Игнатенко Маргарита Борисовна. Анализ эффективного применения технологии полимерного
 Скачать 2.66 Mb.
|
|
Загущающая способность Марка полимера Динамическая вязкость, мПа*с t =25 о С t =40 о С mах OРТIХАN (ксантан) 110,1 92,2 FLOРААМ 1630 S 19,2 14,1 Superpusher К 129 15,4 12,8 AN 910 VНМ 15,0 12,5 SANFLOC АМ-200Р 13,7 11,4 FА 920 VНМ 11,8 10,4 FР 5115 SН 11,5 10,2 AH 912 VHM 11,5 10,1 POLEOR ATC #800 10,6 7,9 Superfloc A 110 10,2 7,7 FP 5115 SH 9 7,7 min Superfloc A 100 9 7 41 Как видно из представленных данных, наибольшей кажущейся вязкостью в высокоминерализованной воде обладают растворы биополимера ОРТIХАN. Уровень динамической вязкости в свободном объеме растворов ксантана примерно на порядок выше, чем у растворов полимеров акриламида в аналогичных условиях. Высокая вязкость является следствием жесткости макромолекул биополимеров, однако такие полимеры могут плохо фильтроваться через пористую среду. По результатам анализа наибольший интерес как потенциальные реагенты для реализации технологии полимерного заводнения на месторождении ХХХ представляют следующие образцы полимеров: ОРТIХАN (ксантан), FLOРААМ 1630 S, Superpusher К 129, АN 910 VНМ и SANFLOC АМ-200Р. Остальные 7 образцов полимеров с меньшей вязкостью растворов исключены из дальнейшего анализа. Для выбранных пяти образцов полимеров определены зависимости вязкости растворов от концентрации (таблица 5, рисунок 9) при температуре 40 о С. Таблица 5 – Зависимости вязкости растворов полимера Superpusher K129 от концентрации С s =116 г/л; t=40°С Скорость сдвига, с-1 Вязкость, мПа*с С п =0,5 г/л С п =1,0 г/л С п =1,5 г/л С п =2,0 г/л 0,61 6,4 12,8 25,6 38,4 1,22 6,4 10,4 19,2 32,0 3,05 2,6 7,7 15,4 28,2 6,10 2,6 7,7 12,8 23,0 12,20 2,6 6,4 10,9 18,6 24,40 2,6 5,8 9,0 15,4 61,00 2,6 4,7 7,4 11,9 122,00 2,4 4,2 6,7 10,5 42 Рисунок 9 – Зависимости вязкости растворов полимера Superpusher K129 от концентрации С s =116 г/л; t=40°С 2.1.3. Обзор фильтрационных исследований растворов полимеров на модельных образцах. Эффективность вытеснения нефти растворами полимеров в значительной степени определяется теми свойствами, которые они проявляют при фильтрации в пористой среде, в частности их реологическими характе- ристиками. Процесс течения растворов полимеров в пористой среде определяется совокупностью различных факторов и зависит от свойств пористой среды (пористости, проницаемости, распределения пор по размерам, смачиваемости, минералогического состава), свойств нефти (вязкости), свойств растворителя (минерализации, рН среды, ионного состава), характеристик полимера (химического состава, молекулярного веса, молекулярно-массового распределения, конформации макромолекул) и ряда других параметров (температуры и скорости течения). Отличительные особенности поведения полимерных растворов в 43 пористой среде обусловлены упруго-вязкими свойствами, адсорбцией и механическим улавливанием полимера. Это влияет на изменение реологических характеристик полимерных растворов и способствует появлению фактора сопротивления и остаточного фактора сопротивления. Не всегда более вязкие полимерные растворы с одинаковой концентрацией имеют лучшие фильтрационные свойства. Это объясняется тем, что полимеры с разными молекулярными характеристиками обладают разной адсорбцией и способностью к механическому улавливанию. Изменения подвижности воды, прокачиваемой вслед за раствором полимера, показывают, что характер ее течения идентичен течению полимерного раствора, хотя значения характеристик для воды всегда ниже. Был проведен обзор фильтрационных исследований отобранных полимеров на модельных кернах. Целью являлась сравнительная оценка основных технологических свойств полимерных растворов в пористой среде, дальнейшее сужение круга реагентов, выявление диапазона рабочих концен- траций полимера. Основными анализированными технологическими параметрами являются: фильтруемость, фактор сопротивления, остаточный фактор сопротивления для исходных и деструктированных растворов и коэффициент механической деструкции полимера. Указанные технологические свойства полимерных растворов оценивали на основе данных с фильтрационных экспериментов на насыпных моделях керна с проницаемостями, близкими к пластовым выбранного участка месторождения ХХХ. Анализ фильтруемости растворов полимеров Для проведения анализа исследований на модельных кернах были отобраны ряд полимеров марок Superpusher К129, FLOРААМ 1630 S, AN 910 VНМ, SANFLOC АМ-200Р и Хantan Gum по результатам физико-химического анализа в свободном объеме. По оценке фильтруемости растворов был рассмотрен ряд экспериментов 44 для указанных полимеров с концентрацией 1,5 г/л при температуре 40 о С. Графики зависимости перепадов давления от прокаченного объема растворов представлены на рисунке 10. Рисунок 10 – Фильтруемость растворов полимеров Растворитель - модельная вода 116 г/л; 1=40 о С; С п =1,5 г/л Как показывает анализ, растворы полимеров марок Superpusher К129, FLOРААМ 1630 S, AN 910 VНМ и SANFLOC АМ-200Р обладают хорошей фильтруемостью. Полимер с жесткой структурой марки Хantan Gum имеет плохую фильтруемость, непрерывно растет давление на входном участке. Этот полимер в дальнейшем анализе не участвовал. Совместимость полимеров с закачиваемой водой Физико-химический состав вод, используемых для приготовления растворов полимеров при реализации полимерного воздействия, а также наличие в воде примесей оказывают существенное влияние на технологические свойства растворов полимеров, прежде всего на растворимость полимеров, деструкционное поведение, вязкостные, вязкоупругие и фильтрационные характеристики полимерных растворов. Важнейшими физико-химическими показателями вод, используемых в качестве растворителей ПАА, являются следующие: плотность, общая минерализация, шестикомпонентный состав, 45 эквивалентное соотношение щелочных и щелочно-земельных катионов, величина рН, содержание растворенного кислорода, концентрация двух и трехвалентного железа, и концентрация сульфид-иона. Ранее рассмотренными исследованиями по влиянию различных показателей вод на характеристики полимерных растворов было установлено, что из приведенных показателей отрицательное влияние оказывают последние три показателя. На эти показатели установлены нормативы по содержанию их в водах, применяемых для растворения полимеров акриламида. Из них наличие в воде двухвалентного железа и сульфид иона повышает скорость окислительной деструкции полимеров, а трехвалентное железо является сшивателем для гидролизованных полимеров акриламида. Согласно технических требований к водам для приготовления растворов полимеров предельно-допустимое содержание этих ионов не должно превышать 2мг/л. На участке месторождения ХХХ под полимерное заводнение закачиваемые воды содержат компоненты, которые могут влиять на свойства растворов полимеров. В таблице 6 представлен состав закачиваемых вод на участках нагнетательных скважин №1137 и №2041. Таблица 6 – Состав закачиваемых вод на участках скважин №1137 и №2041 месторождения ХХХ Показатели Состав воды Скважина 1137 (пласт Ю-1) Скважина 2041 (пласт Ю-1) Плотность, кг/м 3 1076 1072 HСО 3 - , г/л 0,110 0,171 СL, г/л 72,143 68,977 Са 2+ , г/л 3,800 3,900 Мg 2+ , г/л 2,280 2,100 Na, К, г/л 38,042 36,243 Fе 2+ (мг/л) 1,71 1,90 Fе 3+ (мг/л) 43,68 28,56 S 2- 0 0 Минерализация, г/л 116,375 111,391 46 Данные в таблице 6 показывают, что в составе закачиваемых вод концентрация двухвалентного железа не превышает нормативную величину и составляет менее 2,0 мг/л. Трехвалентного железа содержится 28 и 44 мг/л, что может повлиять на свойства растворов выбранных полимеров. В связи с этим были проведен анализ совместимости выбранных полимеров с закачиваемой водой. Анализ совместимости исследуемых полимеров с закачиваемой водой показал, что растворы полимеров марок Superpusher К129, FLOРААМ 1630 S на закачиваемых водах месторождения ХХХ достаточно стабильны и образование легко разрушающихся при перемешивании флокул, характерных для полимера марки FLOРААМ 1630 S, не приведет к забивке пласта в призабойной зоне скважины. Анализ показателей механической деструкции растворов полимеров Коэффициент механической стойкости (D) характеризует свойство полимера противостоять механической деструкции и численно равен отношению фактора сопротивления деструктированного раствора полимера к фактору сопротивления исходного раствора, определенных в идентичных условиях. Оценка механической стойкости растворов полимера может быть произведена по отношению вязкостей деструктированного раствора к вязкости исходного. В таблице 7 представлены данные по изменению вязкости растворов в результате механической деструкции. Приготовленные растворы полимера подвергали механической деструкции путем прокачки через керн при скорости, реализуемой в призабойной зоне нагнетательных скважин данного месторождения. 47 Таблица 7 – Механическая деструкция растворов ПАА (С п =1,5 г/л; С s =116 г/л; j=6,1 с -1 , Т=25 о С) Степень стойкости растворов ПАА к механической деструкции рассматриваемых растворов полимеров марок FLOРААМ 1630 S, Superpusher К129, AN 910 VНМ близки и составляют следующий диапазон величин от 0,81 до 0,84 (отн.ед). Деструкция полимера марки SANFLOC АМ-200Р значительно выше, стойкость к деструкции составляет 0,64 отн.ед. Реология растворов полимеров в пористой среде В зависимости от свойств полимера, растворителя и пористой среды при фильтрации могут проявляться самые различные типы течения: ньютоновское, псевдопластическое, дилатантное и их комбинации. Характер течения определяется адсорбционными и вязкоупругими свойствами полимерной системы. Вода, закачиваемая через керн вслед за раствором полимера, течет в аналогичном режиме, только с меньшими факторами сопротивления. Зависимость величины фактора сопротивления от фронтальной скорости фильтрации для исходных и деструктированных растворов представлены на рисунках 11 – 12. Марка полимера Вязкость раствора,спз Степень стойкости к механической деструкции, отн.ед Исходного Деструктиро- ванного FLOРААМ 1630 S 19,2 15,6 0,81 Superpusher К 129 15,4 12,5 0,81 AN 910 VНМ 15,0 12,6 0,84 SANFLOC АМ-200Р 13,7 8,8 0,64 48 Рисунок 11 – Зависимость фактора сопротивления исходных растворов полимеров от скорости фильтрации Растворитель - закачиваемая вода 116 г/л; С п = 1,5 г/л Рисунок 12 – Зависимость фактора сопротивления деструктированных растворов полимеров от скорости фильтрации Растворитель - закачиваемая вода 116 г/л; Сп=1,5 г/л Как показывают реологический анализ, при течении исследуемых растворов полимеров марки FLOРААМ 1630 S, Superpusher К129 в пористой среде с проницаемостью 500 мД, имеет место смешанный характер течения. Для растворов полимера марки AN 910 VНМ величины факторов 49 сопротивления значительно ниже, чем для полимеров марок FLOРААМ 1630 S, Superpusher К129. С повышением скорости сдвига от 5-6 м/сут величина фактора сопротивления при фильтрации раствора марки AN 910 VНМ резко уменьшается как для исходных, так и для деструктированных растворов указанного полимера. Влияние концентрации растворов полимеров на фильтрационные характеристики Величина фактора сопротивления сильно зависит от концентрации раствора. Был проведен анализ фильтрационных экспериментов, в которых концентрации изменяли от большей к меньшей в диапазоне от 0,8 г/л до 1,5 г/л, исследования проводили при температуре 40 о С. С повышением концентрации факторы сопротивления возрастают. Зависимости факторов и остаточных факторов сопротивления от концентрации растворов представлены на рисунках 13, 14. Рисунок 13 – Зависимость фактора сопротивления растворов полимеров от концентрации Растворитель - закачиваемая вода 116г/л; 1=40 о С 50 Рисунок 14 – Зависимость остаточного фактора сопротивления при про- качке воды после раствора полимера от концентрации в растворе Растворитель - закачиваемая вода 116г/л; 1=40 о С Анализ влияния концентрации растворов полимера (как исходных, так и деструктированных) марки FLOРААМ 1630 S на факторы и остаточные факторы сопротивления, показали, что это влияние более плавное, чем для полимера марки Superpusher К129. Для полимера марки Superpusher К129 имеет место резкий характер возрастания факторов и остаточных факторов сопротивления при увеличении его концентрации в растворе. В соответствии с технологическими требованиями, предъявляемыми к растворам полимеров, применяемых в технологии полимерного заводнения, фактор сопротивления механически деструктированного раствора должен быть не менее 5, а остаточный фактор сопротивления – не менее 2. Полученные экспериментальные данные по влиянию концентрации растворов на факторы и остаточные факторы сопротивления деструктированных растворов полимеров обоих марок показали значения на несколько единиц выше требуемых, даже для растворов с концентраций 0,8 г/л. Для определения оптимальной концентрации полимера в закачиваемом в пласт растворе необходимо проводить опыты на естественных кернах с 51 использованием пластовых жидкостей и закачиваемой воды. Выбор осуществляется из соображений выравнивания подвижностей фаз в области фактических пластовых скоростей. Результаты анализа экспериментальных исследований по изучению различных свойств растворов полимеров марок FLOРААМ 1630 S и Superpusher К129 в условиях, моделирующих пластовые месторождения ХХХ показали, что по совокупности свойств, для проведения фильтрационных исследований на естественных кернах может быть рекомендован полимер марки Superpusher К129 с концентрацией в диапазоне от 0,8 г/л до 1,5 г/л. 2.2. Реология раствора полимера марки Superpusher К129 Анализ зависимости фактора и остаточного фактора сопротивления от линейной скорости фильтрации раствора полимера Superpusher К129 проводили по данным эксперимента на моделе элемента пласта дезагрегированного керна месторождения ХХХ. Температура во всех экспериментах составляла 40 о С. Характеристики модели представлены в таблице 8. Таблица 8 – Характеристики модели элемента пласта месторождения ХХХ Пористость, д.ед Проницаемость, мкм 2 Коэф-т ост. водонасыще нности, % Диаметр модели керна, см Длины участков, см Объём пор,см 3 Входной Основной 0,31 0,763 20,03 3,07 9,6 20,3 45,79 Через подготовленный керн последовательно прокачивались растворы полимера с концентрациями в диапазоне 0,8 г/л, 1,0 г/л, 1,5 г/л. Закачку растворов проводили начиная с наименьшей концентрации. Замеры перепадов давления осуществляли на 6 скоростях. Фильтрацию раствора осуществляли до установления стационарного режима фильтрации на каждой из скоростей. Далее рассчитывали подвижность раствора из уравнения Дарси по замеренным значениям расхода и перепада давления. По данным подвижности воды и раствора полимера вычисляли фактор сопротивления R. Вслед за раствором 52 полимера на тех же скоростях через керн прокачивали воду, на которой приготовлен полимер. На каждой скорости определяли подвижность воды, которую сравнивали с подвижностью воды до закачки раствора полимера и вычисляли остаточный фактор сопротивления Rост. Аналогичный цикл работ проводили на этом же керне для растворов других концентраций. Результаты экспериментов представлены в таблице 9 и в виде графических зависимостей факторов сопротивлений от скорости закачки на рисунках 15 – 17. Таблица 9 – Результаты экспериментов по зависимости факторов сопротивлений от линейной скорости фильтрации растворов полимера Superpusher К129 №эксп.Концент- рация ПАА,г/л Линейная скорость фильтрации, м/сут Фактор сопротивления, д.ед Остаточный фактор сопротивления, д.ед 1 0,8 0,9 44,02 21,04 2,0 39,12 17,10 3,1 30,05 15,25 5,0 18,41 8,09 7,5 11,1 4,34 10,0 6,23 2,01 2 1,0 0,9 65,08 41,3 2,0 52,2 32,38 3,1 37,5 23,1 5,0 24,23 11,99 7,5 15,06 8,4 10,0 10,64 6,32 3 1,5 0,9 75,2 51,5 2,0 69,03 39,21 3,1 54,9 30,14 5,0 38,12 17,4 7,5 33,36 13,22 10,0 27,04 11,1 На основании этих данных построены графики зависимости фактора и остаточного фактора сопротивления от скорости фильтрации и подобраны аналитические зависимости. 53 Рисунок 15 – Зависимость фактора и остаточного фактора сопротивления от скорости фильтрации, Сп=0,8 г/л; К=0,763 мкм 2 Рисунок 16 – Зависимость фактора и остаточного фактора сопротивления от скорости фильтрации, Сп=1,0 г/л; К=0,763 мкм 2 54 Рисунок 17 – Зависимость фактора и остаточного фактора сопротивления от скорости фильтрации, Сп=1,5 г/л; К=0,763 мкм 2 Полученные для каждой концентрации аналитические зависимости закладывали в расчетную модель процесса полимерного заводнения. В результате расчетов получено оптимальное значение концентрации полимера в растворе для проведения полимерного заводнения на участке месторождения ХХХ. Величина оптимальной концентрации составила 1,5 г/л. Анализ зависимости фактора и остаточного фактора сопротивления от проницаемости керна и нефтевытесняющих свойств полимера марки Superpusher К129 с оптимальной концентрацией 1,5 г/л проводили в диапазоне проницаемостей 0,15 – 1,31 мкм 2 , реализуемых на месторождении ХХХ. Характеристика моделей элемента пласта приведена в таблице 10. Таблица 10 – Характеристики моделей элемента пласта месторождения ХХХ |