Разработка новых реагентов и технологических жидкостей на основе нанотехнологий для повышения эффективности нефтедобычи

Development of new reagents and fluids based on nanotechnology to improve the efficiency of oil production

Е. ABRAMOV, К. KOKORINA, «Surgutneftegas» JSC Yu. PETROVA, Surgut State University

В настоящее время для решения важнейших задач для нефтяных компаний – повышения эффективности выполнения буровых работ, заканчивания нефтегазовых скважин, наращивания дебитов – необходимы усовершенствование и внедрение инновационных технологий, разработка высокоэффективных реагентов, технологических жидкостей, подобранных, в том числе, на основе данных об условиях разработки залежей. В связи с этим особый интерес представляет разработка наноструктурированных и слоистых материалов, обеспечивающих эффективность проведения работ на всех этапах строительства и эксплуатации скважин, направленных на повышение нефтеотдачи пластов. Предложен новый состав технологических жидкостей комплексного действия, разработанный с применением нанотехнологий.

At present, in order to solve the most important problems for oil companies – improving the efficiency of drilling operations, completing oil and gas wells, increasing well flow rates – it is necessary to improve and introduce innovative technologies, develop highly effective reagents, original compositions of fluids, selected, including data on the conditions for the development of deposits. In this connection, it is of particular interest to develop nanostructured materials that ensure the efficiency of work at all stages of construction and operation of wells aimed at increasing oil recovery. A new composition of fluids for opening wells is proposed, developed with the use of nanotechnology.

На снижение нефтеотдачи пластов влияет множество факторов, среди которых можно выделить неблагоприятное соотношение подвижностей вытесняющей и вытесняемой жидкостей, неоднородность порового пространства в коллекторах, проявление капиллярных сил, удерживающих нефть в виде пленок на границах раздела сред в гидрофобных и в гидрофильных коллекторах и препятствующих вытеснению нефти из пор. Эффективность нефтевытеснения определяется наноразмерами: поверхность пор имеет нанометровую шероховатость, которая определяет смачивающие свойства пород. Использование нанотехнологий позволяет регулировать свойства нефтегазовых пластов на уровне электрических взаимодействий, изменения структуры минералов, смачивания [1, 2, 3]. Перспективна разработка новых наноструктурированных материалов и жидкостей (буровых растворов, жидкостей для перфорационных работ, для гидроразрыва пластов и ряда других) с целью решения актуальных задач в нефтегазовой отрасли, направленных, в том числе, на увеличение нефтеизвлечения.

Эффективность нефтевытеснения определяется наноразмерами: поверхность пор имеет нанометровую шероховатость, которая определяет смачивающие свойства пород. Использование нанотехнологий позволяет регулировать свойства нефтегазовых пластов на уровне электрических взаимодействий, изменения структуры минералов, смачивания. Перспективна разработка новых наноструктурированных материалов и жидкостей (буровых растворов, жидкостей для перфорационных работ, для гидроразрыва пластов и ряда других) с целью решения актуальных задач в нефтегазовой отрасли, направленных, в том числе, на увеличение нефтеизвлечения.

Был проведен подбор рецептур различных технологических жидкостей, оптимизированы их состав и технологические параметры. Подбор рецептур осуществляли с учетом пластовых давлений, литологической характеристики разреза скважин, минерализации пластовых вод на месторождениях. Предлагается использовать в составе жидкостей различные реагенты на основе наночастиц. При этом предлагается синтез наноматериалов осуществлять по технологии золь-гель синтеза (сущность которого заключается в гомогенизации исходных составляющих (прекурсоров) в виде ра­створа с последующим их переводом в золь-дисперсную систему с жидкой дисперсионной средой и твердой нанодисперсной фазой, а затем в гель). Кроме того, рассмотрена возможность создания новых реагентов и материалов на основе наночастиц с заданными физико-химическими свойствами с использованием химической модификации замещенных слоистых двойных гидроксидов. Исследования также направлены на возможность получения амфифильных жидкостей на основе наночастиц (жидкостей, обладающих и гидрофобными, и гидрофильными свойствами), которые позволят значительно интенсифицировать приток нефти (т.н. фильно-фобные системы). Стоит отметить, что каждый тип частиц обладает своим преимущественным действием. Например, для изменения смачиваемости рекомендуется использовать частицы на основе SiO2, TiO2 или Al2O3 совместно с SiO2; для снижения межфазного натяжения – наночастицы SiO2; для регулирования вязкости – наночастицы Al2O3 и т.д.
С целью обеспечения высокого качества вскрытия продуктивных пластов на месторождениях Западной Сибири изучены системы как на водной, так и на углеводородной основе и разработаны рецептуры буровых растворов с экспериментально подобранным оптимальным составом для бурения скважин в осложненных геологических условиях [4]. Модификация наночастицами разработанных буровых растворов и исследование полученных жидкостей продолжаются. Применение наночастиц в буровых растворах позволяет проводить работы в условиях высоких температур и давлений, эффективно решать различные проблемы, возникающие в процессе бурения, регулировать свойства ра­створов путем изменения состава, типа, распределения размеров наночастиц. Наноматериалы более эффективны, чем другие материалы (наноразмерные частицы имеют повышенную устойчивость к седиментации, так как поверхностные силы легко уравновешивают силы тяжести; термические, реологические, оптические, электрические, механические и магнитные свойства наночастиц, которые в значительной степени зависят от размера и формы, могут регулироваться в процессе производства и часто превосходят базовый материал).
При разработке оптимальной перфорационной жидкости выполнен обзор по влиянию жидкостей перфорации на продуктивный пласт. Например, при проведении перфорационных работ в среде глинистого бурового раствора на водной основе происходит снижение пропускной способности перфорационных каналов в два раза и более. Водные растворы минеральных солей имеют повышенную ингибирующую способность, в меньшей степени снижают проницаемость коллекторов; введение поверхностно-активных веществ в эти системы позволяет значительно увеличить коэффициент восстановления проницаемости. Кислотные системы не являются универсальными, необходимо подбирать индивидуальные рецептуры для различных типов коллекторов. Углеводородные системы теряют свою эффективность в обводненных залежах, так как образуют с пластовой водой устойчивые эмульсии, которые блокируют приток в скважину [5].
Рассмотрена возможность использования наноструктурированных материалов в составе специальных жидкостей для заканчивания скважин.

Модификация наночастицами разработанных буровых растворов и исследование полученных жидкостей продолжаются. Применение наночастиц в буровых растворах позволяет проводить работы в условиях высоких температур и давлений, эффективно решать различные проблемы, возникающие в процессе бурения, регулировать свойства растворов путем изменения состава, типа, распределения размеров наночастиц.

Разработки на основе наноструктурированных и слоистых материалов направлены на сохранение естественной проницаемости пласта и повышение продуктивности скважин в целом и решение ряда острых проблем, возникающих при бурении и заканчивании скважин (в частности снижение трения труб о стенки скважины; укрепление слабых песчаных пластов; борьба с коррозией; снижение поглощения бурового раствора пластом; снижение потерь технологических жидкостей при заканчивании и ремонте скважин и других). Эффективность в решении проблем обусловлена свойствами жидкостей, которые они приобретают в результате добавления наночастиц (например, для наножидкостей характерны образование тонкой, прочной глинистой корки; сокращение потерь циркуляции достигается за счет повышения пропускной способности и увеличения эффективности выноса шлама при сохранении необходимых свойств растворов даже в условиях высоких температур и давлений; тенденция к прихватам уменьшается, так как при использовании наножидкостей формируется защитная пленка на поверхности трубы; кроме того, происходит эффективная очистка ствола скважины от шлама).

Эффективность в решении проблем обусловлена свойствами жидкостей, которые они приобретают в результате добавления наночастиц (например, для наножидкостей характерны образование тонкой, прочной глинистой корки; сокращение потерь циркуляции достигается за счет повышения пропускной способности и увеличения эффективности выноса шлама при сохранении необходимых свойств растворов даже в условиях высоких температур и давлений; тенденция к прихватам уменьшается, так как при использовании наножидкостей формируется защитная пленка на поверхности трубы; кроме того, происходит эффективная очистка ствола скважины от шлама).

Отдельно хотелось бы выделить возможность достижения следующих эффектов: изменение смачиваемости горных пород и гидрофобизация породы пласта (формирование защитного слоя путем взаимодействия активных групп поверхности и «якорных» групп молекул нанопокрытия), предотвращение проникновения жидкости в пласт, набухания глинистых пластов (регулирование протонного – наноразмерного – механизма набухания); снижение влияния капиллярных сил (регулирование сил притяжения для молекул на межфазной границе; изменения соотношений «фильной» и «фобной» частей молекул и др.), термостабильность (модификация межслоевого пространства, наличие в структуре сшивок различных типов и др.); увеличение фазовой проницаемости для нефти (узкое распределение ульрадисперсных частиц по размеру) [6, 7]. Применение предлагаемых систем позволит добиться увеличения коэффициента восстановления проницаемости от 20 % и более, снижения межфазного натяжения в десятки раз, что существенно увеличит продуктивность скважин.
Таким образом, разработаны новые рецептуры экспериментально подобранных жидкостей, в том числе для низкопроницаемых коллекторов, для проведения работ на всех этапах строительства скважин, использование которых позволяет добиться высокого значения коэффициента восстановления проницаемости при наличии низкого межфазного натяжения на границе с нефтью, что способствует повышению качества вскрытия продуктивных пластов, повышения продуктивности скважин. Системы на основе наноструктурированных и слоистых материалов можно использовать для решения широкого спектра задач в нефтегазовых компаниях.

Литература

1. Ащепков М. Ю., Ащепков Ю. С., Сухов А. А. Нанотехнологии в нефтедобыче [Электронный ресурс]. URL: http://ntsr.info/science/library/3128.htm (дата обращения: 12.09.2017).
2. Гусейнов В.Я. Применение нанотехнологии XXI века в нефтегазовой отрасли [Электронный ресурс]. URL: http://pandia.ru/text/78/352/18386.php (дата обращения 05.08.2017).
3. Хавкин А.Я. Нанотехнологии в добыче нефти и газа. М.: Нефть и газ. Изд. 2, 2008. 171 с.
4. Кокорина К.А., Абрамов Е.В., Нехорошев В.П. Раствор на углеводородной основе для бурения скважин в осложненных геологических условиях на месторождениях Западной Сибири // Бурение и нефть. 2016. № 03. С. 46 – 48.
5. Мартынов Б.А. Совершенствование технологии вторичного вскрытия продуктивных пластов нефтегазовых скважин с использованием жидкостей на углеводородной основе: автоpеф. дис. канд. техн. наук. Краснодар, 2007. 25 с.
6. Ananthu Mahendranath, Sunil Varkey, Sonal Mazumder. Application Of Nanotechnology In Petroleum Industry // International Journal of Recent Scientific Research. 2015. Vol. 6. Рp. 6152 – 6157.
7. Chegenizadeh Negin, Saeedi Ali, Quan Xie. Application of nanotechnology for enhancing oil recovery // Petroleum. 2016. Vol. 2. Рp. 324 – 333.

References

1. Ashchepkov M.Y., Ashchepkov Ju S., Sukhov A.A. Nanotechnology in the oil industry. [Electronic resource] URL: http://ntsr.info/science/library/3128.htm (accessed: 12.09.2017).
2. Guseinov V.Ya., Nanotechnology of the XXI century in the oil and gas industry application [Electronic resource]. URL: http://pandia.ru/text/78/352/18386.php (accessed 05.08.2017).
3. Khavkin A.Y. Nanotechnology in oil and gas extraction. Moscow: Oil and gas, ed. 2, 2008. P. 171.
4. Kokorina K.A., Abramov E.V., Nekhoroshev V.P. Solution of oil-based fluids for drilling wells in complicated geological conditions in the fields of Western Siberia // Drilling and oil. 2016. No. 03. Pp. 46 – 48.
5. Martynov B.A. Perfection of technology of secondary opening of productive seams of oil and gas wells with use of liquids on hydrocarbon basis: abstract of the thesis of candidate of technical Sciences Krasnodar, 2007. P. 25.
6. Ananthu Mahendranath, Sunil Varkey, Sonal Mazumder. Application Of Nanotechnology In Petroleum Industry // International Journal of Recent Scientific Research. 2015. Vol. 6. Рp. 6152 – 6157.
7. Chegenizadeh Negin, Saeedi Ali, Quan Xie. Application of nanotechnology for enhancing oil recovery // Petroleum. 2016. Vol. 2. Pp. 324 – 333.

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей


    Авторизация


    регистрация

    Абрамов Е.В.

    Абрамов Е.В.

    главный инженер

    ОАО «Сургутнефтегаз»

    Кокорина К.А.

    Кокорина К.А.

    инженер-технолог II категории технологического отдела

    Сургутское УБР-2, ОАО «Сургутнефтегаз»
    аспирант кафедры химии

    Петрова Ю.Ю.

    к.х.н, доцент, директор

    Институт естественных и технических наук, Сургутский государственный университет

    Просмотров статьи: 272

    Rambler's Top100

    admin@burneft.ru