Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время основные нефтяные месторождения находятся на поздней стадии разработки, которая характеризуется ухудшением структуры запасов и ростом обводненности добываемой продукции. Воды, извлекаемые вместе с нефтью, являются основным вытесняющим нефть агентом, в том числе основой растворов различных реагентов в процессах обработки призабойной зоны пласта и интенсификации добычи нефти. В связи с этим проблемы целенаправленного воздействия на пластовые воды и эффективного их использования для увеличения нефтеотдачи представляют актуальную задачу.
Интенсификация добычи нефти может осуществляться за счет использования пластовых вод путем создания в пластах физико-химических условий, обеспечивающих эффективный процесс вытеснения нефти, в частности, путем электрохимической активации вод.
Известны два вида воздействия электрическим током на минерализованные воды - электрохимическое и ионно-плазменное (ЭХВ и ИПВ). Они относятся к способам генерирования химически активных частиц под действием электрического тока и плазмы соответственно. ЭХВ и ИПВ обеспечивают протекание электро- и плазмохимических реакций, способствующих изменению химического состава и физико-химических свойств вод. Сопутствующим процессом при этом является электролитический нагрев. Новые свойства пластовой воды, в том числе соотношения выхода окислителей и восстановителей (показатель рН), определяются величиной подаваемого на электроды напряжения, временем воздействия, материалами электродов, составом и минерализацией вод.
Достоинством электрохимической активации вод является то, что пластовая вода без внесения в нее химических реагентов превращается в активный водный раствор с кислотными или щелочными свойствами. Полученные растворы могут быть использованы для очистки призабойной зоны пласта и воздействия на пласт.
Использование процессов электрохимических обработок пластовых вод и скважин известно как в нашей стране, так и за рубежом. Во многих работах приведено объяснение физико-химических процессов в минерализованных водах, происходящих при ЭХВ и ИПВ, также рассматриваются процессы взаимодействия продуктов реакций с насыщенной пористой средой. Недостаточно освещенными остаются
изменения фильтрационных характеристик пластов при их заводнении водой после ЭХВ и ИПВ.
Цель работы - исследование ЭХВ и ИПВ на минерализованные пластовые воды нефтяных месторождений и установление механизмов влияния полученных активных водных растворов на фильтрационные характеристики пород для определения возможностей эффективного использования этих растворов в процессах интенсификации добьгаи нефти.
Основные задачи работы:
Обзор и анализ научно-технической литературы по электрохимической активации минерализованных вод; анализ и обобщение результатов внедрения электрохимических и плазменных методов увеличения нефтеотдачи пластов (литературно-патентный поиск применения в нефтедобыче).
Проведение экспериментальных работ по изучению физико-химических процессов при ЭХВ и ИПВ на минерализованные воды.
Комплексные лабораторные исследования по определению влияния электрохимической активации минерализованных вод на фильтрационные характеристики пород.
Численная реализация математической модели вытеснения нефти электрохимически активированной водой.
Расчет параметров забойного электрохимического генератора.
Определение и формулировка оптимального способа ЭХВ на пластовую воду.
Методы решения поставленных задач. Основным методами решения поставленных задач являются экспериментальные исследования, последующий анализ и обобщение их результатов. При проведении экспериментальных исследований по ЭХВ и ИПВ на минерализованные воды и опытов по изучению влияния полученных активных водных растворов на нефть и породу пластов использовались современные лабораторные методы, такие как: метод центрифугирования, хроматография, рентгеноструктурный анализ, лабораторное моделирование процесса вытеснения нефти водой на образцах кернов пород-коллекторов, метод Амотта, и другие.
Использовалось также численное моделирование процесса двухфазной фильтрации нефти и воды.
На защиту выносятся:
1. Результаты экспериментальных исследований по воздействию постоянным электрическим током на минерализованные воды нефтяных
месторождений, показывающие возможность получения активных водных растворов с щелочными или кислотными свойствами.
2. Результаты комплексных экспериментальных исследований, на
основе которых установлено: снижение межфазного натяжения на
границе раздела нефти с водой после ЭХВ; образование эмульсии нефти
в активной воде; изменение характера смачиваемости водой после ЭХВ
терригенных коллекторов с гидрофобного на гидрофильный.
3. Результаты лабораторного моделирование вытеснения нефти
водой: при вытеснении нефти активной водой коэффициент
нефтевытеснения в терригенных коллекторах в среднем увеличивается
на 6 %.
Полученные численной реализацией математической модели вытеснения нефти водными растворами электрохимических агентов результаты, показывающие эффективность вытеснения нефти водой после ЭХВ.
Новый способ электрохимической обработки скважин с комплексом технических средств.
Научная новизна.
На основе лабораторных исследований установлено:
- снижение межфазного натяжения на границе раздела нефти с
водой после ЭХВ, образование эмульсии нефти в активной воде;
- изменение кривых капиллярного давления при заводнении
активной водой: при одних и тех же величинах капиллярных давлений
образцы керна песчаника, насыщенные водой после ЭХВ, удерживают
большее количество воды;
- вода после ЭХВ изменяет характер смачиваемости терригенных
пород с гидрофобного на гидрофильный, этот эффект в известняках не
наблюдается. Значения параметра насыщения для песчаника меньше при
их насыщении водой после ЭХВ, что подтверждает увеличение
гидрофильное породы.
Практическая ценность. Результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы для интенсификации добычи нефти при реализации способа электрообработки скважин в разработке нефтяных залежей. Кроме того, они необходимы для понимания процессов, происходящих в пористой среде продуктивных пластов при воздействии на них активными водными растворами, полученными в результате воздействия на минерализованные пластовые воды электрическим током.
Разработан новый способ электрохимической обработки нагнетательных скважин.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях и научных школах:
Научно-практическая конференция «Энергоэффективность. Проблемы и решения» в рамках VIII Российского энергетического форума (г. Уфа, 2008г.);
Четырнадцатая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ - 14, Уфа, 2008);
Студенческая научно-практическая конференция по физике (г. Уфа, 2009г.);
Международная школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Уфа, 2009г.);
X и XI научно-практические конференции молодых работников ОАО «Татнефть» (г. Альметьевск, 2010г.; г. Азнакаево, 2011г.);
Семинар молодых специалистов ОАО «Татнефть» по секции «Геология, разработка и увеличение нефтеотдачи пластов» (г. Альметьевск, 2012г.).
Публикации и личный вклад автора. Основные результаты диссертации опубликованы в 15 работах, из которых 3 в журналах, входящих в перечень ВАК РФ, получен 1 патент РФ на изобретение. Личный вклад автора состоит в выборе объектов и методов исследований, непосредственном проведении экспериментов, анализе полученных результатов экспериментальных и численных исследований, формулировке выводов.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 154 наименования. Изложена на 126 страницах машинописного текста, в том числе содержит 1 приложение, 21 таблицу и 69 рисунков.
Автор выражает благодарность и признательность научному руководителю д.ф.-м.н. Хабибуллину И.Л., к.т.н. Газарову А.Г., к.ф.-м.н. Мусину К.М., к.т.н. Сотникову О.С, Ремееву М.М., а также сотрудникам ТатНИПИнефть и БашГУ за помощь и полезные советы, высказанные в процессе выполнения работы.
