Д.т.н., профессор Голубев В.Г., к.т.н., доцент Жантасов М.К., магистр Жусупалиев М.А., магистр Шуханова Ж.К., магистрант Тлеупов Ч.М.

Южно-Казахстанский государственный университет, Республика Казахстан

Увеличение пластового давления с помощью щелочных добавок

Республика Казахстан обладает крупным нефтегазоносным потенциалом, который включает в себя значительные разведанные запасы и еще более значительные прогнозируемые ресурсы. Проблема повышения нефтеотдачи пластов интенсификацией выработки остаточных запасов на месторождениях, находящихся в поздней стадии разработки с каждым годом приобретает все большую значимость.

Современные технологии разработки нефтяных месторождений как в Республике Казахстан, так и за рубежом обеспечивают получение конечного коэффициента нефтеотдачи пластов в пределах 0,25 - 0,45, что явно недостаточно. С целью изучения данного вопроса авторами был осуществлен анализ географических бассейнов с точки зрения, как геологии, так и состава содержащихся нефтей. На территории Республики Казахстан развита группа осадочных бассейнов, различающихся по геологическому строению, стратиграфическому диапазону платформенного чехла и нефтегазоносности. Горизонты нефтеносных областей сложены переслаиванием песчаников, алевротитов, глин и изредка прослоев гравелитов. Залежи пластовые, сводовые и пластовые, тектоночески экранированные. Общая толщина продуктивных горизонтов изменяется от 14 до 66 м, эффективная нефтенасыщенная составляет 2,2-19,2 м. Открытая пористость коллекторов 11,2-20%, проницаемость 0,0028- 0,03 мкм². Коэффициенты нефтенасыщенности 0,58-0,73, газонасыщенности 0,57- 0,73, пластовые давления 17,58 – 19,25 МПА, температура 68-74 ⁰С, начальные дебиты нефти по скважинам 58-197 м³/сут. Плотность нефти 812-819 кг/м³, содержание серы 0,11 – 0,52%, парафинов 10,8 – 11,5%, асфальтенов 0,11 -0,92%, смол 4,8 – 8,42%. Залежи горизонтов в основном водонапорные, частично - водонапорные с энергией газовой шапки. Средняя конечная нефтеотдача пластов по различным месторождениям составляет от 25 до 40%. Эффективность извлечения нефти из нефтеносных пластов современными, промышленно освоенными методами разработки во всех нефтедобывающих странах на сегодняшний день считается неудовлетворительной. Остаточные запасы нефти, составляющие 55 - 75% от начальных геологических, представляют собой большой резерв запасов углеводородного сырья, извлечение которых требует применения новых методов увеличения нефтеотдачи пластов (МУН).

Вытеснение нефти щелочными растворами - метод щелочного заводнения нефтяных пластов основан на взаимодействии щелочей с пластовыми нефтью и породой.

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.

Применение растворов щелочей – один из самых эффективных способов уменьшения контактного угла смачивания породы водой, то есть гидрофилизации пористой среды, что приводит к повышению коэффициента вытеснения нефти водой.

Целью данной работы являлась разработка и научное обоснование новых прогрессивных методов повышения нефтеотдачи пластов различными щелочными растворами в присутствии энерго-аккумулирующих добавок.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

1) анализ показателей разработки нефтяных месторождений республики Казахстан с целью оценки влияния неоднородности пластов на закономерности процессов нефтеотдачи и на полноту выработки начальных запасов нефти;

2) изыскание композиций щелочных растворов и энерго-аккумулирующих добавок, перспективных для регулирования процессов нефтеотдачи пластов и увеличения их продуктивности;

3) экспериментальные исследования эффективности процессов вытеснения нефти из моделей нефтяных пластов с применением щелочных растворов и энерго-аккумулирующих добавок;

4) разработка технологий применения исследуемых композиций для регулирования процессов нефтеотдачи;

5) обоснование и поведение промысловых экспериментов по определению эффективности новых (рекомендованных в работе) способов регулирования процессов нефтеотдачи;

6) оценка технологической эффективности новых способов увеличения нефтеотдачи пластов, а также разработка предварительных рекомендаций по выбору условий их применения.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований было выполнено следующее:

1. Проведен анализ геолого-физических особенностей нефтяных месторождений Туранской нефтегазоносной провинции, находящейся в республике Казахстан.

2. Выбран метод воздействия на нефтяной пласт с целью повышения его нефтеотдачи.

3. Исследованы физико-химические основы применения энерго-аккумулирующих добавок на основе ферросплавов и щелочных растворов для повышения нефтеотдачи пластов (рис. 1,2,3).

4. Проведен термодинамический анализ реакций, при протекании которых возможно образование термодинамического эффекта, с целью определения возможности его использования при разработке технологий повышения нефтеотдачи пластов.

5. Изучена кинетика взаимодействия силикокальция с пластовой водой и щелочными растворами в пластовой воде месторождения Нуралы.

1- ФС45, 2 - ФС65, 3 - ФС75

Рисунок 1 - Зависимость температуры реакционной массы от концентрации NaOH для различных марок ферросилиция

1 – ФС75 + Al (1,75:1,5), 2 – ФС75 + Al (1,75:3,0), 3 – ФС65 + Al (1,75:1,5), 4 – ФС65 + Al (1,75:3,0)

Рисунок 2- Зависимость температуры реакционной массы от концентрации NaOH для различных марок ферросилиция с добавкой алюминия

1 – ФС75 + Al (1,75:1,5), 2 – ФС75 + Al (1,75:3,0), 3 – ФС65 + Al (1,75:1,5), 4 – ФС65 + Al (1,75:3,0)

Рисунок 3 - Зависимость температуры реакционной массы от концентрации щелочных отходов производства хромовых соединений* в пластовой воде для различных марок ферросилиция с добавкой алюминия

Установлено, что при взаимодействии силикокальция с пластовой водой, температура реакционной массы увеличивается на 51-53% и достигает 76,6 ^оС, при этом выделение водорода составляет 2,4-2,56 л/г. Добавление щелочи к раствору пластовой воды, приводит к заметному снижению выделения водорода до 0,64-0,75 л/г, и температуры до 56,6 – 61,4^оС, поэтому использование силикокальция как энерго-аккумулирующей добавки является не целесообразными.

6. Изучена кинетика взаимодействия ферросилиция с щелочными растворами в пластовой воде конкретного месторождения.

Установлено, что термоаккумулирующий эффект исследуемых добавок зависит от концентрации щелочи и марки ферросилиция. Из исследуемых марок ферросилиция наиболее предпочтительными являются марки ФС75 и ФС65.

7. Изучена кинетика взаимодействия энерго-аккумулирующих добавок на основе ферросплавов и алюминия с щелочными растворами в пластовой воде месторождения.

Установлено, что термоаккумулирующий эффект исследуемых добавок зависит от концентрации щелочи, количества вводимых добавок, состава композиционных добавок.

8. Изучена кинетика взаимодействия композиций на основе ферросплавов в щелочных средах различной природы.

Установлено, что термодинамический эффект взаимодействия композиций на основе ферросплавов в щелочных средах различной природы не зависит от природы щелочной среды, а определяется ее концентрацией в пластовой воде.

9. На основании проведенных исследований установлена возможность использования композиционной добавки «ФС75 + Al» в соотношениях (4,5:0,4; 6,5:0,6) и композиционной добавки «ФС65 + Al» в соотношениях (4,5:0,4; 6,5:0,6) для проведения дальнейших исследований и определения возможности их использования для разработки технологий воздействия на нефтяной пласт с целью повышения его нефтеотдачи.

Таким образом, в настоящее время становится очевидным, что в сложившихся обстоятельствах особую актуальность приобретают аналитические обобщения и оценка состояния разработки месторождений с трудно-извлекаемыми запасами, а также поиски принципиально новых методических подходов и технических решений по интенсификации их выработки и увеличению нефтеотдачи пластов.

Литература

1. Рассохин А.С., Соколов А.Ф., Рассохин С.Г., Ваньков В.П., Мизин А.В. Оценка коэффициентов вытеснения вязкой нефти по результатам физического моделирования разработки продуктивного пласта // Разработка месторождений углеводородов: Сб. науч. тр. - М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2008. - с. 146-153.

2. Рассохин А.С. Экспериментальная оценка возможности повышения нефтеотдачи оторочки высоковязкой нефти / Применение новых технологий в газовой отрасли: опыт и преемственность: Тезисы докладов международной научно-практической конференции молодых специалистов и ученых 30 сентября - 01 октября 2008 г. - М.: ВНИИГАЗ, 2008. - с. 102-103.

3. Газизов А.А., Дузбаев С.К., Утегалиев С.А. Технологии комплексного действия – эффективное решение проблемы повышения нефтеотдачи пластов с трудноизвлекаемыми запасами //Нефтегаз.- 2005.- № 3.- С. 72-75.

4. Дузбаев С.К., Куанышев А.Ш., Нуралиев Б.Б. Тектонические активные зоны и перспективы нефтегазоносности юга Прикаспийской впадины и её обрамления //Нефть и Газ.- 2001.- № 1.- С. 34-39.

5. Дузбаев С.К., Утегалиев С.А., Газизов А.Ш., Газизов А.А. Повышение нефтеотдачи пластов, насыщенных высокоминерализованными пластовыми водами // Вестник УдГУ.- 2005.- № 11.- С. 197 - 210.

6. Утегалиев С.А., Дузбаев С.К., Газизов А.А., Газизов А.Ш. Физико-химические МУН - высокоэффективные средства доизвлечения остаточных нефтей // Интервал.- 2005.- № 6.- С. 49-54.