Заводнение поверхностно-активными веществами: передовой химический метод повышения нефтеотдачи пластов

Заводнение поверхностно-активными веществами — это сложный метод добычи нефти, получивший известность в нефтяной промышленности благодаря своей эффективности в мобилизации захваченной нефти из пород-коллекторов. Снижая межфазное натяжение, поверхностно-активные вещества обеспечивают лучшее вытеснение нефти и ее подвижность, что в конечном итоге повышает коэффициент нефтеотдачи. В этой статье рассматриваются принципы, применение, преимущества и проблемы, связанные с заводнением поверхностно-активными веществами в нефтяных пластах, а также то, как технология моделирования используется при планировании, проектировании, оптимизации и оценке проектов заводнения поверхностно-активными веществами для увеличения нефтеотдачи (EOR).

Понимание заводнения поверхностно-активными веществами при добыче нефти

Поверхностно-активные вещества, или поверхностно-активные вещества, представляют собой амфифильные молекулы с гидрофобными (водоотталкивающими) и гидрофильными (водопритягивающими) областями. При попадании в пласт поверхностно-активные вещества адсорбируются на границе раздела нефть-вода, образуя мицеллы или микроэмульсии. Это снижает межфазное натяжение между нефтью и водой, позволяя захваченным каплям нефти отрываться от поверхности породы и более эффективно мигрировать к добывающим скважинам.

Заводнение поверхностно-активными веществами — это метод, используемый при повышении нефтеотдачи пластов (EOR) для улучшения добычи нефти из пластов. Этот метод включает закачку поверхностно-активных веществ вместе с другими химическими веществами в пласт для изменения межфазного натяжения между нефтью, водой и поверхностями горных пород.

Как работает  заводнение поверхностно-активными веществами

Заводнение поверхностно-активными веществами основано на нескольких фундаментальных принципах, основанных на межфазной химии и гидродинамике.

1.  Снижение межфазного натяжения

Поверхностно-активные вещества представляют собой амфифильные молекулы с гидрофильными (притягивающими воду) и гидрофобными (притягивающими масло) компонентами. При закачке в пласт поверхностно-активные вещества адсорбируются на границе раздела нефти и воды. Это уменьшает межфазное натяжение между двумя флюидами, облегчая вытеснение воды водой с поверхности пород-коллекторов. Более низкое межфазное натяжение позволяет захваченным каплям нефти отрываться от поверхности пор и более эффективно перемещаться к добывающим скважинам.

2.  Изменение смачиваемости

Поверхностно-активные вещества могут изменять смачиваемость пород-коллекторов, влияя на взаимодействие флюидов с поверхностью породы. Во многих случаях породы-коллекторы обладают смешанной смачиваемостью, то есть они частично гидрофильны водой и частично нефтесмачиваемы. Поверхностно-активные вещества могут изменить смачиваемость в сторону более смачиваемого водой состояния, что улучшает сродство породы к воде и увеличивает вытеснение нефти. Такое изменение смачиваемости еще больше облегчает мобилизацию захваченной нефти и повышает эффективность добычи.

3.  Образование мицелл и солюбилизация

Поверхностно-активные вещества обладают способностью образовывать мицеллы или микроэмульсии в присутствии масла и воды. В мицеллярных растворах молекулы поверхностно-активных веществ самоорганизуются в агрегаты, известные как мицеллы, причем их гидрофильные головки обращены наружу, а гидрофобные хвосты сгруппированы в ядре. Эти мицеллы могут солюбилизировать гидрофобные компоненты, такие как нефть, образуя стабильные комплексы, которые способствуют мобилизации и транспортировке нефти через пласт. Повышая растворимость нефти в воде, заводнение поверхностно-активными веществами улучшает извлечение захваченных углеводородов.

4.  Повышение эффективности развертки

Заводнение поверхностно-активными веществами повышает эффективность вытеснения закачиваемых флюидов внутри пласта. Эффективность вытеснения означает способность закачиваемых жидкостей вытеснять и извлекать нефть из всего объема пласта. Уменьшая межфазное натяжение и изменяя смачиваемость, поверхностно-активные вещества способствуют более равномерному потоку жидкости и лучшему покрытию пласта, гарантируя, что нефть, захваченная в удаленных регионах и обходных зонах, эффективно мобилизуется и извлекается.

5.  Оптимизация управления мобильностью

Заводнение поверхностно-активными веществами помогает оптимизировать контроль подвижности внутри пласта, особенно в неоднородных пластах с различной проницаемостью и пористостью. Уменьшая контраст подвижности между закачиваемой водой и вытесненной нефтью, поверхностно-активные вещества снижают риск образования пальцев и каналов, которые могут привести к неэффективному вытеснению и раннему прорыву воды. Этот улучшенный контроль подвижности обеспечивает более сбалансированное вытеснение нефти по пласту и максимизирует эффективность нефтеотдачи.

Применение и преимущества заводнения поверхностно-активными веществами

1.  Повышение нефтеотдачи пластов (МУН)

Заводнение поверхностно-активными веществами в первую очередь используется как метод повышения нефтеотдачи   для извлечения дополнительной нефти из пластов сверх того, что может быть извлечено с помощью методов первичной и вторичной добычи. Уменьшая межфазное натяжение и изменяя смачиваемость, поверхностно-активные вещества улучшают эффективность вытеснения закачиваемых флюидов, способствуя мобилизации и извлечению остаточной нефти, захваченной в порах пласта.

2.  Повышенная эффективность развертки

Заводнение поверхностно-активными веществами повышает эффективность вытеснения закачиваемых флюидов внутри пласта. Эффективность вытеснения означает способность закачиваемых жидкостей контактировать и вытеснять нефть из всего объема пласта. Снижая межфазное натяжение и способствуя равномерному потоку жидкости, поверхностно-активные вещества обеспечивают лучшее покрытие пласта и улучшение вытеснения нефти из обходных зон и удаленных регионов, максимизируя эффективность добычи.

3.  Снижение производства воды

Заводнение поверхностно-активными веществами помогает минимизировать добычу воды за счет улучшения контроля подвижности воды и нефти внутри пласта. Снижая межфазное натяжение и изменяя смачиваемость, поверхностно-активные вещества снижают риск раннего прорыва закачиваемой воды, что может привести к избыточному обводнению. Это приводит к снижению обводненности, что позволяет добывать более высокую долю нефти из пласта.

4.  Экологически чистый

По сравнению с другими методами повышения нефтеотдачи, такими как закачка пара или химическое заводнение, заводнение поверхностно-активными веществами относительно экологически безопасно. Обычно он предполагает использование биоразлагаемых поверхностно-активных веществ и не приводит к значительным выбросам парниковых газов или воздействию на поверхность. В результате заводнение поверхностно-активными веществами часто отдается предпочтение из-за его меньшего воздействия на окружающую среду и совместимости с инициативами устойчивого развития.

5.  Универсальность различных типов резервуаров

Заводнение поверхностно-активными веществами может применяться в различных типах коллекторов, включая песчаники, карбонаты и трещиноватые пласты. Он эффективен как в нефтесмачиваемых, так и в водосмачиваемых коллекторах, что делает его универсальным решением для широкого спектра геологических условий. Кроме того, заводнение поверхностно-активными веществами может быть адаптировано к конкретным характеристикам пласта путем выбора рецептур поверхностно-активных веществ и стратегий закачки, что максимизирует его применимость и эффективность.

6.  Улучшение экономики нефтедобычи

Заводнение поверхностно-активными веществами может привести к значительному улучшению экономики нефтедобычи за счет повышения производительности и продления срока эксплуатации нефтяных месторождений. Хотя заводнение поверхностно-активными веществами требует первоначальных инвестиций в поверхностно-активные вещества, закачивающее оборудование и системы мониторинга пласта, результирующее увеличение добычи нефти и прирост запасов могут оправдать эти затраты в долгосрочной перспективе. Оценка экономической целесообразности необходима для оценки потенциальных выгод и оптимизации экономики проекта.

Проблемы и решения при использовании заводнения поверхностно-активными веществами для повышения нефтеотдачи пластов

1.  Выбор и рецептура поверхностно-активного вещества

Задача:  Выбор подходящего состава поверхностно-активного вещества, адаптированного к конкретным пластовым условиям, может оказаться сложной задачей из-за сложного взаимодействия между поверхностно-активными веществами, пластовыми флюидами и поверхностью горных пород.

Решение: Провести комплексные лабораторные испытания и моделирование пласта, чтобы оценить эффективность различных составов поверхностно-активных веществ в пластовых условиях. Используйте передовые аналитические методы и компьютерное моделирование для оптимизации выбора и рецептуры поверхностно-активных веществ для достижения максимальной эффективности.

2.  Удержание и потери поверхностно-активных веществ

Проблема: ПАВ могут адсорбироваться на породах-коллекторах, задерживаться в поровых пространствах или разрушаться пластовыми флюидами, что снижает их эффективность и требует увеличения объемов закачки.

Решение:  Разработка составов поверхностно-активных веществ с улучшенными удерживающими свойствами, таких как алкилэтоксилированные сульфаты или алкилполиглюкозиды, которые проявляют меньшую склонность к адсорбции. Внедряйте предварительную промывку поверхностно-активными веществами или добавки, чтобы минимизировать потери поверхностно-активных веществ и улучшить проникновение в пласт. Используйте стратегии переработки и повторного впрыска поверхностно-активных веществ для повышения общей эффективности и снижения потребления.

3.  Изменение смачиваемости и неоднородность коллектора.

Проблема:  Достижение и поддержание желаемого изменения смачиваемости в гетерогенных коллекторах с различными свойствами горных пород может быть сложной задачей, что приводит к неравномерному вытеснению нефти и неоптимальной нефтеотдаче.

Решение:  использовать составы поверхностно-активных веществ и стратегии закачки, специально разработанные для стимулирования и поддержания изменения смачиваемости в различных пластовых условиях. Используйте передовые методы определения характеристик пласта, такие как каротаж скважин и анализ керна, для оценки неоднородности пласта и соответствующей адаптации проектов заводнения поверхностно-активными веществами. Внедряйте периодический мониторинг и корректировку параметров закачки для оптимизации изменения смачиваемости и максимизации эффективности нефтеотдачи.

4.  Химическая совместимость и взаимодействие.

Проблема: поверхностно-активные вещества могут взаимодействовать с другими химическими веществами, используемыми в процессе, такими как полимеры или щелочные агенты, что приводит к осаждению, образованию эмульсии или снижению производительности.

Решение:  Проведите тестирование на совместимость, чтобы оценить потенциальное взаимодействие между поверхностно-активными веществами и другими химическими веществами перед закачкой. Используйте системы поверхностно-активное вещество-полимер или сорастворители поверхностно-активное вещество-спирт, чтобы смягчить проблемы совместимости и повысить общую производительность. Внедрить системы мониторинга и контроля в режиме реального времени для обнаружения и смягчения химических взаимодействий во время операций по закачке.

5.  Соображения стоимости и экономика

Проблема:  Заводнение поверхностно-активными веществами может быть капиталоемким из-за стоимости поверхностно-активных веществ, закачивающего оборудования и систем мониторинга пласта, что вызывает обеспокоенность по поводу экономической осуществимости и жизнеспособности проекта.

Решение:  Провести комплексную экономическую оценку потенциальных выгод и рисков, связанных с проектами заводнения поверхностно-активными веществами. Оптимизируйте стратегии закачки, методы управления пластами и рецептуры поверхностно-активных веществ, чтобы максимизировать отдачу от инвестиций и минимизировать эксплуатационные затраты. Изучите альтернативные варианты финансирования, партнерские отношения и правительственные стимулы для поддержки реализации проектов заводнения поверхностно-активными веществами.

6.  Воздействие на окружающую среду и соблюдение нормативных требований

Проблема: Операции по затоплению поверхностно-активными веществами могут вызвать экологические проблемы, связанные с использованием химикатов, потреблением воды и потенциальным воздействием на качество подземных вод.

Решение:  Внедрить строгие методы управления окружающей средой и меры по соблюдению нормативных требований для смягчения потенциальных рисков и обеспечения ответственного управления природными ресурсами. Используйте биоразлагаемые поверхностно-активные вещества, системы рециркуляции воды и экологически чистые добавки, чтобы минимизировать воздействие на окружающую среду операций заводнения поверхностно-активными веществами. Взаимодействуйте с регулирующими органами, заинтересованными сторонами и местными сообществами для решения экологических проблем и укрепления доверия к устойчивости проектов заводнения поверхностно-активными веществами.

Как технология моделирования используется в проектах заводнения  поверхностно- активными веществами для повышения нефтеотдачи 

1.  Характеристика резервуара

Имитационные модели начинаются с детальной характеристики коллектора, которая включает сбор данных о свойствах горных пород, составе жидкости, геометрии коллектора и других соответствующих параметрах. Передовые методы, такие как каротаж скважин , анализ керна и сейсмическая визуализация, используются для создания трехмерных геологических моделей резервуара.

2.  Моделирование поведения жидкости

Моделирование заводнения поверхностно-активными веществами включает моделирование поведения флюидов в пласте-коллекторе , включая взаимодействие между поверхностно-активными веществами, нефтью, водой и поверхностями горных пород. Свойства жидкости, такие как межфазное натяжение, вязкость и растворимость, включаются в имитационные модели для точного прогнозирования механизмов течения жидкости и вытеснения.

3.  Оптимизация рецептуры поверхностно-активных веществ и стратегии закачки

Технология моделирования позволяет инженерам оптимизировать составы поверхностно-активных веществ и стратегии закачки, моделируя различные сценарии и оценивая их влияние на эффективность нефтеотдачи . Такие параметры, как концентрация поверхностно-активного вещества, скорость закачки, время закачки и расположение скважины, можно регулировать, чтобы максимизировать эффективность охвата и минимизировать потери поверхностно-активного вещества.

4.  Моделирование изменения смачиваемости

Заводнение поверхностно-активными веществами часто приводит к изменению смачиваемости пород-коллекторов с целью повышения нефтеотдачи. Имитационные модели моделируют влияние изменений смачиваемости, вызванных поверхностно-активными веществами, на поведение потока флюида, капиллярное давление и эффективность вытеснения нефти. Это позволяет инженерам разрабатывать проекты заводнения поверхностно-активными веществами, которые оптимизируют изменение смачиваемости и повышают темпы нефтеотдачи.

5.  Анализ чувствительности и оценка неопределенности

Технология моделирования позволяет проводить анализ чувствительности и оценку неопределенности для оценки влияния различных параметров и неопределенностей на результаты проекта. Это помогает выявить ключевые факторы, влияющие на эффективность проекта, и оценить надежность результатов моделирования. Анализ чувствительности может быть выполнен по таким параметрам, как проницаемость коллектора, пористость, свойства поверхностно-активных веществ и условия закачки.

6.  Мониторинг в реальном времени и поддержка принятия решений

Усовершенствованные инструменты моделирования позволяют в режиме реального времени отслеживать операции по заводнению поверхностно-активными веществами и обеспечивают поддержку принятия решений промысловыми инженерами. Данные в режиме реального времени из добывающих и нагнетательных скважин и датчиков мониторинга можно интегрировать в имитационные модели для отслеживания хода проекта, оценки отклонений в производительности и принятия обоснованных эксплуатационных решений.

7.  Оценка производительности и анализ после моделирования.

После завершения операций по заводнению поверхностно-активными веществами технология моделирования используется для оценки эффективности проекта и проведения пост-имитационного анализа. Инженеры сравнивают результаты моделирования с фактическими полевыми данными, чтобы проверить точность модели и определить области для улучшения. Уроки, извлеченные из анализа после моделирования, послужат основой для будущих проектов заводнения поверхностно-активными веществами и будут способствовать постоянным усилиям по оптимизации.

Заключение

Заводнение поверхностно-активными веществами представляет собой сложный подход к добыче нефти, который использует химические методы для увеличения вытеснения и добычи нефти из пластов. Хотя необходимо решать такие проблемы, как выбор поверхностно-активных веществ, их удержание и неоднородность пласта, текущие достижения и инновации в рецептурах поверхностно-активных веществ и стратегиях закачки продолжают расширять применимость и эффективность этого метода увеличения нефтеотдачи.

Технологии моделирования играют жизненно важную роль в успешной реализации проектов заводнения поверхностно-активными веществами, обеспечивая всестороннее понимание поведения пласта, оптимизируя стратегии закачки, оценивая риски проекта и поддерживая принятие решений в режиме реального времени.