ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ СОСТАВОВ ЭМУЛЬСИЙ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ РЕМОНТНО-ИЗОЛЯЦИОННЫХ РАБОТ В КАРБОНАТНЫХ ПЛАСТАХ ЮГОМАШЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

В настоящее время значительная часть нефтяных месторождений Республики Башкортостан находится на поздней стадии разработки, которая характеризуется высокой обводненностью добываемой продукции и снижением эффективности эксплуатации скважин. Одним из эффективных методов борьбы с преждевременным обводнением скважин является проведение ремонтно-изоляционных работ (РИР) с применением эмульсионных составов.

Эмульсионные технологии позволяют селективно воздействовать на водонасыщенные интервалы пласта, создавая надежные водоизолирующие экраны при сохранении проницаемости нефтенасыщенных зон.

В статье представлены результаты лабораторных исследований для подбора состава эмульсий, применяемых при РИР, и разработаны рекомендации по оптимизации их составов.

Для приготовления всех эмульсий использовалась одинаковая технология приготовления. В емкость наливались нефть Югомашевского месторождения и необходимое количество эмульгатора (4 % объемн.). Далее производилось перемешивание с частотой 500–600 об./мин. Спустя несколько минут частоту оборотов повышали до 3600 об./мин и добавляли с помощью дозатора воду по каплям и хризотил малыми порциями. После этого перемешивание продолжалось в течение 30 мин [1]. В качестве эмульгатора использовался Девон 4в марка А.

В ходе работ было установлено, что при низкой концентрации эмульгатора (менее 1 %) эмульсии с добавлением хризотила в количестве 1% являются нестойкими и разрушаются практически сразу после приготовления.

В связи с этим дальнейшие эксперименты проводились с эмульсиями нефти Югомашевского месторождения, содержащими эмульгатор Девон 4в марка А в количестве 4 %, показывающие большую устойчивость к расслоению.

Указанные эмульсии перемешивались при частоте 100–300 об./мин. Для сравнения в качестве базовых эмульсий были приготовлены образцы без добавления твердой фазы и эмульгатора, в которых наблюдалось расслоение состава. Устойчивость эмульсий проверялась при их выдержке в течение суток при комнатной температуре.

Эксперименты были связаны с определением эффекта динамического запирания и выполнялись на стеклянных капиллярах длиной 2 см и диаметром 100 мкм. Фильтрация инициировалась путем движения эмульсий при большом давлении, подаваемом на вход капилляра.

Сравнение реологических свойств эмульсий с добавлением твердой фазы (хризотила или аэросила) и без показало следующее. Эмульсии практически не разрушаются, а рост напряжения сдвига от концентрации имеет нелинейный характер (рисунок 1).

Рисунок 1. Реологические кривые для эмульсий с различной концентрацией хризотила на прямом и обратном ходу

Аномалия напряжения сдвига при малых скоростях сдвига у эмульсии с 5 % хризотила на прямом ходу связана с неупорядоченным расположением кристаллов хризотила. Вследствие этого при их контакте с чувствительным конусом реометра создаются дополнительные сопротивления.

После ступенчатого увеличения скорости сдвига частицы твердой фазы ориентируются по направлению движения конуса, поэтому на обратном ходу данные аномалии отсутствуют. С ростом концентрации твердой фазы, напряжение сдвига сначала снижается, а затем увеличивается [2].

Далее наблюдался эффект динамического запирания эмульсий в капиллярах, приведенный на рисунке 2, на котором представлена зависимость времени запирания эмульсий с разной концентрацией эмульгатора (Девон 4в марка А) без хризотила.

Рисунок 2. Зависимость времени запирания эмульсий с разной концентрацией эмульгатора

Данные, приведенные на графиках показывают, что с ростом концентрации эмульгатора с 1 % до 4 % происходит уменьшение объема вытесненной воды почти в 3 раза (с 2 мл до 0,6 мл). Одной из причин полученного результата, является более высокая вязкость эмульсии с 4 % эмульгатора по сравнению с эмульсией с добавлением 1 % эмульгатора. То есть увеличение концентрации эмульгатора практически не влияет на время запирания.

Наличие в жидкости анизотропных элементов существенно изменяет их свойства при течении в каналах переменного сечения. Нитевидные включения в ламинарном потоке в зоне ускорения (перед сужением) ориентируются вдоль линии тока, а в зоне торможения (после сужения) принимают ориентацию перпендикулярно линии тока [2].

Для уточнения эффекта динамического запирания были выполнены исследования наполнителем другой природы – аэросила, представляющего собой коллоидный диоксид кремния в виде порошка из изотропных частиц с формой близкой к сферической.

При сравнении реологических от скорости сдвига на прямом и обратном ходу, получено, что с ростом концентрации аэросила (с 0,1 % до 3 %) наблюдается увеличение напряжения сдвига в 3 раза по сравнению с эмульсиями без аэросила. Это позволяет сделать вывод о наличии высоких армирующих свойств.

Эмульсия с содержанием 3 % аэросила запирается практически мгновенно (через 10 секунд), при этом объем вытесненной жидкости на порядок меньше, чем у эмульсии с содержанием 1 % аэросила (Рис.3).

Рисунок 3. Сравнение скоростей запирания эмульсий при различном содержании аэросила

До момента запирания движение ОЭ в капилляре происходило с практически постоянным расходом, что подтверждает агрегативную устойчивость и стабильность исследуемых эмульсий. Важно отметить, что эффект динамического запирания для обратных эмульсии с низким содержанием аэросила (0,1 %) не наблюдается в течение длительного времени.

В ходе реологических исследований установлено, что все ОЭ являются неньютоновскими жидкостями, а именно имеют свойства псевдопластических жидкостей (нелинейный рост напряжения сдвига от скорости сдвига, снижение вязкости вследствие изменения структуры вещества).

Таким образом, для применения в водоизоляционных работ был определен оптимальный состав ОЭ на основе нефти Югомашевского месторождения, включающий в себя:  5% хризотила; 4 % эмульгатора Девон 4в «А»; 3 % аэросила [1].

Выводы

Результаты экспериментов на нефти Югомашевского месторождения, полученные на фильтрационной установке, показали, что наилучшими удерживающими свойствами обладают ОЭ, стабилизированные хризотилом. Они проявляют удерживающие способности при больших перепадах давления, при этом сохраняются в образце, что показывает их эффективность в качестве жидкостей выравнивания профиля притока.

Список литературы:

1. Асадуллин Р.Р. Разработка технологического процесса ограничения водопритоков на основе применения обратных эмульсий с твердой дисперсной фазой. Дисс. к.т.н. Уфа, 2023г.
2. Ахметов, А. Т. Новые принципы применения обратных водонефтяных эмульсий в потокоотклоняющих технологиях и глушении скважин / А. Т. Ахметов, А. Г. Телин, М. В. Мавлетов // Нефтегазовое дело. – 2015. – № 3. – С. 119–126.