфа, 2012 г.); X, XI Всероссийских и XIV Международной научно-практических конференциях «Энергоэффективность. Проблемы и решения» (г. Уфа, 2011-2014 гг.); Всероссийской молодежной конференции «Экотоксикология» (г. Уфа, 2012 г.); Международной молодежной конференции «Экологические проблемы нефтедобычи» (г. Уфа, 2012 г.); Международных научно-практических конференциях «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (г. Уфа,

2011-2014 гг.); Международной молодежной конференции «Наукоемкие технологии в решении проблем нефтегазового комплекса» при поддержке РФФИ (г. Уфа, 2014 г.).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 27 научных трудах, в том числе в 3 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, получены патент на изобретение и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего 136 наименований. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков и 20 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и основные задачи, обозначены основные положения, выносимые на защиту, показаны научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В первой главе на основе анализа существующих методов вытеснения нефти показано, что в настоящее время актуальным является применение экологически безопасных технологий интенсификации нефтедобычи с использованием композиций водорастворимых ПАВ.

Текущая разработка нефтяных залежей, находящихся на поздней стадии разработки, сопровождается отбором и использованием значительных объемов воды при заводнении (рисунок 1). Очевидно, что добываемая продукция будет обладать высокой степенью обводненности. Обводнение скважин уменьшает конечную нефтеотдачу, приводит к росту эксплуатационных расходов из-за больших затрат на добычу попутной воды и подготовку товарной нефти. Энергетические затраты на осуществление технологии добычи нефти колоссальны. Поэтому приоритетная задача для нефтяной промышленности состоит не только в увеличении нефтеотдачи, но и в снижении обводненности продукции.

Решение этой задачи может быть обеспечено как вовлечением в разработку новых месторождений нефти, так и повышением коэффициента

извлечение нефти посредством применения современных технологий

увеличения нефтеотдачи.

Мировой опыт применения методов увеличения нефтеотдачи показывает, что увеличение нефтеотдачи за счет применения газовых методов составляет 5... 10 %, физико-химических - 3...8 % и тепловых -15...20%. В настоящее время более 90 % всей извлекаемой нефти Российской Федерации добывается с использованием метода заводнения, в то же время общепризнанным является заводнение с применение ПАВ.

1

Год

—з—Добыча нефти -о-Процент обводненности

Рисунок 1 - Динамика добычи нефти и обводненности продукции на нефтяных месторождениях Российской Федерации

В соответствии с требованиями по предупреждению причинения вреда окружающей среде актуальным является применение экологически безопасных методов интенсификации нефтедобычи. В последние несколько десятилетий наблюдается тенденция более широкого применения биодеградируемых ПАВ. Такие ПАВ могут представлять собой продукты жизнедеятельности микроорганизмов.

Во второй главе приведена санитарно-токсикологическая характеристика ПАВ, применяемых в процессах нефтедобычи, рассмотрены методы очистки сточных вод на нефтепромыслах и биоразложения поверхностно-активных веществ, а также проведена оценка влияния поверхностно-активных веществ на экологическое состояние окружающей среды при заводнении.

В нефтегазодобывающей промышленности применяется несколько сотен химических продуктов, представляющих собой однородные вещества или сложные смеси органического и неорганического происхождения. Их токсичность зависит от свойств входящих в смеси веществ.

В настоящее время очистка сточных вод на многих месторождениях проводится путем отстоя в металлических резервуарах, что практически исключает фильтрацию стоков в грунт. Однако наиболее эффективным является метод биологической очистки сточных вод.

Наиболее подробно процессы биоразложения ПАВ изучены в процессах очистки сточных вод. В связи с этим в работе рассматривается опыт биологической очистки ПАВ применительно к сточным водам.

Вымывающее свойство растворов ПАВ проявляется по отношению к остаточной пленочной нефти так, что приводит к разрыву пленки и переходу капель нефти в водную фазу. Адсорбируясь на поверхности раздела фаз и вытесняя активные компоненты нефти, ПАВ способствуют деформации менисков в порах пласта, благодаря чему ускоряется процесс капиллярной пропитки. Кроме того, ПАВ адсорбируются на поверхности капель нефти и породы и препятствуют их коалесценции и отложению на поверхности породы.

Опыт применения растворов ПАВ на нефтедобывающих промыслах показывает, что в районах применения химических реагентов при заводнении наблюдается проникновение их в подземные воды и поверхностные водоемы даже в случае после прекращения закачки ПАВ в нефтеносные горизонты. Связано это с процессом десорбции адсорбированных нефтеносными породами ПАВ при дальнейшей эксплуатации месторождения. Более того, в зависимости от продолжительности периода закачивания ПАВ содержание их в воде поверхностных водоемов и в подземных водах также варьируется.

Аэробная микрофлора представлена гетеротрофами, сапрофитами, нефтеокисляющими (углеводородокисляющими) и денитрифицирующими микроорганизмами. Анаэробная микрофлора представлена сульфат-редуцирующими (сульфатвосстанавливающими), метанобразующими и бродильными бактериями. Растворенный кислород поступает в нефтяной пласт вместе с нагнетаемой водой и способствует увеличению количества аэробных микроорганизмов, которые в процессе своей жизнедеятельности могут приводить к выделению сероводорода, окислению нефти, ухудшению её качества и вызывать коррозию нефтепромыслового оборудования

Жизнедеятельность бактерий в пластовых условиях и их влияние на биоразрушение неионогенных ПАВ определяют бактериальную зараженность месторождений. Анализ проб из закачиваемой и добываемой вод показал, что общее количество бактерий оказалось примерно одинаковым. Это позволяет считать, что ПАВ в пласте практически не взаимодействуют с бактериями, которые, так же как и при закачке воды без ПАВ, поддерживают свою жизнедеятельность в основном за счет питания нефтью. В то же время имеются свидетельства возможности для неионогенных и анионных ПАВ являться питательной средой для сульфатвосстанавливающих бактерий, в то время как катионные ПАВ обладают бактерицидными свойствами.

В последние десятилетия было синтезировано большое количество «мягких» ПАВ. По сравнению с ОП-Ю они обладают меньшей адсорбцией на породе нефтяного пласта. В то же время их биоразлагаемость в аэробных условиях выше.

На рисунке 2 приведена усовершенствованная классификация ПАВ по степени воздействия на окружающую среду.

биологически мягкие

биологически жесткие

вещества промежуточной группы

По степени токсичности (МУ 1407-76)

разлагаемые ПАВ

частично разлагаемые неразлагаемые

По степени разложения

Классификация ПАВ по степени воздействия на окружающую среду

По способности воздействия на организм (ГОСТ 12.1.007-76)

чрезвычайно опасные высокоопасные умеренно опасные малоопасные

По скорости биоразложения (ГОСТ 32509-2013)

► быстроразлагаемые умеренно разлагаемые медленно разлагаемые

». чрезвычайно медленно разлагаемые

Рисунок 2 — Классификация ПАВ по степени воздействия на окружающую среду

На основании классификации ПАВ установлено, что экологически безопасная технология должна удовлетворять по степени воздействия на окружающую среду следующим требованиям:

- по степени разложения - использование разлагаемых ПАВ;

- по способности воздействия на организм - использование малоопасных веществ в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.007-76 «Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности»;

- по скорости биоразложения - использование быстроразлагаемых ПАВ в соответствии с требованиями ГОСТ 32509-2013 «Вещества поверхностно-активные. Метод определения биоразлагаемости в водной среде»;

- по степени токсичности — использование биологически мягких ПАВ в соответствии с требованиями Методических указаний по санитарной охране водоемов от загрязнения синтетическими поверхностно-активными веществами, утвержденных Минздравом СССР от 5 марта 1976 № 1407-76.

В третьей главе разработана компьютерная программа, которая на основе цифровой обработки видеоизображений капель нефти в водном растворе ПАВ позволяет рассчитывать краевой угол смачивания в автоматическом режиме. При этом повышена точность расчета за счет исключения влияния субъективного фактора анализа изображения.

Программа ЭВМ предназначена для расчета краевого угла смачивания на границе «жидкость - раствор ПАВ» (рисунок 3).

1ап

(Э=т

Рисунок 3 - Видеоизображение капли нефти, на основе которого

определяется краевой угол смачивания на границе фаз

Измеряемые с ее помощью величины позволяют рассчитывать работу адгезии и смачивания нефти водным раствором ПАВ. Появление новой оптической и компьютерной техники, развитие алгоритмов обработки изображений предоставляют возможность автоматизированного определения краевого угла смачивания.

Экспериментальное определение краевого угла смачивания производится путем компьютерной обработки вертикальной проекции капли. Производят видео- и фотосъемку капли нефти, подведенной под поверхность подложки в водном растворе ПАВ. На изображении маркерами обозначают величины высоты и диаметра капли в плоскости соприкосновения ее с поверхностью подложки. Анализ полученного изображения производят с использованием разработанной программы. В компьютерной программе цифровой обработки видеоизображений в автоматическом режиме рассчитывается краевой, угол смачивания. Результаты расчетов сводятся в таблицу, по которым строят графики зависимости межфазных краевых углов смачивания от концентрации растворов ПАВ, затем рассчитывается работа адгезии, которая является одним из основных параметров, определяющих эффективность используемого ПАВ.

В четвертой главе на основе анализа результатов измерения краевого угла смачивания и определения работы адгезии разработан метод подбора экологически безопасных композиций ПАВ для повышения коэффициента извлечения нефти. Приведены результаты сравнительных исследований эффективности применения водных растворов различных ПАВ по физико-химическим свойствам (поверхностное натяжение, степень адсорбции, краевой угол смачивания, работа адгезии) и по влиянию на реологические свойства нефти при вытеснении.

Объектами исследования являются водорастворимые ПАВ, применяемые в нефтедобыче и показавшие наибольший эффект в общемировой практике.

ОП-Ю (ГОСТ 8433-81) - неионогенное поверхностно-активное вещество, оксиэтилированный алкилфенол, представляет собой продукты конденсации смеси алкилфенолов с окисью этилена (продукты обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена). Первичная степень

биоразложения составляет 95 ± 2 %, полная биоразлагаемость - 63 ± 4 %,

Неонол АФ 9-12 (ТУ 2483-077-05766801-98) - неионогенное водорастворимое поверхностно-активное вещество, представляет собой оксиэтилированные моноалкилфенолы на основе тримеров пропилена (изононила). Первичная степень биоразложения составляет 97 ± 2 %, полная биоразлагаемость - 90 ± 5 %.

КШАС-М (ТУ 2458-005-15283860-2003) - биологический поверхностно-активный реагент, представляющий собой композицию ПАВ гликолипидной природы, продуцируемых культурой микроорганизмов Pseudomonas aeruginosa S-7. Экологически безопасен.

Сульфонол (ТУ 2481-008-14331137-2010) - анионное поверхностно-активное вещество, представляет собой смесь натриевых солей алкилбензолсульфокислот. Первичная степень биоразложения составляет 98 ± 0,5 %, полная биоразлагаемость - 81 ± 5 %.

Как известно, мерой смачивания является краевой угол смачивания (6), который определяется экспериментально. Краевой угол смачивания позволяет количественно оценить значения параметров, определяющих характер смачивания, растекания, пропитки и адгезии.

На рисунке 4 приведены результаты исследований зависимостей краевых углов смачивания от концентрации водных растворов ПАВ.

Рисунок 4 - Зависимости краевых углов смачивания от концентрации растворов ПАВ

Как видно из анализа рисунка 4, в пределах изменения концентрации до 0,025 % краевой угол смачивания исследуемых ПАВ различается в довольно широких пределах. При концентрациях 0,03 % и более краевой угол смачивания исследуемых ПАВ практически одинаков, что говорит о том, что при закачках исследуемых ПАВ в обводненные пласты вследствие уменьшения концентрации растворов ПАВ за счет разбавления пластовой водой воздействие исследуемых ПАВ неоднозначно.

На рисунке 5 приведены результаты определения коэффициента межфазного натяжения раствора ПАВ на границе с нефтью. Минимальное снижение показывает сульфонол. Характер снижения практически линейный, предел растворимости (так называемая критическая концентрация мицеллобразования) еще не достигнут. Максимальное снижение характерно для биоПАВ КШАС-М. Примечательно, что значения коэффициента межфазного натяжения неонола АФ 9-12 и КШАС-М близки (рисунок 5). Определили диапазон концентрации НПАВ и биоПАВ в водном растворе (0,03 % и более), при котором дальнейшее увеличение концентрации ПАВ в растворе практически не снижает величину коэффициента межфазного натяжения нефти на границе с пластовой водой.

Концентрация ПАВ, %

Рисунок 5 — Зависимости межфазного натяжения от концентрации растворов ПАВ на границе «раствор ПАВ - нефть»

Подбор ПАВ для адресного использования зависит от его вытесняющей способности, экологической безопасности и экономической эффективности. Исходя из этих требований, исследовали зависимость величины адсорбции от концентрации растворов ПАВ (рисунок 6).

Рисунок 6 - Зависимость величины адсорбции растворов ПАВ от концентрации в статических условиях

Неионогенные ПАВ обладают меньшей адсорбцией по сравнению с ионогенными. При концентрации ПАВ, превышающей критическую концентрацию мицеллообразования, их адсорбция увеличивается очень слабо. Как видно, максимальную величину адсорбции показывает сульфонол. Наименьшее значение адсорбции показывает биоПАВ.

При вытеснении нефти с использованием растворов ПАВ можно выделить два механизма воздействия:

- изменение структурно-механических свойств нефти за счет растворения в ней ПАВ;

— образование водонефтяной эмульсии путем диспергирования пленочно-остаточной нефти и повышения подвижности последней.

Эффективность вытеснения нефти раствором .ПАВ связана со значительным их влиянием на реологические свойства нефти. Как показано у Фрумкина А.Н. и Дерягина Б.В., жидкость в объеме поры образовует краевые углы смачивания с прослойкой жидкой фазы, находящейся в силовом поле межфазных поверхностей. В то же время влияние

поверхностных сил может изменять структуру граничных слоев, чем объясняются локальные изменения значений их плотности и вязкости, которые выражаются функциями р(х) и ц(х) от расстояния х от поверхности породы. Вид этих функций определяется природой действующих сил и часто удовлетворяет экспоненциальному уменьшению значений плотности и вязкости с удалением от внутренней поверхности поры пласта.

На рисунке 7 представлены зависимости динамической вязкости нефти от градиента сдвига при растворении ПАВ, которые определялись на ротационном реометре Нааке MARS III. На рисунке 8 представлены зависимости между напряжением сдвига нефти и его градиентом при растворении 0,05 % ПАВ. Сопоставление графиков на рисунках 7 и 8 позволяет заключить, что оба механизма воздействия растворов ПАВ на пленочную остаточную нефть подтверждаются. В то же время заметим, что несмотря на выигрышное положение зависимости сульфонола наилучшую экологическую безопасность обеспечивает биоПАВ КШАС-М.

0 20 40 60 80 100

Градиент сдвига, с1

Рисунок 7 - Зависимости динамической вязкости жидкости от градиента сдвига

10

9 8

Ь 0 1 5

О О

в 4

% з

о, § ?

к -1

0 20 40 60 80 100

Градиент сдвига, с1

Рисунок 8 - Зависимости между напряжением сдвига нефти и его градиентом при растворении 0,05 % ПАВ

Известно, неньютоновские жидкости не подчиняются при движении в пористой среде закону вязкого трения Ньютона. При этом зависимость между тензорами напряжений и скоростью деформации становится нелинейной. В этом случае имеет место движение неныотоновской жидкости, при котором скорость ее фильтрации не зависит линейно от градиента давления.

На рисунке 7 динамическая вязкость жидкости вначале (до 50 с"') подчиняется нелинейному закону фильтрации и соответствует неньютоновской жидкости. В последующем при градиенте сдвига 50 с"' и более динамическая вязкость жидкости практически не зависит от градиента сдвига. Это объясняется тем, что на расстоянии от поверхности поры, где реологические свойства жидкости не зависят от поверхностных сил, жидкость вновь становится ньютоновской, несмотря на то что в ядре капилляра при этом образуются микроэмульсии.

В работе рассматривается движение некоторых жидкостей в модели единичной поры пласта с целью изучения механизма проявления нелинейных эффектов.

Исследования по определению работы адгезии и смачивания нефти в зависимости от концентрации растворов ПАВ позволили объяснить механизм образования водонефтяной эмульсии путем диспергирования пленочной остаточной нефти. Диспергирование нефти в воде происходит интенсивнее при воздействии ПАВ, кроме того они стабилизируют образующуюся дисперсию. Образующаяся мелкодисперсная фаза снижает вероятности коалесценции и прилипания к твердой поверхности капель нефти, что способствует увеличению относительной фазовой проницаемости пористой среды для вытесняемой и вытесняющей фаз.

Явления смачивания и адгезии тесно связаны между собой. Чем лучше смачивание, тем больше работа адгезии. Максимальное значение работы адгезии может реализоваться лишь при достижении полного смачивания поверхности твердого тела. Работа адгезии, определяемая как энергия, затрачиваемая на разрыв межфазного соединения и приходящаяся на единицу площади вновь образовавшейся поверхности водонефтяной эмульсии, определяется состоянием поверхности твердого тела и его поверхностным натяжением. Адгезионное взаимодействие жидкости и ее смачивающая способность с твердыми телами в основном определяются природой контактирующих фаз и состоянием поверхности твердого тела: лиофобное или лиофильное. Характер контактного взаимодействия природы поверхности твердого тела можно изменить путем модифицирования ее поверхности, что может быть достигнуто выбором эффективного и экологически безопасного метода воздействия на трудноизвлекаемые запасы нефти.

На рисунке 9 представлена зависимость коэффициента вытеснения нефти от порового объема закачки водных растворов ПАВ при концентрации 0,05 %.

В результатов экспериментальных исследований по вытеснению нефти в модели однородного пласта при воздействии малоконцентрированных растворов ПАВ при концентрации 0,05 %, установлено, что использование ПАВ в качестве вытесняющего агента повышает эффективность процесса вытеснения нефти водой по сравнению с обычным заводнением. Самое высокое значение коэффициента извлечения нефти 0,74 было достигнуто при закачке биоПАВ КШАС-М, самое низкое -0,59 при закачке воды.

I о,б-

О

о

о

1

2

3

4

Поровый объем

5

Рисунок 9 - Зависимости коэффициента вытеснения нефти от порового объема закачки

Таким образом, по результатам проведенных исследований установлено, что биоПАВ КШАС-М обладает более ярко выраженными физико-химическими свойствами, в то же время его применение экологически более безопасно. Следует отметить, что применение только одних видов реагентов не всегда оказывается эффективным, поэтому целесообразно правильно выбрать способы и методы воздействия на нефтяную залежь, которые удовлетворяют требованиям эффективности и экологической безопасности.

В пятой главе в результате экспериментальных исследований разработана экологически безопасная технология интенсификации вытеснения нефти с использованием водорастворимого биоразлагаемого ПАВ.

Исследования проводили применительно к каширо-подольским отложениям Николо-Березовского участка Николо-Березовской площади Арланского месторождения, по которому утвержденный КИН 0,21; текущая обводненность скважинной продукции - 56,1 %. Эффективность предлагаемой технологии достигается при взаимодействии биоПАВ КШАС-М, изооктана, воды и нефти за счет образующейся микроэмульсии, способствующей обеспечению низкого межфазного натяжения и смачивающей способности. Микроэмульсия обладает повышенной вязкостью. Изооктан способствует сохранению устойчивости получаемой

микроэмульсии. Состав эффективен при высокой обводненности нефти, послойной неоднородности пластов, содержащих нефть повышенной вязкости.

Результаты экспериментального исследования процесса нефтевытеснения из различающихся по проницаемости пропластков с вариацией составов и объемов оторочки приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Результаты экспериментального исследования процесса _нефтевытеснения____

№ опыта Пропласток Последовательность закачивания реагентов Объем закачиваемой оторочки, поровый объем Прирост коэффициента нефтеотдачи, %

1 НПП водный раствор бноПАВ КШАС-М + изооктан + нефть + вода (2:4:40:54) 0,1 26,4

ВПП гелеобразующий реагент на основе алюмосиликатов 0,2

2 НПП водный раствор биоПАВ КШАС-М + изооктан + нефть + вода (1:1:10:88) 0,1 25,5

ВПП гелеобразующий реагент на основе алюмосиликатов 0,2

3 НПП водный раствор биоПАВ КШАС-М + изооктан + нефть + вода (1:1:28:70) 0,1 25,8

ВПП гелеобразующий реагент на основе алюмосиликатов 0,2

НПП - ннзкопроннцаемый пропласток; ВПП - высокопроницаемьш пропласток.

Способ осуществляют следующим образом: сначала для выравнивания профиля приемистости неоднородного пласта закачивают алюмосиликатную композицию. Затем закачивают вытесняющий агент,

представляющий собой смесь водорастворимого биоПАВ, изооктана, пластовой воды и нефти исследуемого месторождения.

Таким образом, эффективность предлагаемой технологии увеличения нефтеотдачи пластов с применением гелеобразующей оторочки на основе алюмосиликатов и водного раствора биоПАВ достигается за счет:

1) использования гелеобразующей оторочки, которая способствует снижению обводненности добываемой нефти;

2) применения в качестве вытесняющего агента эмульгирующего состава, образующегося при взаимодействии водного раствора биоПАВ КШАС-М, изооктана, воды и нефти, что обеспечивает снижение межфазного натяжения и повышение смачивающей способности.

Реализация экологически безопасной технологии осуществляется с использованием стандартного оборудования, в соответствии с действующими правилами по технике безопасности при работе на скважинах.

Общий экономический эффект в случае применения технологии увеличения нефтеотдачи на каширо-подольских отложениях Николо-Березовского участка Николо-Березовской площади Арланского месторождения составил 9886,3 тыс. руб., а на 1 т дополнительно добытой нефти 3,289 тыс. руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Впервые проведены сравнительные исследования эффективности применения водных растворов различных ПАВ, применяемых для увеличения нефтеотдачи пластов с трудноизвлекаемыми запасами нефти. Эффективность действия оценивали по таким физико-химическим свойствам, как поверхностное натяжение, степень адсорбции, краевой угол смачивания, работа адгезии, по влиянию на реологические свойства нефти при вытеснении. Установлено, что из исследованных нами ПАВ наиболее эффективными по увеличению коэффициента извлечения нефти являются АФ 9-12, ОП-Ю, биоПАВ КШАС-М. В то же время, учитывая степень экологической безопасности, предпочтительно использовать биоПАВ КШАС-М.

2. Рекомендовано включить в существующую классификацию ПАВ показатель экологической безопасности.

3. Разработана компьютерная программа, которая на основе цифровой обработки видеоизображений позволяет рассчитывать краевой угол смачивания в автоматическом режиме.

4. Разработана экологически безопасная технология вытеснения нефти с применением оторочки, состоящей из биоПАВ КШАС-М, изооктана, воды и нефти.

5. Для промышленных условий применительно к добыче трудноизвлекаемой нефти каширо-подольских отложений Арланского месторождения предложено использовать композиционную систему, состоящую из: до 88 % пластовой воды; до 1...2 % биоПАВ КШАС-М; до 1 ...4 % изооктана; до 10 % нефти.

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах:

Ведущие рецензируемые научные журналы

1. Нурутдинов, А. А. Лабораторное исследование свойств водорастворимых поверхностно-активных веществ, применяемых в процессах нефтедобычи [Текст] / А. А. Нурутдинов // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов / ИПТЭР. - Уфа, 2014. — Вып. 2 (96). - С. 62-70. - ISSN 1998-8443.

2. Нурутдинов, А. А. Исследование экологически безопасных технологий применения композиционных систем поверхностно-активных веществ для интенсификации вытеснения нефти [Текст] / А. А. Нурутдинов, А. А. Ямалетдинова, К. Ш. Ямалетдинова, М. Ш. Шайхутдинова // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов / ИПТЭР. - Уфа, 2013. - Вып. 3 (93). - С. 11-22. - ISSN 1998-8443.

3. Бондарук, А. М. Анализ функциональных характеристик яркостных профилей оптического изображения структур двухфазных сред [Текст] / А. М. Бондарук, С. С. Гоц, Р. Н. Гимаев, Р. М. Хакимов, А. А. Нурутдинов, С. И. Пыхов // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. - Уфа, 2010. - Вып. 4 (82). - С. 14-19. - ISSN 1998-8443.

Патент и программа для ЭВМ

4. Пат. 2502864 Российская Федерация, МПК Е 21 В 43/22, С 09 К 8/582. Способ разработки нефтяных месторождений [Текст] / Янгуразова 3. А., Гимаев Р. Н., Андреев В. Е., Сушко Б. К., Ямалетдинова Г. Ф., Нурутдинов А. А., Зайнуллин Ф. А., Ямалетдинова А. А.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Башкирский государственный университет». - № 2012113453/03; заявл. 06.04.2012; опубл. 27.12.2013, Бюл. № 36.

5. Программа для измерения краевого угла смачивания [Текст]: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ / А. С. Пахомов, А. А. Нурутдинов. - № 2013610712 от 09.01.2013.

Прочие печатные издания

6. Нурутдинов, А. А. Разработка метода подбора композиционных систем на основе поверхностно-активных веществ для увеличения коэффициента извлечения нефти [Текст] / А. А. Нурутдинов // Наукоемкие технологии в решении проблем нефтегазового комплекса: тез. докл. Междунар. молодежи, конф. (г. Уфа, 23-29 ноября 2014 г.) / Отв. ред. К. Ш. Ямалетдинова. - Уфа: РИД БашГУ, 2014. - Ч. 1 . - С. 123-124. - ISBN 9778-5-7477-3694-8.

7. Нурутдинов, А. А. Разработка методики подбора композиционных систем на основе ПАВ для увеличения коэффициента извлечения нефти [Текст] / А. А. Нурутдинов // Энергоэффективность. Проблемы и решения: матер. XIV Междунар. научн.-практ. конф. 23 октября 2014 г. - Уфа, 2014. - С. 73-74. - ISBN 978-5-900562-63-6.

8. Гимаев, Р. Н. К вопросу об использовании водорастворимых поверхностно-активных веществ в нефтедобыче [Текст] / Р. Н. Гимаев, А. А. Нурутдинов // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта, нефтепродуктов и газа: матер. Междунар. научн.-практ. конф. 23 апреля 2014 г. - Уфа, 2014. - С. 144-145. - ISBN 9785-900562-62-9.

9. Нурутдинов, А. А. Сравнительная оценка свойств поверхностно-активных веществ в зависимости от степени биоразлагаемости [Текст] / А. А. Нурутдинов // Нефтегазовые технологии и новые материалы. Проблемы и решения: сб. науч. тр. - Уфа: ООО «Монография», 2013. -Вып. 2 (7). - С. 34-39. - ISBN 978-5-94920-148-0.

10. Нурутдинов, А. А. Преимущества применения ПАВ биологического происхождения [Текст] / А. А. Нурутдинов // Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике: сб. матер. IX Всеросс. научн.-метод. конф. с международным участием 23-24 мая 2013 г. / Отв. ред. А. Р. Юмагузин. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2013. - С. 44. - ISBN 978-5-74773266-7.

11. Нурутдинов, А. А. Экспериментальное измерение краевого угла смачивания [Текст] / А. А. Нурутдинов // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта, нефтепродуктов и газа: матер. Междунар. научн.-практ. конф. 22 мая 2013 г. - Уфа, 2013. -С. 173-174. - ISBN 978-5900562-60-5.

12. Нурутдинов, А. А. Исследование качества поверхностно-активных веществ, используемых в нефтегазовом комплексе [Текст] / А. А. Нурутдинов, Ф. А. Зайнуллин // Тез. докл. студенческ. научн.-практ. конф. по физике (11 мая 2012 г., г. Уфа) / Отв. ред. Р. А. Якшибаев. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2012. - С. 60-62. - ISBN 978-5-7477-3011-3.

13. Зайнуллин, Ф. А. Использование гелеобразующих составов для глубокой обработки пласта [Текст] / Ф. А. Зайнуллин, А. А. Нурутдинов // Экологические проблемы нефтедобычи: тез. докл. Междунар. молодежи, конф. (2-8 сентября 2012 г., г. Уфа) / Отв. ред. К. Ш. Ямалетдинова. - Уфа: РИЦБашГУ, 2012. - С. 31-32. - ISBN 978-5-7477-3034-2.

14. Нурутдинов, А. А. Поверхностно-активные свойства смачивателей [Текст] / А. А. Нурутдинов, К. И. Легостаева, Р. Р. Абдуллина, А. А. Антипина // Экологические проблемы нефтедобычи: тез. докл. Междунар. молодежи, конф. (2-8 сентября 2012 г., г. Уфа) / Отв. ред. К. Ш. Ямалетдинова. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2012. - С. 33-34. - ISBN 978-57477-3034-2.

15. Нурутдинов, А. А. Экологически безопасные технологии использования продуктов биосинтеза при заводнении нефтяных пластов [Текст] / А. А. Нурутдинов // Экологические проблемы нефтедобычи: тез. докл. Междунар. молодежи, конф. (2-8 сентября 2012 г., г. Уфа) / Отв. ред. К.Ш. Ямалетдинова. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2012. - С. 41-42. - ISBN 978-57477-3034-2.

16. Зайнуллин, Ф. А. О методах снижения экологической опасности в нефтедобыче [Текст] / Ф. А. Зайнуллин, А. А. Нурутдинов // Экотоксикология: тез. докл. Всеросс. молодежи, конф. 2-8 сентября 2012 г. - Уфа: РИЦБашГУ, 2012. - С. 41-42. - ISBN 978-5-7477-3035-9.

17. Нурутдинов, А. А. Экологические проблемы использования, поверхностно-активных веществ [Текст] / А. А. Нурутдинов, А. Ф. Нагимова, Д. М. Гильванова, Э. Ю. Латыпова // Экологические проблемы нефтедобычи: тез. докл. Междунар. молодежи, конф. (2-8 сентября 2012 г., г. Уфа) / Отв. ред. К.Ш. Ямалетдинова. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2012. - С. 99-100. - ISBN 978-5-7477-3034-2.

18. Нурутдинов, А. А. Причины загрязнения окружающей среды при закачке ПАВ [Текст] / А. А. Нурутдинов, Л. Э. Хайруллина, Д. С. Захарычева // Экологические проблемы нефтедобычи: тез. докл. Междунар. молодежи, конф. (2-8 сентября 2012 г., г. Уфа) / Отв. ред. К. Ш. Ямалетдинова. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2012. - С. 112-113. - ISBN 978-57477-3034-2.

19. Гимаев, Р. Н. О применении сшитых полимерных систем в нефтедобыче [Текст] / Р. Н. Гимаев, Ф. А. Зайнуллин, А. А. Нурутдинов // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: матер. Междунар. научн.-практ. конф. 23 мая 2012 г. - Уфа, 2012. - С. 52-53. - ISBN 978-5-900562-58-2.

20. Пыхов, Д. С. К вопросу об использовании экологически безопасных гидроимпульсных и виброволновых методов воздействия на нефтяные залежи для увеличения нефтеотдачи пластов [Текст] / Д. С. Пыхов, Р. М. Хакимов, Д. Ю. Кузнецов, А. А. Нурутдинов // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: матер. Междунар. научн.-практ. конф. 23 мая 2012 г. -Уфа, 2012. - С. 56-59. - ISBN 978-5-900562-58-2.

/

21. Булатова, Р. В. Исследование качества поверхностно-активных веществ, используемых в рекультивации почв [Текст] / Р. В. Булатова, А. А. Нурутдинов, Ф. А. Зайнуллин // Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике: сб. матер. VIII Всеросс. научн.-метод. конф. с международным участием 19-20 апреля 2012 г. / Отв. ред. Р. Г. Абдеев. -Уфа: РИД БашГУ, 2012. -Ч. I. - С. 185-187. - ISBN 978-5-7477-2941-4.

22. Гимаев, Р. Н. Обоснование условий экспериментальных исследований по вытеснению нефти растворами поверхностно-активных веществ в насыпной модели пласта [Текст] / Р. Н. Гимаев, А. А. Нурутдинов, Ф. А. Зайнуллин // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: матер. Междунар. научн.-практ. конф. 25 мая 2011 г. - Уфа, 2011. -С. 81-82. - ISBN 978-5-900562-56-8.

23. Нурутдинов, А. А. Перспективы использования биоразлагаемых ПАВ в нефтегазовом комплексе [Текст] / А. А. Нурутдинов, Р. М. Хакимов // Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике: сб. матер. VII Всеросс. научн.-метод. конф. с международным участием 14-15 апреля 2011 г. / Отв. ред. Р.Г. Абдеев. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2011. -С. 293-295. - ISBN 978-5-7477-2670-3.

24. Хакимов, Р. М. Особенности разработки сложнопостроенных коллекторов типа «рябчик» [Текст] / Р. М. Хакимов, А. А. Нурутдинов // Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике: сб. матер. VII Всеросс. научн.-метод. конф. с международным участием 14-15 апреля 2011 г. / Отв. ред. Р.Г. Абдеев. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2011. - С. 304-307. -ISBN 978-5-7477-2670-3.

25. Нурутдинов, А. А. Роль инверсии смачиваемости в увеличении нефтеотдачи [Текст] / А. А. Нурутдинов // Энергоэффективность. Проблемы и решения: матер. XI Всеросс. научн.-практ. конф. 19 октября 2011 г. - Уфа, 2011. - С. 90-92. - ISBN 978-5-900562-57-5.

26. Нурутдинов, А. А. Экологически безопасные технологии добычи нефти с использованием ПАВ [Текст] / А. А. Нурутдинов // Безопасность жизнедеятельности человека в среде обитания: проблемы, пути решения: матер. Всеросс. научн.-практ. конф. с международным участием. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2011. - С. 150-151. - ISBN 978-5-7477-2849-3.

27. Нурутдинов, А. А. Роль гидрофильно-липофильного баланса при выборе поверхностно-активных веществ [Текст] / А. А. Нурутдинов, М. Р. Гимаев, А. М. Бондарук, Д. С. Пыхов // Энергоэффективность. Проблемы и решения: матер. Десятой Всеросс. научн.-практ. конф. 20 октября 2010 г. - Уфа, 2010. - С. 124-125. - ISBN 978-5-900562-55-1.

Фонд содействия развитию научных исследований.

Подписано к печати 25.02.2015 г. Формат 60 х 90 1/16.

Усл. печ. 0,98 л. Бумага писчая.

Тираж 100 экз. Заказ № 38.

Ротапринт ГУП «ИПТЭР». 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.