2.4 Выбор рецептур реагентов и лабораторные исследования эффективности воздействия на продуктивные пласты
На первом этапе лабораторных исследований проводилось обоснование рецептур реагентов с целью получения устойчивой и эффективных эмульсий для закачки в продуктивные горизонты месторождения Узень в реальных условиях разработки обводненных пластов после заводнения.
Одна из поставленных задач заключалась в том, что в основе эмульсии должна быть сырая нефть, отобранная из скважин, поскольку именно такая нефть с остаточным содержанием растворенного газа и воды в большей степени отражает реальные свойства пластовой нефти в обводненных пластах. При подборе рецептур эмульсий использовали:- нефть из скважины № 2352 XIII горизонта. Плотность сырой нефти составляла 884 кг'м3, а вязкость при 60 °С - 26,1 мПа-с. Вязкость образца нефти значительно отличается от значений вязкости приведенных в таблице 1, что свидетельствует о содержании в ней воды;
- воду, добываемую вместе с нефтью;
эмульгаторы обратного типа: нефтенол НЗ, нефтехимеко-1, алкилфосфат ХИМЕКО;
растворители: нефрас АК, дизельное топливо.
Для приготовления эмульсии в стакан объемом 250 мл вливали смесь предварительно подогретой до 40 С нефти и эмульгатора. В эту смесь вводили заданное количество растворителя и размешивали с помощью лопастной мешалки. Скорость вращения составляла 400 об/мин. Из мерного цилиндра добавляли в стакан заданные объемы пластовой воды в три приема примерно по 25 мл через каждые 2 мин с момента начала работы мешалки.
Литературные данные ряда авторов [56,57] свидетельствуют о том, что вязкость дисперспой фазы не влияет на вязкость эмульсий, большее влияние оказывает ее химический состав, о чем говорилось ранее.
Вязкость непрерывной среды имеет определяющее значение для вязкости эмульсий при любом объемном содержании внутренней фазы. При этом чем выше содержание водной фазы, тем менее существенно влияние вязкости углеводородной среды на вязкость обратных эмульсий.
Это обусловлено уменьшением их общей поверхности раздела, что подтверждается возрастанием относительной вязкости эмульсий по мере снижения вязкости их углеводородной составляющей.Относительная вязкость эмульсий juomH описывается формулой
Мотн=^ (2.4)
где fij - эффективная вязкость эмульсии, /лс - эффективная (динамическая) вязкость дисперсионной среды с растворенным в ней эмульгатором, измеренная при той же скорости сдвига. Это отношение является функцией распределения глобул дисперсной фазы по размерам согласно уравнению
Лсш=х^-+сх (2.5)
т
где я: и су- константы; dm - диаметр глобул дисперсной фазы.
В этом случае концентрация эмульгатора влияет на rjomH, в тем большей степени, чем выше содержание воды в эмульсии вода в масле.
Целым рядом исследователей [56] сделан вывод о влиянии природы эмульгатора на вязкость эмульсий. Различия в вязкости эмульсий, стабилизированных различными эмульгаторами, снижаются по мере увеличения концентрации дисперсной фазы. Вместе с тем, при увеличении вязкости эмульсий вследствие увеличения концентрации дисперсной фазы, их устойчивость против коалесценции не возрастает, в противоположность ее возрастанию при увеличении вязкости дисперсионной среды эмульсии.
При исследовании влияния на вязкость повышения температуры модельных обратных эмульсий установлено, что последняя снижается. При повышении' температуры в эмульсиях в/м зависимость вязкости от концентрации эмульгатора нивелируется.
С увеличением доли дисперсной фазы в эмульсиях в/м их вязкость при повышении температуры снижается в меньшей степени, очевидно, ввиду более низкого объемного коэффициента расширения воды, чем аналогичных коэффициентов углеводородов.
Старение эмульсий приводит к снижению их реологических характеристик.
Таким образом, основным критерием устойчивости эмульсии может быть изменение общей поверхности раздела как во времени, так и при влиянии различных физико-химических факторов, а не индивидуальный размер капель.
Динамическая вязкость определяется на вискозиметре ротационного типа - REOTEST-2.
Измерения производил/© с использованием цилиндра S-1 на 12 скоростях диапазонов 1а-Иа. Результаты измерений обрабатывались с использованием программы, в результате определялась динамическая вязкость при скорости сдвига 170 с.Было проведено несколько серий экспериментов с различным содержанием нефти и реагентов. В первой серии эксперимента использовались эмульгаторы: нефтенол НЗ, Нефтехимеко-1 и их смеси с растворителем Э-1. Результаты первой серии экспериментов представлены в таблице 2.1. В опытах 1-14 использовался эмульгатор нефтенол НЗ, а в опыте 15 вместо эмульгатора добавляли пластовую воду с небольшим количеством карбоната натрия. В этом случае получилась маловязкая эмульсия, в отличие от предыдущих опытов, но она оказалась неустойчивой при повышенных температурах. Кроме того, в опытах 10 - 11 вместо пластовой воды использовалась пресная вода, но это никак не отразилось на результатах опытов. При проведении опыта 14 помимо растворителя и эмульгатора в пластовую воду добавили 8 мл 32% раствора СаСЬ, что привело к образованию вязкой и неустойчивой при 60°С эмульсии. В опыте 16 в качестве эмульгатора использовали Нефтехимеко-1 применение, которого также не дало нужного результата. В опытах 17-21
52
использовали эмульгатор Э-1, который был приготовлен в виде смеси 135 мл дизельного топлива и 20мл нефтенола НЗ с добавкой нефтехимеко-1. Но применение этого реагента также не дало результата.
Таблица 2.1
Данные о результатах первой серии опытов
№ Количество реагентов, мл Вязкость при скорости сдвига 170 сек'1
Нефть Нефрас АК Нефтенол НЗ Пластовая вода Раствор СаС12 20°С 60°С 1 20 - 10 70 - 983 579 2 10 10 2 78 - 373 4.9 3 10 10 3 77 - 476 1.2 4 20 - 4 76 - 487 544 5 20 - 8 72 - 181 270 6 20 - 30 50 - 304 40 7 10 10 6 74 - 512 21 8 - 20 6 74 - 478 - 9 - - 20 80 - Очень густая 10 - 20 6 74* - 258 12 11 - - 20 80* - Очень густая 12 20 - 10 70 - 988 579 13 10 9 1 80 - 146 4.3 14 10 10 2 70 8 447 8.5 15 10 10 - 80 + 0,5г NaCOj - 44 62 HX-1 Э-1 *Пресная вода
Результаты второй серии представлены в таблице 2.2.
Как видно образовывались обратные эмульсии с высокой вязкостью, а в опыте 5 эмульсия оказалась неустойчивой при температуре 60° С. Термин "очень вязкая" означает, что невозможно измерить вязкость с использованием указанного способа.В третьей серии экспериментов в качестве растворителя использовали дизельное топливо, а в качестве эмульгатора нефтенол НЗ с добавкой алкилфосфата химеко. Данные проведения третьей серии экспериментов приведены в таблице 2.3, из которой видно, что применение только эмульгатора приводит к образованию вязкой эмульсии. Во втором опыте применили еще и дизельное топливо.
В последующих опытах 3-7 варьировалось содержание растворителя и эмульгатора, с целью проверки правильности полученной рецептуры. Как видно из таблицы 2.4 небольшое снижение либо увеличение содержания этих реагентов приводило к образованию слишком вязких либо неустойчивых эмульсий. Это свидетельствует о том, что при закачке в пласт обратная эмульсия на основе сырой нефти может расслоиться.
В результате проведенных серий экспериментов удалось подобрать рецептуру обратной нефтяной эмульсии для условий Узеньского месторождения:
нефть - 20 мл,
нефтенол НЗ с добавкой алкилфосфата химеко - 6 мл,
дизельное топливо - 4 мл,
попутная вода - 70 мл
Этот состав не изменяет своих свойств и фазовую структуру даже при температуре 70 °С, т.е. обладает термостабильностью.
Кроме того, определили параметр, характеризующий устойчивость эмульсии к фазовому обращению, т.н. показатель электростабильности (Э) на приборе индикаторе ИЭС-512. Этот показатель определяется величиной напряжения на электродах, погруженных в эмульсию, при протекании между ними определенного по величине тока утечки. Этот метод позволяет быстро и оперативно оценить агрегативную стабильность эмульсии по величине электропробоя в вольтах. Оказалось, что показатель электростабильности данной эмульсии Э-108.
При исследовании эмульсии на термостабильность в течение суток её выдерживали при температуре 70 °С.
На фотографии рис. 2.4 представлены образцы эмульсий, демонстрирующие их характерные особенности. Образцы а и б соответствуют опытам 2а и 26 табл. 2.3, образец в, г, д - опытам соответственно 18, 19, 20 табл. 2.1 Образцы а и б представляют собой устойчивую эмульсию, полученную по предложенной в данной работе рецепты. Однако увеличенные фрагменты позволяют увидеть, что образец б более однороден и в нем не наблюдается отслаивания нефти, по сравнению собразцом а. Можно задаться вопросом почему, как отмечалось выше, эмульсии в опытах 2 и 2а таблица 2.3 практически одинаковые, а в опыте 26 получилась устойчивая эмульсия с заметно большей вязкостью. Ответ явствует из накопленного опыта исследований. Оказалось, что на свойства эмульсии оказывает самое значительное влияние сама нефть, входящая в состав эмульсии. Эмульсии опытов 2 и 2а (табл. 2.3) были получены из одной порции нефти, взятой из канистры. Образец эмульсии б с повышенной вязкостью получен из другой порции. Нефть для экспериментов была отобрана из скважины XIII горизонта и представляет собой густую слабо текучую жидкость. Чтобы отобрать порцию нефти необходимо нагревать и перемешивать нефть в канистре. Оказалось, что свойства нефти в порции зависят от того насколько интенсивно и продолжительно перемешивали нефть. Нефть содержит некоторое количество обратной эмульсии, которая при хранении постепенно отслаивается. Именно поэтому эмульсии в опытах 2 и 2а табл. 2.3, взятые из одной порции нефти, практически одинаковые, и сильно отличаются от эмульсии, полученной в опыте 26.
а) устойчивая эмульсия Рис.2.5. Увеличенный фрагмент образцов а и б
б) неустойчивая эмульсия Рис. 2.6. Увеличенный фрагмент образца в
На фото 2.6 представлен образец неустойчивой эмульсии. Видно, как при нагревании до 70 °С эмульсия расслоилась и отделилась вода.
Таким образом, в результате проведения нескольких серий экспериментов по созданию физико-химического реагента для воздействия на пластовые системы продуктивных горизонтов Узеньского месторождения удалось подобрать рецептуру для получения на нефтяной основе обратной эмульсии, отличающейся высокой термо- и электроустойчивостью. Вязкость полученных эмульсий увеличивается с повышением температуры.