Введение к работе
Актуальность проблемы. Применение методов повышения нефтеотдачи может быть целесообразным на любой стадии разработки нефтяных месторождений - от стадии проектирования разработки до момента принятия # решения о выработанности месторождения. Большое разнообразие методов повышения нефтеотдачи требует выполнения значительного объема экспериментальных работ для выбора наиболее эффективного метода в каждом конкретном случае. С другой стороны, анализ эффективности методов повышения нефтеотдачи может быть проведен методами математического моделирования на основании знания физико-химических свойств вмещающих пород с использованием адекватных физических моделей, описывающих свойства нефти и динамику их изменения.
К настоящему моменту хорошо изучены свойства нефти на молекулярном уровне и на макроскопическом уровне. Промежуточный же диапазон характерных размеров, наиболее важный для правильного обоснования параметров технологий повышения нефтеотдачи, в настоящее время изучен недостаточно. Именно это и обусловливает актуальность данной работы, посвященной изучению влияния надмолеклярной структуры нефти на физико-химические процессы, протек: ошие в пласте при применении методов повышения нефтеотдачи.
Цель работы заключалась в изучении надмолекулярной структуры нефти, ее влияния на характеристики процессов извлечения нефти и обоснование параметров технологий повышения нефтеотдачи.
Основные задачи исследования:
- изучение ассоциации асфальтеновых молекул и влияния на динамику
образования и разрушения ассоциатов различных внешних условий,
исследование характера участия ванаднловых комплексов в образовании
надмолекулярных структур; .
- изучение структуры межмолекулярного пространства нефти и ее влияния на
диффузию молекулярного кислорода при различных внешних условиях;
изучение адсорбции смояисто-асфальтеновой фракции нефти а пористой среде її влияния образующихся при этом надмолекулярных структур на характер фильтрации нефти;
изучение строения асфальтеновых шщелл в нефти и связанного с их строением характера их коагуляции.
В рассмотрение в данной работе не были включены микрокристаллы парафинов.
Методы ргшетш ввста&кевішх їадач. В качестве метода исследования была выбрана магнитно-резонансная спектроскопия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и двойного электронно-ядерного резонанса v {ЭЯР). Спектр ЭПР нефти обычно содержит линию поглощения парамагнитных центров асфальтенов нефти. По соответствующим спектроскопическим характеристикам можно судить о наличии в среде других магнитных часгиц (в частности, молекулярного кислорода, ванадиловых комгиексоп). При наличии в нефти ванадия, он обнаруживается практически полностью в виде парамагнитных комплексов ванадил-ионов V021" (в нефти, очищенной от твердых включений породы коллектора), и его коцентрация может быть измерена методом ЭПР. По спектрам ДЭЯР удается судить о характере окружения парамагнитных центров магнитными ядрами и об их взаішодействші.
Научзая іюзвдва заключается в том, что в работе:
-
Экспериментально показано, что при нативных условиях в нефти практически все асфальтеновые молекулы находятся о виде ассоциатов.
-
Изучено влияние на образование и разрушение асфальтеновых ассоциатов различных внсшніга условий: температуры, давления, разбавления различными низкомолекулярньши растворителями.
-
Экспериментально изучено строение асфальтеновых мицелл " нефти. Показана неадекватность существующих представлений о строении асфальтеновых мицелл в нефти, основывающихся на модели Пфайффсра и
Саала. Предложена модель мицеллы с пространственной анизотропией свойств.
4. Проведена корреляция экспериментально полученных величин
коэффициента диффузии кислорода в нефти и величин, даваемых формулой
Стокса-Эйнштейна и полуэмпирическими формулами (Шайбеля). Дано
физическое объяснение того, что экспериментальные значения заметно
превышают величины, даваемые этими формулами.
5. Изучены зависимости коэффициента диффузии кислорода в нефти от
температуры и давления; полученные результаты предложены для
математического моделирования процессов внутрипластового горения.
6. Изучена адсорбция смолисто-асфальтеновой фракции в пористой
среде. Сделан вывод об образовании нитяных надмолекулярных структур и
изучено их влияние на характер фильтрации нефти. Обнаружена остаточная
ориентированность нитяных структур, связанная с направлением потока нефги
через пористую среду в момент их формирования. Предложено физическое
объяснение остаточной ориентированности.
-
На основании сравнения проведенных экспериментов по вытеснению нефти раствором ПАВ и содой сделан вывод, что существует оптимальный момент начала применения ПАВ для повышения нефтеотдачи. Применение ПАВ раньше этого момента может приводить в таких системах к снижению предельного коэффициента вытеснения нефти.
-
Результаты работы по влиянию струхтурообразования на фильтраци были использованы в обосновании подсчетных параметров продуктивных пластов. Выводы об образовании прочных ассоииатов ванадиловых комплексов с асфальтенами а иефтях месторождений Ульяновской области легли в основу предложений по технологии извлечения ванадия из них. Выводы об отличии компонентного состава остаточной нефти от добываемой учтены при уточнении геологической модели месторождения Узень.
Практическая ценность работм. Полученные в диссертационной работе результаты использованы для выбора и проектирования технологических
процессов подготовки и переработки нефгей с повышенным содержанием металлов; при обосновании состояния выработки и уточнении геологической модели месторождения Узень; могут быть использованы для установления корреляционных зависимостей свойств нефти от ее состава и внешних условий; при проектировании и регулировании процессов внутрипластового горения; при оптимизации технологических параметров применения ПАВ для повышения нефтеотдачи.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы:
-
При определении геологических характеристик (содержания и форм нахождения ванадиловых комплексов в нефтях) месторождений Ульяновской области (отчет о НИР по договору № 276.93, 1993 г.), выбору технологии извлечения ванадия (отчет о НИР по теме ДМ.92.04.94, 1994 г.);
-
При определении данных для обоснования подсчетных параметров ггродуктивных пластов (отчет о НИР по договору № 276.94, 1994 г.), при уточнении геологической модели месторождения Узень (отчет о НИР по договору № 216.94, 1994 г.).
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на научном семинаре направления фундаментальных исследований ВНИИ (1991г.); Первой Бакинской Международной конференции "Нефтехимия 21-ого века: Новые процессы, технологии, материалы" - Баку, 1994; Международной конференции "Проблемы комплексного освоения груднотвлекасмых запасов нефти и природных битумов (добыча и переработка)" - Казань, 1994; XXVII Congress Ampere он magnetic resonance and related phenomena - Kazan, 1994. Результаты исследований прошли апробацию при обосновании расчетных технологических параметров для месторождении Ульяновской области, а также в выборе способа извлечения ванадия из них; и уточнении геологической модели месторождения Узень.
Публикации. Основные результаты выполненных исследований опубликованы в 14 статьях в международных и всесоюшых журналах,
сборниках трудов Всероссийского нефтегазового научно-исследовательского института 11-14). Все результаты диссертации получены автором самостоятельно, соавторы печатных работ принимали участие в постановке задачи и обсуждении результатов.
Структура и объем диссертация. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Объем работы составляет 174 страницы, в том числе 3 таблицы, 35 рисунков и список литературы, включающий 128 наименований.
