Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка термотропных гелеобразующих и золеобразующих высоковязких композиций для повышения нефтеотдачи и технологий их применения совместно с термическими методами добычи нефти

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
увеличение нефтеотдачи, физико-химические методы, высоковязкая нефть, термические методы, поверхностно-активные вещества, золь, гель, термотропные композиции, неорганические гели, покомпонентная закачка.

Цель проекта:
1. Формулировка задачи/проблемы, на решение которой направлен реализуемый проект. Проект направлен на решение проблемы повышения эффективности добычи нефти заводнением, а также термическими методами за счет комплексирования с физико-химическими методами увеличения нефтеотдачи (МУН); обеспечения нефтяной промышленности эффективными технологиями увеличения нефтеотдачи и реагентами отечественного производства для их реализации. 2. Формулировка цели реализуемого проекта. Целью проекта является создание и исследование новых гелеобразующих и золеобразующих высоковязких композиций и технологий для увеличения нефтеотдачи и интенсификации добычи нефти в осложненных условиях эксплуатации, в том числе для залежей высоковязких нефтей, разрабатываемых термическими методами, промысловые испытания технологий применения данных композиций совместно с термическими методами добычи. Конечными продуктами проекта будут составы и технологии увеличения нефтеотдачи с применением термотропных неорганических и полимерных геле- и золеобразующих композиций, что позволит расширить область применения МУН месторождений с трудноизвлекаемыми запасами.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Краткое описание основных результатов (основные практические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности).
1.1 Составы гелеобразующих и золеобразующих композиций на основе неорганических и полимерных систем, а также золеобразующих нефтевытесняющих композиций с регулируемой вязкостью и щелочностью и их лабораторные образцы, используемые для закачки в нефтяные пласты с целью увеличения нефтеотдачи, снижения обводненности добывающих скважин и интенсификации добычи нефти в осложненных условиях эксплуатации, в том числе для месторождений высоковязких нефтей.
1.2 Лабораторный технологический регламент получения гелеобразующих и золеобразующих высоковязких композиций.
1.3 Программа и методики лабораторных исследований гелеобразующих и золеобразующих высоковязких композиций для технологий увеличения нефтеотдачи, интенсификации добычи нефти и ограничения водопритока, в том числе для месторождений высоковязких нефтей, разрабатываемых паротепловым воздействием.
1.4 Компьютерная модель формирования отклоняющих экранов при закачке гелеобразующих и золеобразующих композиций, в том числе для месторождений высоковязких нефтей, разрабатываемых паротепловым воздействием, включающая в себя алгоритмы расчета параметров кольцевых отклоняющих экранов в слоисто-неоднородных пластах.
1.5 Расчетная методика планирования закачки композиций для увеличения нефтеотдачи, интенсификации добычи нефти и ограничения водопритока: расчета необходимого количества реагентов, схемы закачки и прогноза эффективности.
1.6 Технологии увеличения нефтеотдачи, интенсификации добычи нефти и ограничения водопритока с применением гелеобразующих и золеобразующих композиций.
1.7. Технологическая инструкция по использованию разработанных составов гелеобразующих и золеобразующих композиций и технологий их применения для закачки в нефтяные пласты с целью увеличения дебитов и снижения обводненности добывающих скважин при заводнении, а также совместно с термическими методами добычи, такими, как закачка горячей воды и пара.
1.8 Технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов.
1.9 Рекомендации и предложения по использованию разработанных составов гелеобразующих и золеобразующих композиций и новых технологий их применения для закачки в нефтяные пласты с целью увеличения дебитов и снижения обводненности добывающих скважин при заводнении, а также совместно с термическими методами добычи, такими, как закачка горячей воды и пара.
1.10 Сформулированные технические требования в виде проекта технического задания на ОТР по теме: «Разработка термотропных гелеобразующих и золеобразующих высоковязких композиций для повышения нефтеотдачи и интенсификации добычи нефти в условиях промысла, на стандартном нефтепромысловом оборудовании».
2. Основные характеристики планируемых результатов (в целом и/или отдельных элементов), научной (научно-технической, инновационной) продукции.
Разрабатываемые в проекте термотропные гелеобразующие и золеобразующие композиции и технологии с их использованием предназначены для планирования и проведения обработок нефтяных добывающих, а также водо- и паронагнетательных скважин с целью увеличения нефтеотдачи и интенсификации добычи нефти за счет увеличения охвата пласта заводнением или паротепловым воздействием путем регулирования фильтрационных потоков гелевыми экранами, и/или увеличения коэффициента нефтевытеснения путем изменения свойств пластовых флюидов закачкой нефтевытесняющих композиций.
Предлагаемые в проекте термотропные композиции, образующие непосредственно в пласте гель или золь, имеют следующие основные характеристики:
• применимость в широком интервале температур (20-320 оС), в том числе и на охлажденных пластах, и при паротепловом воздействии;
• низкие температуры застывания растворов композиции, что делает их технологичными в применении в зимних условиях;
• гомогенность закачиваемого водного раствора, что делает композиции пригодными для применения в низкопроницаемых коллекторах нефти;
• совместимость с минерализованными пластовыми водами, до 300 г/дм3: при высокой минерализации пластовых вод композиции не теряют свои вязкостные характеристики, обладают термоокислительной устойчивостью в высоко минерализованных пластовых водах;
• широкий спектр применимости: для пластов с полимиктовыми, карбонатными и др. коллекторами, различной структуры и проницаемости, от низко проницаемых пластов ~1mD до сверхпроницаемых порядка 10-20 D, в том числе для низкопроницаемых, высоконеоднородных, трещиноватых пластов, разрабатываемых заводнением или паротепловым воздействием, как на ранней, так и на поздней стадии разработки месторождений;
• возможность регулировать коллоидно-химические свойства путем изменения химического состава композиций или порядка закачки реагентов и их объемов, в зависимости от конкретных геолого-физических условий применения и стадии разработки месторождений;
• технологии повышения нефтеотдачи и интенсификации добычи нефти реализуются с использованием стандартного нефтепромыслового оборудования;
• в качестве исходных реагентов для реализации технологий должны использоваться доступные продукты многотоннажного производства.
Разрабатываемые технологии должны обеспечивать увеличение коэффициента извлечения нефти на 7-12 %; снижение обводненности продукции добывающих скважин на 5-30 %, интенсификацию добычи нефти в 1.2-1.5 раза. Результаты соответствуют мировому уровню.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Описание конечного продукта, создаваемого с использованием результатов, планируемых при выполнении проекта, места и роли проекта и его результатов в решении задачи/проблемы.
В рамках проекта будут созданы следующие научные продукты:
• составы и технологии применения термотропных гелеобразующих и золеобразующих высоковязких композиций для повышения нефтеотдачи, в том числе совместно с термическими методами добычи нефти;
• технология интенсификации добычи нефти путем внутрипластовой генерации гелей за счет гидродинамической дисперсии;
• состав и технология применения загущенной композиции с регулируемой вязкостью и щелочностью для увеличения коэффициента нефтевытеснения и охвата пласта при паротепловом воздействии.
В результате выполнения этапа № 1 проекта в 2014 г. разработаны термотропные геле- и золеобразующие композиции на основе неорганической системы «соль алюминия – карбамид – вода – ПАВ» для закачки в нефтяные пласты с целью снижения обводненности добывающих скважин и интенсификации добычи нефти в осложненных условиях эксплуатации, в том числе для месторождений высоковязких нефтей, разрабатываемых паротепловым воздействием.
Проведены исследования кинетики гелеобразования и реологических характеристик разработанных композиций, определены их физико-химические параметры: pH, вязкость, плотность, время гелеобразования. Экспериментально исследована эффективность композиций при заводнении и паротепловом воздействии. В условиях, моделирующих пластовые, определены фильтрационные характеристики и коэффициенты нефтевытеснения для типичных месторождений легкой и высоковязкой нефти, в частности, для пермо-карбоновой залежи Усинского месторождения, разрабатываемого с применением паротеплового и пароциклического воздействия на пласт, а также на естественном режиме. Установлено, что композиции входят преимущественно в высокопроницаемые модели пласта. Образование геля приводит к перераспределению фильтрационных потоков, снижению скорости фильтрации по высокопроницаемым пропласткам и увеличению скорости фильтрации по низкопроницаемым пропласткам, выравниванию подвижностей жидкости, что сопровождается доотмывом нефти как из низкопроницаемых зон, так и из высокопроницаемых зон модели пласта. Прирост коэффициента нефтевытеснения находится в среднем в пределах от 10 до 23 %, при этом достигаются высокие абсолютные коэффициенты нефтевытеснения и низкая остаточная нефтенасыщенность.
На основании исследования кинетики гелеобразования, реологических, фильтрационных и нефтевытесняющих свойств системы соль алюминия – карбамид – вода – ПАВ предложены геле- и золеобразующие композиции, применимые при 20-320 оС и высокой минерализации пластовых вод, до 300 г/дм3. Разработан лабораторный технологический регламент получения композиций.
Для реализации гель-технологий необходимы также методы контроля положения и времени образования гелевого экрана. Поэтому в проекте предусмотрено создание технологии повышения нефтеотдачи, достигаемой увеличением охвата пласта заводнением или паротепловым воздействием, путем регулирования фильтрационных потоков гелевыми экранами (барьерами), формируемыми в заданной точке пласта за счет гидродинамической дисперсии в процессе покомпонентной закачки гелеобразующих композиций. Проведено исследование возможности применения технологии покомпонентной закачки для нефтевытесняющих композиций, а также для тепловых методов увеличения нефтеотдачи, таких как закачка горячей воды и пара. Гелеобразующие композиции для повышения нефтеотдачи часто представляют собой смесь двух или более компонентов, при контакте которых друг с другом, или под воздействием пластовых условий, протекает необратимая реакция образования геля. Преждевременное образование геля может помешать продвинуть композицию в пласт на достаточно большое расстояние для создания удаленного гелевого экрана. Для термотропных гелеобразующих систем, при высокой температуре на забое, гелеобразование может начаться непосредственно вблизи стволе скважины, что также может затруднить обработку. Поэтому, одной из задач данного проекта является разработка технологии покомпонентной закачки композиций, со смешиванием компонентов непосредственно в пласте, используя тот факт, что при фильтрации в пористых средах происходит размазывание фронта фильтруемой жидкости за счет различных физических и гидродинамических процессов: микро- и макродисперсии, адсорбции ионов на элементах структуры пласта и т.п. Схожие задачи – увеличение эффективности за счет контроля места и времени воздействия на пласт, стоят и при использовании методов интенсификации добычи, как физико-химических, так и чисто тепловых. Создание технологии, соответствующей цели данного проекта, расширит область применения существующих методов увеличения нефтеотдачи гелеобразующими и нефтевытесняющими композициями, а также повысит качество планирования и предварительной оценки эффективности таких работ.
Для увеличения охвата пласта закачкой пара предлагается также градиентная закачка гелеобразующей композиции – сначала закачивается менее концентрированная система, образующая в пласте золь, которую можно прокачивать на большое расстояние от забоя скважины с целью доотмыва нефти и перераспределения потоков, а затем более концентрированная система, образующая в пласте гель – неподвижный экран.
Проведена разработка технологий применения термотропных геле- и золеобразующих композиций на основе неорганических систем и способов их закачки совместно с термическими методами добычи высоковязкой нефти. Предложены различные варианты закачки композиций – градиентная, покомпонентная, реагентоциклика. Разработана технологическая инструкции по использованию составов гелеобразующих и золеобразующих композиций на основе неорганических систем и новых технологий их применения для закачки в нефтяные пласты с целью увеличения дебитов и снижения обводненности добывающих скважин при заводнении, а также совместно с термическими методами добычи.
Проведена апробация технологий увеличения нефтеотдачи, интенсификации добычи нефти и ограничения водопритока с применением термотропных наорганических гелеобразующих композиций на пермокарбоновой залежи высоковязкой нефти Усинского месторождения, в том числе на участке ПТВ-3, разрабатываемом паротепловым и пароциклическим воздействием. Произведена закачка неорганической гелеобразующей композиции в 3 добывающие скважины при естественном режиме разработки, в 1 паронагнетательную и 2 пароциклические скважины, подтвердившая эффективность композиции и технологий при паротепловом воздействии.
На 2-м этапе проекта в 2015 г. в результате исследования кинетики гелеобразования, реологических, фильтрационных и нефтевытесняющих свойств растворов на основе полимерных систем «полимер с нижней критической температурой растворения, простой эфир целлюлозы метилцеллюлоза (МЦ) – карбамид – водная фаза» предложены термообратимые геле- и золеобразующие композиции для увеличения нефтеотдачи, ограничения водопритока и интенсификации разработки неоднородных пластов месторождений Западной Сибири, разрабатываемых заводнением, и месторождений высоковязкой нефти, разрабатываемых с применением паротеплового и пароциклического воздействия, в частности, пермо-карбоновой залежи Усинского месторождения, в области температур 30-220 оС. В системе МЦ – водная фаза при достижении температуры гелеобразования (фазового перехода «раствор – гель/золь») происходит резкое увеличение вязкости – в 5-200 раз. В области скоростей сдвига 0.5-5с-1 гель является твердообразным телом с вязкоупругими свойствами. Гели сохраняют свои реологические характеристики при высоких температурах – вплоть до 150-220 оС. При этом с течением времени гели упрочняются. Экспериментальные исследования показали, что введением электролитов и неэлектролитов можно регулировать температуру и время гелеобразования растворов МЦ в широких пределах.
Проведена успешная апробация термотропной полимерной композиции на основе МЦ для ограничения водопритока 5 ти добывающих скважин на участке площадной закачки пара пермо-карбоновой залежи Усинского месторождения, дополнительно добыто около 10 тыс. т нефти.
Для увеличения КИН при разработке залежей высоковязких нефтей важно увеличение не только коэффициента охвата пласта паротепловым воздействием, но и увеличение коэффициента нефтевытеснения. Поэтому в рамках проекта предполагается создание технологии, увеличивающей оба эти коэффициента, с применением загущенной нефтевытесняющей композиции на основе ПАВ, с регулируемой вязкостью и щелочностью, образующей непосредственно в пласте СО2 и щелочную буферную систему. Закачка загущенной композиции на основе ПАВ при паротепловом и пароциклическом воздействии на пласт вследствие образования поверхностно-активного вязкого золя непосредственно в пласте приведет к перераспределению фильтрационных потоков, снижению скорости фильтрации по высоко проницаемым пропласткам и увеличению скорости фильтрации по низко проницаемым пропласткам, выравниванию подвижностей жидкости, что будет сопровождаться доотмывом нефти как из низкопроницаемых зон, так и из высокопроницаемых зон пласта. В результате композиция позволит увеличивать нефтеотдачу не только за счет увеличения коэффициента нефтевытеснения, но и повышения коэффициента охвата пласта.
Технология заключается в приготовлении и закачке загущенной нефтевытесняющей композиции на основе ПАВ в нефтяную залежь высоковязкой нефти, разрабатываемую стационарным или циклическим паротепловым методом. Технология может реализовываться с использованием стандартного промыслового оборудования, промышленных отечественных реагентов и применима в условиях северных регионов. В пластовых условиях загущенная композиция образует поверхностно-активные вязкие золи, оторочки которых можно передвигать в пласте на заданное расстояние. Изменяя концентрацию реагентов, можно регулировать вязкость композиции в пласте, увеличивая ее в 10-250 раз. Закачка загущенной композиции на основе ПАВ приведет к выравниванию профиля приемистости теплоносителя, снижению вязкости нефти, увеличению её подвижности. При чередующейся стационарной закачке пара и загущенной композиции будет происходить перераспределение фильтрационных потоков. Это приведет к дополнительному, по сравнению с теплоносителем, вытеснению нефти не только из высоко проницаемых пластов, но и из низко проницаемых пластов, что будет проявляться в снижении обводненности продукции и увеличении коэффициента нефтевытеснения на 10-20 %. В результате применения технологии при пароциклическом воздействии на добывающие скважины увеличится дебит нефти и продолжительность добычи нефти за цикл, снизится обводненность продукции. Аналогичные технологии увеличения нефтеотдачи залежей высоковязких нефтей, разрабатываемых паротепловым воздействием, отсутствуют.
Преимущества данной технологии: применима в широком диапазоне климатических и геолого-физических условий, для увеличения нефтеотдачи низкопроницаемых и высоко неоднородных коллекторов, на ранней и на поздней стадии разработки месторождений; не требует дополнительных капитальных затрат, экологически безопасна и легко интегрируется в современные системы разработки залежей высоковязких нефтей; применение технологии приводит к снижению обводненности продукции на 10-20 %, увеличению дебитов по нефти в среднем на 20-40 %.
Конечными продуктами проекта будут составы и технологии увеличения нефтеотдачи с применением термотропных неорганических и полимерных гелеобразующих и золеобразующих композиций, что позволит расширить область применения МУН месторождений с трудноизвлекаемыми запасами, в том числе месторождений высоковязкой нефти.
Полученные в ходе выполнения проекта результаты позволят: повысить эффективность заводнения, являющегося основным методом добычи нефти в России; снизить или стабилизировать обводненность добываемой нефти; увеличить масштаб и расширить область применения технологий повышения нефтеотдачи и ограничения водопритоков; повысить эффективность термических методов добычи высоковязкий нефтей; обеспечить нефтяную промышленность эффективными реагентами отечественного производства.
Масштабное промышленное применение созданных новых комплексных технологий увеличения нефтеотдачи с использованием термотропных геле- и золеобразующих композиций позволит продлить рентабельную эксплуатацию месторождений, находящихся на поздней стадии разработки, и вовлечь в разработку месторождения с трудно извлекаемыми запасами, в том числе месторождения высоковязких нефтей и Арктического региона, будет способствовать развитию нефтедобывающей промышленности России, расширению ее топливно-энергетической базы.
2. Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявшихся методик.
Принципиальная научная новизна заключается в использовании для повышения эффективности заводнения и комплексного паротеплового и физико-химического воздействия внутрипластовой термотропной генерации гелей и золей с авторегулируемой вязкостью на основе неорганических и полимерных систем, а также в технологических решениях проекта – совместном использовании композиций, генерирующих в пласте подвижные золевые и неподвижные гелевые экраны для увеличения охвата и повышения нефтеотдачи при заводнении и паротепловом воздействии, и комплексе технологических вариантов закачки: градиентной и покомпонентной закачки, реагентоциклики.
Так, принципиальную новизну имеет разрабатываемая в рамках данного проекта технология покомпонентной закачки композиции, с теоретическим обоснованием и компьютерной моделью для планирования схемы закачки. Теория и математические модели дисперсии жидкости в пористой среде применяются для расчетов загрязнения грунтовых вод, в лабораторных исследованиях – при хроматографии, или в нефтяной отрасли – при трасс-индикаторных исследованиях. Для покомпонентной закачки композиций в нефтяной пласт таких моделей на данный момент нет. Разрабатываемая технология призвана заполнить этот пробел и повысить область применения и эффективность имеющихся методов увеличения нефтеотдачи.
3. Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень.
Большинство эксплуатируемых в настоящее время в мире и в России нефтяных месторождений находится на поздней стадии разработки, что характеризуется высоким показателем обводненности добываемой продукции, особенно для месторождений, разрабатываемых заводнением. При этом текущий КИН месторождений часто менее 20 %, что связано с высокой неоднородностью пластов. Практически единственным экономически приемлемым методом повышения нефтеотдачи месторождений на поздней и заключительной стадиях является применение потокоотклоняющих технологий, позволяющих повысить эффективность воды как вытесняющего агента. Это делает актуальным применение физико-химических методов повышения нефтеотдачи и интенсификации добычи нефти, в особенности ремонтно-изоляционных работ по ограничению водопритока в добывающие скважины, выравнивание профиля приемистости для нагнетательных скважин. Для увеличения нефтеотдачи месторождений с высоко неоднородными коллекторами на поздней стадии разработки перспективно использовать гель-технологии, увеличивающие охват пласта заводнением.
В последнее время самыми распространенными методами увеличения нефтеотдачи на месторождениях высоковязкой нефти являются тепловые методы – вытеснение нефти паром, циклическая закачка пара в пласт и гравитационное дренирование при закачке пара. Такое воздействие на пласт применяется в основном в Канаде, США, Бразилии, Венесуэле, России и Китае. Увеличить эффективность паротеплового воздействия можно путем его сочетания с физико- химическими методами, в частности, с применением термотропных гелеобразующих композиций, увеличивающих охват пласта закачкой пара, и нефтевытесняющих композиций, обеспечивающих дополнительное вытеснение нефти. Комплексные методы, сочетающие паротепловое и физико-химическое воздействие на пласт, находятся в начальной стадии. Общая тенденция развития этих работ указывает на возрастание роли тепловых методов добычи, особенно в сочетании с физико-химическим воздействием. Применение термических методов добычи высоковязкой нефти, таких как закачка водяного пара, в циклическом или площадном режиме, требует разработки новых химических составов для регулирования фильтрационных потоков, применимых при высоких температурах (200 – 320 оС).
Известны различные способы генерации гелей, отличающиеся типом реакции гелеобразования. Наиболее широко используются реакции гидролитической поликонденсации, завершающиеся образованием неорганических гелей коагуляционной или конденсационно-кристализационнной структуры, например, гели гидроксидов металлов и гели кремневой кислоты, реакции образования трехмерных полимерных структур за счет сшивания в растворах макромолекул природных и синтетических полимеров химическими или координационными связями (полиакриламид, сшитый солями хрома, полисахариды, сшиваемые солями борной кислоты, и др.), а также фазовые переходы раствор – гель в системах: полимер с верхней или нижней критической температурой – вода (простые эфиры целлюлозы, поливиниловый спирт и др.).
Разработку потокоотклоняющих технологий с использованием полимерных реагентов в России ведут в основном отраслевые институты – ООО "РН-УфаНИПИнефть", г.Уфа, НПО «Нефтепромхим», г. Казань, «Гипровостокнефть», г. Самара, а также РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина и др. За рубежом научные разработки в этом направлении проводят исследовательские коллективы в системах высшего образования, министерствах энергетики и лабораториях транснациональных нефтедобывающих компаний, преимущественно в Канаде, США и Франции. В Канаде это университет Ватерлоо (Waterloo), в США – Техасский университет (TAMU), во Франции – Французский институт нефти (IFP). Наиболее объективный и актуальный обзор научных достижений приводится в материалах регулярно проводимого мирового научного конгресса по добыче тяжелой нефти (World Heavy Oil Congress).
В последние 15-20 лет российскими и зарубежными исследователями разработан ряд потокоотклоняющих технологий, в которых применяются полимерные реагенты, в основном полиакриламид (ПАА). Недостатком гелей на основе ПАА является то, что при высоких сдвиговых напряжениях и высоких степенях минерализации пластовых вод они практически теряют свои вязкостные характеристики, обладают недостаточной термоокислительной устойчивостью в высокоминерализованных пластовых водах, что приводит в большинстве случаев к потере их эффективности. Кроме того, данные системы не устойчивы при высоких пластовых температурах и паротепловом воздействии, а также деструктируют под действием различных микроорганизмов. Наиболее часто в промысловых условиях используются следующие потокоотклоняющие технологии повышения нефтеотдачи: сшитые полимерные системы (СПС – раствор полимер + сшиватель), вязкоупругие составы (ВУС) на основе водного раствора полиакриламида (ПАА) и сшивателя (ацетата хрома и др.), суспензии радиационно и химически сшитых полиакриламидов (Ритин-10, Темпоскрин, АК-639, В-615 и т.п.). Однако свойства этих составов создают ряд существенных ограничений для их применения в различных геолого-физических условиях.
На данный момент основными недостатками технологий закачки СПС и ВУС являются: ограничение в применении по температуре пласта, до 120-160 оС, большинство существующих полимерных композиций неприменимы при паротепловом воздействии на пласт (температура 200-320 оС); сложность и нетехнологичность в применении в зимних условиях; невозможность применения в коллекторах нефти с низкой проницаемостью; потеря вязкостных характеристик при высокой минерализации пластовых вод, недостаточная термоокислительная устойчивость, ограничение по минерализации (как правило, до 30 г/дм3).
В данном проекте предлагается в потокоотклоняющих технологиях, увеличивающих охват пласта заводнением, использовать термотропные гелеобразующие системы, которые в поверхностных условиях являются маловязкими водными растворами, в пластовых – превращаются в гели. Гелеобразование происходит под действием тепловой энергии пласта или закачиваемого теплоносителя, без сшивающих агентов. В состав композиций входят экологически безопасные продукты многотоннажного отечественного производства. Температуру гелеобразования можно регулировать добавками и соотношением компонентов. Гели устойчивы до температуры 200-320 оС. Технологии всесезонные, они могут промышленно использоваться на месторождениях России, в том числе в арктических регионах. При этом для повышения эффективности заводнения или комплексного паротеплового и физико-химического воздействия предлагается внутрипластовая термотропная генерация гелей и золей с авторегулируемой вязкостью. Изменяя концентрацию компонентов в композиции, можно получить как свободно-дисперсную подвижную вязкую систему (золь), так и связно-дисперсную неподвижную систему (гель). При образовании золя вязкость системы увеличивается в десятки и сотни раз, но система остается подвижной. Золи можно прокачивать на любое расстояние от скважины, вытеснять остаточную нефть и создавать экраны для перераспределения фильтрационных потоков в любом месте пласта. Для реализации гель-технологий предложены различные варианты закачки композиций – градиентная, покомпонентная, реагентоциклика.
В рамках проекта предполагается создание технологии, увеличивающей не только коэффициента охвата пласта паротепловым воздействием, но и коэффициент нефтевытеснения за счет применения загущенной нефтевытесняющей композиции на основе ПАВ, с регулируемой вязкостью и щелочностью, образующей непосредственно в пласте золь, СО2 и щелочную буферную систему. Закачка загущенной композиции на основе ПАВ при паротепловом и пароциклическом воздействии на пласт вследствие образования поверхностно-активного вязкого золя непосредственно в пласте приведет к перераспределению фильтрационных потоков, снижению скорости фильтрации по высоко проницаемым пропласткам и увеличению скорости фильтрации по низко проницаемым пропласткам, выравниванию подвижностей жидкости, что будет сопровождаться доотмывом нефти как из низкопроницаемых зон, так и из высокопроницаемых зон пласта. В результате композиция позволит увеличивать нефтеотдачу не только за счет увеличения коэффициента нефтевытеснения, но и повышения коэффициента охвата пласта.
Сравнительная оценка вариантов возможных решений проблемы увеличения нефтеотдачи и интенсификации добычи нефти в осложненных условиях эксплуатации, в том числе для месторождений высоковязких нефтей, показывает, что термотропные золе- и гелеобразующие композиции имеют определенные преимущества по сравнению с традиционными композициями на основе полиакриламида в потокоотклоняющих технологиях.
С учетом тенденции к смещению нефтедобычи в северный арктический регион, перспективным представляется разработка «холодных технологий», как наименее затратных по сравнению с тепловыми методами и в наименьшей степени влияющих на состояние вечной мерзлоты и наземную экологическую обстановку в районах добычи. Существует потребность в максимально автономных системах увеличения нефтеотдачи, базирующихся на использовании «интеллектуальных» композиций реагентов, неприхотливых к северным условиям транспортировки и хранения, не требующих дополнительной подготовки к использованию на промысле и вместе с тем способных после закачки в пласт проявлять в пласте длительное время высокую нефтевытесняющую активность, а также увеличивать степень охвата пласта заводненим или иным активным воздействием. В проекте эта потребность удовлетворяется за счет создания «интеллектуальных» композиций на основе генерируемых непосредственно в пласте термотропных золеобразующих и гелеобразующих композиций с регулируемой вязкостью и плотностью. Для масштабного применения технологий, предлагаемых в данном проекте, планируется организовать в России конкурентоспособное опытно-промышленное производство реагентов.
4. Пути и способы достижения заявленных результатов, ограничения и риски.
• Предполагается использовать композиции, образующие непосредственно в пласте гели или золи, создающие неподвижные (гелевые) или подвижные (золевые) отклоняющие экраны для перераспределения фильтрационных потоков, увеличения охвата пласта воздействием. В качестве компонентов составов планируется использование продуктов многотоннажного химического производства, с предпочтением недорогих отечественных продуктов, что позволит создать эффективную конкуренцию существующим химическим технологиям повышения нефтеотдачи, таким как полимерное заводнение и т.п.
• Технологии увеличения нефтеотдачи, интенсификации добычи нефти и селективного ограничения водопритока, способы закачки химических композиций должны быть экологически безопасны, максимально использовать стандартное промысловое оборудование для приготовления и закачки составов, чтобы облегчить внедрение, снизить себестоимость и технологическую сложность работ.
• Разработка технологии покомпонентной закачки композиций для внутрипластовой генерации гелей за счет гидродинамической дисперсии.
• Создание компьютерной расчетной методики для планирования закачки композиций для интенсификации добычи нефти: расчета необходимого количества реагентов, схемы закачки и прогноза эффективности.
• Проведение экспериментальных лабораторных исследований разработанных методов интенсификации добычи нефти и селективной водоизоляции.
• Изучение влияния разработанных композиций для увеличения нефтеотдачи на микрофлору нефтяного пласта.
• Выдача рекомендаций по применению технологий увеличения нефтеотдачи в виде технологических инструкций для нефтедобывающих или сервисных компаний.
• Промысловые испытания разработанных технологий, в том числе совместно с индустриальным партнером
Указанные пути и способы достижения заявленных результатов, а также возможность реализации создаваемых технологий в рамках существующих систем разработки месторождений, без существенных капитальных затрат и изменений промысловой инфраструктуры, минимизируют ограничения и риски при промышленном внедрении технологий.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Описание областей применения планируемых результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться результат или планируемая на их основе инновационная продукция).
Разрабатываемые технологии с использованием термотропных гелеобразующих и золеобразующих композиций предназначены для проведения обработок нефтяных добывающих, а также водо- и паронагнетательных скважин с целью повышения нефтеотдачи за счет увеличения охвата пласта заводнением или паротепловым воздействием, интенсификации добычи нефти, ограничения водопритока.
Потенциальными потребителями результатов работы являются нефтегазодобывающие компании России ОАО «ЛУКОЙЛ», «РОСНЕФТЬ», «ГАЗПРОМ НЕФТЬ», «ГАЗПРОМ» и его дочерние предприятия и др. Перспективно применение создаваемых технологий для месторождений Казахстана, Вьетнама, Китая, Саудовской Аравии, ОАЭ, Омана, Ирана, США, Канады и др.
2. Описание практического внедрения планируемых результатов или перспектив их использования.
Конкретные потребители научно-технических результатов и индустриальные организации-партнеры:
ООО «ОСК», г. Киров, ИНН 7701812966 – Индустриальный партнер. Осуществляет частичное внебюджетное финансирование проекта, а также за счет собственных средств выполняет опытно-промышленные работы по внедрению разрабатываемых в рамках проекта технологий. В 2014-2015 гг. ООО «ОСК» проведена апробация технологий увеличения нефтеотдачи, интенсификации добычи нефти и ограничения водопритока с применением термотропных неорганических и полимерных гелеобразующих и золеобразующих композиций на пермокарбоновой залежи высоковязкой нефти Усинского месторождения, на опытных участках при естественном режиме разработки, а также участке ПТВ-3, разрабатываемом паротепловым и пароциклическим воздействием, подтвердившая эффективность композиции и технологий.
Филиал ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПечорНИПИнефть» в г. Ухте, ИНН 7707717910, осуществляет частичное внебюджетное финансирование проекта и совместно с ИХН СО РАН научно-инженерное сопровождение опытно-промышленных испытаний разрабатываемых технологий в рамках хоз. договора «Разработка и научно-инженерное сопровождение реализации ОПР новых физико-химических технологий увеличения нефтеотдачи на пермо-карбоновой залежи Усинского месторождения».
Для практического внедрения планируемых результатов или перспектив их использования предполагается заключение лицензионных договоров, организация опытно-промышленного и промышленного производства композиций, выполнение работ по хоз. договорам и контрактам, выполнение опытно-технологических работ (ОТР) по применению разрабатываемых технологий на нефтяных месторождениях.
Коммерциализация создаваемых технологий предусматривает подбор гелеобразующих и золеобразующих составов применительно к различным геолого-физическим условиям и стадии разработки месторождений и их широкомасштабное использование. Так как в рамках проекта предполагается после окончания лабораторных исследований проведение апробации технологий увеличения нефтеотдачи с использованием термотропных геле- и золеобразующих композиций, в том числе совместно с паротепловым и пароциклическим воздействием на залежи высоковязкой нефти, это позволит начать широкомасштабные опытно-промышленные испытания и промышленное использование технологий уже с 2017-2018 гг.
3. Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие научно-технических и технологических направлений, разработку новых технических решений; на изменение структуры производства и потребления товаров и услуг в соответствующих секторах рынка и социальной сферы.
Полученные в ходе выполнения проекта результаты позволят: повысить эффективность заводнения, являющегося основным методом добычи нефти в России; снизить или стабилизировать обводненность добываемой нефти; увеличить масштаб и расширить область применения технологий повышения нефтеотдачи и изоляции водопритоков; повысить эффективность термических методов добычи высоковязкий нефтей; обеспечить нефтяную промышленность эффективными реагентами отечественного производства.
Масштабное промышленное применение созданных новых комплексных технологий увеличения нефтеотдачи с использованием термотропных геле- и золеобразующих композиций позволит продлить рентабельную эксплуатацию месторождений, находящихся на поздней стадии разработки, и вовлечь в разработку месторождения с трудно извлекаемыми запасами, в том числе месторождения высоковязких нефтей и Арктического региона, будет способствовать развитию нефтедобывающей промышленности России, расширению ее топливно-энергетической базы.
На основе полученных результатов уже созданы и создаются новые термотропные гелеобразующие и золеобразующие композиции и технологии с их использованием. Прогнозируемые объемы применения – обработка 100-300 скважин в год, предполагаемые сроки окупаемости затрат 10-12 месяцев.
4. Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие исследований в рамках международного сотрудничества, развитие системы демонстрации и популяризации науки, обеспечение развития материально-технической и информационной инфраструктуры.
Так как планируемые результаты – создаваемые технологии увеличения нефтеотдачи с использованием термотропных гелеобразующих и золеобразующих композиций – перспективны для применения на месторождениях Казахстана, Вьетнама, Китая, Саудовской Аравии, ОАЭ, Омана, Ирана, США, Канады и др., находящихся на поздней стадии разработки, а также на залежах высоковязких нефтей, разрабатываемых на естественном режиме и с применением паротеплового воздействия, то целесообразно проведение исследований в рамках международного сотрудничества с научными организациями, ВУЗами и нефтяными компаниями, заинтересованными в применении создаваемых технологий, в том числе в арктическом регионе.
Интерес, проявляемый зарубежными специалистами и нефтяными компаниями к технологиям увеличения нефтеотдачи с использованием термотропных гелеобразующих и золеобразующих композиций на международных выставках и конференциях, где демонстрировались создаваемые технологии, а также отклики на публикации статей в журналах и материалах конференций, в интернете, в частности, на сайте института и Томской области, свидетельствует об актуальности результатов исследований по проекту и важности развития информационной инфраструктуры.
Развитие системы демонстрации и популяризации науки, обеспечение развития материально-технической и информационной инфраструктуры будет способствовать интеграции усилий в области создания и скорейшего промышленного использования перспективных технологий увеличения нефтеотдачи.

Текущие результаты проекта:
Для увеличения нефтеотдачи, снижения обводненности созданы термотропные геле- и золеобразующие композиции на основе полимера с нижней критической температурой растворения (НКТР) – метилцеллюлозы (МЦ), простого эфира целлюлозы, способные образовывать гели (золи) непосредственно в пласте за счет фазового перехода «раствор – гель (золь)». Температура и время гелеобразования регулируются неорганическими и органическими добавками, их действие аддитивно. При достижении температуры гелеобразования происходит резкое увеличение вязкости – в 5-200 раз. В области скоростей сдвига 0.5-5 с-1 гель является твердообразным телом с вязкоупругими свойствами. Гели сохраняют свои реологические характеристики при высоких температурах – вплоть до 150-220 оС. При этом с течением времени гели упрочняются.
Исследованы кинетика гелеобразования, реологические и фильтрационные характеристики, нефтевытесняющая способность композиций на основе МЦ различных марок, определен их оптимальный состав и физико-химические параметры: pH растворов – 6.4-7.0, рН золей и гелей – 6.8-8.5; вязкость растворов – 25-100 мПа·с; вязкость золей и гелей – 150-3900 мПа·с; при низких скоростях сдвига (0.5-5 с-1), под давлением – до 90 000-180 000 мПа•с; плотность растворов – 1000-1080 кг/м3; время гелеобразования – от нескольких минут до нескольких суток в зависимости от температуры и состава раствора; температура замерзания – 0-минус 20 оС. Прирост коэффициента нефтевытеснения в неоднородных моделях пласта с проницаемостью 0.167 9.456 мкм2 находится в пределах от 3 до 21 %, при этом достигаются высокие абсолютные коэффициенты нефтевытеснения.
Разработан Лабораторный технологический регламент получения гелеобразующих и золеобразующих композиций на основе полимерных систем. Разработаны технология применения термотропных гелеобразующих и золеобразующих композиций на основе полимерных систем и способов их закачки совместно с паротепловым воздействием для увеличения нефтеотдачи, интенсификации добычи нефти и ограничения водопритоков и технологическая инструкция по использованию составов гелеобразующих и золеобразующих композиций на основе полимерных систем и новых технологий их применения для закачки в нефтяные пласты с целью увеличения дебитов и снижения обводненности добывающих скважин при заводнении и паротепловом воздействии.
Разработана компьютерная модель формирования отклоняющих экранов при закачке гелеобразующих и золеобразующих композиций. Создана расчетная методика для планирования закачки гелеобразующих и золеобразующих композиций для увеличения нефтеотдачи, ограничения водопритока и интенсификации добычи нефти: расчета необходимого количества химреагентов, схемы закачки и прогноза эффективности. Программа «volume_optimization» является алгоритмической реализацией модели формирования отклоняющих экранов при закачке гелеобразующих и золеобразующих композиций. Исходным языком программы «volume_optimization.xmcd» является расширенный язык XML среды разработки MathSoft MathCad v13. Текст программы представлен в виде листа пакета MathCad. Программа предназначена для расчета параметров кольцевых отклоняющих экранов в слоисто-неоднородных пластах. Входными данными для программы являются задаваемые пользователем физические параметры пласта, пластовых флюидов, технические параметры и режим работы скважины. Выходными параметрами являются режимы работы скважин после введения в пласт гелеобразующей композиции ( в графическом и текстовом/числовом виде) и прогноз эффекта обработки. Программа позволяет оператору проводить настройку и расчет оптимальных параметров воздействия, таких как количество закачиваемых флюидов и темп закачки, с целью разработки схемы закачки.
Исследована пластовая микрофлора пермо-карбоновой залежи Усинского месторождения.
За счет внебюджетных средств проведены сбор промысловых данных, анализ проб 190 образцов нефтей и пластовых вод из скважин Усинского месторождения, успешная апробация термотропной полимерной композиции МЕТКА на основе МЦ для ограничения водопритока 5 ти добывающих скважин на участке площадной закачки пара пермо-карбоновой залежи Усинского месторождения, дополнительно добыто около 10 тыс. тонн нефти.
Освещение и популяризация результатов работы: 7 статей, участие в 11 форумах, выставках и ярмарках, получены дипломы и золотая медаль.
По результатам выполненной работы оформлена заявка на патент: Изобретение заявка № 2015108521 от 11.03.2015 «Состав для повышения нефтеотдачи пластов и способ его приготовления», РФ.
Созданные в результате выполнения этапов 1 и 2 проекта термотропные композиции на основе неорганических и полимерных систем, образующие непосредственно в пласте гель или золь, имеют следующие характеристики: применимость в широком интервале пластовых температур (20-320 оС); низкие температуры застывания, гомогенность и высокую проникающую способность, применимы в низкопроницаемых коллекторах нефти; сохраняют свои вязкостные характеристики обладают термоокислительной устойчивостью в высоко минерализованных пластовых водах, до 300 г/дм3; широкий диапазон использования: для пластов с полимиктовыми, карбонатными и др. коллекторами, различной структуры и проницаемости, в том числе для низкопроницаемых, высоконеоднородных, трещиноватых пластов, разрабатываемых заводнением или паротепловым воздействием.
Принципиальная научная новизна заключается в использовании для повышения эффективности заводнения и комплексного паротеплового и физико-химического воздействия внутрипластовой термотропной генерации гелей и золей с авторегулируемой вязкостью на основе неорганических и полимерных систем, а также в технологических решениях проекта – совместном использовании композиций, генерирующих в пласте подвижные золевые и неподвижные гелевые экраны для увеличения охвата и повышения нефтеотдачи при заводнении и паротепловом воздействии, и комплексе технологических вариантов закачки: градиентной и покомпонентной закачке, реагентоциклики.
Полученные результаты соответствуют критической технологии «Технологии поиска, разведки, разработки месторождений полезных ископаемых и их добычи» и техническим требованиям к выполняемому проекту. Полученные результаты соответствуют мировому уровню. Целесообразно продолжение работ по проекту для достижения заявленных в проекте целей.
Сведения о ходе выполнения прикладных научных исследований (проекта) размещены в сети Интернет на официальном сайте Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук (ИХН СО РАН) в открытом доступе по форме, установленной Минобрнауки России – http://www.ipc.tsc.ru/proekts/1/12/Rezultati_2_etap.pdf