Исследование влияния солевого состава пластовых вод и малых добавок неэлектролитов на дисперсность водо-нефтяных эмульсий
Исследование влияния солевого состава пластовых вод и
малых добавок неэлектролитов на дисперсность водо-нефтяных эмульсий
Ергин Ю.В., Кострова Л.И., Кузнецова Н.В.
Добываемая
на промыслах нефть практически всегда представляет собой водо-нефтяную (в/н)
эмульсию, содержание воды в которой определяется в первую очередь
продолжительностью эксплуатации данного месторождения. В значительной степени
это связано с тем, что для поддержания в нефтяной залежи пластового давления
используются различные методы заводнения продуктивных пластов. Для заводнения
применяют как воды поверхностных водоемов, так и воды глубинных горизонтов,
химический состав которых может значительно отличаться от пластовой воды,
добываемой с нефтью. Для повышения нефтеотдачи пластов широко используют
различные методы воздействия на залежь специальными химическими реагентами
(полимеры, поверхностно-активные вещества, мицеллярные растворы и др.).
В
то время, как действие природных и искусственных деэмульгаторов на свойства в/н
эмульсий и процессы вытеснения нефти из пласта изучены достаточно подробно
[1-3], исследованию влияния солевого состава пластовых вод, различных
химических реагентов, хорошо растворимых в воде, на свойства эмульсий,
образующихся в процессе вытеснения нефти закачиваемыми в пласт водами, внимания
практически не уделялось. Цель настоящей работы состоит хотя бы в частичном
восполнении этого пробела.
С
помощью автоматических магнитных весов [4, 5] методом седиментационного анализа
исследовались кривые g(r) распределения глобул воды в 5% в/н эмульсиях,
приготовленных механическим перемешиванием безводной нефти Сергиевского
месторождения РБ, поверхностно-активного вещества (дисольван 4411 из расчета
0,02 кг/т нефти), пресной и пластовой вод, в которых растворялись различные
соли и неэлектролиты.
Сравнение
вида кривых g(r) и величин средних размеров глобул воды в эмульсиях,
приготовленных на основе 1N-водных растворов электролитов с соответствующей
кривой и средними размерами глобул в эмульсии с пресной водой (табл. 1, рис. 1)
показывает, что их можно разделить на две группы. К первой относятся эмульсии,
образованные водными растворами хлоридов щелочно-земельных металлов, хлоридом
натрия, а также сульфатами аммония, магния и гидрокарбоната натрия. Средние
размеры глобул воды в них меньше, чем в эмульсиях на основе пресной воды
(rпресн=15,5 нм).
Таблица
1. Средние размеры глобул воды в 5% в/н эмульсиях в зависимости от электролита.
Электролит
|
MgCl2
|
CаCl2
|
SrCl2
|
BaCl2
|
NaCl
|
KCl
|
KBr
|
r, мкм
|
10,0
|
9,5
|
13,0
|
15,0
|
15,3
|
21,0
|
Электролит
|
KJ
|
(NH4)2SO4
|
MgSO4
|
NaHCO3
|
NaNO3
|
KNO3
|
r, мкм
|
25,0
|
4,3
|
10,5
|
10,5
|
16,5
|
21,0
|
Рис
1. Кривые распределения g(r) глобул воды в 5% в/н эмульсиях, приготовленных на
основе IN-растворов электролитов: 1 - NaCl, 2 - KCl, 3 - KBr, 4 - Kl, 5 -
MgCl2, 6 - CaCl2, 7 - SrCL2, 8 - BaCl2 , 9 - (NH4)2SO4, 10 - MgSO4, 11 -
NaHCO3, 12 - NaNO3, 13 - KNO3, а также пресной (14) и пластовой (15) воды.
Ко
второй группе относятся эмульсии, образованные водными растворами галогенидов
калия, а также азотнокислым натрием и калием. Средние размеры глобул воды в них
больше, чем в эмульсии, приготовленной на основе пресной воды. К этой же группе
относится эмульсия на основе пластовой воды, причем средние размеры глобул воды
(rпласт=30,0 мкм) в этом случае максимальны.
Более
тонкое проявление изменений состояния воды в эмульсиях становится понятным при
рассмотрении не суммарного действия электролита, а аниона и катиона в
отдельности. По О.Я.Самойлову [8, 9] следует различать случаи положительно и
отрицательно гидратирующихся ионов. Первый из них соответствует эффективному
связыванию ионами ближайших к ним молекул воды раствора (из исследуемых нами
это ионы Na+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, HCO3-, SO42-). Во втором случае (из
исследуемых нами это ионы Cl-, Br-, J-, NH4-, NO3-) ближайшие к иону молекулы
воды раствора более подвижны, чем в свободной воде. Суммарно структурное
действие электролита определяется знаками и величинами энергий ближней
гидратации соответствующей пары аниона и катиона [5, 9], что полностью
объясняет обнаруженный нами характер изменения кривых g(r) и величин средних
размеров глобул воды в эмульсиях на основе всех исследованных электролитов.
В
качества добавок (4,66 % мол.) неэлектролитов (“стабилизирующих” и
“разрушающих” структуру воды) мы использовали гексаметилфосфортриамид (ГМФТ),
карбамид (мочевину) и ацетамид. Введение двух первых из них приводит к
некоторому уменьшению средних размеров глобул воды в эмульсии по сравнению с
размерами глобул воды в эмульсиях на основе как пресной, так и пластовой воды.
Ацетамид, наоборот, влияет на размеры глобул воды в эмульсиях в противоположную
сторону (рис. 2, 3).
Рис. 2. Кривые распределения g(r) глобул воды в 5% в/н эмульсиях, приготовленных
на основе пресной воды (1) и с добавлением (4,66 % мол.) неэлектролитов: 2 -
ацетамида, 3 - ГМФТ, 4 - карбамида.
|
|
Рис. 3. Кривые распределения g(r) глобул воды в 5% в/н эмульсиях,
приготовленных на основе пластовой воды (1) и с добавлением (4,66 % мол.)
неэлектролитов: 2 - ацетамида, 3 - ГМФТ, 4 - карбамида.
|
Введение
в пресную воду полиакриламида (ПАА) показывает, что размеры глобул воды по
сравнению с контрольным опытом сначала уменьшаются (при концентрациях 0,01-0,04
% весового ПАА в пересчете на чистый полиакриламид), а затем увеличиваются и
становятся больше, чем в пресной воде. Максимальные размеры глобул достигаются
при концентрации в воде ~0,08 % вес. ПАА. При дальнейшем увеличении
концентрации полиакриламида размеры глобул воды в эмульсиях практически не
изменяются. Эта концентрация ПАА, кстати, соответствует промысловой концентрации,
характерной наиболее эффективному вытеснению нефти из пласта.
Список литературы
Бабалян
Г.А. Физико-химические процессы в добыче нефти. М.: Недра, 1974.
Шерман
Ф. (ред.). Эмульсии. Л.: Химия, 1972.
Григоращенко
Г.И., Зайцев Ю.В., Кукин В.В. и др. Применение полимеров в добыче нефти. М.:
Недра, 1973.
Ергин
Ю.В., Яруллин К.С. Магнитные свойства нефтей. М.: Наука, 1979.
Ергин
Ю.В. Магнитные свойства и структура растворов электролитов. М.: Наука, 1983.
Мищенко
К.П., Полторацкий Г.М. Вопросы термодинамики и строения водных и неводных
растворов электролитов. Л.: Химия, 1968.
Крестов
Г.А. Термодинамика ионных процессов в растворах. Л.: Химия, 1973.
Самойлов
О.Я. Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов. М.: Изд. АН СССР,
1957.
Samoilow O.Ya. In: Water and Aqueons Solutions / Ed. Horne R.A. N-Y:
I.Willey and Sons, Inc., 1972. P. 597-610.
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.bashedu.ru