Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2019
Ключевые слова: бурение, фильтрация, смачиваемость, наноэмульсии, наножидкости, нефтеотдача, продуктивный пласт, заводнение керна, кин, тяжелая нефть, кольматация, гидроразрыв
Аннотация: Целью исследований, выполненных коллективом в этом году, являлось комплексное и систематическое изучение эффективности вытеснения нефти с помощью наносуспензий и наноэмульсий. В результате работ в этом году были разработаны рецептуры растворов на основе наноэмульсий, наносуспензий и полимерных композиций для вытеснения нефти из плаПоказать полностьюста, получены систематические экспериментальные данные о реологических характеристиках наносуспензий и наноэмульсий, изучено их влияние на межфазное натяжение и смачиваемость на границе раздела с нефтью и горной породой, получены экспериментальные и численные данные о характеристиках вытеснения нефти из горной породы с помощью наноэмульсий и наносуспензий.?В итоге, в этой части проекта получены следующие основные результаты.?1. Отработаны технологии получения устойчивых наносуспензий и низкоконцентрированных наноэмульсии для заводнения пласта, позволяющие получать коллоидноустойчивые суспензии и эмульсии с размерами капель порядка 100мкм, основные свойства которых слабо изменяются в течение как минимум десяти дней.?2. Изготовлено и проведено систематическое изучение свойств более чем 40 различных растворов на основе наноэмульсий, наносуспензий и полимерных композиций для вытеснения нефти из пласта. В отличие от ранее проведенных исследований, в данном проекте впервые получены систематические данные об объёмной (второй) вязкости водных наносуспензии. Показано, что сдвиговая вязкость наносуспензий существенно зависит от размера наночастиц. С уменьшением размера наночастиц коэффициент вязкости наносуспензии увеличивается. Экспериментально показана зависимость вязкости наносуспензии от материала наночастиц. При этом впервые в данном проекте экспериментально было показано, что с увеличением размера наночастиц влияние материала наночастиц на вязкость наносуспензий уменьшается. В ходе выполнения проекта было изучено влияние объемного содержания и вида базового масла в эмульсии, вида и концентрации эмульгатора, температуры и длительности ультразвуковой обработки на свойства получаемой эмульсии. Установлена взаимосвязь между размерами капель в эмульсиях с их свойствами. В результате были подобраны необходимые реагенты и определены их оптимальные концентрации, разработана технология приготовления эмульсий с высокой коллоидной устойчивостью и температурной стабильностью. ?3. Показано, что на характеристики смачиваемости водо-нефтяных систем существенное влияние оказывает присутствие наночастиц. С увеличением концентрации наночастиц межфазное натяжение на границе нефть/наносуспензия снижается, а краевой угол для капли нефти на горной породе в наносуспензии, напротив, возрастает. Кроме того, показано, что это влияние зависит от размера наночастиц. С уменьшением размера наночастиц краевой угол смачивания на границе нефть/наносуспензия/горная порода увеличивается, а коэффициент межфазного натяжения нефть/наносуспензия, напротив, уменьшается. Действие добавки наночастиц на смачиваемость поверхности горной породы нефтью в наносуспензии существенно зависит от материала горной породы. Анализ литературы показывает, что подобные систематические исследования выполнены впервые. Таким образом, было установлено, что использование наносуспензий и наноэмульсий может радикально менять смачиваемость нефтью горной породы, что позволяет значительно повысить коэффициент извлечения нефти.?4. Экспериментально установлено, что добавка наночастиц позволяет увеличить коэффициент извлечения нефти. При этом с увеличением концентрации наночастиц в вытесняющей жидкости коэффициент извлечения нефти в среднем возрастает. Впервые систематически исследована зависимость коэффициента извлечения нефти от размера наночастиц. В результате было установлено, что КИН увеличивается с уменьшением размера наночастиц. Эти данные хорошо согласуются с измерениями краевого угла смачивания в системах нефть/наносуспензия/горная порода. Систематические измерения, выполненные для нескольких наносуспензий с контролируемым размером наночастиц, впервые позволили обнаружить влияние материала наночастиц на КИН с помощью наносуспензии. Проведено изучение влияния начальной проницаемости керна на величину КИН для наносуспензий. Установлено, что с увеличением проницаемости эффект от добавки наночастиц увеличивается.?5. Показано, что наноэмульсии также обладают значительным потенциалом для увеличения коэффициента извлечения нефти. Исследовано влияние объемной доли дисперсной УВ фазы в эмульсии на величину КИН. Показано, что с увеличением содержания УВ фазы КИН возрастает. Так, в частности, для наноэмульсии с содержанием нефти 2,5 об.% было получено увеличение КИН практически на 40%. При этом значительный эффект наблюдался уже при концентрации нефти, начиная с 1%. На наш взгляд, это обстоятельство делает данную эмульсию весьма привлекательной для заводнения пласта. В настоящее время известен опыт применения тяжелых нефтяных фракций для закачки в пласт при добыче нефти. Исследований применения для этих целей низкоконцентрированных нефтяных эмульсий в настоящий момент нет.?6. Получены результаты расчетного исследования процессов вытеснения нефти с помощью нанофлюидов. С помощью моделирования проведено систематическое исследование факторов, влияющих на эффективность процесса вытеснения. В качестве таких факторов были рассмотрены расход вытесняющей жидкости, размер используемых наночастиц, вязкость нефти, а также проницаемость горной породы. Анализ полученных данных позволил объяснить основные закономерности влияния наноэмульсий и наносуспензий на процесс вытеснения нефти. Это позмолило окончательно установить, что основной причиной увеличения КИН при вытеснении нефти наножидкостью является улучшение смачивания горной породы. Результаты численного моделирования были сопоставлены с экспериментальными данными. Получено хорошее согласование на качественном уровне. ?7. В целом, по итогам этой части исследований было продемонстрировано, что закачка наноэмульсий и наносуспензий в пласт для увеличения нефтеотдачи обладает большим потенциалом для использования. Имеется большой запас для совершенствования этих технологий путем подбора соответствующих наноматериалов и химических реагентов, и отработки технологий их закачки. ?8. Проведен анализ и систематизация полученных данных и сформулированы на их основе практические рекомендаций по применению наносуспензий и наноэмульсий в технологиях разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений. Проведенные в рамках данного проекта исследования показали, что разработанные буровые растворы с наночастицами имеют ряд принципиальных преимуществ по сравнению с традиционными растворами: имеют повышенные эксплуатационных характеристики (работа при высоких температурах и давлении в условиях воздействия агрессивных сред и пр.); максимально адаптивны к горно-геологических условиям и особенностям разработки; обладают широким диапазоном регулирования свойств; добавка требуется в малом количестве, возможно снижение себестоимости; экологически инертны. Это открывает широкую перспективу по их применению. Продемонстрированные в проекте результаты по возможности управления свойствами буровых растворов с помощью добавок наночастиц по многим показателям превосходят мировой уровень, и на наш взгляд могли бы быть успешно внедрены в отечественную нефтегазовую промышленность.?Безусловно, большим потенциалом к внедрению обладают результаты исследований по возможности применения наноэмульсий и наносуспензий в качестве нефтевытесняющих агентов. Хорошо известно, что последние десятилетия уровень добычи нефти на наших крупных месторождениях в Западной Сибири, на долю которых приходится более 50% запасов, снижается. Проблема усугубляется и низкими ценами на нефть, которые в обозримой перспективе вряд ли значительно вырастут. Эти условия требуют создания принципиально новых высокоэффективных технологий разработки месторождений углеводородов, делающих рентабельной добычу в условиях низких цен на нефть. В перспективе широкое применение наносуспензий и наноэмульсий для разработки и эксплуатации нефтяных и газовых скважин могло бы стать одной из таких технологий.?Полученные в проекте результаты продемонстрировали, что закачка наноэмульсий и наносуспензий в пласт для увеличения нефтеотдачи обладает большим потенциалом для использования. Имеется большой запас для совершенствования и доводке этих технологий путем подбора соответствующих наноматериалов и химических реагентов, и отработки технологий их закачки. Конечно, полученные в этом направлении результаты являются только первым шагом к широкому внедрению данной технологии в разработку нефтегазовых месторождений. Требуются дальнейшие систематические исследования, в том числе и опытно-промышленные. Тем не менее, перспективы применения нанофлюдных технологий для увеличения нефтеотдачи, бесспорно, имеются. ?9. Всего по проекту за прошедший период опубликовано 8 статей в рецензируемых российских и зарубежных научных изданиях, индексируемых в базах данных WoS Core Collection и SCOPUS, в том числе2 публикация в журнале из Q1 (Journal of Natural Gas Science and Engineering, Journal of Natural Gas Science and Engineering). Результаты проекта были представлены на шести всероссийских и международных конференциях. Всего в общей сложности участниками проекта в этом году было сделано 10 докладов. Коллективом проекта и под его эгидой в октябре 2019 года была проведена VIII Всероссийская научно-техническая конференция c международным участием, "УЛЬТРАДИСПЕРСНЫЕ ПОРОШКИ, НАНОСТРУКТУРЫ, МАТЕРИАЛЫ" Красноярск, 24-25 октября 2019 г. В работе которой приняли более чем 50 участников.?10. Таким образом, все запланированные в проекте на этот год задачи решены и необходимые показатели достигнуты. ?