ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОЛИМЕРНЫХ ЧАСТИЦ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ЗАВОДНЕНИИ

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты определения размеров полимерных частиц в водных растворах.   Прирост нефтеотдачи за счет закачки оторочки растворов ПАА и гипана вязкостью 5-6 мПа^.с составляет 6-18 % по сравнению с обычным заводнением. Эффективность вытеснения загущенной полимерами водой выше в слоисто-неоднородных пластах.

ABSTRACT

The article presents the results of determining the size of polymer particles in aqueous solutions. Increase in oil recovery due to the injection of a slug of PAA and hypan solutions with a viscosity of 5-6 MPa^.c is 6-18% compared to conventional flooding. Polymer thickened water displacement efficiency is higher in layered heterogeneous formations.

Ключевые слова: гипан, полиакриламид, оптическая плотность, дисперсные частицы, скорость фильтрации.

Keywords: hypan, polyacrylamide, optical density, dispersed particles, filtration rate.

Характерной особенностью полимерных растворов, используемых при заводнении, является способность снижать подвижность воды в пористой среде в значительно большей степени, чем следовало бы ожидать при вязкости раствора, замеренной стандартным методом. Одной из причин этого явления, частичное закупоривание порового пространства за счет адсорбции и механического улавливания макромолекулярных агрегатов полимера.

В связи с этим представляет интерес определение размеров надмолекулярных структур (простейших скоплений упорядоченных макромолекул) в разбавленных растворах полимеров и сопоставление их с эффективным сечением поровых каналов.

Объектом исследования являлись водные растворы полиакриламида и гидролизованного полиакрилонитрила, наиболее часто применяемые в нефтепромысловой практике.

Оценка размеров макромолекул производилась по светорассеиванию и на электронном микроскопе ЭМ – 7.

Теоретическое объяснение явления светорассеивания дано Релеем. Закон Релея справедлив только для очень разбавленных растворов, причем размеры частиц не должны превышать 0,1 длины волны падающего света.

Для оценки размера частиц полиакриламида и гипана готовились растворы этих полимеров с концентрацией 0,02-0,2 %. В указанном интервале вязкость раствора линейно зависит от концентрации полимера. С помощью фотоэлектроколориметра определяли оптическую плотность с различными светофильтрами. Параметр х находили как тангенс угла наклона кривой к оси lg . Величину Z определяли по данным работы [1-3]. Результаты исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1. 

Радиус частиц дисперсной фазы полиакриламида и гипана

Как было показано, размеры надмолекулярных структур в разбавленных водных растворах ПАА и гипана не превышают в основном 0,03-0,12 мкм, что практически исключает механическое забивание поровых каналов пласта. Наблюдаемые иногда в промысловой и лабораторной практике резкое снижение приемистости скважин и закупорка вводных торцов кернов объясняется, по-видимому, не только наличием нелинейных пространственных структур в растворах, но и образованием крупных агрегатов коагулята при взаимодействии полимерных растворов с активной частью оборудования (насосы, емкости, водоводы, обсадные и насосно-компрессорные трубы) и солями многовалентных металлов, содержащихся в пластовой воде.

Следует также заметить, что в закачиваемой в пласт воде содержится большое количество дисперсных частиц, которые, видимо, служат ядрами для образования крупных агрегатов полимеров.

Поведение растворов полиакриламида при их фильтрации в различных условиях изучено в работах [4, 5]. В работе [6] исследована возможность использования гидролизованного полиакрилонитрила как загустителя воды для повышения нефтеотдачи.

Изучение фильтрации растворов гипана и ПАА проводилось на естественных кернах и несцементированной пористой среде. Конструкция моделей позволяла замерять распределение давления по длине пласта в процессе экспериментов. Опыты проводились при постоянном перепаде давления, определяемыми величинами являлись объемная скорость q в зависимости от безразмерного объема закачки V₃ и так называемый «фактор сопротивления», представляющий собой отношение вязкости полимерного раствора, определенной на пористой среде (из уравнения Дарси) к вязкости, определенной на стандартном вискозиметре. Характеристика использованных кернов приведена в таблице 2.

Таблица 2. 

Характеристика кернов

В опытах использовались растворы гипана и ПАА различной концентрации, вязкостью по Оствальду 2,3-18 мПа^.с. Раствор полимера фильтровался как через сухую, так и водонасыщенную среду. Водонасыщенность создавалась пресной или пластовой минерализованной водой из горизонтов XIII – XV Озенского месторождения вязкостью 2,04 мПа^.с и плотностью 1,189 г/см³, содержащей в своем составе до 35 г/л ионов кальция и магния.

Перед опытами проверялось отсутствие в растворе ПАА и гипана крупных нерастворенных агрегатов путем измерения вязкости проб раствора перед фильтром и после фильтра Шотта.

При течении концентрированных растворов гипана (5-8 %) в керне, ранее насыщенном пластовой водой, происходит в конечном итоге полная закупорка поровых каналов и снижение проницаемости до нуля.

Из полученных выше данных следует, что в условиях естественной нефтяной залежи размыв оторочки закачиваемой водой будет менее существенным, чем при лабораторных экспериментах. Так, перенос результата опытов в линейном однородном пласте при соотношениях вязкостей оторочки полимера к вязкости погребенной и закачиваемой воды соответственно 2,5 и 5 не превышает 10-12 м. Если принять расстояние между нагнетательной и эксплуатационной скважинами 400 м, то объем разбавленной оторочки составит около 3 %. В неоднородном же пласте величина зоны смеси будет в несколько раз больше [7]. Поэтому при проведении промысловых экспериментов по закачке полимерных растворов объем оторочки нецелесообразно принимать менее 10 % от порового объема опытного участка.

Список литературы:

1. Юмадилов А.Ю. Некоторые вопросы изоляции путей притоков воды в эксплуатационные скважины // Нефтяное хозяйство. – 1973. – № 7. – С. 53-58.
2. Сулин В.А. Гидрогеология нефтяных месторождений: учеб. для вузов. – М.: Гостоптехиздат, 1978. – 478 с.
3. Злотник Д.Е., Зубова Е.М. Разработка технологии производства гипана // Труды ВНИИБТ. – 1989. – № 8. – С. 45-51.
4. Лосев И.П., Тростянская Е.Б. Химия синтетических полимеров: учеб. для вузов. – М.: Химия, 1971. – 215 с.
5. Кукин В.В., Горбатова А.Н., Швецов И.А., Меркулов В.П., Перышкина Т.Н. Фильтрационные характеристики растворов полиакриламида: учеб. для вузов. – Самара, 1993. – 175 с.
6. Шехтман Ю.П. Фильтрация малоконцентрированных суспензий: учеб. для вузов. – М.: Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и га­за им. И.М. Губкина, 2001. – 135 с.
7. Малышева Л.Н., Рабинович А.Б., Кравченко И.И., Дмитриева Н.И. Адсорбция полиакриламида из растворов на твердой поверхности: учеб. для вузов. – Уфа, 1998. – 195 с.