Файл: Анализ эффективного применения технологии полимерного.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 134
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
13 вызывает адсорбцию молекул полимеров, которые выпадают из раствора на поверхность пористой среды и перекрывают каналы или ухудшают фильтрацию в них воды. На величину адсорбции большое влияние оказывает минерализация воды и минеральный состав породы. Для снижения адсорбции существует необходимость создания оторочки из пресной воды. При этом очевидна положительная роль адсорбции в промытых водой пластах, поскольку она приводит к снижению проницаемости и выравниванию профиля приемистости.
Поскольку основным методом искусственного воздействия на нефтяные пласты остается, и в ближайшие годы будет оставаться заводнение, повышение его эффективности является задачей первостепенной важности. Одной из причин недостаточной эффективности заводнения является высокое соотношение вязкостей добываемой нефти в пластовых условиях и закачиваемой воды, при этом неоднородность пористой среды усугубляет неравномерность продвижения фронта вытеснения. В неоднородных по проницаемости пластах (при коэффициенте вариации проницаемости 0,7 и выше) добыча даже маловязкой нефти сопровождается преждевременными прорывами вытесняющего агента по наиболее проницаемым зонам, что приводит к снижению охвата пласта процессом вытеснения и нефтеотдачи в целом. Повышению эффективности системы заводнения может способствовать применение методов физико-химического воздействия на продуктивные пласты.
Отечественный и зарубежный опыт разработки нефтяных месторождений показывает, что одним из наиболее широко распространенных методов повышения нефтеотдачи, эффективность применения которого убедительно подтверждена результатами опытно-промышленных испытаний, является полимерное заводнение с использованием водорастворимых полимеров. Механизм полимерного заводнения основан на снижении подвижности закачиваемой воды в виде загущенных полимерных растворов,
14 частичной адсорбции полимера на породе и создании остаточного фактора сопротивления, выравнивании фронта продвижения закачиваемой воды по площади заводнения и вертикальному разрезу продуктивного пласта.
Рекомендуемые к применению полимерные растворы должны обладать благоприятными реологическими и нефтевытесняющими характеристиками, стабильностью показателей и другими положительными свойствами, исследованию и регулированию которых, а также разработке технологии полимерного заводнения, применительно к геолого-физическим условиям месторождения ХХХ и особенностям разработки выделенных участков воздействия, посвящена данная работа.
Полимерное заводнение может применяться в чистом виде как метод повышения нефтеотдачи пласта (ПНП). На практике, для увеличения эффективности метода, полимерное заводнение широко применяют в сочетании с потоковыравнивающими составами: сшитых полимерных систем (СПС), вязко-упругих систем (ВУС), полимер-дисперсных систем (ПДС), с закачкой поверхностно-активных веществ (ПАВ).
15
1.
ОСОБЕННОСТИ
ПРИМЕНЕНИЯ
ПОЛИМЕРНОГО
ЗАВОДНЕНИЯ НА НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ
1.1. История применения полимерного заводнения
Впервые применение водорастворимых полимеров для увеличения коэффициента нефтеотдачи пластов было предложено в США в 1959 г.
Отставание Советского Союза в этой области было незначительным, и уже в
1966 г. на Орлянском месторождении Куйбышевской области был реализован промышленный вариант технологии полимерного заводнения с использованием в качестве загустителя гидролизованного полимера акриламида.
Необходимо отметить, что в те годы рынок полимеров акриламида как таковой отсутствовал. Нефтяники для своих целей адаптировали те немногие полимеры, которые выпускались химической промышленностью для других целей, главным образом для применения в технологиях обогащения рудных ископаемых и очистки промышленных и бытовых вод. В США в технологии полимерного заводнения использовался порошкообразный полиакриламид марки Пушер 500 и 700 производства фирмы Доу Кемикэл. В Советском Союзе наиболее распространение получили полимеры, выпускаемые в виде 8-12 % растворов химическим заводом в г. Калуш (Украина).
Высокая эффективность технологии полимерного заводнения на месторождениях США и СССР и заинтересованность фирм производителей полимеров привели собственно к созданию международного рынка синтетических водорастворимых полимеров и увеличению ассортимента продукции в десятки раз. Показательно в этом отношении развитие рынка полимеров в Советском Союзе. Несмотря на политические барьеры, между со- ветскими нефтяниками, специализирующимися в области технологии полимерного заводнения, и зарубежными химиками-производителями полимеров установились тесные научно-политические отношения. Зарубежные фирмы оперативно поставляли образцы опытных и промышленных образцов полимеров, которые проверялись по совокупности технологических свойств в
16 лабораторных и промысловых условиях. Такое взаимодействие привело к тому, что к концу 70 - началу 80 годов 20 века была получена серия полимеров акриламида, удовлетворяющих требованиям к полимерам-загустителям в нефтяной промышленности. Своего рода эталоном полиакриламида в те годы являлся полимер марки DKS-ORPF-40NT фирмы «Dai-Ichi Коgуо Seiyaki Со.
Ltd» (Япония). Министерствами нефтяной и химической промышленности была разработана программа по производству отечественных полимеров по свойствам аналогичным
DKS-ORPF-40NT для нужд нефтяной промышленности объемом 25 тыс. т в год. К началу 1990 г. программа была близка к реализации, однако с распадом СССР была приостановлена.
В настоящее время отечественная химическая промышленность не выпускает ни одного промышленного полимера акриламида, пригодного для применения в технологиях полимерного заводнения. Коммерческий рынок полимеров акриламида характеризуется широким спектром фирм- производителей полимеров. Следует отметить, что эти фирмы представлены не только странами с развитой химической промышленностью (США, Японией,
Великобританией, Францией, Германией), но и развивающими странами, прежде всего Китаем. Ассортимент марок полимеров и, соответственно, их физико-химических и технологических свойств, чрезвычайно высок. Именно анализ продукции рынка водорастворимых полимеров должен являться первым этапом при проектировании технологии полимерного заводнения, поскольку позволяет на основании накопленных данных осуществлять предварительный выбор образцов, перспективных для промышленного применения и сократить объем экспериментальных исследований.
В то же время из-за многообразия геолого-технических условий применения полимеров в качестве загустителя воды универсальной марки полимеров, пригодной для промышленного внедрения на любом месторождении не существует. На основании анализа рынка выбираются 10 -
15 образцов полимеров, потенциально пригодных для реализации технологии
17 на данном объекте с целью выбора наиболее перспективных. Выбор этих образцов является следствием комплексного анализа ассортимента полимеров, представленного на рынке по совокупности технологических, физико- химических и молекулярных характеристик.
1.2. Характеристика полимеров акриламида
Молекулярные характеристики полимеров акриламида
Как указывалась выше, технология полимерного заводнения впервые была реализована примерно 50 лет назад. С самого начала в качестве полимеров-загустителей были выбраны синтетические полимеры акриламида.
В качестве альтернативы рассматривались другие водорастворимые полимеры: природные (на основе производных целлюлозы, биополимеры, полисахариды) и другие синтетические полимеры, прежде всего полиоксиэтилен.
Многочисленные лабораторные исследования и опытно-промышленные испытания, проведенные за рубежом и в России, показали, что все из перечисленных классов полимеров, растворимых в воде, уступают синтетическим полимерам акриламида по тем или иным характеристикам
(технологическим, техническим, экономическим). Поэтому рынок полимеров, пригодных для технологии полимерного заводнения, представлен, главным образом, данным классом соединений. Другие полимеры биологического или синтетического происхождения рассматриваются только в качестве модифицирующих добавок.
Структурная формула гидролизованного полиакриламида показана на рисунке 1.
Рисунок 1 – Структурная формула гидролизованного полиакриламида
Значение (n + m) в этой формуле представляет собой степень
18 полимеризации; степень гидролиза а
гидр
характеризует мольную долю карбоксильных от общего числа функциональных групп, рассчитанную по формуле (1):
(1)
Совокупность технических требований к полимерам акриламида, приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Технические требования к полимерам акриламида для технологии полимерного заводнения
№
Наименование показателя
Единица
измерения
Норма
1
Товарная форма
- порошок
2
Дисперсность порошка:
- фракции с размером частиц менее 0,25 мм
- фракции с размером частиц более 1,0 мм
% масс не более 10 не более 10 3
Содержание основного вещества
% масс не менее 90 4
Содержание акриламида
% масс не более 0,1 5
Характеристическая вязкость дл/г
15 - 20 6
Содержание карбоксильных групп
% мольн
5 - 30 7
Время растворения:
- в пресной воде
- в соленой воде мин не более 60 не более 240 8
Нерастворимый остаток
% масс не более 0,3 9
Фильтруемость растворов ПАА в пористой среде не менее 5 10 Фактор сопротивления механически деструк- тированных растворов ПАА не менее 5 11 Остаточный фактор сопротивления не менее 2 12 Коэффициент стойкости к термоокислительной деструкции не менее 0,8 13 Срок хранения полимера мес не менее 12 14
Растворы полимера не должны (по сравнению с закачиваемой водой) вызывать коррозию оборудования
19
Примечание: допускается в особых случаях фильтруемость не менее 1
(удовлетворительная).
Из молекулярных характеристик в таблице 1 представлены – характеристическая вязкость и содержание карбоксильных групп (степень гидролиза).Обычно фирма-производитель характеризует полимеры величиной степени гидролиза и молекулярной массы (рисунок 1).
Характеристическая вязкость (или предельное число вязкости) связана с молекулярной массой уравнением Марка-Куна-Хаувинка. Загущающая способность полимера, т.е. увеличение вязкости воды, в которой растворен полимер, по сравнению с вязкостью чистой воды, зависит от молекулярной массы полимера и его концентрации. Эта зависимость представлена на рисунке
2.
Рисунок 2 – Зависимость вязкости растворов полиакриламидовот молекулярной массы
Минерализация растворителя 15 г/л; t=25
о
С; j=6,1 с
-1
Дополнительно вязкость увеличивается в результате полиэлектролитного набухания за счет заряженных карбоксильных групп,
Молекулярная масса, млн
20 возрастая с увеличением степени гидролиза. На рисунке 3 показано изменение вязкости с изменением степени гидролиза.
Рисунок 3 – Влияние степени гидролиза ПАА (ММ=15 млн.) на вязкость растворов
Эффект полиэлектролитного набухания в наибольшей степени проявляется в пресных водах, с низкой минерализацией. С увеличением минерализации, т.е. концентрации растворимых солей, являющихся электролитами, вязкость полимерного раствора за счет подавления полиэлектролитного набухания уменьшается.
Диапазон молекулярных масс (ММ) промышленных полимеров достаточно широк, от 200 тыс. до 30 млн. То же самое относится и к степени гидролиза (а гидр
), изменяющейся от 0 до 60%.
Для технологии полимерного заводнения выгодно использовать
С
п
=0,2 %; скорость сдвига 6,1 с
-1
; t=25
о
С
1
- пресная вода;
2
- минерализованная вода.
21 полимеры с большими значениями молекулярных масс и степени гидролиза.
В СССР молекулярная масса полимеров, используемых для загущения воды, составляла 10-15 млн., степень гидролиза в среднем составляла 15%. В настоящее время за рубежом используются полимеры с молекулярной массой до 20 млн. и степенью гидролиза до 30%.
Однако чрезмерное увеличение молекулярной массы приводит к ухудшению растворимости полимера. Увеличение степени гидролиза выше 25 -
30% приводит к высаливанию полимера при контакте с солями жесткости пластовых и закачиваемых вод. Существует опасность высаливания и полимеров со степенью гидролиза 20-25%, особенно в высокотемпературных пластах. Это связано с тем, что при повышенных температурах (более 60 0
С) происходит самопроизвольный гидролиз амидных групп полимера, с образованием карбоксильных.
Физико-химические характеристики полимеров
Время растворения полимеров
Более 90 % полимеров акриламида выпускается в виде порошка с содержанием основного вещества примерно 89-92 %. Процесс растворения полимеров происходит в линии нагнетания, которая включает подземные трубопроводы от узла дозировки полимера до устья нагнетательных скважин.
Закачивание полимерной пульпы с последующим растворением происходит, в подавляющем большинстве случаев, через НКТ. Закачивание через затрубное пространство может быть использовано с целью увеличения времени движения и, соответственно, растворения полимера.
Как показано в таблице 1, технологические требования к полимерам акриламида предусматривают, чтобы время растворения порошкообразного полимера в пресной воде не превышало 60 мин, в минерализованных водах 240 мин. Анализ литературных данных показывает, что время растворения большинства коммерческих высокомолекулярных полиакриламидов, определенное в лабораторных условиях, достаточно близко к нормативному