Полимерное заводнение

Сущность метода заключается в выравнивании подвижности нефти (к/рн) и вытесняющего агента (k/Цва) для увеличения охвата пласта воздействием. Для этого в воде растворяется высокомолекулярный химический реа­гент - полимер (полиакриламид), обладающий способностью даже при малых концентрациях существенно повы­шать вязкость воды, снижать ее подвижность. При концентрации полиакриламида (ПАА) в растворе 0,01-0,1% вяз­кость его увеличивается до 3-4 мПа-с. это приводит к такому же уменьшению соотношения вязкостей нефти и во­ды в пласте и сокращению условий прорыва воды, обусловленных различием вязкостей или неоднородностью пла­ста. В процессе фильтрации полимерных растворов через пористую среду они приобретают кажущуюся вязкость, которая может быть в 10-20 раз выше вязкости, замеренной вискозиметром. Поэтому полимерные растворы наибо­лее применимы в неоднородных пластах, а также при повышенной вязкости нефти с целью повышения охвата их заводнением.

Кроме того, полимерные растворы, обладая повышенной вязкостью, лучше вытесняют не только нефть, но и связанную пластовую воду из пористой среды. Поэтому они вступают во взаимодействие со скелетом пористой среды, т. е. Породой и цементирующим веществом. Это вызывает адсорбцию молекул полимеров, которые выпа­дают из раствора на поверхность пористой среды и перекрывают каналы или ухудшают фильтрацию в них воды. А так как полимерный раствор предпочтительно поступает в высокопроницаемые слои, то за счет этих двух эффек­тов - повышения вязкости раствора и снижения проводимости среды - происходит существенное уменьшение ди­намической неоднородности потоков жидкости и, как следствие, повышение охвата пласта заводнением.

Полимерные растворы обычно применяются в виде оторочек размером 40-50% от объема пор. Размер ото­рочки, концентрация раствора и тип полимера должны выбираться исходя из неоднородности пласта, неоднород­ности пористой среды и солевого состава пластовой воды. При перемешивании полимерных растворов с пластовой соленой водой происходит разрушение структуры раствора (молекул) и снижение его вязкости. В случае высокой минерализации воды концентрация раствора должна быть в 2-3 раза выше. Оторочка загущенной воды затем про­двигается обычной водой. Полимерное заводнение является одним из перспективных методов повышения нефте­отдачи пластов. Область возможного применения его весьма велика.

Однако у метода существуют и большие недостатки, ограничивающие его широкое применение. Основной недостаток метода заключается в том, что резко снижается продуктивность нагнетательных скважин вследствие резкого роста вязкости, которую не всегда можно компенсировать повышением давления нагнетания из-за дест­рукции молекул полимера. Полимерные молекулы в водном растворе под действием различных факторов могут необратимо разрушаться вследствие их деструкции. Деструкция уменьшает молекулярную массу полимера и, как следствие, загушающую способность - основу эффективности его применения в качестве вытесняющего агента.

Деструкция может быть химической, термической, механической и микробиологической. Химическая де­струкция происходит вследствие взаимодействия кислорода воздуха с полимерными молекулами. Поэтому в воде, используемой для приготовления полимерного раствора не должно быть кислорода. При температуре свыше 130 °С наступает термическая деструкция. Механическая деструкция обусловлена разрывом макромолекул полимера при высоких скоростях движения, т. е. При движении растворов полимеров по трубам, насосам и в призабойной зоне. Микробиологическая деструкция полимерных молекул может происходить под действием аэробных бакте­рий, которые развиваются в пласте при закачке их с водой вследствие окисления нефти. Поэтому использование полимеров для глубокозалегающих пластов, сложенных малопроницаемыми коллекторами и имеющих высокую температуру, не представляется возможным. Нельзя ожидать эффект от закачки полимеров в сравнительно одно­родных пластах, содержащих маловязкие нефти. Этот метод малоэффективен также для месторождений находя­щихся на поздней стадии разработки, и для пластов с большим содержанием солей.

Для промышленного применения требуется изготовление компактных, надежных и простых в работе ус­тановок для приготовления полимерных растворов и для соответствующей подготовки воды. Однако эта техниче­ская проблема пока полностью не решена, особенно проблема подготовки воды.

Щелочноезаводнение.

Метод щелочного заводнения нефтяных пластов основан на взаимодействии щелочей с пластовыми неф­тью и породой. Практически все природные нефти содержат в своем составе активные компоненты - органические кислоты, но количество и состав их различны. При контакте щелочи с нефтью происходит ее взаимодействие с ор­ганическими кислотами, в результате чего образуются поверхностно-активные вещества, снижающие межфазное натяжение на границе раздела фаз нефть-раствор щелочи и увеличивающие смачиваемость породы водой.

При контакте щелочных растворов с нефтями, особо активно взаимодействующими с щелочью из-за низ­кого межфазного натяжения, образуются мелкодисперсные эмульсии типа "нефть в воде", обладающие высокими нефтевытесняюшими свойствами. Вторым важным элементом в механизме метода щелочного заводнения служит изменение смачиваемости породы щелочным раствором за счет адсорбции органических кислот на поверхность

породы из нефти. Применение растворов щелочей - один из самых эффективных способов уменьшения контактно­го угла смачивания породы водой, т. е. гидрофилизации пористой среды, что повышает коэффициент вытеснения нефти водой. Установлено, что наличие щелочи в пластовой воде смещает в благоприятную сторону кривые фазо­вых проницаемостей при совместной фильтрации нефти и воды. Относительная проницаемость пласта для актив­ной нефти существенно улучшается, особенно при насыщенности водой более 70%, когда обычная нефть стано­вится неподвижной. При щелочном растворе относительная проницаемость для нефти еще больше, чем для воды, и сохраняет подвижность до насыщенности пласта водой до 90-95%.

Для приготовления щелочных растворов можно использовать:

О едкий натр (каустическую соду) NaOH;

а углекислый натрий (кальцинированную соду) НагСОз;

О гидрат окиси аммония (аммиак) NFLiOH;

О силикат натрия (растворимое стекло) МгЗЮз.

Наиболее активны из них едкий натр и силикат натрия. Щелочные растворы закачиваются в виде оторочек размером 10-25% от объема пор пласта, в зависимости от его неоднородности, которые продвигаются обычной во­дой. Рабочая концентрация едкого натра в растворе определяется лабораторными исследованиями для конкретных нефтей, пласта, воды и должна обеспечивать наименьшее межфазное натяжение между раствором и нефтью. Обычно это концентрация составляет 0,20,4% с учетом адсорбции щелочи.

Повышение концентрации щелочи не дает эффекта в вытеснении нефти. Но в гидрофобизованных коллек­торах более высокие концентрации щелочи в растворе (до 2-4%) необходимы для изменения смачиваемости по­верхности пористой среды.

Размер оторочки и концентрация в ней агента должны определяться расчетным путем с учетом неизбеж­ных потерь щелочи в пласте. Возможно применение и высококонцентрированных щелочных растворов (до 4-5%), особенно в пластах, требующих повышения гидрофильное™, при большом содержании солей.

Приготовление раствора щелочи и его подача в пласт не отличаются большой сложностью. Продвижение щелочной оторочки по пласту должно регулироваться режимом работы нагнетательных и добывающих скважин (циклическое воздействие и изменение направления потоков жидкости). Система размещения нагнетательных и добывающих скважин при маловязких нефтях может не отличаться от метода обычного внутриконтурного завод-нения или заводнения с ПАВ и полимерами.

Основными недостатками метода являются очень жесткие критерии применимости его по активности нефти. Минерализация пластовой и закачиваемой воды и большое содержание глин в породе также могут исклю­чать применение метода.

Недостаточная активность нефти, содержание солей в воде и глин в породе приводят к увеличению расхо­да щелочи и снижения эффективности вытеснения нефти, по сравнению с обычной водой, вплоть до нуля.

Лабораторные исследования не дают возможности моделировать эффективность таких процессов, как об­разование эмульсий, адсорбция щелочей и осадкообразование в реальном пласте. В пластах, содержащих гипс, возможно растворение его щелочью и последующее отложение в призабойных зонах, скважинах и оборудовании.