Сегодня важно не только открывать новые месторождения, но и максимально эффективно работать с имеющимися ресурсами. Поэтому в современной нефтедобыче к наиболее перспективным направлениям относится повышение нефтеотдачи. Поскольку после стандартных этапов разработки в пласте часто остается значительная часть нефти, которую невозможно извлечь обычными методами, отрасль постоянно усовершенствует технологии, помогающие добавить эти остаточные запасы в добычу.
По завершении первичной и вторичной добычи нефтяной пласт содержит определенный остаток от начальных запасов. Нефть удерживается в поровом пространстве горной породы, и чтобы ее мобилизовать, обычного заводнения порой не хватает.
Для работы с остаточной нефтью разработаны методы повышения нефтеотдачи – EOR, или Enhanced Oil Recovery. Когда изменяются физико-химические условия в пласте, нефть становится более подвижной, легче отрывается от поверхности породы и включается в поток вытесняющей жидкости.
В этом процессе один из ключевых параметров – межфазное натяжение между нефтью и водной фазой. Ведь именно понижение МФН до сверхнизких значений часто определяет эффективность химического EOR.
Состав и функции систем EOR
Среди разных способов повышения нефтеотдачи особое место занимает химическое заводнение, когда в пласт закачивают водные растворы с химическими добавками (поверхностно-активными веществами, щелочами, полимерами) или их комбинациями.
Такие системы могут иметь разный состав:
- SP-заводнение: поверхностно-активное вещество + полимер
- AP-заводнение: щелочь + полимер
- ASP-заводнение: щелочь + ПАВ + полимер
Каждый компонент выполняет отдельную функцию:
- Полимеры повышают вязкость вытесняющей жидкости. Так можно сделать фронт заводнения более равномерным и снизить риск ситуации, когда вода проходит более легкими каналами, минуя нефтенасыщенные участки. Для таких задач часто используют частично гидролизованный полиакриламид – HPAM. фото
- Поверхностно-активные вещества снижают межфазное натяжение между нефтью и водной фазой, благодаря чему остаточная нефть легче выходит из мелких пор и становится более доступной для вытеснения.
- Луга работают косвенно – могут взаимодействовать с кислотными компонентами сырой нефти, в частности нафтеновыми кислотами, и далее в пласте образуются соединения с поверхностно-активными свойствами. Такой механизм называется каустическим заводнением.
В корректно подобранной системе эти компоненты работают слаженно: полимер контролирует подвижность жидкости, ПАВ снижает МФН, а щелочь дополнительно усиливает эффект благодаря образованию внутрипластовых ПАВ.
Преодолеть капиллярные силы и мобилизовать остаточную нефть.
Чтобы описать эффективность вытеснения нефти, используют капиллярное число. Оно показывает соотношение между силами, двигающими жидкость через пласт, и капиллярными силами, удерживающими нефть в порах.
В упрощенном виде капиллярное число можно записать так:
Чем выше этот показатель, тем легче преодолеть капиллярные силы и мобилизовать остаточную нефть.
В обычном процессе заводнения капиллярное число обычно остается низким – в диапазоне между 10⁻⁷ и 10⁻⁶. При таких условиях значительная часть нефти продолжает содержаться в породе.
Благодаря химическому EOR можно влиять на этот параметр двумя способами: повышать вязкость вытесняющей жидкости с помощью полимеров и одновременно снижать межфазное натяжение с помощью ПАВ или щелочных систем.
Особенно важно добиться сверхнизкого МФН – ниже 10⁻ мН/м. Именно в этом диапазоне создаются условия для эффективной мобилизации остаточной нефти и формирования микроэмульсий, которые могут улучшать процесс вытеснения.
Зависимость рецептуры от пластовых условий
На практике нет универсального принципа, согласно которому работает химическое повышение нефтеотдачи. Часто система, показавшая хороший результат в одних условиях, оказывается малоэффективной в другом месторождении. А все из-за сложности пластовых условий.
На результате могут сказаться:
- Химический состав сырой нефти
- Содержание кислотных компонентов
- Соленость пластовой воды или рассола
- Температура пласта
- Минералогический состав породы
- Наличие глин
- Адсорбция ПАВ и полимеров на поверхности пор
- Совместимость реагентов
Например, если нефть содержит достаточное количество кислотных компонентов, щелочь будет способствовать образованию внутрипластовых ПАВ и дополнительно снижать межфазное натяжение. Однако для другой нефти этот эффект может оказаться значительно слабее.
Соленость тоже очень важна. Она влияет на поведение ПАВ, стабильность микроэмульсий и способность системы достигать сверхнизкого МФН.
Температура изменяет вязкость жидкостей, стабильность полимеров и равновесное межфазное натяжение. Поэтому рецептуру вытесняющей жидкости всегда проверяют в условиях, максимально приближенных к реальным пластовым.
Практический инструмент оптимизации
Чтобы понять, будет ли иметь эффект выбранная система ПАВ, щелочей и полимеров, нужно количественно измерить межфазное натяжение между нефтью и водной фазой. Для сверхнизких значений МФН подходит метод тензиометрии вращающейся капли, который позволяет работать с диапазоном, критическим для химического EOR – вплоть до значений около 5·10⁻⁶ мН/м.
Суть метода – наблюдение за формой капли менее плотной фазы внутри капилляра, заполненного более плотной фазой. Вращаясь, капля удлиняется, а ее геометрию используют для расчета межфазного натяжения.
Для лаборатории это не просто определение отдельного параметра, а практический инструмент оптимизации.
Тензиометрия вращающейся капли помогает:
- Сравнивать различные ПАВ-системы
- Определять оптимальную концентрацию реагентов
- Оценивать влияние щелочи
- Проверять роль солености рассола
- Исследовать температурную стабильность системы
- Прогнозировать образование микроэмульсий
- Уменьшать расход реагентов еще до полевых испытаний
Благодаря таким измерениям можно на лабораторном этапе отказаться от неэффективных рецептур и сосредоточиться на тех составах, которые действительно обеспечат сверхнизкое межфазное натяжение.
Качественное оборудование от KRÜSS Scientific
«Химлаборреактив» предлагает решения от немецкого производителя KRÜSS Scientific лабораториям, которые исследуют межфазное натяжение, подбирают ПАВ-системы, работают с микроэмульсиями и разрабатывают составы вытесняющих жидкостей для химического EOR.
После того как определены ключевые параметры системы – состав нефти, соленость, температуру, тип ПАВ, щелочи или полимера – важно проверить, как эти факторы влияют на межфазное натяжение. На этом этапе измерение МФН становится уже не просто лабораторным анализом, а инструментом принятия технологических решений.
Для задач, где необходимо работать со сверхнизкими значениями МФН, используют тензиометрию вращающейся капли. В предварительных исследованиях KRÜSS Scientific такие измерения выполняла модель SITE100. Новейшее решение для этого направления – KRÜSS SDT, тензиометр вращающейся капли для точного анализа сложных жидкостных систем с очень низким межфазным натяжением.
KRÜSS SDT позволяет исследовать системы, характерные для химического EOR:
- Нефть – вода
- Растворы поверхностно-активных веществ
- Микроэмульсии
- Щелочно-полимерные системы
- ПАВ-полимерные композиции
- Модели вытесняющих жидкостей
Прибор особенно ценен тем, что помогает увидеть, как изменение состава жидкости влияет на межфазное натяжение. Для EOR это критично, ведь даже незначительное изменение концентрации ПАВ, типа щелочи, солености или температуры может существенно повлиять на способность системы мобилизовать остаточную нефть.
Отдельное преимущество KRÜSS SDT – система сменных капилляров, упрощающая подготовку образцов, работу с разными составами и проведение серийных измерений. Она идеальна для лабораторий, где сравнивают несколько рецептур и моделируют разные пластовые условия перед переходом к полевым испытаниям.
Точность в контроле сверхнизкого МФН
Залог требуемого уровня МФН – точный подбор состава вытесняющей жидкости. Тензиометрия вращающейся капли позволяет оценить ситуацию еще на лабораторном этапе. KRÜSS SDT обеспечивает прецизионные измерения сверхнизкого межфазового натяжения для разработки и оптимизации EOR-решений.
Специалисты ХЛР проконсультируют по решениям KRÜSS Scientific для вашей лаборатории, помогут адаптировать методику измерений и настроить прибор под конкретные задачи по исследованию ПАВ-систем, микроэмульсий и химического EOR.