Обоснование комбинированной технологии повышения нефтеотдачи пластов с применением поверхностно-активных веществ и плазменно-импульсной технологии

Хусаинов, Радмир Расимович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование комбинированной технологии повышения нефтеотдачи пластов с применением поверхностно-активных веществ и плазменно-импульсной технологии
ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Обоснование комбинированной технологии повышения нефтеотдачи пластов с применением поверхностно-активных веществ и плазменно-импульсной технологии"

На правах рукописи

ХУСАИНОВ Радмир Расимович

ОБОСНОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ И ПЛАЗМЕННО-ИМПУЛЬСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2014

005551491

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальном минерально-сырьевом университете «Горный»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Молчанов Анатолий Александрович

Официальные оппоненты:

Токарев Михаил Андреевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», кафедра разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений, профессор

Колонеких Александр Валерьевич

кандидат технических наук, ООО «РН-УфаНИПИнефть», главный научный сотрудник.

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический

университет».

Защита диссертации состоится 18 июня 2014 г. в 14:00 ч на заседании диссертационного совета Д 212.224.10 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, г. Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1166.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный» и на сайте www.spmi.ru.

Автореферат разослан 18 апреля 2014 г. УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета у^ Николаев Александр

Константинович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований

На сегодняшний день одной из актуальных задач, стоящих перед нефтегазовой промышленностью страны, является поиск новых энергоэффективных технологий добычи, которые позволят повысить технико-экономические показатели разработки месторождений с трудноизвлекаемыми запасами нефти (ТЗН).

В последние годы в общей структуре российских запасов нефти существенно увеличилась доля месторождений с ТЗН. Ввод новых залежей в эксплуатацию, которые, как правило, представлены низкопродуктивными, неоднородными, низкопроницаемыми коллекторами, а также залежами нефти с аномально высокой вязкостью не может в полной мере обеспечить восполнение извлекаемых запасов углеводородного сырья и компенсировать текущее падение добычи на большинстве месторождений. При этом потребление нефти и газа в России и мире увеличивается с каждым годом. Снижение доли активных запасов, вовлечение в разработку месторождений с ТЗН и переход большинства эксплуатируемых месторождений на позднюю стадию разработки требуют поиска и внедрения новых высокоэффективных технологий повышения нефтеотдачи пластов (ПНП). В связи с этим проблема увеличения полноты извлечения углеводородного сырья из продуктивных пластов месторождений, находящихся на поздней стадии разработки, а также месторождений с ТЗН является актуальной.

Целью диссертационной работы является повышение нефтеотдачи пластов месторождений с трудноизвлекаемыми запасами нефти комбинированными физико-химическими и физическими методами.

Идея работы

Повышение нефтеотдачи пластов месторождений с трудноизвлекаемыми запасами нефти может быть обеспечено за счет применения комбинированного воздействия на пластовую систему растворами поверхностно-активных веществ (ПАВ) в комплексе с плазменно-импульсной технологией (ПИТ).

Задачи исследований

1. Анализ современных методов ПНП, применяющихся на

месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами нефти и обоснование перспективных направлений развития.

2. Исследование процессов диффузии нефтерастворимых компонентов из водных растворов поверхностно-активных веществ в нефть при воздействии плазменно-импульсной технологией.

3. Экспериментальные исследования изменения реологических свойств образцов высоковязкой нефти при моделировании комбинированного воздействия растворами неионогенных поверхностно-активных веществ (НПАВ) и ПИТ.

4. Экспериментальные исследования изменения коэффициента вытеснения нефти при моделировании комбинированного воздействия растворами НПАВ и плазменно-импульсной технологии.

5. Экспериментальные исследования влияния комбинированного воздействия растворами НПАВ и плазменно-импульсной технологией на дисперсность асфальтенов в нефти.

6. Экспериментальные исследования процесса кристаллизации парафинов в нефти при моделировании комбинированного воздействия растворами НПАВ и плазменно-импульсной технологией.

7. Обоснование оптимальных технологических параметров воздействия на продуктивный пласт растворами НПАВ и плазменно-импульсной технологией.

8. Обоснование технологии комбинированного воздействия на пластовую систему растворами НПАВ и плазменно-импульсной технологией для применения на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами.

Методы решения поставленных задач

Работа выполнена на основании результатов теоретических и экспериментальных исследований. Экспериментальные

исследования выполнены в соответствии со стандартными и разработанными методиками (реологические, фильтрационные, определение дисперсности частиц и др.). Обработка данных проводилась с помощью методов математической статистики.

Научная новизна работы

1. Выявлена способность воздействия плазменно-импульсной технологии интенсифицировать процессы диффузии нефтерастворимых компонентов неионогенных поверхностно-активных веществ на основе оксиэтилированных алкилфенолов из водных растворов в нефть.

2. Установлены зависимости снижения межфазного натяжения нефти на границе с водной фазой, изменения реологических характеристик нефти, повышения коэффициента вытеснения, повышения дисперсности частиц асфальтенов и снижения температуры начала кристаллизации парафинов при комбинированном воздействии на нефть растворами неионогенных поверхностно-активных веществ и плазменно-импульсной технологией.

Защищаемые научные положения

1. Комбинированное воздействие на образцы нефти, основанное на применении 0,5-1,0% водных растворов неионогенных поверхностно-активных веществ с последующим наложением 10-20 импульсов плазменно-импульсной технологии (в зависимости от типа нефти) позволяет увеличить количество продиффундировавших нефтерастворимых компонентов НПАВ из водного раствора в нефть до 4,5 раз.

2. Переход нефтерастворимых компонентов из 0,5-1,0% водного раствора НПАВ в нефть после воздействия плазменно-импульсной технологией (10-20 импульсов в зависимости от типа нефти) сопровождается снижением межфазного натяжения на границе «нефть - водная фаза», способствует снижению интенсивности проявления тиксотропных свойств нефти, увеличению коэффициента вытеснения нефти из образца породы-коллектора, увеличению дисперсности асфальтенов и снижению температуры кристаллизации парафинов в нефти.

Достоверность научных положений. выводов и рекомендаций подтверждена теоретическими и

экспериментальными исследованиями с использованием современного оборудования, воспроизводимостью полученных

результатов.

Практическое значение работы

1. Разработана комбинированная технология увеличения нефтеотдачи, которая заключается в последовательной закачке в продуктивный пласт водного раствора НПАВ с последующим воздействием ПИТ на пластовую систему для применения на месторождениях высоковязких нефтей и месторождениях с низкопроницаемыми коллекторами.

2. Разработан способ обработки горизонтальных скважин комбинированным воздействием и устройство для генерирования упругих импульсов в гидросфере горизонтальных скважин (патент РФ № 131503).

3. Обоснованы условия применения комбинированной технологии воздействия НПАВ и ПИТ с учетом физико-химических характеристик нефти Усинского и Фаинского месторождений.

4. Материалы диссертационной работы могут быть использованы в учебном процессе при чтении лекций по дисциплинам «Нефтегазопромысловое оборудование», «Особенности разработки и эксплуатации залежей аномально вязких нефтей», «Подземная гидромеханика», «Подземный и капитальный ремонт скважин», «Технология и техника методов повышения нефтеотдачи пластов» студентам направления «Нефтегазовое дело».

Апробаиия работы

Основные положения, результаты экспериментальных исследований, выводы и рекомендации докладывались на 64-ой Международной научной студенческой конференции «Нефть и газ-2010» (г.Москва, РГУ НГ им. Губкина, 2010); Студенческой научной конференции г. Санкт-Петербург, СПГГИ им. Г.В. Плеханова (технический университет), 2010); Международной научно-технической конференции студентов, посвященной 90-летнему юбилею Азербайджанской государственной нефтяной академии (Азербайджан, г. Баку, АГНА, 2010); VIII Международной научно-практической конференции «Международные и отечественные технологии освоения природных минеральных ресурсов и глобальной энергии» (г.Астрахань, АГУ, 2010);

Международном форуме-конкурсе молодых ученых «Проблемы недропользования» (г. Санкт-Петербург, СПГГУ, 2011); Всероссийской конференции «Проблемы разработки и эксплуатации месторождений высоковязких нефтей и природных битумов» (г.Ухта, УГТУ, 2011); IV Всероссийской конференции «Нефтегазовое и горное дело» (г. Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2011); IX Международном Молодежном нефтяном форуме (Казахстан, г. Алматы, Казахский Национальный Технический Университет имени К.И. Сатпаева, 2012); Международном форуме инженеров-нефтяников (Китай, г. Пекин, Китайский Нефтяной Университет, 2012); III Международной конференции молодых ученых и специалистов "Актуальные проблемы нефтегазовой геологии XXI века" (г. Санкт-Петербург, ВНИГРИ, 2013).

Исследования были поддержаны именной стипендией Президента Российской Федерации и персональным грантом Правительства Санкт-Петербурга.

Публикаиии

По теме диссертации опубликовано 27 научных работ, в том числе 7 статей в изданиях, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации, получен 1 патент Российской Федерации.

Личный вклад автора

Выполнен анализ результатов ранее опубликованных работ по теме диссертации; сформулированы задачи исследований; проведены экспериментальные исследования по обоснованию комбинированной технологии повышения нефтеотдачи пластов на современном лабораторном оборудовании; выполнена обработка и интерпретация полученных результатов; сформулированы основные защищаемые положения и выводы.

Структура и объем диссертационной работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения и библиографического списка, включающего 159 наименований. Материал диссертации изложен на 146 страницах машинописного текста, включает 27 таблиц, 50 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится общая характеристика работы, обосновывается ее актуальность, определяются цель, идея, задачи, излагаются защищаемые положения, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе приводится современная классификация залежей, относящихся к ТЗН. Проведен анализ месторождений с ТЗН, дана оценка их роли в общей структуре запасов углеводородного сырья. Проанализирован опыт применения современных методов ПНП на месторождениях с ТЗН. Выявлены основные положительные и отрицательные стороны применения современных МУН. Значительный вклад в совершенствование технологических процессов нефтеотдачи и повышение эффективности эксплуатации нефтяных месторождений с ТЗН внесли: АббасовА.А., Абдулмазитов Р.Г., АлишаевМ.Г.,

Аметов И.М., Амиян В.А., Андреев В.Е., Антипин Ю.В.,

Антониади Д.Г., Ахметов A.A., Бабалян Г.А., Басарыгин Ю.М., Блажевич В.А., Валеев М.Д., ВахитовГ.Г., Газизов A.A., Гарушев А.Р., Гайворонский И.Н., Глумов И.Ф., Горбунов А.Т., Девликамов В.В., ДияшевР.Н., ЖелтовЮ.В., ЗейгманЮ.В., Зинченко К.А., Кабиров М.М., КудиновВ.И., Леви Б.И., Ленченкова Л.Е., Лысенко В.Д., Мищенко И.Т.,

Мирзаджанзаде А.Х., Молчанов A.A., Мусабиров М.Х.,

Муслимов Р.Х., Огаджанянц В.Г., Овнатанов Г.Т., Позднышев Г.Н., Ребиндер П.А., Рогачев М.К., Рябоконь С.А., Саркисов Н.М., Сургучев М.Л., Телин А.Г., Токарев М.А., Уметбаев В.Г., Фахретдинов Р.Н., ХавкинА.Я., Хисамутдинов Н.И., Шагиев Р.Г., Abrams А„ Green D.W., Lake L. W„ Pope G.A. и многие другие.

Рассмотрен опыт применения ПАВ для повышения нефтеотдачи пластов на месторождениях с ТЗН. Обычно ПАВ представляют собой органические вещества, содержащие в молекуле углеводородный радикал и одну или несколько полярных групп. Наиболее широкое применение в технологиях ПНП нашли НПАВ, такие как ОП-7, ОП-Ю, АФ9-4, АФ9-6 и др. В процессе вытеснения нефти ПАВ оказывают влияние на следующие взаимосвязанные факторы: межфазное натяжение на границе нефть-вода и

поверхностное натяжение на границах «вода-порода» и «нефть-порода». Кроме того, действие ПАВ проявляется в изменении избирательного смачивания поверхности породы водой и нефтью, отмывании с поверхности пород пленки нефти, стабилизации дисперсии нефти в воде, приросте коэффициентов вытеснения нефти водной фазой при принудительном вытеснении и при капиллярной пропитке, в повышении относительных фазовых проницаемостей пористых сред, изменении реологических характеристик нефти.

Обзор применения современных методов физического воздействия на пласт показал, что в последние годы большое внимание при разработке месторождений с ТЗН уделяется виброволновым МУН. Плазменно-импульсная технология воздействия на пластовую систему относится к физическим методам увеличения нефтеотдачи. Применение данной технологии на нефтяных месторождениях России и за рубежом показало ее высокую эффективность. Результаты промысловых исследований позволили установить, что воздействие ПИТ, основанной на электрическом разряде высоковольтного источника в жидкости скважинным генератором с широким спектром частот, позволяет декольматировать призабойную зону скважин и создать в продуктивном пласте упругие колебания на частоте собственного параметрического резонанса. После применения воздействия отмечается увеличение приемистости нагнетательных скважин и подвижности нефти, увеличение дебита нефти и снижение обводненности продукции добывающих скважин.

По результатам проведенного анализа отмечена перспективность применения комбинированных технологий повышения нефтеотдачи, таких как комплексное физико-химическое и физическое воздействие. Сделан вывод о целесообразности проведения экспериментальных исследований совместного применения растворов ПАВ и воздействия ПИТ на пластовую систему для ПНП и стимуляции работы скважин на месторождениях с ТЗН.

Во второй главе приводится описание аппаратуры и методики проведения экспериментальных исследований при разработке

комбинированной технологии ПНП месторождений с ТЗН.

Экспериментальные исследования проводились для образцов нефти двух месторождений: Усинского (содержание асфальтенов до 12 %, парафинов до 0,6 %, смол силикагелевых до 23 %, серы до 2,5 %) и Фаинского (асфальтенов до 1,6 %, парафинов до 2,1 %, смол силикагелевых до 4,5%, серы до 1,0%). Запасы представленных месторождений, относятся к категории трудноизвлекаемых. Разработка Усинского месторождения осложнена высокой вязкостью нефти (670мПа-с). Продуктивные пласты Фаинского месторождения характеризуются низкой проницаемостью (среднее значение 0,024 мкм ).

При проведении экспериментальных исследований использовались следующие приборы и оборудование: устройство многоканального потокового сбора информации El4-440 -проведение исследований по изучению характеристик излучаемых импульсов при моделировании ПИТ; цифровой тензиометр EasyDrop (компания KRUSS GmbH) - исследования по оценке изменения межфазного натяжения образцов нефти на границе с водной фазой; лазерный анализатор размеров частиц «Ласка-1 К» -измерения дисперсных параметров суспензий; ротационный вискозиметр Rheotest RN 4.1 (Messgerate Medingen) - проведение реологических исследований; установки MDP-405, DTS-430, СЕ-520 - подготовка образцов керна к проведению фильтрационных исследований; автоматический порозиметр-пермеаметр АР-608 (Coretest Systems) - определение фильтрационно-емкостных свойств керна; фильтрационная установка RPS-812 (Coretest Systems) -моделирование процессов фильтрации при проведении исследований по оценке коэффициентов вытеснения нефти; система FLASS (компания Vinci Technologies) - изучение процессов образования твердых органических веществ в пластовом флюиде с моделированием термобарических условий.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований по разработке и обоснованию комбинированного воздействия на пластовую систему с целью ПНП и стимуляции работы скважин на месторождениях с ТЗН.

Для проведения исследований совместного применения растворов ПАВ и воздействия ПИТ на физико-химические характеристики исследуемых образцов нефти совместно с ООО НПЦ «ГеоМИР» был разработан экспериментальный стенд, позволяющий моделировать воздействие ПИТ в лабораторных условиях.

Проведенные исследования зависимости характеристик излучаемых импульсов от параметров излучателя показали, что длительность излучаемых импульсов при воздействии ПИТ можно регулировать за счет изменения диаметра инициирующего проводника. Получены зависимости длительности излучаемого импульса от диаметра инициирующего проводника (рисунок 1). Анализ спектров излучаемых сигналов позволил установить их качественное сходство при различных характеристиках излучателя. Моделирование воздействия ПИТ при проведении экспериментальных исследований производилось с использованием инициирующего проводника диаметром 0,15 мм позволяющего получить импульс длительностью 7 мкс с необходимым частотным спектром. Выбор и обоснование характеристик излучателя производился на основе результатов расчета спектров резонансных (доминантных) частот продуктивных нефтяных пластов различной толщины.

/Г-

90 100 ЦС

■>с!=0,5 мм • (1=0,25 мм ■»(1=0,15 мм

Длительность импульса, мкс

Рисунок 1 - Изменение длительности импульса от диаметра инициирующего проводника при моделировании воздействия ПИТ

На следующем этапе исследовалось влияние комбинированного воздействия (НПАВ + ПИТ) на процесс диффузии нефтерастворимых компонентов из водного раствора НПАВ в нефть для определения оптимальной концентрации водного раствора НПАВ, времени диффундирования и концентрации продиффундировавших компонентов. При контакте нефти Усинского месторождения с водным раствором НПАВ оптимальной концентрации (1,0 % мае.) в течение 15 суток межфазное натяжение нефти снизилось с 32,4 до 21,1 мН/м (рисунок 2, а), что соответствует концентрации 0,09 % мае. НПАВ в нефти. Последующее воздействие ПИТ в количестве 20 импульсов позволяет снизить значение межфазного натяжения до 16,7 мН/м (рис. 2 б), что соответствует увеличению концентрации НПАВ в нефти в 4,5 раза (0,41 % мае.). Установлено, что дальнейшее увеличение количества импульсов ПИТ не приводит к существенному снижению межфазного натяжения (рисунок 2, б).

О 12

й 3,5 \ 1.5 > О 5 1С 35 20 25 30

войиого раствора ИПАВ, % мае Количество «и!1урьссо.еа

Рисунок 2 - Результаты исследований влияния комбинированного воздействия на межфазное натяжение нефти Усинского месторождения:

а - зависимость изменения межфазного натяжения нефти на границе с дистиллированной водой после контакта с водными растворами НПАВ (конц. 0,05; 0,1; 0,5; 1; 1,5 и 2 % мае.); б - изменение межфазного натяжения нефти на границе с дистиллированной водой на контакте с 1 % водным раствором НПАВ при воздействии ПИТ

Проведенные аналогичные исследования для нефти Фаинского месторождения позволили установить, что при контакте исследуемой нефти с водным раствором НПАВ оптимальной

концентрации (0,5 % мае.) в течение 2 суток значение межфазного натяжения на границе с дистиллированной водой снижается с 25,63 до 8,83 мН/м (рисунок 3, а), что соответствует концентрации 0,03 % мае. НПАВ в нефти. Воздействие плазменно-импульсной технологией (10 импульсов) позволило снизить значение межфазного натяжения до 4,46 мН/м (рисунок 3, б), что соответствует повышению содержания компонентов НПАВ в нефти в 1,7 раза (0,05 % мае.).

I !

А Ьгг-—

; Л

? .............. о ■ о

..........

Количество «мггрлквв.ед

Комив«трзц*я водного раствор} НПАВ. % мае.

Рисунок 3 - Результаты исследований влияния комбинированного воздействия на межфазное натяжение нефти Фаинского месторождения:

а - зависимость изменения межфазного натяжения нефти на границе с дистиллированной водой после контакта с водными растворами НПАВ (конц. 0,05; 0,1; 0,5; 1; 1,5 и 2 % мае.); б - изменение межфазного натяжения нефти на границе с дистиллированной водой после контакта с 0,5 % водным раствором НПАВ при воздействии ПИТ

Было изучено влияние НПАВ, а также комбинированного воздействия (НПАВ + ПИТ) на реологические характеристики аномально вязкой нефти Усинского месторождения. Исследования проводились с использованием ротационного вискозиметра Ш1ео1е81 ЯК 4.1 при температурах 10, 30, 50, 80 °С. Основной задачей была количественная оценка влияния НПАВ и комбинированного воздействия на тиксотропные свойства аномально вязкой нефти.

Тиксотропные свойства оценивались по стандартной методике по изменению площади петли гистерезиса. Результаты проведенных исследований представлены в таблице 1 и на рисунке 4.

Таблица 1 - Результаты исследований тиксотропных свойств нефти

№ п.п. Наименование Площадь петли, усл. ед.

10 °С 30 °С 50 °С 80 °С

1. Усинская нефть 161519 13174 947 328

2. Усинская нефть + НПАВ 138938 8197 445 319

3. Усинская нефть + НПАВ + 20 импульсов 125131 6846 357 292

Анализируя полученные результаты можно отметить, что наиболее интенсивное снижение тиксотропных свойств исследуемых образцов нефти происходит при повышении температуры до 50 °С. При повышенных температурах (50 °С и выше) тиксотропные свойства нефти кратно снижаются, но не исчезают полностью. Данный факт свидетельствует о наличии так называемой пространственной структуры, образованной частицами асфальтенов.

Согласно проведенным исследованиям, применение НПАВ при различных температурах позволяет снизить проявление тиксотропных свойств исследуемой нефти до 53 %. При последующем воздействии ПИТ в количестве 20 импульсов наблюдается снижение проявления тиксотропных свойств нефти Усинского месторождения до 63 %.

1800

1600

0 50 100 150 200

Скоростьсдвига. 1/с

® 1400

| 1200 а

О 1000 2

£ 800 К

& 600 та

Х 400

---Нефть

— Нефты-НПАВ -Нефтъ + НПАВ+ 20имлульсов

Рисунок 4 - Реологические кривые прямого и обратного хода (петля гистерезиса) для нефти Усинского месторождения (1=10° С)

Оценка влияния комбинированного воздействия на эффективную вязкость нефти Усинского месторождения показало ее снижение после взаимодействия с НПАВ до 2,1 раз. Последующее

воздействие ПИТ позволяет дополнительно снизить значение эффективной вязкости нефти до 2,7 раз.

На рисунке 5, а представлены результаты исследований по оценке коэффициента вытеснения нефти. Эксперименты проводились на образцах естественного керна с проницаемостью 0,723 мкм2 (для условий Усинского месторождения) и 0,018 мкм2 (для условий Фаинского месторождения). Согласно полученным результатам, применение комбинированного воздействия позволяет повысить коэффициент вытеснения нефти Усинского месторождения на 31,8%. Относительное повышение значения коэффициента вытеснения нефти находившейся на контакте с водным раствором НПАВ без дополнительного воздействия ПИТ составляет 13,6 %.

По результатам выполненных исследований для проб нефти Фаинского месторождения установлено, что нефтерастворимые компоненты НПАВ, перешедшие в нефть из водного раствора путем диффузии позволяют повысить коэффициент вытеснения нефти на 5 % по сравнению с исходной (рисунок 5, б). Для пробы дополнительно обработанной ПИТ (10 импульсов) повышение коэффициента вытеснения составило 7,5 %. Полученные результаты объясняются более интенсивным переходом нефтерастворимых компонентов из водного раствора НПАВ в нефть при воздействии ПИТ, что позволяет оказывать дополнительное влияние на физико-химические характеристики нефти.

0,5

Г--' -< 3——— — -й- —Л -о

- - — - —о

12 3 4

Поробьш объем прокачки, ед. -с— Римская нефть

финская нефть * НПЛ9

финская нефть * НПАВ * 20 импульсов

12 3 4

Поровый об »ем прокачки, ед.

— — Фаинская нефть

- >-Ф»ннсяМ нефть + МПАВ ^т-фаииская нефть + НПАВ т 10 импульсов

Рисунок 5 - Результаты исследований по оценке коэффициента вытеснения нефти: а - для нефти Усинского месторождения; б - для нефти Фаинского месторождения

Изучение механизма процессов, происходящих при

комбинированном воздействии на нефть НПАВ и ПИТ, показало, что добавление неионогенного ПАВ в нефть Усинского месторождения позволяет снизить значение коэффициента флокуляции асфальтенов (Кф), что можно объяснить увеличением дисперсности (пептизацией) асфальтеновых частиц. Последующее воздействие ПИТ, в количестве 20 импульсов, приводит к дополнительному снижению значения Кф. Для нефти Усинского месторождения коэффициент флокуляции составил 0,336. Наличие в нефти 0,09% мае. НПАВ ОП-Ю позволило снизить значение коэффициента флокуляции до 0,321. После воздействия ПИТ произошла более интенсивная диффузия НПАВ в нефть из водного раствора, что позволило увеличить содержание НПАВ до 0,41 % мае. Оценка состояния частиц асфальтенов капиллярным методом позволила установить дополнительное снижение значение коэффициента флокуляции после воздействия ПИТ до 0,313. Результаты исследований с использованием лазерного анализатора «Ласка-1М» подтвердили увеличение дисперсности частиц асфальтенов в нефти (таблица 2).

Таблица 2 - Результаты исследований дисперсности частиц асфальтенов (суммарное объемное распределение частиц по размерам)

№ п.п. Квантили распределения Диаметр частиц, мкм

Нефть Нефть + НПАВ Нефть + НПАВ + 20 импульсов

1. 010 12,77 11,29 10,41

2. 025 15,32 13,54 12,49

3. 050 18,64 16,48 15,2

4. 075 22,73 20,09 18,53

5. 090 26,81 23,7 21,87

и рамках диссертационной работы были проведены экспериментальные исследования, направленные на установление влияния комбинированного воздействия на процесс кристаллизации парафинов в нефти.

Исследования проводились с использованием системы РЬА88, которая предназначена для изучения процессов образования твердых веществ (органических и неорганических) в пластовом флюиде. Результаты проведенных исследований представлены на рисунке 6.

По результатам проведенных исследований было установлено снижение температуры начала кристаллизации парафинов в нефти при диффундировании в пробу нефтерастворимых компонентов НПАВ с 25° С до 20° С. Последующее воздействие ПИТ приводит к снижению температуры начала кристаллизации с 20° С до 18° С и позволяет снизить интенсивность образования твердых органических отложений.

-о-Фзннскзянефть -О-Фзинскаяиефть + НПАВ

^»*Фзнискзянефгь + НПАВ+ 10 импульсов

Температура, С

Рисунок 6 - Зависимость количества частиц парафинов в нефти от

температуры

Также было установлено, что при воздействии ПИТ происходит сильный рост оптической плотности исследуемой нефти (таблица 3), что объясняется пептизацией частиц асфальтенов и подтверждает полученные ранее результаты (таблица 2).

Таблица 3 - Изменение интенсивности прохождения лазерной энергии через исследуемые пробы нефти Фаинского месторождения при температуре 70 °С__

№ п.п. Наименование Проходящая лазерная энергия, мВт

1. Нефть 2,85-10"4

2. Нефть + НПАВ 1,84-10"4

3. Нефть + НПАВ + 10 импульсов 5,28-10'"

В четвертой главе описаны способ обработки вертикальных нагнетательных скважин комбинированным воздействием (НПАВ + ПИТ) с периодической и постоянной закачкой растворов неионогенных поверхностно-активных веществ, а также способ обработки горизонтальных скважин с использованием специального устройства для генерирования упругих импульсов. Представлена разработанная методика проведения операций при

комбинированном воздействии растворами неионогенных поверхностно-активных веществ и плазменно-импульсной технологией на пластовую систему. Предложены методы оценки эффективности применения комбинированной технологии на нефтяных месторождениях.

Таким образом, в результате проведенных исследований разработана комбинированная технология воздействия на продуктивный пласт растворами неионогенных ПАВ и плазменно-импульсной технологией, которая позволит повысить эффективность разработки месторождений с трудноизвлекаемыми запасами нефти (месторождения высоковязкой нефти, залежи в низкопроницаемых коллекторах).

Основные выводы и рекомендации

1. Анализ существующих методов повышения нефтеотдачи, применяемых на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами, показал высокую перспективность комбинированных технологий, основанных на совместном применении физико-химических и физических МУН, позволил сформулировать основные направления исследований, связанные с применением растворов неионогенных поверхностно-активных веществ и плазменно-импульсной технологии.

2. По результатам проведенного комплекса экспериментальных лабораторных исследований комбинированного воздействия растворами НПАВ и ПИТ для условий Усинского и Фаинского нефтяных месторождений установлено, что комбинированное воздействие позволяет интенсифицировать процессы диффузии нефтерастворимых компонентов из водного раствора в нефть и значительно повысить технологическую эффективность применения водных растворов НПАВ.

3. Установлено влияние комбинированного воздействия НПАВ и ПИТ на реологические характеристики аномально вязкой нефти Усинского месторождения при различных температурах. Снижение интенсивности проявления тиксотропных свойств исследуемой нефти (до 62 %) связано с более интенсивным диспергированием асфальтенов после воздействия ПИТ. Наблюдается снижение эффективной вязкости нефти Усинского месторождения после взаимодействия с НПАВ до 2,1 раз. Последующее воздействие ПИТ позволяет дополнительно снизить значение эффективной вязкости нефти до 2,7 раз.

4. По результатам экспериментальных исследований по определению коэффициентов вытеснения нефти при моделировании комбинированного воздействия растворами НПАВ и ПИТ установлено, что для высоковязкой, высокосмолистой нефти Усинского месторождения с высоким содержанием асфальтенов относительное увеличение коэффициента вытеснения после обработки составило 31,8 % по сравнению с исходной. Для парафинистой нефти Фаинского месторождения при моделировании комбинированного воздействия (НПАВ + ПИТ) относительное увеличение коэффициента вытеснения составило 7,5 %.

5. Результаты проведенных исследований по оценке влияния комбинированного воздействия НПАВ и ПИТ на дисперсность асфальтенов в образцах нефти Усинского и Фаинского месторождений капиллярным методом и методом радиального распределения интенсивности света, позволили установить, что добавление НПАВ в исследуемые образцы нефти позволяет снизить значение коэффициента флокуляции, что объясняется пептизацией частиц асфальтенов. Воздействие ПИТ способствует дополнительному увеличению дисперсности частиц асфальтенов.

6. Изучение влияния НПАВ и последующего воздействия ПИТ позволили установить снижение температуры начала кристаллизации парафинов в нефти, что может быть связано с интенсификацией процессов диффузии нефтерастворимых компонентов НПАВ в нефть и увеличением дисперсности частиц асфальтенов.

7. На основе проведенных исследований и анализа полученных результатов обоснована и разработана комбинированная технология повышения нефтеотдачи пластов с применением растворов НПАВ и воздействием ПИТ.

8. Разработан способ обработки нагнетательных скважин комбинированной технологией (НПАВ + ПИТ) с закачкой растворов неионогенных поверхностно-активных веществ для ПНП. Разработана технология и обоснован способ обработки горизонтальных скважин комбинированным воздействием с использованием скважинного устройства для генерирования упругих импульсов.

Содержание диссертации отражено в следующих основных печатных работах:

1. Хусаинов P.P. Результаты применения технологии

плазменно-импульсного воздействия на нефтегазовом месторождении Жданице/ P.P. Хусаинов, A.A. Молчанов, A.B. Максютин// Научно-технический журнал «Геология, география и глобальная энергия»,- Астрахань.: АГУ, 2013 г. - №2. - С. 27-34.

2. Хусаинов P.P. Оценка продолжительности влияния плазменно-импульсного воздействия на реологические свойства высоковязких нефтей/ P.P. Хусаинов, A.A. Молчанов, A.B. Максютин// Записки Горного института. - СПб.: СПГГУ, 2012 г.-Т.195.-С.61-63.

3. Хусаинов P.P. Результаты исследований и опытно-промышленного внедрения на месторождениях России / P.P. Хусаинов, A.A. Молчанов, A.B. Максютин // Записки Горного института. - СПб: СПГГУ, 2012. - Т. 195. - С. 64-68.

4. Хусаинов P.P. Исследование подвижности нефти и результаты опытно-промышленного применения технологии плазменно-импульсного воздействия на месторождениях России / P.P. Хусаинов, A.A. Молчанов, A.B. Максютин// Научно-технический вестник «Каротажник». - Тверь: Изд-во «АИС», 2012. -№212.-С. 14-20.

5. Хусаинов P.P. Добыча и возможные направления освоения месторождений высоковязких нефтей России/ P.P. Хусаинов, A.B. Максютин// Научно-технический журнал «Геология, география и глобальная энергия»,- Астрахань.: АГУ, 2011 г. - №2. - С. 97-100.

6. Хусаинов P.P. Опыт и перспективы применения технологии плазменно-импульсного воздействия на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами нефти/ P.P. Хусаинов, A.B. Максютин// Научно-технический журнал «Геология, география и глобальная энергия».- Астрахань.: АГУ, 2010 г. - №3. - С. 231-235.

7. Khusainov R.R. Results of experimental researches of plasmapulse action technology for stimulation on the heavy oil field /R.R. Khusainov, A.V. Maksyutin// World Applied Sciences Journal. -2014. -№31. -p. 277-280.

8. Устройство для генерирования упругих импульсов в гидросфере горизонтальной скважины: пат. 131503 Рос. Федерация : МПК G01V1/00 Молчанов A.A., РогачевМ.К., Максютин A.B., Хусаинов P.P.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». -№ 2013116259/28 ;заявл. 09.04.2013; опубл. 20.08.2013.

РИЦ Горного университета. 16.04.2014. 3.286. Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Хусаинов, Радмир Расимович, Санкт-Петербург

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет горный»

На правах рукописи

п/лги /. спее.4

ХУСАИНОВ Радмир Расимович

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых

месторождений

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор технических наук, профессор Молчанов А.А.

Санкт-Петербург - 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................6

ГЛАВА 1 ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ТРУДНОИЗВЛЕКАЕМЫМИ ЗАПАСАМИ НЕФТИ... 12

1.1 Трудноизвлекаемые запасы нефти и их роль в общей структуре запасов.... 12

1.2 Анализ и перспективы применения современных методов увеличения нефтеотдачи..................................:.............................................................................15

1.3 Применение поверхностно-активных веществ для повышения нефтеотдачи пластов на нефтяных месторождениях...................................................................21

1.4 Виброволновое воздействие на пласт для повышения нефтеотдачи.............23

1.4.1 Технологии виброволнового воздействия на пласт......................................23

1.4.2 Описание принципа действия плазменно-импульсной технологии...........26

1.5 Результаты применения плазменно-импульсной технологии........................30

1.5.1 Результаты применения плазменно-импульсной технологии на нефтяных месторождениях России............................................................................................30

1.5.2 Результаты применения технологии плазменно-импульсного воздействия на нефтегазовом месторождении Жданице (Чешская республика).....................32

1.6 Выводы к главе 1.................................................................................................35

ГЛАВА 2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОБОСНОВАНИЮ КОМБИНИРОВАННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ РАСТВОРАМИ НЕИОНОГЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ И ПЛАЗМЕННО-ИМПУЛЬСНОЙ ТЕХНОЛОГИЕЙ........................................................................................................37

2.1 Разработка экспериментального стенда моделирования воздействия плазменно-импульсной технологией.......................................................................38

2.2 Методика определения диффузионных свойств неионогенных поверхностно-активных веществ.............................................................................44

2.3 Методика проведения реологических исследований высоковязких нефтей 49

2.4 Методика проведения исследований по определению коэффициента вытеснения нефти......................................................................................................51

2.4.1 Проведение работ по подготовке кернового материала для исследований по определению коэффициента вытеснения нефти...............................................51

2.4.2 Определение коэффициента вытеснения нефти............................................53

2.5 Методика определения коэффициента флокуляции........................................55

2.6 Методика исследования распределения размеров асфальтеновых частиц в нефти...........................................................................................................................56

2.7 Методика исследований процесса кристаллизации парафинов в нефти.......58

2.7.1 Описание используемого оборудования........................................................58

2.7.2 Методика проведения лабораторных экспериментальных исследований по исследованию процесса кристаллизации парафинов в нефти..............................63

2.8 Методика обработки экспериментальных данных..........................................64

2.9 Выводы к главе 2.................................................................................................66

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ С ПРИМЕНЕНИЕМ НЕИОНОГЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ И ПЛАЗМЕННО-ИМПУЛЬСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ..........................................................................................................67

3.1 Обоснование параметров излучателя экспериментального стенда по моделированию плазменно-импульсной технологии............................................67

3.1.1 Расчет спектров резонансных (доминантных) частот продуктивных нефтяных пластов......................................................................................................67

3.1.2 Исследование зависимости характеристик излучаемых импульсов от параметров излучателя..............................................................................................70

3.2 Исследование влияния комбинированного воздействия на диффузионные

свойства поверхностно-активных веществ.............................................................77

3.2.1 Исследование диффузионных свойств поверхностно-активных веществ (нефть Усинского месторождения)..........................................................................77

3.2.2 Исследование диффузионных свойств поверхностно-активных веществ (нефть Фаинского месторождения).........................................................................81

3.2.3 Анализ полученных результатов....................................................................85

3.3 Исследование влияния комбинированного воздействия на реологические характеристики аномально вязкой нефти...............................................................89

3.4 Экспериментальные исследования по определению коэффициентов вытеснения нефти......................................................................................................95

3.4.1. Определение коэффициента вытеснения нефти Усинского месторождения...........................................................................................................96

3.4.2. Определение коэффициента вытеснения нефти Фаинского месторождения...........................................................................................................98

3.5 Исследование влияния комбинированного воздействия растворами неионогенных поверхностно-активных веществ и плазменно-импульсной технологией на дисперсность асфальтенов в нефти............................................100

3.5.1 Исследования дисперсности асфальтенов капиллярным методом...........100

3.5.2 Исследования дисперсности асфальтенов при помощи лазерного анализатора микрочастиц.......................................................................................102

3.6 Исследования процесса кристаллизации парафинов в нефти......................104

3.6.1 Исследование процесса кристаллизации парафинов в нефти Усинского месторождения.........................................................................................................105

3.6.2 Исследование процесса кристаллизации парафинов в нефти Фаинского месторождения.........................................................................................................106

3.7 Выводы к главе 3...............................................................................................111

ГЛАВА 4 ОБОСНОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ РАСТВОРАМИ НЕИОНОГЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ И ПЛАЗМЕННО-ИМПУЛЬСНОЙ ТЕХНОЛОГИЕЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ.....................................................114

4.1 Последовательность проведения работ при комбинированном воздействии растворами неионогенных поверхностно-активных веществ и плазменно-импульсной технологией........................................................................................115

4.2 Технология комбинированного воздействия растворами неионогенных поверхностно-активных веществ и плазменно-импульсной технологией........118

4.2.1 Описание технологического процесса закачки растворов поверхностно-активных веществ в пласт.......................................................................................118

4.2.2 Технология комбинированного воздействия для обработки нагнетательных скважин.........................................................................................120

4.2.3 Технология комбинированного воздействия для обработки добывающих горизонтальных скважин........................................................................................122

4.3 Выводы к главе 4...............................................................................................124

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................................125

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ..........................127

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................................129

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований

Целью диссертанионной работы является повышение нефтеотдачи пластов месторождений с трудноизвлекаемыми запасами нефти комбинированными физико-химическими и физическими методами.

Идея работы

Повышение нефтеотдачи пластов месторождений с трудноизвлекаемыми запасами нефти может быть обеспечено за счет применения комбинированного

воздействия на пластовую систему растворами поверхностно-активных веществ (ПАВ) в комплексе с плазменно-импульсной технологией (ПИТ).

Задачи исследований

1. Анализ современных методов ПНП, применяющихся на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами нефти и обоснование перспективных направлений развития.

Методы решения поставленных задач

Работа выполнена на основании результатов теоретических и экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования выполнены в соответствии со стандартными и разработанными методиками (реологические, фильтрационные, определение дисперсности частиц и др.). Обработка данных проводилась с помощью методов математической статистики.

Научная новизна работы

Защищаемые научные положения

1. Комбинированное воздействие на образцы нефти, основанное на применении 0,5-1,0 % водных растворов неионогенных поверхностно-активных веществ с последующим наложением 10-20 импульсов плазменно-импульсной технологии (в зависимости от типа нефти) позволяет увеличить количество продиффундировавших нефтерастворимых компонентов НПАВ из водного раствора в нефть до 4,5 раз.

межфазного натяжения на границе «нефть - водная фаза», способствует снижению интенсивности проявления тиксотропных свойств нефти, увеличению коэффициента вытеснения нефти из образца породы-коллектора, увеличению дисперсности асфальтенов и снижению температуры кристаллизации парафинов в нефти.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена теоретическими и экспериментальными исследованиями с использованием современного оборудования, воспроизводимостью полученных результатов.

Практическое значение работы

4. Материалы диссертационной работы могут быть использованы в высших учебных заведениях при чтении лекций по дисциплинам «Нефтегазопромысловое оборудование», «Особенности разработки и эксплуатации залежей аномально вязких нефтей», «Подземная гидромеханика», «Подземный и капитальный ремонт скважин», «Технология и техника методов повышения нефтеотдачи пластов» студентам направления «Нефтегазовое дело».

Апробация работы

Основные положения, результаты экспериментальных исследований, выводы и рекомендации докладывались на 64-ой Международной научной студенческой конференции «Нефть и газ-2010» (г. Москва, РГУ НГ им. Губкина, 2010); Студенческой научной конференции г. Санкт-Петербург, СПГГИ им. Г.В. Плеханова (технический университет), 2010); Международной научно-технической конференции студентов, посвященной 90-летнему юбилею Азербайджанской государственной нефтяной академии (Азербайджан, г. Баку, АГНА, 2010); VIII Международной научно-практической конференции «Международные и отечественные технологии освоения природных

минеральных ресурсов и глобальной энергии» (г.Астрахань, АГУ, 2010); Международном форуме-конкурсе молодых ученых «Проблемы недропользования» (г. Санкт-Петербург, СПГГУ, 2011); Всероссийской конференции «Проблемы разработки и эксплуатации месторождений высоковязких нефтей и природных битумов» (г.Ухта, УГТУ, 2011); IV Всероссийской конференции «Нефтегазовое и горное дело» (г. Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2011); IX Международном Молодежном нефтяном форуме (Казахстан, г. Алматы, Казахский Национальный Технический Университет имени К.И. Сатпаева, 2012); Международном форуме инженеров-нефтяников (Китай, г. Пекин, Китайский Нефтяной Университет, 2012); III Международной конференции молодых ученых и специалистов "Актуальные проблемы нефтегазовой геологии XXI века" (г. Санкт-Петербург, ВНИГРИ, 2013).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 7 научных работ в изданиях,

рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации, получен 1 патент Российской Федерации.

Личный вклад автора

Структура и объем диссертационной работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения и библиографического списка, включающего 159 наименования. Материал диссертации изложен на 146 страницах машинописного текста, включает 27 таблиц, 50 рисунков.

Б�

Информация о работе

Хусаинов, Радмир Расимович
кандидата технических наук
Санкт-Петербург, 2014
ВАК 25.00.17

Диссертация

Обоснование комбинированной технологии повышения нефтеотдачи пластов с применением поверхностно-активных веществ и плазменно-импульсной технологии - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы