Совершенствование технологий полимерного заводнения на основе наноматериалов

1.

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
«Российский государственный университет нефти и газа
(национальный исследовательский университет)
имени И.М. Губкина»
Факультет разработки нефтяных и газовых месторождений
Кафедра разработки и эксплуатации нефтяных месторождений
Реферат
на тему:
Совершенствование технологий полимерного заводнения на основе
наноматериалов
Студентка группы РН-19-06
Алеханова А.О.
Преподаватель:
д.т.н., профессор, Ерёмин Н.А.
Москва, 2022

2.

Анно
тация
Определение
Механизм
воздействия
Влияние на смачиваемость
Применение и
эффективность
Варваровское
месторождение
Технологические
показатели
Заключение
Аннотация:
Реферат посвящен применению наноматериаов в полимерном заводнении. Основная цель заключается
показать эффективность наночастиц в процессах повышения нефтеотдачи пластов.
В работе рассмотрены критерии применимости полимерного заводнения на основе наноматериалов,
требования к селекции полимерных растворов, применяемых в процессе увеличения нефтеотдачи. Сделаны
выводы об эффективности применения полимерного заводнения с наночастицами.
Ключевые слова:
Полимерное заводнение, наноматериалы, наночастицы, полимерные растворы, трудноизвлекаемые запасы,
частично гидролизованный полиакриламид, наножидкости, нанотехнологии, смачиваемость, вязкость.
2

3.

Анно
тация
Определение
Механизм
воздействия
Влияние на смачиваемость
Применение и
эффективность
Варваровское
месторождение
Технологические
показатели
Заключение
Применение наночастиц для повышения нефтеотдачи пластов
Взвешенные
наночастицы
Распространя
ющаяся сила
Твердая поверхность
Клин пленка
Наночастицы
Рисунок 1 – Влияние наночастиц.
Нанотехнология — это взаимодействие, управление и
манипулирование атомами для создания различных систем,
материалов, компонентов и структур наномасштаба.
ИСТОЧНИК: ХАВКИН А. Я. НЕФТЕГАЗОВЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ – ОСНОВА ЭКОНОМИКИ XXI ВЕКА//НАНОТЕХНОЛОГИИ. ЭКОЛОГИЯ. ПРОИЗВОДСТВО. – 2013. – NO 2. – С. 54–59.
3

4.

Анно
тация
Определение
Механизм
воздействия
Применение и
эффективность
Влияние на смачиваемость
Варваровское
месторождение
Технологические
показатели
Заключение
Определение наночастиц.
Количество наночастиц, таких как диоксид кремния,
Таблица 3 – Применение различных наночастиц для
извлечения оставшейся нефти в пласте
графен, углеродные нанотрубки, оксид алюминия, титан и
многие
другие,
показали
улучшенные
результаты
в
нефтеотдаче.
Основное внимание уделяется применимости наножидкостей в
химическом увеличении нефтеотдачи. Ответственными механизмами
являются увеличение вязкости нагнетаемой жидкости, снижение вязкости
нефти, уменьшение межфазного и поверхностного натяжения и изменение
смачиваемости в пласте породы.
Тип
наночастиц
Кремнезем
Наноглина
Углеродные
нанотрубки
Оксид железа
Диоксид
титана
Графеновые
нанослои
Хитозан (оксид
железа)
Многостенные
углеродные
нанотрубки
Концентрация,
%
0,1 - 3
0,1-1
Дополнительны
й КИН, %
19
5
Пластовая вода
Пластовая вода
0,01 – 0.1
31
Наножидкость
0 – 0,64
28
Пластовая вода
2 - 2,5
4,2
Вода
0,005 – 0,01
15,2
Пластовая вода
0,01 – 0,03
10,8
Морская вода
0,1-0,3
18,5
Наножидкость
ИСТОЧНИКИ: НАЗАРОВ С.Н., СИПАЧЕВ Н.В. МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НА ПОЗДНЕЙ СТАДИИ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ. // «НЕФТЬ И ГАЗ», №10, 1972.
САЗОНОВ Б.Ф. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИ ВОДОНАПОРНОМ РЕЖИМЕ. М., «НЕДРА», 1973, 238 С.
Жидкость
4

5.

Анно
тация
Определение
Механизм
воздействия
Влияние на смачиваемость
Варваровское
месторождение
Применение и
эффективность
Технологические
показатели
Заключение
Механизм воздействия
Расклинивающее давление приводит к более сильному толчку на
границе раздела масло-наножидкость с динамическим разделением
масляно-прочного контакта и, в конечном итоге, разъединяет масляную
каплю.
При структурном расклинивающем давлении основными силами,
движущими
этот
механизм,
являются
сила
электростатического
отталкивания между НЧ и броуновское движение между НЧ. Кроме того,
структурное расклинивающее давление в основном зависит от типа
базовой жидкости, размера наночастиц, солености и температуры. Более
Рисунок 2 – Клин-пленка, заключающая
наночастицы, показывающая структурный
расклинивающий градиент давления на вершине
клина.
того, сила, которую наделяет одинокий НЧ, невероятно хрупка; однако,
когда доступно много крошечных НП, сила, действующая на вершину,
может достигать 50 кПа
ИСТОЧНИК: GURGEL A., MOURA M.C.P.A., DANTAS T.N.C., BARROS NETO E.L., DANTAS NETO A.A. REVIEW ON CHEMICAL FLOODING METHODS APPLIED IN ENHANCED OIL RECOVERY//BRAZILIAN JOURNAL OF PETROLEUM
AND GAS. – 2008. – № 2. – P. 83–95.
5

6.

Анно
тация
Определение
Механизм
воздействия
Влияние на смачиваемость
Варваровское
месторождение
Применение и
эффективность
Технологические
показатели
Заключение
Влияние на смачиваемость
Применение поверхностно-активного вещества для изменения смачиваемости
хорошо исследовано, но
НЧ имеют более значительное влияние на изменение
смачиваемости пласта и, в конечном итоге, на нефтеотдачу.
Учеными был произведен метод самопроизвольного пропитывания, чтобы
проверить эффект смачиваемости НЧ при 70°C, и пришли к выводу, что из-за
механизма
расклинивающего
давления
НЧ
имеют
тенденцию
изменять
смачиваемость поверхности раздела горных пород и улучшать скорость извлечения,
как показано на рисунке 1.
Аналогичным образом, были проведены опыты с наночастицами SiO2, TiO2 и
для
исследования
эффекта
смачиваемости
методом
спонтанного
Рисунок 3 – Самопроизвольное впитывание различных
CaCO3
концентраций наночастиц ZrO2 при 70 °C в смоченных
пропитывания и пришли к выводу, что основным механизмом изменения
нефтью нефтенасыщенных керновых породах.
смачиваемости породы является структурный градиент расклинивающего давления.
ИСТОЧНИК: GURGEL A., MOURA M.C.P.A., DANTAS T.N.C., BARROS NETO E.L., DANTAS NETO A.A. REVIEW ON CHEMICAL FLOODING METHODS APPLIED IN ENHANCED OIL RECOVERY//BRAZILIAN JOURNAL OF PETROLEUM AND
GAS. – 2008. – № 2. – P. 83–95.
6

7.

Анно
тация
Определение
Механизм
воздействия
Влияние на смачиваемость
Применение и
эффективность
Варваровское
месторождение
Технологические
показатели
Заключение
Влияние на межфазное натяжение
Снижение межфазного натяжения и стабильности эмульсии
НЧ также играют ту же роль, что и поверхностно-активное вещество;
необратимо адсорбирует флюидную поверхность раздела, чтобы уменьшить IFT
Полимер с
нж
(поверхностное натяжение), что приводит к стабилизации флюидов, и снижает
коэффициент подвижности между вытесняющей и вытесненной флюидами. Таким
образом, улучшая площадь и эффективность охвата нефти в коллекторе. По
сравнению с обычной стабилизацией эмульсии коллоидными частицами или
поверхностно-активными веществами, НЧ в сто раз меньше по сравнению с
коллоидными частицами, они могут перемещаться на большие расстояния в
Рисунок 4 - Механизм вытеснения нефти
наножидкостью.
резервуаре без значительных проблем с удержанием.
И в конечном итоге, стабильность эмульсии через НЧ может выдерживать
высокое давление, температуру и соленость.
ИСТОЧНИК: GURGEL A., MOURA M.C.P.A., DANTAS T.N.C., BARROS NETO E.L., DANTAS NETO A.A. REVIEW ON CHEMICAL FLOODING METHODS APPLIED IN ENHANCED OIL RECOVERY//BRAZILIAN JOURNAL OF PETROLEUM AND
GAS. – 2008. – № 2. – P. 83–95.
7

8.

Анно
тация
Определение
Механизм
воздействия
Влияние на смачиваемость
Применение и
эффективность
Варваровское
месторождение
Технологические
показатели
Заключение
Изменение вязкости раствора
Были предложены наноматериалы для увеличения вязкости полимера и для
улучшения стабильности раствора полимера при высоких температурах и
условиях высокой солености. Наночастицы образуют сетчатую структуру за
счет образования водородной связи, которая в результате делает раствор
густым, что в конечном итоге влияет на вязкость жидкости.
Деградация полимера (отщипление молекул воды) была резко снижена
добавлением наночастиц диоксида кремния к полимерной жидкости.
Коэффициент восстановления был улучшен за счет увеличения концентрации.
Ряд металлических наночастиц, таких как SiO2 и TiO2, также показали
Рисунок 5 –Полимерная наножидкость с
улучшенную эффективность в процессе МУН.
концентрацией 3% в растворе электролита
ИСТОЧНИК : KARMAKAR G.P., CHANDRIMA CHACRABORTY. IMPROVED OIL RECOVERY USING POLYMER GELANTS: A RE- VIEW//INDIAN JOURNAL OF CHEMICAL TECHNOLOGY. – 2006. –№ 13. – P. 162–167.
8

9.

Анно
тация
Определение
Механизм
воздействия
Влияние на смачиваемость
Применение и
эффективность
Варваровское
месторождение
Технологические
показатели
Заключение
Влияние концентрации наночастиц на эффективность
Концентрация НЧ играет решающую роль в процессе повышения
нефтеотдачи пластов. При увеличении концентрации НЧ расклинивающее
давление растет, что приводит к увеличению сил отталкивания.
Эффективность вытеснения также увеличивается за счет увеличения
концентрации из-за повышенной вязкости НЧ. Уменьшение межфазного
натяжения в пластовых флюидах может быть достигнуто за счет увеличения
концентрации.
Рисунок 6 – Забивание поровых каналов- скопление частиц
Основываясь
на
этих
наблюдениях,
более
высокая
концентрация является многообещающей для улучшения показателей
извлечения.
Несмотря на эти результаты, концентрация НЧ имеет ограничения, и при
закачке выше определенных критериев она может блокировать поры породы
и, в конечном итоге, снижать извлечение нефти.
ИСТОЧНИК : KARMAKAR G.P., CHANDRIMA CHACRABORTY. IMPROVED OIL RECOVERY USING POLYMER GELANTS: A RE- VIEW//INDIAN JOURNAL OF CHEMICAL TECHNOLOGY. – 2006. –№ 13. – P. 162–167.
9

10.

Анно
тация
Определение
Механизм
воздействия
Влияние на смачиваемость
Применение и
эффективность
Варваровское
месторождение
Технологические
показатели
Заключение
Влияние температуры на эффективность
позволяющими
Повышение температуры отрицательно влияет на дзета-потенциал,
охарактеризовать их являются материал частицы, ее
дзета-потенциал частицы имеет тенденцию к уменьшению; из-за чего
размеры и дзета-потенциал. Дзета-потенциал возникает
наблюдается
в результате накопления электрических зарядов на
нефтеотдачи из-за агломерации.
границе раздела твердой и жидкой фаз. В результате
При высокой температуре снижение межфазного натяжения может
этого
улучшить нефтеотдачу из-за увеличенного броуновского движения
Параметрами
на
фазовой
наночастиц,
границе
образуется
двойной
нестабильность
НЧ,
что
приводит
к
снижению
электрический слой.
или слабого молекулярного взаимодействия.
Дзета-(электрокинетический) потенциал
Проведено множество исследований влияния типов НЧ и сделаны
соответствует плоскости скольжения и является частью
выводы, что добавлением НЧ в полимер потеря вязкости раствора
потенциала диффузного слоя.
контролировалась взаимодействием НЧ с катионами и улучшением
молекулярного отталкивания полимера в конечном итоге.
ИСТОЧНИК: АЛЬВАРАДО В., МАНРИК Э. МЕТОДЫ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ. ПЛАНИРОВАНИЕ И СТРАТЕГИИ ПРИМЕНЕНИЯ. – М.: ПРЕМИУМ ИНЖИНИРИНГ, 2011. – 244 С.
10

11.

Анно
тация
Механизм
воздействия
Определение
Влияние на смачиваемость
Применение и
эффективность
Варваровское
месторождение
Технологические
показатели
Заключение
Варваровское месторождение
Таблица 10 – Расчет параметров для построения
функции Бакли -Леверетта с применением полимеров
S
k'н
k'в
F(s)
0,28
0,78
0
0,000
0,3
0,72
0,001
0,004
0,34
0,4
0,01
0,042
0,4
0,19
0,05
0,315
0,43
0,08
0,08
0,636
0,46
0,05
0,12
0,808
0,5
0,03
0,17
0,908
0,53
0,02
0,19
0,943
0,6
0,01
0,23
0,980
0,64
0,00
0,3
1,000