книги из ГПНТБ / Бабалян, Г. А. Физико-химические процессы в добыче нефти

!п:мк

40 г -

кости, %.

4. ВЛИЯНИЕ ПАРАФИНА

На толщину водной прослойки при движении в пористой среде влияет и содержание парафина в нефти.

На рис. 88 показана зависимость толщины водной прослойки ■от скорости движения капли для 5%-ного раствора парафина в ке­ росине при различном содержании в нем смол (сплошные линии при 20°С и пунктирные при 50° С).

И в этом случае при всех концентрациях как при 20, так и при 50° С с увеличением скорости движения капли ѵк толщина прослой­ ки электролита h вначале линейно возрастает, затем, начиная с некоторой скорости о0т, становится неизменной (/гст). С увеличе­ нием концентрации смол величина пСт убывает, /гст возрастает, что объясняется, как указывалось выше, уменьшением поверхностного натяжения на границе с электролитом. С повышением темпера­ туры наблюдается увеличение пСт и уменьшение /гст, что также связано с увеличением поверхностного натяжения и в соответствии с этим капиллярного давления.

Аналогичен характер изменения толщины водной прослойки

взависимости от скорости движения при указанных температурах

идля капли 5%-ного раствора парафина в орто-ксилоле при раз­ личном содержании в ней асфальтенов (рис. 89, сплошные линии при 20°С, пунктирные — при 50°С). Было установлено, что при одних и тех же концентрациях асфальтенов в ксилоле и смол в керосине значения пСт больше, а Ііст меньше для ксилола.

160

На рис. 90 показано изменение Ігст при движении капель 5%-ного раствора парафина в керосине и ксилоле в зависимости от концентрации в первом смол, во втором асфальтенов (температу­ ры, при которых проводились опыты, помечены па кривых). Кри­ вая для чистого керосина (точки на рисунке обозначены звездоч­ ками) располагается ниже, чем для керосинового раствора пара­

пет, ™УС

фина. При 50° С кривые зависимости Лот от концентрации отличны от аналогичных кривых при 20° С. Можно предположить, что в рас­ сматриваемом интервале концентраций они представляют началь­ ный участок кривых при 20° С до изгиба в сторону резкого увели­ чения /гст. Кривые зависимости /гст от концентрации для ксилольного раствора парафина при 20 и 50° С почти совпадают.

Величина ѵст с повышением концентрации смол в 5%-ном ке­ росиновом растворе парафина (рис. 91) вначале (при малых кон­ центрациях) возрастает и доходит до некоторого максимума (мак­ симум, возможно, соответствует несколько большим концентра­ циям, так как отсутствуют опытные определения вблизи отмеченного максимума), затем уменьшается, в то время как при добавке смол в керосин, не содержащий парафина, снижается с

162

активных веществ; поверхностного натяжения в системе и радиуса

чтобы в процессе вытеснения нефти водой из пористой среды не было остановок, так как в последующем для отрыва капель от твердой поверхности и их сдвига в порах требуется значительный перепад давления.

Полученные результаты вскрывают механизм движения неф­ ти, диспергированной в воде, при фильтрации этих жидкостей в пористой среде. На основании проведенных исследований можно

164

заключить, что при медленном проникновении нефти в призабой­ ную зону возможность разрыва пленки остаточной воды значи­ тельно больше, чем при быстром. Дальность проникновения одного и того же объема нефти в призабойную зону больше при высоких скоростях закачки, чем при малых, так как в последнем случае толщина водной прослойки на стенках пор больше. В соответствии с этим больше и количество остаточной воды в зоне проникнове­ ния и время, необходимое для последующего разрыва пленки воды. Причем это время определяется углеводородным составом нефти, качеством и количеством активных компонентов в ней. При высо­ ком содержании ароматических углеводородов вероятность и ско­ рость разрыва водной прослойки увеличиваются.

Значительный интерес представляет процесс движения капель для объяснения причин высокой кратковременной обводненности продукции скважин после их непродолжительной остановки. Опы­ ты наглядно показывают, что при остановке скважиин идет процесс интенсивного утончения водной прослойки под каплями нефти. Подвижность их сильно убывает вследствие утончения водной про­ слойки и прилипания капель к стенкам пор. В результате этого при пуске скважин после остановки требуется определенное время для восстановления режима движения смеси, который существовал до остановки. В первый момент после пуска вследствие малой по­ движности капель нефти вода обходит их. В результате фазовая проницаемость для капель нефти оказывается малой, а проскаль­ зывание воды относительно нефти — высоким, несмотря на умень­ шение фазовой проницаемости пористой среды не только для нефти, но и для воды.

5. ОТМЫВ ПЛЕНКИ НЕФТИ С ТВЕРДОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Во многих случаях в практике встречаются с отмывом пленки нефти с твердой поверхности: при вытеснении нефти водой из по­ ристой среды, при движении нефти и воды в трубах, проведении ремонтных работ в скважинах и т. д. В ряде работ изучался ме­ ханизм отмыва нефтяной пленки с различных твердых поверхно­ стей в щелочной и жесткой пластовых водах, а также в морской и речной воде в связи с тем, что они применяются при заводнении нефтяных пластов.

Исследования проводили на пластинках стекла, кварца, из­ вестняка (мрамора) и полевого шпата, из которых в основном состоят нефтяные коллекторы. В опытах была использована нефть Кюровдагского месторождения Азербайджана плотностью 0,922г/см3, с содержанием нафтеновых кислот 1,1%, асфальтенов 7,0%, акцизных смол 64,0% и силикагелевых смол 20,0%. Началь­

всей вероятности, объясняется различной степенью гидрофильности

пластинок. Полевой шпат менее гидрофилен по сравнению со стек­ лом и мрамором.

За процессом размыва пленки нефти наблюдали визуально, а также путем фотографирования в начале опыта, через 6,24 ч и 48 ч.

Вщелочной пластовой воде на поверхности стекла и мрамо­ ра наблюдаются утончение пленки нефти и смыв некоторого количества нефти с поверхности без разрыва пленки. На поверх­ ности же полевого шпата происходит разрыв пленки и образова­ ние крупных капель и линз нефти, которые не отрываются от по­ верхности.

Вжесткой пластовой, морской и речной водах процесс разрыва

протекает быстро, но число очагов разрыва мало, капли крупные и плохо отделяются от поверхности. Относительно хуже происхо­ дит разрыв пленки на полевом шпате, несколько лучше на мра­ море и хорошо — на стекле.

Добавка 0,05% ПАВ ОП-Ю во всех случаях ускоряет процесс отмыва и увеличивает число очагов разрыва, уменьшает размер образующихся капель и краевой угол их смачивания, благодаря чему от поверхности отделяется большое количество нефти.

При добавке ПАВ в щелочную воду наблюдается интенсивный разрыв пленки нефти на всех поверхностях, образование мелких капель, легко отрывающихся в первую очередь от поверхности стекла. На поверхности полевого шпата все же остаются капли больших размеров.

Отмыв нефти с твердой поверхности проводился по следующей методике.

Стеклянные и кварцевые пластинки выдерживали в хромовой смеси не менее 5 ч, промывали водопроводной, затем дистиллиро­ ванной водой и сушили с помощью фильтровальной бумаги. Мра­ морную пластинку промывали бензолом, спиртом, затем дистил­ лированной водой и также сушили фильтровальной бумагой.

Во всех случаях пленку нефти на пластинке получали одина­ ковым способом: пластинку опускали в нефть, затем вытаскивали

ипомещали в прибор, заполненный азотом (для предотвращения окисления тонкой пленки нефти азот под небольшим давлением пропускался в прибор из баллона). В атмосфере азота нефть сте­ кала с пластинки и на ней после прекращения стекання образовы­ валась устойчивая пленка. Взвешиванием пластинки, прибора с пластинкой, смоченной нефтью, прибора без пластинки, но с нефтью, стекшей с пластинки на дно прибора, определяли вес нефти на пластинке. После этого пластинку извлекали из прибора

ипогружали в воду или водный раствор ПАВ. Сверху в сосуд с раствором пипеткой наливали определенное количество (15 мл) очищенного керосина (аВк = 47,5 эрг/см2). При разрыве нефтяной пленки на пластинке капли нефти всплывают наверх и растворя­ ются в керосине, образуя раствор нефти в керосине различной кон­

центрации. Необходимое количество раствора отбирали пипеткой, и на фотоэлектроколориметре определяли его оптическую плот­

166

ность. По заранее построенной тарировочной кривой (оптическая плотность—-концентрация раствора нефти в керосине) вычисляли вес нефти, отмытой с пластинки, и определяли процентное отно­ шение веса отмытой нефти ко всему количеству нефти на пла­ стинке.

Были проведены также опыты с арланской нефтью плотностью 0,892 г/см3, вязкостью 30 спз, с содержанием асфальтенов 6%. Главным отличием кюровдагской нефти от арланской яв­ ляется наличие в первой нафтеновых кислот. В случае арланской нефти использовались дистиллированная вода и добавки к ней ПАВ.

Визуальные наблюдения показали, что при отсутствии ПАВ раз­ рыва пленки на поверхности стеклянной пластинки за 24 ч не про­ исходит— пленка лишь утончается и частично разрывается на краях пластинки. При наличии же в воде ПАВ пленка разрыва­ ется, причем разрыв пленки и установление равновесных значений краевых углов смачивания для капель нефти после разрыва на­ ступает тем раньше, чем больше концентрация ПАВ в рассматри­ ваемых пределах. В соответствии с этим увеличиваются количества нефти, отмываемой с поверхности пластинки, и скорость отмыва.

Добавка в воду катионного ПАВ катапина А замедляет разрыв пленки и начало отмыва пленочной нефти со стеклянной пластинки,

Данные, полученные в опытах по отмыву пленки нефти с мрамор­ ной пластинки в 0,05%-ном растворе ОП-Ю, 0,05%-ном растворе катапина А и в дистиллированной воде, приведены в табл. 41.

После разрыва пленки в растворе катапина А на пластинке об­ разуются крупные капли и линзы нефти. Угол смачивания и пло­ щадь прилипания капель велики. Это объясняется тем, что катапин А гидрофобизирует поверхность мрамора.

Так как основным компонентом песчаных пород нефтяных ме­ сторождений является кварц, то были проведены опыты по отмыву пленок нефти с кварцевых пластинок в растворах различных ПАВ, которые показали, что процессы отмыва с кварца протекают так

11* 167

так, чтобы вокруг пластинок создавалось движение). Результаты опытов приведены в табл. 42.

Как видно из табл. 42, добавка неионогенного ПАВ ОП-Ю в воду значительно ускоряет отмыв нефти с поверхности кварца, стекла и мрамора и увеличивает количество отмытой нефти по сравнению с дистиллированной водой.

Добавка катионного ПАВ катапииа А в воду замедляет про­ цесс отмыва, увеличивает количество нефти, отмытой со стекла и кварца, по сравнению с дистиллированной водой, но ухудшает отмыв нефти с поверхности мрамора.

Были, проведены также опыты с нефтью Кюровдагского место­ рождения, которая, как указывалось выше, содержит нафтеновые кислоты. Пленку нефти получали на пластинках стекла, мрамора

ОП-Ю.

Опыты по отмыву нефти щелочной водой в течение 48 ч показа­ ли, что с пластинки стекла отмывалось 36% общего количества пленочной нефти. С пластинок же мрамора и полевого шпата нефть не отмывалась, что объясняется меньшей степенью гидро­ фильное™ их поверхности. Процесс отмыва при различных добав­ ках ПАВ ОП-Ю завершается в основном в течение 24 ч. С увели­ чением концентрации ПАВ ОП-Ю отмыв нефти возрастает.

При концентрации 0,01% ОП-Ю в щелочной воде количество отмытой нефти по сравнению с опытами без добавки ПАВ увели-

168

чивалось с 36 до 98% для стекла, с 0 до 80% — для мрамора и с 0 до 75% — для полевого шпата.

Жесткой водой со стеклянной пластинки в течение 48 ч было отмыто 9% нефти, а с пластинок мрамора и полевого шпата отмыва не было. Как и в предыдущем случае, с увеличением кон­ центрации ОП-10 скорость отмыва и количество отмытой нефти возрастают. При прочих равных условиях со стеклянной пластин­ ки отмывалось большее количество нефти, чем с мрамора и поле­ вого шпата. Так, при концентрации ОП-Ю 0,025% отмыв нефти с пластинки стекла увеличился от 9 до 90,8%, мрамора — от 0 до 68,5% и полевого шпата — от 0 до 61,5%. При дальнейшем повы­ шении концентрации ОП-Ю отмыв увеличивался незначительно.

Морской водой с пластинки стекла в течение 48 ч было отмыто 3% нефти, с пластинок мрамора и полевого шпата отмыва не бы­ ло. При 0,05%-ном растворе ОП-Ю в воде количество отмытой нефти увеличилось с поверхности стекла от 3 до 69,6%, мрамора — от 0 до 65,6%, полевого шпата — от 0 до 51,6%- При дальнейшем повышении концентрации ОП-Ю до 0,07% количество отмытой нефти практически не увеличивалось.

Речной водой за 48 ч с пластинки стекла было отмыто 6% неф­ ти, а с пластинки мрамора и полевого шпата отмыва не было.

При концентрации ОП-Ю в воде 0,05% количество отмытой нефти увеличилось по сравнению с отмывом без ПАВ с поверх­ ности стекла от 6 до 64,8%, мрамора — от 0 до 58,7% и полевого шпата — от 0 до 40%. Увеличение концентрации ОП-Ю до 0,07% заметного увеличения отмыва не дает.

Таким образом, опыты показали, что под воздействием различ­ ных вод и растворов в них ПАВ ОП-Ю происходит неравномерное утончение нефтяной пленки на различных твердых поверхностях и ее разрыв на микронеоднородностях этих поверхностей. Неф­ тяная пленка под действием молекулярных сил стягивается в от­ дельные капли и'линзы. Этот процесс происходит самопроизвольно за счет уменьшения свободной поверхностной энергии.

При разрыве пленки нефти жесткой, морской и речной водами на всех поверхностях образуются большие капли и линзы, а при

ОП-Ю в указанные воды скорость разрыва пленки уменьшается, но отмыв возрастает; остающиеся капли имеют малые размеры и краевые углы смачивания.

Ускорение процессов разрыва и отмыва происходит благодаря адсорбции ПАВ, облегчающей диспергирование нефти на поверх­ ности и улучшающей смачивание ее водой. При добавке ОП-Ю количество отмытой со всех пластинок нефти увеличивается. Наилучшне результаты при этом получаются при щелочной пластовой воде, наихудшие — при речной.

Количество нефти, отмытой жесткой пластовой водой, больше,

169