Контрольная работа по "Химии"

Необходимых изменений поверхностных  и смачивающих свойств жидкостей  и характеристик поверхностей раздела  пластовой системы в зоне их контакта в пористой среде можно добиться с помощью добавок (ПАВ).

В лабораторных условиях испытано влияние на нефтеотдачу добавок в воду значительного количества ПАВ: неионогенных — типов ОП-10 и КАУ-ФЭк (оксиэтилированные алкилфенолы), анионо-активных — НЧК, сульфо-нол, НП-1, азолят А, азолят Б, «Прогресс» (натриевая соль алкилсульфосое-динений), а также катионо-активные ПАВ. Лучшие результаты при вытесне-нии нефти получают с применением растворов неионогенных ПАВ. Установлено также, что ионогенные ПАВ адсорбируются на поверхностях минералов больше, чем неионогенные.

Некоторые исследователи  полагают, что вследствие возникновения  перед нагнетаемым в нефтяную часть пласта раствором ПАВ вала остаточ-ной воды, которая, как известно, во многих месторождениях представляет собой концентрированный раствор солей, применение ПАВ не дает положи-тельных результатов. Предполагается, что нефть при этом вытесняется не растворами ПАВ, нагнетаемыми в пласт, а оторочкой минерализованной хлоридами воды с плохими нефтевымывающими свойствами. Все это позво-ляет считать метод заводнения пластов растворами ПАВ одним из эффектив-ных для увеличения нефтеотдачи пластов, что подтверждается промышлен-ными экспериментами. Поверхностное натяжение нефти на границе с водой можно понизить путем нагнетания в пласт щелочных вод. При взаимодейст-вии с нафтеновыми кислотами, содержащимися в нефти, щелочи способству-ют образованию натриевых мыл вблизи поверхности раздела вода — нефть. Некоторые пласты содержат незначительное количество остаточной воды (4—6 % от объема пор), и быстрое образование вала при этом затрудняется. Наконец, установлено, что даже если образуется вал остаточной воды при значительном ее содержании в пласте (20—30 % от объема пор), вода перемешивается с нагнетаемой в пласт и обработанной ПАВ. В таком случае нефтевымывающие свойства смесей оказываются достаточно хорошими. Все это позволяет считать метод заводнения пластов растворами ПАВ одним из средств увеличения нефтеотдачи пластов.

Нефть и вода при обычных  условиях в коллекторах не смешиваются. Образующиеся на контактах нефти  и воды в пористых средах границы  разде-ла приводят к возникновению многочисленных капиллярных эффектов, отри-цательно влияющих на процесс фильтрации нефти и воды. Например, филь-трация в пористых средах многофазных систем (смесей нефти, воды и газа) приводит к повышенным сопротивлениям. Процесс вытеснения нефти водой может быть приближен к условиям фильтрации однородных систем без ощу-тимого влияния на движение флюидов многочисленных границ раздела, если между нефтью и водой поместить оторочку мицеллярного раствора (смеси углеводородных жидкостей, воды и ПАВ, растворимых в углеводородах, и стабилизаторов). В качестве стабилизаторов обычно используются спирты (изопропиловый, бутиловый и др.) J Углеводородную часть мицеллярного раствора может составить легкая нефть фракции С₅+.

Нефтерастворимыми ПАВ являются нефтяные сульфонаты, алкиларил-сульфонаты, алкилфенолы. При содержании в системе ПАВ концентрации выше критической концентрации мицеллообразования ПАВ находится в раст -воре в виде сгустков (мицелл), которые способны поглощать жидкости, сос-тавляющие их внутреннюю фазу. При значительной концентрации ПАВ пос-ледние в процессе перемешивания вместе с нефтью и водой образуют нефте-водяные агрегаты — мицеллы, строение которых зависит от количественного состава компонентов и их свойств. На рис.приведены схемы строения мицелл с водяной и нефтяной основой. У мицеллы с водяной основой внешней фазой является нефть. Молекулы ПАВ полярной частью (кружочки на рис.1  обра-щены к воде, а углеводородными цепями — к нефти. Несмотря на содержа-ние в таком мицеллярном растворе до 95 % воды, он хорошо смешивается с нефтью, ибо внешней фазой даже при большой концентрации воды в системе оказывается нефть).

-

Рис. 1.

Мицеллярные растворы способны растворять жидкости, составляющие их внутреннюю основу (ядро). При этом размеры мицелл возрастают и в не-который момент наступает обращение фаз — вместо внешней фазы оказывается вода и наоборот.

Внешне мицеллярные растворы представляют собой однородные проз-рачные или полупрозрачные жидкости (размеры мицелл 10⁵—10⁶ мм). Вяз-кость мицеллярных растворов с нефтяной внешней фазой вначале возрастает с увеличением содержания воды в системе и может достигать 100 мПа-с при водосодержании до 40—45 %. Дальнейшее увеличение концентрации воды (если она сопровождается инверсией типа раствора) приводит к снижению вязкости.

В зависимости от состава  и свойств компонентов мицеллярных раство-ров закономерности изменения вязкости от водосодержания могут быть дру-гими. Соли, присутствующие в воде, снижают вязкость растворов. Это свой-ство используется для регулирования их вязкости. Состав солей влияет на устойчивость мицеллярных растворов, что должно быть учтено при выборе ПАВ и других их составляющих. Мицеллярные растворы устойчивы только при определенных концентрациях солей.

Упомянутые свойства мицеллярных растворов способствуют при их нагнетании в пласт значительному повышению эффективности вытеснения нефти из коллектора. На практике оторочки мицеллярных растворов продви-гаются по пласту водой, загущенной полимерами и водой. Минимальный объем оторочек для однородных пористых сред составляет 4—5 % от объема пор обрабатываемого участка.

Мицеллярные растворы способны вытеснять до 50—60 % нефти, остав--шейся в пласте после обычного его заводнения. Благоприятные результаты получены даже при водонасыщенности пород до применения мицеллярных растворов, достигающей 70 % от объема пор. Для получения необходимых свойств мицеллярных растворов доля ПАВ в системе как минимум должна быть 9—15%, спирта 4—5%.

Мицеллярно-полимерное заводнение – это процесс, в котором произво-дится закачка ПАВ для повышения нефтеотдачи.  Это определение исклю-чает  щелочное  заводнение, в котором ПАВ образуется  в пласте,  и другие процессы повышения нефтеотдачи, в которых снижение капиллярных сил не является основным средством добычи нефти. 

Процесс  заводнения  всегда осуществляется в режиме вытеснения (не в циклическом режиме). Полный процесс включает в себя следующее: предва-рительная  закачка.  Это закачка какого-то  объема  минерализованной  воды  с целью изменить (как правило снизить)  минерализацию пластовой жид-кости  с тем,  чтобы смешивание  с ПАВ не  вызвало потерю  межфазной активности.  Объем предварительной закачки колеблется от 0% до 100% заводняемого порового объема пласта. В некоторых процессах в предвари-тельную закачку добавляется так называемый жертвенный агент, чтобы уменьшить последующее удерживание ПАВ.  Объем мицеллярно-полимер-ной  оторочки, колеблясь от 5% до 20% в промысловых применениях,  со-держит  главный нефтедобывающий агент – основное  ПАВ.

Таблица 1. Классификация  и примеры ПАВ-в

В мицеллярно-полимерном заводнении в качестве основного ПАВ наиболее широко используются  нефтяные  сульфонаты.  Это - анионактив-ные  ПАВ,  полученные сульфированием  чистого органического химичес-кого  вещества (иногда  именуемого синтетическим сульфонатом),  пара  нефтехимической переработки с промежуточным молекулярным  весом,  или в некоторых случаях даже  самой нефти.

Применять ПАВ в промышленности для улучшения нефтевымывающих  свойств вод затруднительно вследствие адсорбции их огромной поверх-ностью пород. В зоне же водонефтяного контакта концентрация ПАВ пони-жается и действие их уменьшается. При фильтрации чистой воды происходят также процессы десорбции. Установлено, что адсорбция не одинакова по всему пласту. Фронт предельной адсорбции ПАВ (т.е. равновесной, более не увеличивающейся адсорбции) отстает от фронта нагнетаемого раствора. Полной потери ПАВ вследствие адсорбции можно избежать, если вводить в пласт первые порции воды с повышенным содержанием ПАВ, которые будут в дальнейшем продвигаться по пласту необработанными пресными водами (метод оторочки).

Горная порода с насыщающими  ее флюидами имеет развитую площадь  поверхности раздела фаз. Действие ПАВ, подаваемых в пласт в виде водных растворов, основано на адсорбции ПАВ на указанных поверхностях, что при-водит к существенному изменению молекулярно-поверхностных свойств по-роды, пластовой воды и нефти. Требования, предъявляемые к ПАВ, следую-щие: стимулирование смачивающей способности вытесняющей воды; сниже-ние межфазного натяжения на границе нефть - вода; вытеснение нефти с поверхности породы; диспергирование нефти в водной фазе. 

Правильным выбором ПАВ  можно селективно изменить краевой  угол смачивания нефтью поверхности  твердого тела и создать таким  образом более благоприятные  условия для вытеснения нефти. Чтобы  извлечь большее количество нефти  и уменьшить остаток нефти  до величины, близкой к нулю, требуется  капиллярное число на 4 порядка  выше указанного. Это может быть достигнуто практически лишь уменьшением  межфазного натяжения на гра-нице раздела. Проведенное исследование водных растворов нефтяных суль-фонатов показывает, что такие низкие значения межфазного натяжения могут быть получены при относительно малых концентрациях ПАВ.

В нефтяной промышленности ПАВ широко применяются при различ-ных технологических процессах бурения и добычи нефти. Многочисленными исследованиями установлено, что добавка ПАВ в нагнетаемую воду значи-тельно повышает эффективность процесса вытеснения нефти водой по срав-нению с обычным заводнением. Поэтому при заводнении пластов широко используют закачку водных растворов ПАВ.

Эффективность заводнения, применяемого как вторичный метод, обычно ниже, чем при осуществлении его с самого начала разработки. Это объясняется тем, что при разработке месторождения вначале на режиме растворенного газа вязкость нефти в пластовых условиях возрастает, а эффективность процесса вытеснения нефти водой во многом зависит от соотношения вязкостей нефти и воды.

В практике эксплуатации скважин  для этих целей применяются в  ос-новном неионогенные ПАВ. Они обладают лучшей растворимостью в мине-рализованных водах без образования осадков. При этом эффективность про-цесса вытеснения нефти водой имеет практически такие же показатели, что и в случае применения неионогенных ПАВ. В работе исследована принципи-альная возможность повышения эффективности заводнения прежде всего пу-тем изменения темпа закачки воды. Было установлено, что на эффективность процесса вытеснения нефти водой из однородных гравитационное разделе-ние жидкостей, существует оптимальный темп закачки воды, обеспечиваю-щий максимальную нефтеотдачу горизонтальных пластов большой мощнос-ти значительное влияние оказывает темп закачки воды, увеличение которого приводит к более равномерному продвижению фронта вытеснения. По мере роста скорости продвижения фронта вытеснения увеличивается длина его стабилизированной зоны, уменьшается его общая протяженность и, следо-вательно, увеличивается коэффициент охвата. Поэтому для горизонтального пласта большой мощности, в котором происходит значительное

Осредненные зависимости  ПАВ добычи нефти и обводненности нефте-отдачи от относительного от-добываемой продукции от нефтеотдачи пластов при различной вязкости. Эффективность процесса по промысловым данным выражается так называемыми характеристиками вытеснения нефти водой. 
Эффективность процесса вытеснения нефти теплоносителями зависит от термодинамических условий пласта, свойств пластовых жидкостей, пористой среды, применяемой технологии и других факторов и может изменяться в широких пределах. На механизм вытеснения нефти ( жидкости) существенно влияют поверхностные свойства системы нефть-вода-порода. С повышением температуры уменьшается толщина адсорбционного слоя поверхностно-ак-тивных молекул нефти на поверхности поровых каналов, вследствие чего проницаемость пласта для нефти увеличивается. Лабораторными исследова-ниями установлено, что капиллярная пропитка происходит как при низких, так и при высоких температурах. В то же время с повышением температуры капиллярная пропитка их происходит значительно быстрее.

Эффективность процесса вытеснения нефти из неоднородного пласта оценивается  по двум основным показателям - текущей  нефтеотдаче и удельному расходу воды. На эффективность процесса вытеснения нефти СО₂ большое влияние оказывает исходная нефтенасыщенность. Чем больше нефтенасыщенность пласта к началу применения СО₂, тем выше эффект, так как большая часть СО₂ расходуется на полезное насыщение, расширение и вытеснение нефти. Для повышения эффективности процесса вытеснения нефти, помимо применения более эффективных методов воздействия на пласт, необходимо совершенствовать управление процессом разработки нефтяных месторождений при существующих, широко распространенных методах заводнения. Система управления процессом разработки нефтяных месторождений относится к так называемым большим системам управления, характеризующимся большим количеством и многообразием объектов управления, обилием информации и связей, сложностью самого процесса разработки, показатели которого изменяются во времени. Методика экономи-ческой оценки эффективности процесса вытеснения нефти растворителями также еще не решена.

Какие факторы влияют на эффективность процесса вытеснения нефти из пористой среды. Исследование влияния факторов на эффективность процесса вытеснения нефти необходимо производить по стадиям разработки. 
Важным фактором, влияющим на эффективность процесса вытеснения нефти водными растворами химреагентов, является фазовое поведение системы водный раствор химреагентов - нефть. Поэтому в работе изучалось фазовое поведение системы ПАВ АФ9 - 12 Лигносульфонаты КОРБ - нефть.

Заключение.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) успешно применяются в са-мых различных областях промышленности, причем особую эффективность проявляют так называемые мицеллярные ПАВ. Они имеют характерные ос-обенности растворения, которые выражаются в том, что при достижении предела истинной растворимости не выделяется отдельная макрофаза, обра-зуются мицеллы. Особенность этих ПАВ наиболее проявляется при их при-менении в процессах добычи нефти. Если при применении обычных раство-ров ПАВ нефтедобыча увеличивается на 5-7%, то при применении мицелля-рных ПАВ нефтеотдача увеличивается до 50%. Однако большие концентра-ции ПАВ в мицеллярных растворах делают их применение в процессах по-вышения нефтеотдачи экономически не выгодными. Синтезированы новые разновидности ПАВ - гибридные, которые по эффективности превосходят традиционные мицеллярные ПАВ, являясь в то же время более дешевыми. Строение гибридного ПАВ напоминает строение мицеллы обычных ПАВ, но в данном случае ядром мицеллы служит частица диоксида кремния, имею-щая гидрофильные и гидрофобные участки, так называемую "мозаичную по-верхность", которая окружена молекулами того или иного ПАВ.