Файл: Магистерская диссертация тема работы Оценка эффективности применения полимерного заводнения на месторождении х удк 622. 276. 43 678. 7 Студент.pdf

19 видами неоднородности, а также отбором нефти и нагнетанием воды через дискретные точки – скважины, искусственно создается нестационарное давление. Оно достигается изменением объемов нагнетания воды в скважины или отбора жидкости из скважин в определенном порядке путем их периодического повышения или снижения.
Рисунок 5 – Механизм циклического воздействия на пласт
Форсированный отбор жидкости применяется на поздней стадии разработки, когда обводненность достигает более 75%. При этом нефтеотдача возрастает вследствие увеличения градиента давления и скорости фильтрации. При этом методе вовлекаются в разработку участки пласта, не охваченные заводнением, а также отрыв пленочной нефти с поверхности породы.
1.1.4 Физико-химический метод повышения нефтеотдачи
Химические методы увеличения нефтеотдачи применяются для дополнительного извлечения нефти из сильно истощенных, заводненных нефтеносных пластов с рассеянной, нерегулярной нефтенасыщенностью.
Объектами применения являются залежи с низкой вязкостью нефти (не более

20 10 мПа*с), низкой соленостью воды, продуктивные пласты представлены карбонатными коллекторами с низкой проницаемостью.
Вытеснение нефти водными растворами ПАВ – заводнение водными растворами поверхностно-активных веществ (ПАВ) направлено на снижение поверхностного натяжения на границе «нефть – вода», увеличение подвижности нефти и улучшение вытеснения ее водой. За счет улучшения смачиваемости породы водой она впитывается в поры, занятые нефтью, равномернее движется по пласту и лучше вытесняет нефть.
Вытеснение нефти растворами полимеров - полимерное заводнение заключается в том, что в воде растворяется высокомолекулярный химический реагент – полимер (полиакриламид), обладающий способностью даже при малых концентрациях существенно повышать вязкость воды, снижать ее подвижность и за счет этого повышать охват пластов заводнением.
Вытеснение нефти щелочными растворами - метод щелочного заводнения нефтяных пластов основан на взаимодействии щелочей с пластовыми нефтью и породой. При контакте щелочи с нефтью происходит ее взаимодействие с органическими кислотами, в результате чего образуются поверхностноактивные вещества, снижающие межфазное натяжение на границе раздела фаз «нефть – раствор щелочи» и увеличивающие смачиваемость породы водой. Применение растворов щелочей – один из самых эффективных способов уменьшения контактного угла смачивания породы водой, то есть гидрофилизации пористой среды, что приводит к повышению коэффициента вытеснения нефти водой.
Вытеснение нефти композициями химических реагентов (в том числе мицеллярные растворы) – мицеллярные растворы представляют собой прозрачные и полупрозрачные жидкости. Они в основном однородные и устойчивые к фазовому разделению, в то время как эмульсии нефти в воде

21 или воды в нефти не являются прозрачными, разнородны по строению глобул и обладают фазовой неустойчивостью.
Микробиологическое воздействие – это технологии, основанные на биологических процессах, в которых используются микробные объекты. В течение процесса закачанные в пласт микроорганизмы метаболизируют углеводороды нефти и выделяют полезные продукты жизнедеятельности:
• спирты, растворители и слабые кислоты, которые приводят к уменьшению вязкости, понижению температуры текучести нефти, а также удаляют парафины и включения тяжелой нефти из пористых пород, увеличивая проницаемость последних;
• биополимеры, которые, растворяясь в воде, повышают ее плотность, облегчают извлечение нефти при использовании технологии заводнения;
• биологические поверхностно-активные вещества, которые делают поверхность нефти более скользкой, уменьшая трение о породы; газы, которые увеличивают давление внутри пласта и помогают подвигать нефть к стволу скважины.
1.2 Метод полимерного заводнения
Полимерное заводнение
– это технологически простой и высокоэффективный метод повышения нефтеотдачи пластов, основанный на добавке к воде небольшого количества водорастворимых полимеров при обычном заводнении нефтяных пластов.
Полимерное заводнение дает гораздо более заметное повышение нефтеотдачи по сравнению с традиционными технологиями заводнения.
Закачка растворов полимеров в нефтяные пласты рассматривается как средство снижения отношения подвижности вытесняющего агента и нефти, а также как эффективный метод выравнивания неоднородности пористой среды. При полимерном заводнении (рисунок 6) добавление в воду высокомолекулярного полимера позволяет повысить вязкость воды и

22 соответственно улучшить соотношение подвижностей нефти и воды, что является причиной повышения нефтеотдачи [16]. Оно будет осуществляться в течение длительного периода времени, пока полимером не будет заполнено до половины порового объема коллектора.
Рисунок 6 – Теоретическая схема пласта до и после полимерного заводнения
1.2.1 Общие принципы полимерного заводнения
Полимерное заводнение (ПЗ) является наиболее перспективным методом увеличения нефтеотдачи, так как при разработке многопластовых месторождений не обеспечивается равномерное нефтевытеснение, в результате чего в малопроницаемых зонах остается нефть. Для уменьшения нефти в граничных слоях применяют реагенты, которые улучшают смачиваемость породы вытесняющей водой.
В общем случае, полимерное заводнение – метод повышения эффективности заводнения пластов заключающийся в том, что в воду растворяется высокомолекулярный химический реагент – полимер, обладающий способностью даже при малых концентрациях существенно

23 повышать вязкость воды, снижать её подвижности и за счёт этого повышать охват пластов заводнением [6].
Выделяют три основных способа применения полимеров в процессах добычи нефти [11]:
1.
Обработка призабойной зоны скважины с целью улучшения рабочих характеристик скважин за счёт блокирования зон высокой проницаемости.
2.
Закачивание полимеров, которые могут сшиваться в пласте, закупоривая зоны высокой проницаемости на глубине. В этом случае полимер закачивается с неорганическим катионом металла, который образует впоследствии поперечные связи между молекулами закачанного полимера и молекулами, уже связанными на поверхности породы.
3.
Закачивание полимера для снижения подвижности воды или уменьшения отношения подвижностей воды и нефти.
Несомненно, последний способ является наиболее актуальным в контексте задачи по воспроизводству запасов углеводородов и рациональному недропользованию.
Традиционным для России является заводнение на ранних этапах разработки месторождения, что приводит к высокой обводнённости добываемой нефти. Добавление полимера на этом этапе позволит уменьшить количество отдельных потоков вытесняющей воды, движущихся в нефти, предотвратить образование высокопроницаемых промытых каналов.
Считается, что полимерное заводнение лучше применять только на ранних стадиях разработки, что подтверждается лабораторными и промысловыми испытаниями [18]. Однако, существует ряд примеров, когда полимерное заводнение было эффективным и при наличии высокой (более 60 %) обводненности [19].
Можно выделить основные процессы, за счёт которых происходит повышение объёма и качества добываемой нефти:

24
• улучшения соотношения подвижностей нефть/вода;
• достижения ровного фронта вытеснения;
• увеличения коэффициент охвата пласта;
• уменьшения объёмов закачиваемой и добываемой воды.
Результатом вышеописанных процессов также является увеличение объёма добываемой нефти, уменьшение объёмов закачиваемой и добываемой воды, что приводит к увеличению экономической прибыли.
Переходя непосредственно к рассмотрению закачиваемого агента, необходимо отметить, что существуют десятки различных полимеров, которые различаются по физико-химическим свойствам и эффективности в выбранных условиях. Зачастую для каждого объекта воздействия, лабораторным путем, подбирается агент закачки, оптимально соответствующий всем заданным критериям.
Среди всех промышленных полимеров можно выделить два класса:
1.
Полиакриламиды (ПАА) – полимеры, мономерное звено макромолекулы которых представлено молекулой акриламида, которая являются частично гидролизованной, что позволяет ПАА растворятся в воде и увеличивать её вязкость. Полиакриламиды получили наибольшее распространение, благодаря своей невысокой стоимости и высокому молекулярному весу (до 10 миллионов) по сравнению с биополимерами.
2.
Полисахариды
(биополимеры) образуются в результате полимеризации молекул сахаридов, в отличии от ПАА, они чувствительны к бактериальному воздействию и нечувствительны к минерализации растворителя.
В выпускной квалификационной работе для описания характеристик полимера и экономических расчётов в качестве агента закачки выбран полиакриламид.
Одной из важнейших характеристик раствора ПАА является зависимость эффективной вязкости от концентрации полимера. Она

25 определяет, как изменится отношение вязкости нефти к вязкости воды, что определяет сам процесс вытеснения.
Технические требования, предъявляемые к ПАА необходимые для проведения технологии полимерного заводнения, указаны в таблице 1.
Таблица 1 – Технические требования к полимерам полиакриламида для технологии полимерного заводнения
Наименование показателя
Единица
измерения
Норма
Товарная форма
- порошок
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
Содержание основного вещества
% масс не менее 90
Содержание акриламида
% масс не более 0,1
Характеристическая вязкость дл/г
15 - 20
Содержание карбоксильных групп
% мольн
5 - 30
Время растворения:
- в пресной воде
- в соленой воде мин не более 60 не более 240
Нерастворимый остаток
% масс не более 0,3
Фильтруемость растворов ПАА в пористой не менее 5
Фактор сопротивления механически деструктированных растворов ПАА не менее 5
Остаточный фактор сопротивления не менее 2
Коэффициент стойкости к термоокислительной деструкции не менее 0,8
Срок хранения полимера мес не менее 12
Важным условием эффективности полимерного заводнения является соответствие геологии рассматриваемого месторождения и свойств флюидов критериям применимости МУН. Ниже представлены основные геолого- физических критерии применимости, которые являются определяющими и наиболее значимыми.
• Свойства пласта. Полимерное заводнение рекомендуется применять на неоднородных коллекторах с низким значением глинистости (не более 5 –

26 10%), неблагоприятным фактором применения метода является трещиноватость пласта.
• Температура пласта. При температурах выше 80 – 90 град С (в зависимости от типа полимера) молекулы полимера разрушаются, за счёт чего снижается эффект от его закачки.
• Коэффициент проницаемости. В низкопроницаемом пласте (до 50 мД) молекулы полимера могут оказаться больше размеров пор, что приведёт к накапливанию полимера в призабойной зоне, разрушению молекул полимера.
• Минерализация растворителя. В случае высокой солёности пластовой воды (растворителя) раствор полимера (полиакриламида) становится неустойчивым и происходит нарушение его структуры, таким образом уменьшается вязкость раствора.
Результаты многочисленных исследований показали, что полимерное заводнение является наиболее эффективным, в случае наличия высокопроницаемого пропластка: 400 - 1000 мД. В этом случае полимер позволит избежать образования промытых каналов от нагнетательной до добывающей скважины.
1.2.2 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.

27
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 времени растворения полимера.
Длительность растворения полимеров, по сравнению с солями и другими низкомолекулярными реагентами, обусловлена исключительно высоким значением молекулярной массы полимера и, соответственно, большой длиной макромолекул. Процесс растворения полимера проходит через 2 стадии: набухания полимерных частиц и, собственно, растворения - перехода набухших частиц полимера в раствор. Первая стадия является более продолжительной и определяется диффузионными процессами.
Кинетика растворения характеризуется быстрой стадией в начале процесса и более замедленной – в конце. В течение начальной стадии в раствор переходит примерно 80% полимера, затем процесс растворения замедляется. Это связано с неоднородностью порошка по размерам частиц
(на замедленной стадии растворяются более крупные частицы полимера) и с макромолекулярной неоднородностью полимера. На начальной стадии в раствор переходят молекулы меньших размеров. На замедленной стадии для перехода в раствор более крупных молекул, а также ассоциатов
(конгломератов нескольких макромолкул) требуется значительное время.
Многочисленные промысловые исследования в процессе реализации технологии полимерного заводнения и технологии с применением сшивающихся полимерных систем, с отбором проб по технологической линии движения полимерных композиций показывают, что в промысловых условиях время растворения в 2-3 раза меньше, чем в лабораторных. Это различие связано с диффузионным механизмом растворения

28 высокомолекулярных полимеров. Индивидуальные частицы порошка полимера по форме близки к сферическим, с диаметром большинства частиц в диапазоне 0,2-0,4 мм. Наличие более крупных частиц увеличивает время растворения полимера, мелкие частицы относятся к пылящей фракции, их доля лимитируется техническими требованиями.