Использование мицеллярных растворов

4 часа назад/ Нефть и газ

Использование мицеллярных растворов

       Вытеснение нефти мицеллярными растворами – веществами с очень низкими значениями межфазного натяжения на границе с нефтью и водой – один из перспективных методов возобновить эффективную разработку полностью обводненных месторождений [1,2].

         Мицеллярные растворы можно применять и при первичном воздействии на пласт, т.е. как вторичный метод добычи нефти.

        Метод был разработан и предложен в США. С 1962 года начаты достаточно обширные промысловые испытания компанией «Марафон Ойл» на 20 опытных участках.

Состав и свойства мицеллярных растворов. ПАВ имеют  две особенности: поверхностную активность и способность образовывать мицеллы. В наибольшей степени образованию мицеллярных растворов способствуют ПАВ-стабилизаторы эмульсий и пен. Эти ПАВ называют мицеллообразующими или коллоидными. В результате увеличения концентрации ПАВ в растворителе (воде или углеводороде) достигается предел истинной, т.е. молекулярной, растворимости. Если обычные вещества после достижения предельной концентрации выделяются в виде отдельной микрофазы (жидкости или осадка), мицеллообразующие ПАВ в растворителе образуют ассоциаты - мицеллы – термодинамические  стабильные системы [3]. Размер мицелл находится в пределах 10 – 104 нм (нанометр), т.е. значительно меньше, чем размер диспергированных частиц в эмульсии типа нефть в воде или вода в нефти (105 –106 нм).

          Смесь, содержащую мицеллы, можно охарактеризовать как микроэмульсию, т.е. она содержит диспергированные частицы субмикроскопического размера. Вместе с тем эта смесь обладает свойствами истинного раствора, в частности оптической устойчивости и устойчивостью к осадкообразованию. Правильнее всего данную систему все же назвать мицеллярным раствором, обладающим характерными свойствами.

        Главная особенность мицеллярных растворов – способность к солюбилизации, т.е. самопроизвольному растворению веществ, в обычных условиях нерастворимых в данных растворителях. Например, нефть становиться растворимой в мицеллярной системе ПАВ – вода, ходя обычно нефть не растворяется в воде и истинном растворе ПАВ.

        Механизм растворения в мицеллярном растворе при этом заключается в том, что микроскопические капельки нефти смещаются в центр мицелл, образуя так называемые разбухшие мицеллы. В таких системах внешней фазой служит вода. При определенных условиях, когда концентрация углеводородной составляющей велика, образуются мицеллярные растворы с внешней углеводородной фазой. Микроскопические частицы воды в таких растворах располагаются внутри разбухших мецелл. Именно способностью мицелл разбухать можно объяснить широкий диапазон размер мицелл – от 10-1012 до 10-104 [1].

        Концентрация ПАВ, при которой в растворе появляются мицеллы, называется критической концентрацией мицеллообразования (ККМ) или точкой Крафта. Величина ККМ любого ПАВ зависит от присутствия электролитов и других веществ, природы растворителя, наличия солюбилизирующей составляющей и др.

         В состав мицеллярных растворов, применяемых для повышения нефтеотдачи пластов, помимо воды, ПАВ и углеводородных соединений , обычно входят электролит и содтергент.

        Электорлит – хлорид натрия, сульфат аммония, или другая соль. Обычно добавляются для изменения вязкости раствора.

        Содергент – спирт, служит для стабилизации раствора, улучшения процессов солюбилизации воды или нефти.

        Содержание двух основных компонентов мицеллярного раствора (вода и углеводороды) может меняться в широких пределах

 

 

 

 

Компонент, % 

Вода

Углеводород

ПАВ

Содтергент

Электролит

         -максимум

10

2

4

0.01

0.001

-минимум

95

80

15

20

6.4

         

Доля ПАВ, электролита и спирта меняется в меньших пределах.      

В табл. 1 приведены составы мицеллярных растворов с различно внешней фазой.

Таблица 1 Мицелярные растворы с различной внешней фазой

Компоненты

Раствор с внешней углеводородной фазой и с малым содержанием воды, %

Раствор с внешней углеводородной фазой и с высоким содержанием воды, %

Раствор с внешней углеводородной фазой, %

Вода

10-55

55-90

40-95

Углеводороды

35-80

4-40

2-50

ПАВ

Более 5

Более 4

Более 4

Содтергент

Менее 4

0.01-20

0.01-20

Электролит

0.001-5

0.001-4

0.001-4

В табл. 2 и 3 приведены составы мицеллярных растворов с внешней углеводородной фазой [1].

Таблица 2 Составы мицеллярных растворов (%) с внешней углеводородной фазой

Компоненты

Номера раствора

1

2

3

4

5

6

Вода

25

40

11.7

20

27.3

34.2

Стабилизированная легкая часть

-

-

-

-

-

52.9

Сырая нефть

-

-

73.4

68

61.8

-

Пентан

57

45.6

-

-

-

-

Нефтяной сульфонат

14.3

11.4

12.9

11.3

10.3

8.6

Спирт изопропиловый

3.7

3

2

0.7

0.6

4.3

 

 Таблица 3 Составы мицеллярных растворов (%) с внешней углеводородной фазой

Компоненты

Номер раствора

1

2

3

4

Вода

4.3

7.3

7.2

4.0

Сырая нефть(m=6 мПа с; r=0,83 )

69.3

71.4

76.0

69.2

Дизельное топливо

6.9

4.8

5.7

7.6

Сульфонат натрия молекулярной массы

 

 

 

 

500

13.1

7.4

7.0

12.8

340

-

2.7

2.2

-

Изопропиловый спирт (98 %); r=1.16; m=2мПа с

 

 

 

6.4

Этиленгликоль

6.4

6.4

1.9

-

   

         На устойчивость мицеллярных растворов в пластовых условиях оказывают влияние соли пластовых вод, например, концентрация хлорида натрия свыше 15 % и  обводненность продукции свыше 90 % [4].

        На вязкость мицеллярных растворов в пластовых раздичное влияние оказывают соотношения компонентов растворов, тип солей и ПАВ.

         Плотность мицеллярных растворов зависит от плотности содержавшихся компонентов и их концентрации. С увеличением содержания воды плотность раствора повышается практически по линейному закону. 

Технологические основы применения мицеллярных равстворов. Работы по использованию мццеллярных растворов регламентируются руководящим документом [5]. При заводнении пластов объём мицеллярного раствора закачивают в виде оторочки. Размер оторочки мицеллярного раствора на практике обычно равен 5 – 10 % от объёма охватываемого воздействием порового пространства. Оторочку мицеллярного раствора проталкивают оторочкой водного раствора полимера, а затем обычной водой.

         Вязкость мицеллярного раствора в пластовых условиях должна быть такой, чтоб подвижность k/m оторочки была близкой или даже меньшей подвижности движущегося вала нефти и воды. Это способствует равномерному и сплошному движению границы раздела мицеллярный раствор- вал нефти и воды.       

        Закачка полимернрого раствора с постепенно снижающейся вязкостью предотвращает прорыв воды через оторочку мицеллярного раствора и также способствует равномерности вытеснения нефти. Объём полимерного раствора должен быть равен 30-60% от объёма охватываемого воздействием порового пространства. С целью  предотвращения повышения «солености» полимерных растворов  в них добавляют нейтрализующие соединения – карботат натрия, фосфат натрия и др.

           После закачки полимерного раствора и до конца разработки закачивают воду, используемую при обычном заводнении, в количестве 150-200% от объёма охватываемого воздействием порового пространства.

          Отрицательное воздействие минерализованной пластовой воды устраняется увеличением в них концентрации стабилизатора-содтергента или предварительной закачкой пресной воды.

        Метод мицеллярного заводнения следует применять в песчанистых коллекторах, где обычное заводнение было успешным, но уже исчерпало себя. Имеющийся опыт позволяет рекомендовать применение известных мицеллярных растворов на залежах нефти в терригенных коллекторах порового типа, сравнительно однородных, не содержащих карбонатного цемента при выполнении следующих условий: средняя проницаемость коллектора более 100 mD, величина остаточной нефтенасыщенности более 25 –30 %, вязкость нефти в пластовых условиях не должна превышать 20 мПас, температура пластовых вод не свыше 158 – 194F.

         Промысловая технология метода незначительно отличается от технологии обычного заводнения.

         Основной недостаток метода – большой расход дорогостоящих химических реагентов. 

 

Список литературы

  1. Сургучёв М.Л., Шевцов В.А., Сурина В.В.Применение мицеллярных растворов для увеличения нефтеотдачи пластов. М. ; Недра, 1977
  2. Хэрбек Э.Ф., Хейнтц Р.К., Хостингс Дж. Р. Основы третичных методов добычи нефти.- Инженер-нефтяник, 1976, № 6, с.21-26
  3. Ибрагимов Г.С., Хисамутдинов Н.И. Справочное пособие по применению реагентов в добычи нефти. – М. ; Недра, 1983, 312с
  4. Dauben D.L. Froning H.R. Micellar Solutions Stimulate Wells. – The Oil and Gas J. 1972, 1X, p.72-83.