Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка эффективных технологий добычи нефти в условиях высокой обводненности месторождений с использованием анионных ПАВ с заданными свойствами, полученных из низкокачественного углеводородного сырья

Номер контракта: 14.574.21.0051

Руководитель: Коновалов Виктор Викторович

Должность: Зав. кафедрой "РиЭНиГМ"

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
методы увеличения нефтеотдачи (мун), интенсификация добычи нефти, коэффициент извлечения нефти (кин), физико-химические методы увеличения нефтеотдачи, химические композиции, поверхностно-активные вещества (пав), анионные пав, неионогенные пав, обработка призабойной зоны (опз) продуктивного пласта, низкокачественные и некондиционные углеводородные фракции нефтеперерабатывающих производств, сульфирование, ароматические концентраты, алкиларилсульфокислоты, поверхностное и межфазное натяжение, породы-коллекторы.

Цель проекта:
Цели и задачи проекта: 1. Разработка новых реагентов для добычи нефти на основе анионных ПАВ с заданными свойствами, полученных из низкокачественного углеводородного сырья. 2. Разработка технологий повышения нефтеотдачи пластов, снижения обводненности добывающих скважин и интенсификации добычи нефти.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы. В ходе выполнения обзора систематизирована доступная научно-техническая информация, выявлены основные направления развития и обобщён опыт по существующим промышленным и лабораторным способам получения анионных ПАВ (АПАВ).
2. Проведены патентные исследования.
3. На примере ОАО «НКНПЗ» и ООО «НЗМП» выполнен анализ поточных схем нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств и определены возможные сырьевые источники для производства АПАВ и разработаны рекомендации по оптимизации существующих технологических схем нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях с целью организации производства АПАВ и предложена принципиальная технологическая схема выпуска опытной партии анионных ПАВ в структуре маслозавода. На основании проведённого анализа отобраны сырьевые источники для синтеза АПАВ (7 образцов) и исследованы их физико-химические свойства.
4. Разработан регламент получения АПАВ из низкокачественных углеводородных фракций в лабораторных условиях.
5. Синтезированы и проанализированы физико-химических свойства анионных ПАВ, полученных из низкокачественных углеводородных фракций (4 образца).
6. Разработана Программа и методики экспериментальных исследований поверхностно-активных составов для увеличения добычи нефти из высокообводненных пластов. Разработанная методика основана на исследование физико-химических свойств ПАС, оценке их поверхностной активности и эффективности в вытеснении остаточной нефти.
7. Разработана Технологическая инструкция по приготовлению поверхностно-активных составов для увеличения добычи нефти из высокообводненных пластов.
8. Проведены экспериментальные исследования поверхностно-активных составов для увеличения добычи нефти из высокообводненных пластов. При разработке составов использованы следующие компоненты: анионные ПАВ, синтезированные на основе экстрактов селективной очистки масел и сырых масляных погонов. Проведены исследования компонентного состава синтезированных ПАВ (определение содержания несульфированных углеводородов, воды, ПАВ, неорганических солей), определена критическая концентрация мицеллообразования очищенных ПАВ и исходных сульфированных и нейтрализованных экстрактов селективной очистки масел, представлены результаты экстракционного разделения ПАВ, проведен сравнительный анализ поверхностной активности очищенного ПАВ и исходного сульфированного и нейтрализованного экстракта селективной очистки масел, изучены размерные эффекты смесей анионных и неионных ПАВ; описаны объекты исследования для оценки нефтевытесняющей способности поверхностно-активных составов; проведены фильтрационные исследования нефтевытесняющей способности приготовленных поверхностно-активных составов. Анализируя полученные результаты более 40 экспериментов (для разных объектов испытаний) можно утверждать, что композиции, приготовленные на основе нефтяных сульфонатов, являются эффективными по нефтевытесняющей способности. Поскольку технологическая эффективность применения физико-химических методов повышения нефтеотдачи пластов напрямую зависит от концентрации дорогостоящих компонентов, основной задачей было создание составов характеризующихся низкой концентрацией анионных ПАВ. Диапазоны концентрации АПАВ в составе разработанных композиций составляли от 0.3 до 1.5 % масс. При использовании анионных ПАВ полученных на основе экстрактов селективной очистки масел не были использованы углеводородные растворители, поскольку в состав АПАВ входят несульфированные углеводороды (масла) с содержанием от 30 до 50 % масс. В лабораторных условиях после воздействия разработанными составами наблюдался прирост коэффициента вытеснения от 6,9 % до 64 %. Эффективность ПАС в лабораторных условиях также оценивалась по удельному расходу анионных ПАВ (тонн) на тонну дополнительно добытой нефти. Для анионных ПАВ полученных с использованием в качестве сырья различных экстрактов удельная эффективность составила от 22,8 до 239 т/т в зависимости от состава реагента и условий испытаний, средняя эффективность - 110 т/т (1 тонна ПАВ на 110 тонн добытой нефти).
9. Разработана Программа и методики экспериментальных исследований поверхностно-активных кислотных составов для увеличения приемистости нагнетательных скважин в низкопроницаемые породы-коллектора. Разработанная методика основана на исследование физико-химических свойств, определении стабильности составов при пластовых условиях, исследовании реологических характеристик и межфазного натяжения на границах раздела фаз, а также моделировании процесса закачки составов на насыпных моделях керна.
10. Разработана Технологическая инструкция по приготовлению поверхностно-активных кислотных составов, направленных на повышение приемистости нагнетательных скважин в низкопроницаемые породы-коллектора.
11. Получены поверхностно-активные кислотные составы.
12. Проведены экспериментальные исследования поверхностно-активных кислотных составов. Исследования межфазного натяжение кислотных составов в показали повышение поверхностной активности кислотных составов при модификации ПАВ. Использование анионных ПАВ на базе экстрактов совместно с неионными ПАВ позволяет снизить ККМ, межфазное натяжение и толерантность кислотных составов к минерализованным водам, уменьшить скорость реакции кислотного состава с карбонатными породами. Проведенные фильтрационные исследования солянокислотных и глинокислотных составов свидетельствуют, что введение ПАВ (до 1,5 % масс.) позволяет повысить приемистость керна в лабораторных условиях. Применение кислотного состава без модификатора приводит к тому, что при прокачке 6-7 порового объема воды (после оторочки кислоты) остаточный фактор сопротивления возрастает до 1.0, при использовании модифицированных составов объем закачиваемой воды возрастает до 10 и более поровых объемов.
13. Разработана Программа и методики экспериментальных исследований самоотклоняющихся и термопенокислотных составов для интенсификации добычи нефти в карбонатных коллекторах. Методика основана на исследование физико-химических свойств реагентов, методе определения стабильности составов при пластовых условиях, методе определения вязкости составов в зависимости от минерализации воды и температуры, методе определения пенообразования и стабильности составов, методе определения процесса самоотклонения кислотных составов.
14. Разработана Технологическая инструкция по приготовлению самоотклоняющихся и термопенокислотных составов для интенсификации добычи нефти в карбонатных коллекторах.
15. Получены самоотклоняющиеся и термопенокислотные составы для интенсификации добычи нефти в карбонатных коллекторах;
16. Проведены экспериментальные исследования высокоэффективных самоотклоняющихся и термопенокислотных составов для интенсификации добычи нефти в карбонатных коллекторах. Для исследуемых растворов установлены реологические характеристики растворов при изменении соотношения компонентов, концентрации солей двухвалентных металлов (минерализации вод) и кислоты. Показано, что снижение концентрации соляной кислоты в растворе и повышение содержания солей кальция приводит к резкому изменению вязкости раствора. На набор вязкости состава влияет общая концентрация ПАВ в составе, соотношение компонентов, минерализация воды, температура, рН – среды и концентрации соляной кислоты. Разработанные составы характеризуются вязкостью - 350 мПа*c при остаточной концентрации соляной кислоты 1 % масс. и температуре 20-25С. Присутствии углеводородов при образовании геля кратно снижают вязкость составов, эффект в снижении вязкости при разбавлении водой геля существенно ниже чем в присутствии углеводородов. Исследования кинетики реакции взаимодействия кислотных составов показали, что при модификации кислоты ПАВ скорость реакции существенно ниже. Фильтрационные испытания СКС подтвердили, что закачка СКС позволяет селективно обрабатывать нефтесодержащие пропластки и эффективно перераспределять потоки за счет временной блокировки водонасыщенной части пласта. Анионные ПАВ, полученные из экстракта селективной очистки масел, также показали возможность создания эффективных термопенокислотных составов. Состав приготовленный с использованием синтезированных АПАВ по стабильности и кратности образованной пены (без добавления полимера) показывает более высокую пенообразующую способность, чем промышленно выпускаемые АПАВ. В присутствии углеводородов пена разрушается. Испытания ТПКС на насыпных моделях керна подтвердили возможность в экранировании высокопроницаемой водонасыщенной части пласта и перераспределении кислотного состава в нефтенасыщенную его часть.
Для проведения экспериментальных исследований эффективности разработанных нефтеотмывающих, поверхностно-активных кислотных, самоотклоняющихся и термопенокислотных составов проведен отбор кернового материала и скважинной продукции (закачиваемой и пластовой воды, нефти). При выборе объектов испытания учитывались следующие критерии:
а) Месторождения с различным геологическим строением. При выборе объектов испытания были отобраны месторождения, относящиеся к разным нефтеносным регионам России и, соответственно, отличающиеся геолого-физическим строением (месторождения Оренбургской, Пермской, Самарской, Сургутской областей и Ханты-Мансийского автономного округа).
б) Различные типы коллекторов. Отобранные образца отличаются типом коллекторов: терригенные и карбонатные пласты.
в) Различная проницаемость пластов. Выбраны низкопроницаемые и среднепроницаемые пласты.
г) Различные по физико-химическим свойствам нефти. Для исследований выбраны нефти легкого, среднего, тяжелого и битуминозного типа.
д) Различные по минерализации пластовые и закачиваемые воды.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Основная задача развития нефтяного комплекса - повышение коэффициента извлечения нефти, и в первую очередь за счёт разработки новых и совершенствования существующих методов повышения нефтеотдачи, особенно в осложнённых условиях. Одним из эффективных методов повышения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи нефти является применение химических реагентов, в т.ч. на основе поверхностно-активных веществ. Исследования анионных ПАВ - нефтяных сульфонатов (НС), полученных из различного углеводородного сырья, а также опыт их промышленного применения показывают, что НС могут быть успешно использованы в процессах повышения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи нефти. В отличии от синтетических анионных ПАВ НС обладают более низкой стоимостью и широким молекулярно-массовым распределением, что особенно важно в изменяющихся геолого-физических условиях пласта. Одним из возможных сырьевых источников для получения НС являются экстракты селективной очистки масляных фракций - крупнотоннажные побочные продукты производства масел. Содержание сульфирующихся компонентов в них достаточно высоко, но в экстрактах концентрируются полициклическая ароматика и гетероатомные соединения, которые оказывают существенное влияние на поверхностную активность получаемых НС. Поэтому вопрос о применении НС на базе экстрактов селективной очистки масел остается открытым и требует тщательного изучения. Известно применение различного сырья для синтеза НС – отбензиненной и сырой нефти, кислых гудронов, высококипящих нефтяных фракций. Данные по применению нефтяных сульфонатов на базе экстрактов селективной очистки масел в процессах повышения нефтеотдачи пластов достаточно ограничены и носят единичный характер. В ряде работ указывалась возможность использования в качестве сырья экстрактов фурфурольной очистки масел, проведенные экспериментальные исследования показали высокую перспективность составов для целей повышения нефтеотдачи пластов.
Настоящая работа направлена на изучение ПАВ синтезированных из экстрактов фенольной и N-метилпирролидоновой очистки масел. Основной целью работы являлась разработка составов и технологий повышения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи на основе синтезированных анионных ПАВ, полученных из низкокачественного углеводородного сырья, а также оценка их технологической эффективности. На основе проведенных экспериментальных исследований показана возможность создания целого ряда технологий ПНП и ИДН с использованием синтезированных ПАВ: разработаны поверхностно-активные составы для повышения нефтеотдачи пластов, а также модифицированные кислотные композиции (поверхностно-активные, термопенокислотные, самоотклоняющиеся кислотные составы), а также выбраны наиболее перспективные ПАВ.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Объем производства экстрактов селективной очистки масел для НПЗ топливно-масляного профиля с производительностью 6 млн.т/год достигает 100 – 120 тыс.т/год. В настоящее время основной объем экстрактов используются как компонент котельного топлива или направляется на вторичные процессы нефтепереработки (коксование, термический, каталитический крекинг и гидрокрекинг). Организация производства анионных ПАВ с на базе НПЗ с использованием в качестве сырья экстрактов селективной очистки масел позволяет обеспечить нефтедобывающую промышленность крупнотоннажным источником анионных ПАВ без существенной реконструкции производства. Поскольку в процессе получения масел образуется несколько экстрактов селективной очистки – II и III масляных погонов, то возможно производство анионных ПАВ с различными молекулярными массами и, соответственно, водомаслорастворимостью. При проведении очистки масляных погонов в качестве селективных растворителей наиболее часто используются фенол и N-метилпирролидон. В настоящей работе показано, что нефтяные сульфонаты синтезированные на основе данных продуктов проявляют высокую поверхностную активность и могут являться основой для создания и повышения эффективности химических методов воздействия на нефтяные пласты.
Научно-технический задел, разрабатываемый к ходе ПНИ. ориентирован на создание новых реагентов для добычи нефти и технологий их применения, обладающих высокой конкурентоспособностью по сравнению с зарубежными аналогами. Область применения полученных результатов - процессы повышения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи нефти. Результаты ПНИ могут быть использованы на отечественных предприятиях по переработке и добыче нефти, а также в сервисных компаниях, оказывающих услуги по проведению работ в области ПНП и ИДН. В ходе выполнения ПНИ показана возможность эффективного использования анионных ПАВ, полученных на базе низкокачественной продукции нефтеперерабатывающих предприятий, для разработки составов и технологий повышения нефтеотдачи пластов (поверхностно-активные нефтеотмывающие, самоотклоняющиеся кислотные и термопенокислотные составы). Предлагаемые технологии являются наиболее часто применяемыми и востребованными в нефтяной практике, а использование в качестве компонентов более дешевых и доступных анионных ПАВ позволит: снизить затраты на используемые реагенты и уменьшить зависимость от поставок импортных химикатов; уменьшить издержки и повысить удельную эффективность добычи нефти; повысить коэффициент извлечения нефти; расширить перечень эффективных технологий адаптированных под различные геолого-физические условия месторождений; улучшить экологическую обстановку и решить вопрос с утилизацией низкокачественных углеводородных фракций в производство реагентов для нефтедобычи.

Текущие результаты проекта:
Результаты проекта в 2015 году:
1. Разработаны Программы и методики экспериментальных исследований поверхностно-активных составов для увеличения добычи нефти из высокообводненных пластов, поверхностно-активных кислотных составов для увеличения приемистости нагнетательных скважин, самоотклоняющихся и термопенокислотных составов для интенсификации добычи нефти в карбонатных коллекторах.
3. Разработаны Технологические инструкции по приготовлению поверхностно-активных составов для увеличения добычи нефти из высокообводненных пластов; поверхностно-активных кислотных составов, направленных на повышение приемистости нагнетательных скважин в низкопроницаемые породы-коллектора; самоотклоняющихся и термопенокислотных составов для интенсификации добычи нефти в карбонатных коллекторах.
2. Проведены экспериментальные исследования разработанных составов: определена критическая концентрация мицеллообразования синтезированных АПАВ; исследовано влияние минерализации воды на межфазное натяжение "углеводород - вода" при изменении содержания АПАВ; исследованы размерные эффекты мицеллообразования в зависимости от типа н концентрации используемого содетергента; установлена эффективность разработанных составов в вытеснении остаточной нефти; исследована реология разработанных кислотных составов в присутствии амфолитных ПАВ и солей двухвалентных металлов.
Полученные при выполнении ПНИ теоретические и экспериментальные результаты позволят разработать технологии адресного воздействия на нефтяные пласты на основе отечественных АПАВ из низко-качественного углеводородного сырья. В ходе выполнения проекта разработан ряд составов и технологий повышения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи нефти. Для приготовления реагентов использованы анионные поверхностно-активные вещества, полученные на основе низкокачественного углеводородного сырья. Лабораторные испытания разработанных составов показали возможность эффективного применения синтезированных ПАВ в процессах повышения нефтеотдачи пластов. Разработанные составы в лабораторных условиях позволяют увеличить добычу нефти из высокообводненных пластов на 5-10%, повысить эффективность обработок пласта кислотными составами и приемистость нагнетательных скважин.