Определение оптимального содержания ПАВ в водном растворе методом вращающейся капли

DETERMINATION OF THE OPTIMAL CONTENT OF A SAC IN AQUEOUS SOLUTION BY A ROTATING DROPS METHOD

Alexandr Zavodovskiy

Cand. Phys.-Mat. Sciences, associate professor, Surgut State University, Russia, Surgut

Аннотация. Целью работы является определение оптимального содержания ПАВ в водном растворе при добыче нефти с помощью метода вращающейся капли. Результаты исследования нескольких образцов ПАВ при различной концентрации раствора и его темпера­туре позволили выбрать из них наиболее эффективный образец для разработки нефтяного месторождения.

Abstract. The aim of the work is to determine the optimal content of surfactant in an aqueous solution during oil production using the rotating drop method. The results of the study of several surfactant samples at different concentrations of the solution and its temperature allowed us to choose the most effective sample for the development of an oil field.

Ключевые слова: коэффициент поверхностного натяжения; нефть; ПАВ, метод вращающейся капли; эмульгатор; неонол; полиэкс; нефтенол; эмультал; оксанол.

Keywords: surface tension factor; oil; surfactans; spinning drop method; chemicals emulgent; neonol; polieks; neftenol; emultal; oksanol.

Добыча нефти, обычно, проходит в три этапа: естественный выход нефти благодаря внутрипластовому давлению, вытеснение нефти водой, а далее «вымывание» за счёт использования водных растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ).

В результате проведения первых двух этапов примерно около 70 % нефти остается в пласте. При этом. если в начале эксплуатации скважин наблюдается достаточный дебит нефти, то, с течением времени, происходит его снижение. Данный эффект связан с тем, что капельки воды задерживаются в сужениях капиллярных поровых каналов породы нефтяной залежи.

Сопротивление этих капелек движению пропорционально поверх­ностному натяжению и может доходить до больших значений.

Это сопротивление должно преодолеваться параллельным потоком окружающей нефтяной фазы. Давление в пласте, однако, для этого недостаточно.

Для того, чтобы добыть хотя бы часть этой оставшейся нефти, используют водные растворы различных ПАВ, которые при опреде­ленных концентрациях могут значительно снижать поверхностное натяжение на границе нефть – вода. Применение ПАВ позволяет дополнительно добыть ещё от 15 до 60 % оставшейся нефти.

Для определения эффективности действия того или иного ПАВ, применяют различные методы, с помощью которых проводят исследо­вания, как правило, в лабораторных условиях. Одним из современных экспериментальных методов, который позволяет определять очень низкие поверхностные натяжения, является метод вращающейся капли [1, 2].

Определение оптимальной концентрации ПАВ при данных о темпе­ратуре в забое нефтяной скважины позволяет эффективно использовать раствор ПАВ и экономить средства, затрачиваемые на их покупку, при нефтедобыче [3].

В работе была использована нефть НГДУ «Быстринскнефть», Северо-Юрьевского месторождения. Куст 40, скважина 2155 эцн-30, периодическая. Дебит – 3500 кг/сут., H₂O – 18%, плотность – 860 кг/м³.

Лабораторией СургутНИПИнефть были предоставлены несколько поверхно-активных веществ: Неонол АФ, Оксанол КД-6, Эмультал Э21, Полиэкс экс-ЭМм.Б., Нефтенол.

Неонол АФ – оксиэтилированный алкилфенол на основе тримеров пропилена представляет собой техническую смесь полиэтиленгликолевых эфиров моноалкилфенолов и является высокоэффективным неионоген­ным поверхностно-активным веществом. Применяется для интенсифи­кации добычи нефти.

Оксанол КД-6 – смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров синте­тических спиртов фракции С₈ - С₁₀. Применяется для получения поверхностно-активных веществ в качестве компонента синтетических моющих средств.

Эмультал Э21 – техническое неионогенное ПАВ. Содержит смесь сложных эфиров олеиновой, линолевой, линоленовой, смоляных кислот таллового масла и триэтаноламина (80% по массе); остальное – неэтерифицированные жирные кислоты, их амиды, другие органические вещества, вода. Эффективно стабилизирует нефтеэмульсионные гли­нистые растворы с различным содержанием твердой фазы. Используется в качестве эмульгатора для приготовления высококонцентрированных гидрофобных инвертных эмульсий, в которых дисперсионной средой является углеводород (дизельное топливо, лёгкая нефть), а диспер­сионной фазой - вода (техническая пресная или минерализованная). Применяется в различных технологических процессах при строительстве, эксплуатации и ремонте нефтяных и газовых скважин (глушение сква­жин, промывка ствола при первичном вскрытии продуктивных пластов, обработка призабойных зон для интенсификации притока нефти).

Такие системы, при применении их на различных стадиях строи­тельства скважин, позволяют максимально сохранить коллекторские свойства продуктивных пластов (прежде всего фазовую проницаемость по нефти), исключают набухание глинистых минералов пласта, коррозию оборудования, образование нерастворимых осадков при контакте с минерализованными водами.

Эмультал не теряет эмульгирующей способности в присутствии хлоридов натрия и кальция вплоть до насыщения им водной фазы эмульсии. Температурный предел эмульгирующего действия эмультала – 90°С.

Полиэкс экс-ЭМм.Б. – представляет собой комплексный реагент, включающий эмульгатор и добавку, снижающую температуру застыва­ния и повышающую стабильность эмульсии. Он позволяет, в зависимости от соотношения и состава водной и органической фаз, получать устойчивые гидрофобные эмульсии в широком диапазоне плотности, эффективной вязкости и структурно-реологических свойств. Эмульсии являются термически стабильными: при температуре 80-90°C не наблюдается расслоения на водную и органическую фазы. Предназна­чены для глушения скважин в осложненных условиях, в частности, с высоким газовым фактором, низким пластовым давлением или при наличии поглощения, также для глушения скважин.

Нефтенол – углеводородный раствор сложных эфиров олеиновой, линолевой, линоленовой, а также смоляных кислот. Применяется для приготовления инвертных эмульсий, используемых для повышения нефтеотдачи пластов, в бурении, для ремонта скважин.

В процессе выполнения работы определялась температурная зависимость коэффициента поверхностного натяжения на границе нефть – водный раствор ПАВ при разной концентрации поверхностно-активных веществ. Анализ полученных результатов позволил оценить эффективность действия исследуемых ПАВ.

При температуре 20˚С были исследованы концентрационные зависимости для всех используемых в работе ПАВ. Экспериментальные данные представлены на рис. 1.

Рисунок 1. Зависимость коэффициента поверхностного натяжения на границе водный раствор ПАВ – нефть от концентрации ПАВ при температуре 20˚С

Анализ полученных данных показывает, что с увеличением концентрации ПАВ в растворе поверхностное натяжение на границе нефть-раствор ПАВ уменьшается и при его значении равном 0.5 % достигает постоянной величины. Поэтому для проведения температурных измерений используется водный раствор ПАВ именно с этой кон­центрацией. Полученные экспериментальные результаты представлены на рис. 2.

Рисунок 2. Зависимость коэффициента поверхностного натяжения на границе водный раствор ПАВ – нефть от температуры при концентрации водного раствора ПАВ 0.5%

При увеличении температуры коэффициент поверхностного натяжения на границе нефть-раствор ПАВ резко уменьшается и при температуре 90˚С достигает стабильного малого значения. Наименьшее значение коэффициента получается для поверхностно-активного вещества Нефтенол. Оно составляет примерно 0.5 мН/м. Для эффектив­ного применения раствора ПАВ и экономии средств, затрачиваемые на покупку поверхностно-активных веществ, необходимо использовать небольшие концентрации ПАВ в растворе. Поэтому можно попробовать провести оптимизацию раствора ПАВ по концентрации при температуре близкой к пластовой (рис. 3).

Рисунок 3. Зависимость коэффициента поверхностного натяжения на границе водный раствор ПАВ – нефть от концентрации ПАВ при температуре 90˚С

Эксперименты при температуре близкой к температуре в зоне забоя нефтеносного пласта (порядка 90˚С) показали, что при достижении концентрации ПАВ Нефтенол в водном растворе 0.2% коэффициент поверхностного натяжения на границе водный раствор ПАВ – нефть достигает значения 0.8 мН/м. Такой концентрации раствора ПАВ уже достаточно для добычи оставшейся в породе нефти.

Другие виды ПАВ показывают такой результат при гораздо больших концентрациях, что делает применение Нефтенола самым эффективным и выгодным.