Моющее действие ПАВ. Роль ПАВ в увеличении нефтеотдачи пластов

 

ПАВ обладают моющим действием. Механизм моющего действия включает несколько стадий. ПАВ понижает поверхностное натяжение раствора, что улучшает смачивание загрязненных предметов и проникновение раствора в узкие места, капилляры и т. д. Адсорбция ПАВ на частицах загрязнений и на поверхности обрабатываемого предмета способствует отрыву этих частиц от предмета и их стабилизации в растворе. Образующаяся пена обеспечивает унос загрязнений (флотация). Очистка от масляных загрязнений достигается также за счет солюбилизации, это подтверждается тем, что моющее действие ПАВ проявляется при концентрациях, превышающих ККМ.

Физико-химические основы применения ПАВ для увеличения нефтеотдачи практически идентичны описанному выше механизму моющего действия.

В настоящее время нефтяные месторождения эксплуатируют преимущественно с применением заводнения (около 90% всей нефти добывают с использованием этого метода). Эффективность выработки запасов нефти таких месторождений может быть заметно увеличена при использовании физико-химических методов воздействия, в частности, за счет улучшения моющего и нефтевытесняющего свойств воды.

С этой целью осуществляют закачку оторочек водорастворимых полимеров, ПАВ, смесей ПАВ и полимеров, мицеллярное, щелочное, кислотное заводнение и т. д.

Остановимся подробнее на основных особенностях некоторых из перечисленных методов увеличения нефтеотдачи.

Применение ПАВ и мицеллярных растворов.

При заводнении пластов используют различные технологии применения ПАВ.

Осуществляют закачку растворов большого объема с низкой концентрацией ПАВ в воде. В этом случае возможно снижение межфазного натяжения закачиваемого раствора на границе с нефтью до сверхнизких значений порядка 10^-4-10^-2 мДж/м ². Такой метод направлен на максимально возможное извлечение всей находящейся в пласте нефти, в том числе и остаточной, после обычного заводнения.

При определенных условиях часть пластовой нефти может переходить в водную фазу в результате солюбилизации нефти раствором мицеллообразующего ПАВ. Полученную систему можно рассматривать как микроэмульсию. Ее вязкость за счет углеводородных компонентов существенно увеличивается и обычно превышает вязкость вытесняемой нефти, при этом коэффициент охвата вытеснением также оказывается высоким. Такая технология часто называется мицеллярным заводнением.

Другим вариантом мицеллярного заводнения является закачка растворов ПАВ малого объема повышенной концентрации в виде оторочек. В этом случае в нагнетаемый раствор добавляют спирт, а также углеводород или полимер для образования микроэмульсии.

Таким образом, одной из причин дополнительной добычи нефти, связанной с использованием ПАВ, является регулирование подвижностей фильтрующихся фаз.

Другими уже ранее перечисленными причинами являются: снижение межфазного натяжения нефти на границе с закачиваемым водным раствором, изменение краевых углов смачивания (гидрофилизация породы), а также снижение набухаемости глинистых минералов, улучшение капиллярной пропитки и увеличение фазовой проницаемости для нефти.

Следует отметить, что методы увеличения нефтеотдачи, основанные на использовании поверхностно-активных веществ, имеют сложную и противоречивую историю.

Важным элементом эффективности методов увеличения нефтеотдачи на основе ПАВ является их высокая адаптивность к различным геолого-физическим условиям (температура пласта; состав породы, образующей коллектор; а также солевой состав пластовых и закачиваемых вод), а недостатком, являющимся продолжением указанного достоинства – высокая чувствительность к изменению этих параметров в ходе процесса взаимодействия ПАВ с пластовой системой, что делает реализацию технологического процесса применения композиций на основе поверхностно-активных веществ достаточно уязвимой.

Щелочное заводнение.

При закачке в пласт раствора щелочи происходит её взаимодействие с органическими кислотами и некоторыми другими компонентами нефти. В зависимости от состава нефти и свойств щелочи происходит либо химическая реакция омыления кислот с образованием поверхностно-активных веществ, либо усиление поверхностной активности содержащихся в нефтях природных ПАВ.

В результате образуется высоковязкая эмульсия типа нефть/вода, снижается межфазное натяжение на границе раздела: раствор щелочи/нефть, улучшается смачиваемость породы водной фазой. Это, в свою очередь, увеличивает охват пласта заводнением и снижает остаточную нефтенасыщенность, что в конечном итоге и приводит к повышению нефтеотдачи пласта.

Кислотная обработка.

Из всего объема работ по повышению нефтеотдачи пластов применение промышленных отходов серной кислоты является одним из наиболее распространенных.

Известно, что концентрированная серная кислота реагирует с ароматическими и предельными углеводородами нефти, содержащими третичный атом углерода. В результате этих химических реакций получаются алкилсульфокислоты и алкиларилсульфокислоты различного строения, которые являются поверхностно-активными веществами и оказывают заметное влияние на улучшение нефтевымывающих свойств закачиваемой в пласт воды.

Микробиологические методы повышения нефтеотдачи.

Идея использования бактерий с целью вытеснения нефти из пористых сред была высказана еще в 1926 году. Установлено, что некоторые микроорганизмы продуцируют поверхностно-активные вещества (органические кислоты, спирты), а также СО₂. Основным сырьем для питательного заводнения в мировой практике является меласса – отход сахарного производства. При её внутрипластовом брожении образующиеся био-ПАВ, растворяясь в воде, воздействуют на её нефтевымывающие свойства и интенсивность капиллярной пропитки.

 

Перечисленные выше методы повышения нефтеотдачи пластов - комплексные, их воздействие на пласт многофункциональное. Тем не менее, роль ПАВ в механизме такого рода воздействий является существенной не только при их прямом применении, но и при использовании других методов (щелочное заводнение, кислотная обработка, микробиологические методы), когда поверхностно-активные вещества образуются как продукты реакций кислот и щелочей с компонентами нефти или в процессе жизнедеятельности микроорганизмов.