Эмульсия для обработки нефтяных пластов

Изобретение относится к области добычи нефти. Техническим результатом изобретения является повышение нефтеотдачи пластов с трудноизвлекаемыми запасами и высокоминерализованными пластовыми водами. Инвертная эмульсия для обработки нефтяных пластов, содержащая жидкий углеводород и воду, стабилизированная смесью неионогенных маслорастворимого и водорастворимого поверхностно-активных веществ МПАВ и ВПАВ, содержит в качестве жидкого углеводорода отход установок производства полиэтилена высокого давления - отработанное масло "Orites" - сополимер этиленоксида и пропиленоксида с содержанием звеньев этиленоксида 59%, в составе которого содержится индустриальное масло, в качестве МПАВ - смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров синтетических первичных высших жирных спиртов фракции C₁₂-C₁₄ общей формулы RO(СН₂СН₂O)_n H, где R - углеводородный радикал с С=12-14, n=3-3,5 со средней молекулярной массой 326, ВПАВ - смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров синтетических первичных высших жирных спиртов общей формулы С_nH_2n+1 O(СН₂СН₂O)_m H, где n=l2-14, m=10 с молекулярной массой 620-654, при следующем соотношении компонентов, мас.%: отработанное масло "Orites" - 8,0-50,0, МПАВ - 2-5,0, ВПАВ - 0,05-0,2, вода - остальное. 2 табл.

 

Изобретение относится к области добычи нефти и может быть использовано при разработке нефтяных месторождений, особенно на заключительных стадиях разработки, характеризующихся наличием, в основном, трудноизвлекаемой остаточной нефти, для восстановления коллекторских свойств добывающих скважин.

Известна инвертная эмульсия на основе жидкого углеводорода (внешняя дисперсионная среда) для обработки нефтяного пласта, включающая эмульгатор СИНОЛ-ЭМ, хлористый кальций и воду. Жидкий углеводород - гексановая фракция (смесь предельных углеводородов С₆-C₈ и выше) [1. Патент RU №2153576, М.кл. 7 Е 21 В 43/22, опубл. 27.07.2000]. В качестве стабилизирующего компонента здесь использовано маслорастворимое поверхностно-активного вещество СИНОЛ-ЭМ - продукт взаимодействия кислот таллового масла с триэтаноламином и карбамидом, алкилхлорида и окиси алкилдиметиламина, дополнительно стабилизирует эмульсию хлористый кальций.

Известна инвертная микроэмульсия для обработки нефтяных пластов, содержащая, (мас.%): жидкий углеводород (внешняя дисперсионная среда) 10,0-20,0, эмульгатор - Нефтенол НЗ 0,3-0,5, хлористый кальций 0,3-1,5 и воду [2. Патент RU №2110675, М.кл. 6 Е 21 В 43/22, опубл. 10.05.98]. В качестве жидкого углеводорода используют гексановую фракцию, стабильный бензин, газовый конденсат, дизельное топливо, а также маловязкие нефти. Эмульгатор Нефтенол НЗ представляет собой углеводородный раствор эфиров кислот таллового масла и триэтаноламина.

Недостатками составов является невысокая устойчивость эмульсии к повышенной минерализации пластовых вод и повышенным температурам в пластовых условиях. Известные ПАВ являются поверхностно-активными веществами разветвленной структуры, из-за чего упаковка адсорбционного слоя является менее плотной, что приводит к снижению стабильности микроэмульсий. Наличие разветвленной структуры свидетельствует об их невысокой биоразлагаемости и, следовательно, низкой экологичности. К тому же, высокие нефтевытесняющие характеристики составов объясняются, в основном, присутствием в составе легких фракций нефти, являющиеся дорогостоящими компонентами, которые удорожают состав микроэмульсий.

Задачей изобретения является разработка высокоэффективной инвертной эмульсии для повышения нефтеотдачи пластов преимущественно с трудноизвлекаемыми запасами (месторождения с высоковязкими нефтями, а также месторождения, находящиеся на поздней стадии разработки), которые обладают высокой устойчивостью к повышенной минерализации пластовых вод и стабильностью при повышенных температурах, сохраняя рабочие свойства при извлечении из добывающей скважины.

Поставленная задача решается также разработкой и использованием инвертной эмульсии для обработки нефтяных пластов, содержащей жидкий углеводород и воду, стабилизированной смесью неионогенного маслорастворимого и водорастворимого ПАВ. В качестве жидкого углеводорода она содержит отработанное масло "Orites", являющееся отходом установок производства полиэтилена высокого давления и представляющее собой сополимер этиленоксида и пропиленоксида с содержанием звеньев этиленоксида 59%, в составе которого содержится индустриальное масло, в качестве маслорастворимого неионогенного поверхностно-активного вещества - смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров синтетических первичных высших жирных спиртов фракции С₁₂-С₁₄ общей формулы RO(CH₂CH₂O)_nH, где R - углеводородный радикал с С=12-14, n=3-3,5 со средней молекулярной массой 326, в качестве водорастворимого неионогенного поверхностно-активного вещества - смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров синтетических первичных высших жирных спиртов общей формулы С_nН_2n+1(СН₂СН₂O)_mH, где n=12-14, m=10 с молекулярной массой 620-654, при следующем соотношении компонентов, мас.%: отработанное масло "Orites" 8,0-20,0; указанная смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров синтетических первичных высших жирных спиртов фракции С₁₂-С₁₄ 1,5-5,0; водорастворимое ПАВ 0,05-0,2; вода - остальное.

В таблице 1 приведены характеристики отработанного масла "Orites", в табл.2 - вязкостные характеристики и нефтевытесняющая способность эмульсии.

Смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров синтетических первичных высших жирных спиртов фракции С₁₂-С₁₄, получаемых алюмоорганическим синтезом, общей формулы RО(СН₂СН₂O)_nH, где R - углеводородный радикал с С=12-14, n=3-3,5 со средней молекулярной массой 326. Синтанол ЭС-3, представляет собой прозрачную или слегка мутноватую жидкость от светло-желтого до желтого цвета и применяется в качестве эффективного эмульгатора в составе смазочно-охлаждающих жидкостей. рН водного раствора с массовой долей 10% - не менее 7,0. Массовая доля воды - не более 0,5%. Гидроксильное число, мг калия гидроокиси (КОН) на 1 т Синтанола ЭС-3 - в пределах 162-182 [3. ТУ 38.5901268-90].

Продукт оксиэтилирования спиртов, выпускаемый отечественной промышленностью - Синтанол АЛМ-10, представляет собой смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров синтетических первичных высших жирных спиртов фракции C₁₂-C₁₄ с числом оксиэтильных звеньев 10 с молекулярной массой 620-654. Указанное вещество представляет собой пастообразную массу от белого до слегка желтоватого цвета и применяется в качестве эффективного поверхностно-активного вещества в производстве синтетических моющих средств как обезжириватель сырой шерсти. Цветность расплава (йодная шкала) - 2 мг/100 см³. рН водного раствора препарата с массовой долей основного вещества 10% - в пределах 6,0-9,0. Температура помутнения водного раствора препарата с массовой долей основного вещества 1% - не более 84-92°С. Массовая доля полиэтиленгликолей - не более 4,0%. Массовая доля веществ экстрагируемых гексаном - не более 8,5% [4. ТУ 6-14-864-88 с изменениями 1, 2, 3, 4].

Масло "Orites" по молекулярному строению представляет собой сополимер этиленоксида и пропиленоксида с содержанием звеньев этиленоксида - 59% [5]. Оно применяется на установках производства полиэтилена высокого давления в качестве смазывающего вещества поршневых групп компрессоров. Отработанное масло "Orites" является отходом производства, на одной установке его образуется до 150 тонн в год, его утилизируют сжиганием с добавлением растворителей.

Состав готовят растворением маслорастворимого ПАВ в отработанном масле "Orites" и последующем введении необходимого количества водного раствора ПАВ. Количество воды в эмульсии определяется вязкостью закачиваемого состава, необходимой для сохранения целостности его оторочки при продвижении в пласте.

Эмульсию применяют, закачивая ее в нагнетательную скважину. После закачки необходимого количества в пласт закачивают воду.

Исследование нефтевытесняющей способности заявляемых составов проводили на нефтях Бурейкинского месторождения (тяжелая нефть) и Азнакаевской площади Ромашкинского месторождения (легкая нефть).

Нефтевытесняющую способность состава определяли на моделях пласта длиной 350 мм и диаметром 25 мм, заполненных дезинтегрированным керном следующего гранулометрического состава:

фракция >0,63 мм - 2,81%,

фракция 0,63-0,315 мм - 15,52%,

фракция 0,315-0,14 мм - 58,65%,

фракция 0,14 мм - 23,02%.

Образцы пористой среды под вакуумом насыщают пластовой водой, проницаемость насыпной модели 1,3 мкм. Затем под вакуумом образцы пласта насыщают нефтью вязкостью 220 мПа·с (для тяжелой нефти) и 6,2 мПа·с (для легкой нефти), определяют начальную нефтенасыщенность. Начальное вытеснение проводят водой до полной обводненности выходящих проб жидкости (три поровых объема) при ее объемном расходе 0,28 см²/с. Рассчитывают коэффициент вытеснения нефти водой. Затем через модель прокачивают предлагаемую эмульсию в количестве, равном одному поровому объему пласта, и проталкивают ее пластовой водой до полной обводненности выходящих из модели проб жидкости (для создания более жестких условий используют пластовую воду с общим содержанием солей 242 г/л). Определяют прирост и общий коэффициент вытеснения нефти.

Эксперименты, представленные в табл.2, показывают, что эмульсии, приготовленные и на реальной пластовой воде, также обладают высокой вязкостью и стабильностью.

Представленные в таблице 2 данные свидетельствуют, что по сравнению с углеводородами, применяемыми в известных составах для повышения нефтеотдачи пластов (легкие фракции нефти), отработанное масло "Orites", благодаря способности вбирать в себя воду в присутствии даже небольшого количества эмульгатора, может образовывать эмульсии с содержанием воды до 90% с высокой вязкостью и стабильностью к повышенным температурам и большому количеству солей в условиях пластовых вод. К тому же, отработанное масло "Orites", благодаря высоким адсорбционным свойствам, очень хорошо смачивает поверхность породы, в результате чего происходит отмывание пленочно-удерживаемой нефти и перевод ее в общий вытесняемый нефтяной поток. Предлагаемая эмульсия по мере продвижения по промытым участкам пласта вбирает в свой состав воду, в результате чего происходит увеличение вязкости эмульсии и затухание процесса фильтрации. Впоследствии остальная часть эмульсии фильтруется по непромытым слабопроницаемым участкам, вовлекая в разработку обойденные нефтенасыщенные зоны коллектора.

Эмульсия с содержанием эмульгатора ЭС-3 менее 1,0 масс.% показала относительно невысокую устойчивость к повышенной минерализации пластовых вод, поэтому данное значение может быть принято за минимальное содержание в предлагаемом составе.

При содержании маслорастворимого ПАВ 5,0 масс.% происходит полный отмыв модели пласта, поэтому в использовании концентраций ПАВ более 5,0 масс.% нет необходимости.

Эмульсия, где концентрация отработанного масла "Orites" менее 10,0 масс.%, характеризуется меньшей стабильностью, вследствие чего возможен прорыв нагнетаемой вслед за рабочим агентом воды, образование языков и нарушение целостности оторочки эмульсии. При содержании отработанного масла "Orites" в эмульсии 50,0 масс.% достигается полный отмыв нефти из модели пласта, и дальнейшее увеличение концентрации нецелесообразно.

Исследование реологических характеристик и термостабильности предлагаемой эмульсии показали, что использование в качестве внешней дисперсионной составляющей эмульсии отработанного масла "Orites" вместо известных углеводородов делает эмульсию высокоустойчивой к повышенной минерализации пластовых вод и стабильной при повышенных температурах, что позволяет сохранить целостность оторочки при продвижении в пласте, т.е. предотвратить смешение нефти с вытесняющим агентом, а также исключить прорыв воды, нагнетаемой вслед за оторочкой эмульсии, к забою добывающих скважин.

Эксперименты показали, что при продвижении оторочки в пласте не происходит смешивания ее с вытесняемой нефтью. Наблюдается поршнеобразное вытеснение нефти, и в результате этого не возникает осложнений при ее дальнейшей подготовке (присутствия ПАВ-эмульгаторов в водонефтяном потоке).

Таблица 1.
Характеристики отработанного масла «Orites»
Показатели	Значения	Метод испытания
1. Плотность, кг/м3	938,5	ГОСТ 3900-85
2. Вязкость кинематическая, м2/с		ГОСТ 33-82
При 40°С	149,45
При 100°С	43,86
3. Вязкость условная по Энглеру при 50°С, °ВУ	12,152	ГОСТ 6258-85
4. Температура вспышки в открытом тигле,°С	243	ГОСТ 4333-87
5. Температура застывания, °С	не определена	ГОСТ 20287-74
6. Массовая доля воды, %масс.	отсутствует	ГОСТ 2477-65
7. Температура начала кипения по Энглеру, °С	185	ГОСТ 2177-99
8. Молекулярная масса	1837,5
9. Коэффициент преломления,	1,4547	ГОСТ 18995.2-73

Инвертная эмульсия для обработки нефтяных пластов, содержащая жидкий углеводород и воду, стабилизированная смесью неионогенного маслорастворимого и водорастворимого ПАВ, отличающаяся тем, что в качестве жидкого углеводорода содержит отработанное масло "Orites", являющееся отходом установок производства полиэтилена высокого давления и представляющее собой сополимер этиленоксида и пропиленоксида с содержанием звеньев этиленоксида 59%, в составе которого содержится индустриальное масло, в качестве маслорастворимого неионогенного поверхностно-активного вещества - смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров синтетических первичных высших жирных спиртов фракции C₁₂-C₁₄ общей формулы RO(CH₂CH₂O)_nH, где R - углеводородный радикал с С=12-14, n=3-3,5, со средней молекулярной массой 326, в качестве водорастворимого неионогенного поверхностно-активного вещества - смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров синтетических первичных высших жирных спиртов общей формулы С_nН_2n+1O(СН₂СН₂O)_mH, где n=12-14, m=10, с молекулярной массой 620-654, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Отработанное масло "Orites"	8,0-50,0
Указанная смесь полиоксиэтилен-
гликолевых эфиров синтетических
первичных высших жирных
спиртов фракции C12-C14	2-5,0
Водорастворимое ПАВ	0,05-0,2
Вода	Остальное