ТЕХНОЛОГИИ ХИМИЗАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. СВЯЗЬ СПОСОБОВ ХИМИЗАЦИИ С УВЕЛИЧЕНИЕМ КИН

АННОТАЦИЯ

В данной статье проводится анализ теоретических основ химических методов увеличения нефтеотдачи как эффективного инструмента повышения коэффициента извлечения нефти. Рассматриваются ключевые факторы, определяющие степень извлечения углеводородов, включая геолого-физические характеристики коллекторов и реологические свойства пластовых флюидов. Особое внимание уделяется классификации методов воздействия. Исследуются достоинства и ограничения каждого из перечисленных методов, выявляются причины снижения их эффективности в реальных промысловых условиях, такие как адсорбция реагентов на породе и неоднородность пластов.

В условиях поздней стадии разработки крупных месторождений России эксплуатация скважин сопровождается большими объемами попутно добываемой воды и становится экономически малоэффективной. Рост доли трудноизвлекаемых запасов, включая высоковязкие нефти и низкопроницаемые коллекторы, требует применения новых научно обоснованных технологий добычи. Именно поэтому важнейшим фактором поддержания добычи нефти считается масштабное вовлечение в освоение трудноизвлекаемых запасов с применением физико-химических и комплексных технологий увеличения нефтеотдачи.

Ключевые слова: коэффициент извлечения нефти, химические методы увеличения нефтеотдачи, поверхностно-активные вещества, полимерное заводнение, щелочное воздействие, кислотные обработки, фильтрационные процессы, коэффициент вытеснения.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ

Понятие коэффициента извлечения нефти (КИН) и факторы, влияющие на нефтеотдачу

Коэффициент извлечения нефти (КИН) представляет собой отношение количества извлеченной из пласта нефти к первоначальным её запасам в пласте. Различают текущую и конечную нефтеотдачу. Текущая нефтеотдача — это отношение количества извлеченной нефти на данный момент разработки к первоначальным геологическим запасам, а конечная нефтеотдача — отношение накопленной добычи нефти в конце разработки залежи к первоначальным запасам.

Рисунок 1. Зависимость текущей нефтеотдачи η от времени t

Факторы, влияющие на нефтеотдачу, делятся на две группы: геолого-физические и технологические. К основным геолого-физическим факторам относятся: проницаемость коллектора, наличие в пласте глинистых материалов, микронеоднородность, вязкость нефти, поверхностное натяжение на границе нефти с водой, смачиваемость породы пластовыми флюидами, содержание в нефти асфальтосмолистых компонентов, реологические свойства нефти.

Низкая проницаемость коллектора снижает коэффициент вытеснения. Коэффициент охвата пласта заводнением зависит, в основном, от макронеоднородности коллектора, наличия трещин и других зон высокой проницаемости, через которые возможен прорыв закачиваемого агента. Коэффициент охвата пласта воздействием зависит от плотности сетки и взаимного расположения скважин, а также от прерывистости отдельных пропластков.

Классификация методов повышения нефтеотдачи пластов

Согласно классификации, методы подразделяются на гидродинамические, физико-химические, газовые, тепловые, волновые и микробиологические.

К гидродинамическим методам относятся: изменение направления фильтрационных потоков, вовлечение в разработку недренируемых запасов, нестационарное (циклическое) заводнение, форсированный отбор жидкости. Их применение гидродинамических методов позволяет повысить нефтеотдачу пласта не более чем на 5-8%.

Физико-химические методы, наиболее актуальные для настоящего исследования, включают в себя: вытеснение нефти водными растворами ПАВ (включая пенные системы), вытеснение нефти растворами полимеров, вытеснение нефти щелочными растворами, вытеснение нефти композициями химических реагентов (в том числе мицеллярные и мицеллярно-полимерные растворы), вытеснение нефти растворителями.

Газовые методы представлены воздействием на пласт двуокисью углерода, углеводородным газом, азотом, дымовыми газами.

Тепловые методы включают паротепловое воздействие на пласт, внутрипластовое горение, вытеснение нефти горячей водой, пароциклические обработки скважин.

С точки зрения воздействия на пластовую систему в большинстве случаев реализуется комбинированный принцип воздействия, при котором сочетаются гидродинамический и тепловой методы, гидродинамический и физико-химический, тепловой и химический (термохимические) и так далее.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ХИМИЗАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Закачка поверхностно-активных веществ (ПАВ)

Одним из наиболее изученных физико-химических методов увеличения нефтеотдачи является закачка в пласт водных растворов поверхностно-активных веществ. Добавка ПАВ в воду улучшает смачивающие свойства воды, снижает поверхностное натяжение воды на границе с нефтью, в результате чего повышается коэффициент вытеснения нефти.

Рисунок 2. Использование ПАВ

Качество ПАВ характеризуется следующими показателями: поверхностной активностью на границе нефть — вода, степенью предельной адсорбции на поверхности породы, скоростью диффузии, эмульгирующими свойствами.

Лабораторные исследования, проведенные на кафедре разработки нефтяных месторождений, показали, что с увеличением концентрации ПАВ с 0 до 0,1-0,2% поверхностное натяжение на границе раствора с нефтью уменьшается с 30-32 до 7-8 мН/м, и в дальнейшем остается практически постоянным.

Серьезной проблемой при применении ПАВ является их адсорбция на поверхности породы. Адсорбция ПАВ из водных растворов на карбонатных коллекторах может достигать значительных величин, снижая эффективность их применения. Добавление технических лигносульфонатов и проксамина способствует уменьшению потерь активного реагента практически в 2 раза.

Полимерное и мицеллярно-полимерное заводнение

Полимерное заводнение является одним из наиболее распространенных химических методов увеличения нефтеотдачи. Одной из причин низкого коэффициента вытеснения и охвата пласта процессом заводнения на месторождениях, содержащих нефть повышенной вязкости, является большое соотношение вязкостей нефти и воды, приводящее к снижению охвата пласта вытесняющим агентом. Добавка в воду высокомолекулярного полимера позволяет повысить вязкость воды и соответственно улучшить соотношение подвижностей нефти и воды.

В качестве добавок к воде используются гидролизованный полиакриламид (ГПАА), ксантановая смола, сополимеры. Фильтрация водного раствора полимеров происходит таким образом, что с увеличением градиента давления скорость его движения возрастает медленнее по сравнению со скоростью воды по закону Дарси. Жидкость, скорость фильтрации которой нелинейно зависит от градиента давления, называется дилатантной.

Щелочное и термощелочное воздействие

Метод щелочного заводнения основан на взаимодействии щелочей с пластовой нефтью и породой. Практически все пластовые нефти содержат в своем составе активные компоненты — органические кислоты. При взаимодействии щелочных растворов с нефтями, содержащими органические кислоты, в пласте образуются новые ПАВ, которые значительно снижают поверхностное натяжение нефти на границе раздела фаз.

Для приготовления щелочных растворов чаще всего используется NaOH, а также кальцинированная сода, жидкое стекло (силикат натрия). Оптимальная концентрация NaOH в растворе, при которой достигается минимальное поверхностное натяжение, составляет 0,15-0,2%. Щелочные растворы обычно закачивают в виде оторочек размером 0,1-0,25 объема пор с концентрацией 0,05-0,5%. По лабораторным данным использование щелочных растворов позволяет повысить коэффициент вытеснения на 15-20% (абс.).

На месторождениях нефти повышенной вязкости более целесообразно применять данный метод, при котором оторочки щелочных растворов закачиваются в предварительно прогретый пласт. Поверхностное натяжение Ярегской нефти, содержащей большое количество нафтеновых кислот, на границе с 1% NaOH снижается до 0,001 мН/м.

Кислотные обработки и их роль в увеличении нефтеотдачи

Кислотные обработки являются одним из наиболее распространенных методов повышения продуктивности добывающих скважин, эксплуатирующих карбонатные отложения. Карбонатные минералы активно взаимодействуют с большинством неорганических и органических кислот, и для проведения кислотных обработок, как правило, используются растворы соляной кислоты с концентрацией 10-15 мас.%, что связано с ее высокой растворяющей способностью, многообъемным производством и низкой стоимостью.

В нефтедобывающей промышленности для проведения кислотных обработок продуктивных пластов распространение получили сложные композиции на основе соляной кислоты с рядом специальных добавок: замедлителей реакции, стабилизаторов, ингибиторов коррозии и растворителей.

В статье Г. С. Дубинского выявлено, что эффективность применяемых технологий интенсификации добычи нефти уменьшается по ряду причин: поглощение рабочих растворов высокопроницаемыми или уже обработанными интервалами пласта, быстрый прорыв воды к забою скважины по высокопроницаемым интервалам пласта после обработки ПЗП, неполное удаление продуктов химических реакций из ПЗП после проведения обработки, быстрая потеря реакционной способности растворов и неэффективность повторных солянокислотных обработок в карбонатах .

По результатам лабораторных исследований установлено, что наличие системы трещин в карбонатных отложениях требует применения технологических приемов, обеспечивающих изоляцию этих трещин перед закачкой солянокислотной композиции с целью постоянного или временного уменьшения трещинной проницаемости обрабатываемого карбонатного пласта.

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА КИН

Оценка увеличения коэффициента извлечения нефти при применении химических методов

При применении методов с начала разработки залежи оценка технологического эффекта базируется на расчётных показателях разработки опытного участка либо на фактических показателях разработки контрольного участка, который одновременно с опытным участком разрабатывается по базовому варианту. Наиболее достоверным методом в этом случае является метод численного моделирования с использованием геолого-фильтрационной модели разрабатываемого пласта, адаптированной к фактическим данным разработки опытного участка.

Для оценки технологического эффекта на поздней стадии разработки залежи используется экстраполяционный метод, основанный на экстраполяции фактических данных, характеризующих применение базового варианта, на период применения метода повышения нефтеотдачи. Этот способ основан на отыскании эмпирической зависимости между показателями разработки залежи по базовому варианту в период до начала применения метода с экстраполяцией этой зависимости на будущий период.

При применении тепловых методов для разработки залежей высоковязких нефтей, которые обычно приводят к значительному росту нефтеотдачи по сравнению с традиционными методами разработки, рекомендуется использовать метод «долевых коэффициентов», представляющих собой отношение прироста конечной нефтеотдачи к общей нефтеотдаче.

При применении полимерного заводнения дополнительная добыча нефти в лабораторных исследованиях на карбонатных образцах определяется в основном эффективностью действия оторочки раствора полимера до завершения безводного периода вытеснения нефти. Прирост коэффициента вытеснения сильно зависит от параметров пористой среды и свойств жидкостей.

Список литературы:

1. Рузин Л. М., Морозюк О. А. Методы повышения нефтеотдачи пластов (теория и практика): учеб. пособие. — Ухта: УГТУ, 2014. — 127 с.
2. Дубинский Г. С. Технологии воздействия на карбонатный коллектор с целью ограничения водопритока и интенсификации добычи нефти // Вестник Академии наук Республики Башкортостан. — 2020. — Т. 34, № 1 (97). — С. 48
3. Новиков В. А., Мартюшев Д. А. Опыт применения кислотных составов в карбонатных отложениях нефтяных месторождений Пермского края // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. — 2020. — Т. 20, № 1. — С. 72–87.
4. Алтунина Л. К., Кувшинов В. А. Фундаментальные и прикладные аспекты физико-химических методов увеличения нефтеотдачи, созданных в ИХН СО РАН. Композиции на основе ПАВ для увеличения нефтеотдачи пластов // Химия в интересах устойчивого развития. — 2025. — Т. 33, № 1. — С. 99–129.
5. Ленченкова Л. Е. Повышение эффективности выработки трудноизвлекаемых запасов нефти физико-химическими методами: автореф. дис. д-ра техн. наук. — Уфа, 2002. — 49 с.
6. Алтунина Л. К., Кувшинов В. А., Кувшинов И. В. Увеличение нефтеотдачи месторождений с трудноизвлекаемыми запасами с применением физико-химических и комплексных технологий // Северный регион: наука, образование, культура. — 2015. — № 2. — С. 117–120.
7. Алтунина Л. К., Кувшинов В. А. Физико-химические аспекты технологий увеличения нефтеотдачи (обзор) // Химия в интересах устойчивого развития. — 2001. — № 9. — С. 331–347.
8. Оптимизация свойств водных растворов ПАВ для улучшения нефтеотдачи пластов ¾ URL:https://tirit.org/reshenya/optimizaciya-svojstv-vodnyh-rastvorov-PAV-dlya-uluchsheniya-nefteotdachi-plastov/ (дата обращения: 03.05.26).