RU2097538C1 - Способ снижения потерь вытесняющего агента и способ вторичной добычи углеводородов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способу снижения потерь вытесняющего агента и способу вторичной добычи углеводородов. Способ снижения потерь вытесняющего агента на матрице породы подземного резервуара, где содержатся жидкие углеводороды, в котором матрицу породы стабилизируют в присутствии катионов, и обрабатывают матрицу породы раствором адсорбента, в качестве раствора адсорбента используют сульфиты, в качестве катионов используют если KCl или NaCl. Способ вторичной добычи углеводородов содержащихся в матрице породы подземного резервуара, включавший нагнетание адсорбента до или одновременно с нагнетанием вытесняющего агента в присутствии катионов, происходящих от солей KCl или NaCl, в качестве адсорбента используют фосфаты или сульфаты натрия или калия. 2 с.и. 11 з. п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к способу снижения потерь вытесняющего агента, используемого в способах вторичного извлечения нефти, а также к способу для улучшения вторичной добычи углеводородов, позволяющему снизить количество нагнетаемого вытесняющего агента, при постоянном контроле за стабильностью частиц, присутствующих в матрице породы соответствующих нефтяных полостей, причем это частицы глинистого происхождения.

Первичная добыча путем естественного осушения месторождений жидких углеводородов может быть недостаточна эффективна, даже в присутствии активного водоносного пласта или шапки свободного газа, поэтому часто используют методы сопутствующего извлечения, например состоящие в нагнетании в пласт рабочей жидкости.

Можно нагнетать воду, обработанную для того, чтобы она стала совместимой с породой резервуара; несмешивающиеся с углеводородами газы; смешивающиеся с углеводородами газы; микроэмульсии или флюиды на основе полимеров, обладающие высокой вязкостью in situ.

Все эти способы направлены на достижение наиболее эффективного вытеснения нефти из образующей резервуар породы, содержащей нефть. Это вытеснение состоит в выталкивании углеводорода к эксплуатационным скважинам.

Но во всех этих способах сталкиваются, в различных степенях, о проблемами экономической рентабельности. В самом деле принимая во внимание дополнительную стоимость операций нагнетания и нагнетаемых продуктов, которые часто не рекуперируются, рентабельность разработки такого месторождения может оказаться незначительной, если не нулевой. Поэтому основная задача этих способов стремление избежать использование значительного количества дорогостоящих агентов.

В случае, когда вытесняющий агент образован полимерами, то эти полимеры используются как добавки, повышающие вязкость основной жидкой среды, т.е. воды. Их действие также распространяется на пластовые воды.

Однако эти полимеры обладают свойством адсорбироваться на матрице породы. Эта адсорбция проявляется в удержании продукта на матрице породы и, следовательно снижает концентрацию полимера в вытесняющем агенте. Кроме того адсорбция способствует удержанию агента за счет явления улавливания в матрице породы. Соотношение подвижности вытесняющего агента по отношению к углеводороду, которое зависит непосредственно от концентрации, благоприятно сказывается только в ограниченной зоне вокруг зоны нагнетания. Для того, чтобы устранить эти недостатки, вынуждены нагнетать высокие концентрации полимеров, однако это связано с большим расходом нагнетаемого продукта и повышением операции нагнетания
Известен способ нагнетания химического продукта в нефтяной резервуар для ограничения потерь поверхностноактивных веществ, используемых при вторичном извлечении [1] Но этот способ относится только к продуктам на основе лигносульфонатов.

В патенте [2] описывается способ нагнетания первого, затем второго флюида, перед нагнетанием вытесняющего флюида. Второй флюид содержит продукт, который может в частности иметь в своем составе полифосфаты, но они предназначены единственно для десорбции первого флюида из образующей резервуар породы. Этот способ преимущественно применим к резервуарам, имеющим гетерогенную проницаемость.

Изобретение относится к способу снижения потерь вытесняющего агента на матрице породы подземного резервуара, где содержатся жидкие углеводороды, в котором матрицу породы стабилизируют в присутствии катионов, и обрабатывают матрицу породы раствором адсорбента.

В изобретении, вышеуказанный раствор адсорбента включает фосфаты и увеличивает адсорбцию вышеуказанного раствора присутствием катионов в определенной концентрации.

Вышеуказанный раствор адсорбента может содержатъ фосфаты натрия Na₂HPO₄, Na₃PO₄, калия K₂HPO₄, K₃PO₄.

Концентрация фосфатов в вышеуказанном растворе адсорбента может составлять величину от 0,004 моль/л до 0,5 моль/л и предпочтительно составляет 0,01-0,1 моль/л.

Вышеуказанная концентрация катионов может составлять 0,5 2 моль/л.

Катионы могут происходить от одновалентных ионов натрия или калия.

Согласно способу матрицу породы можно обрабатывать в присутствии катионов раствором адсорбента перед нагнетанием вытесняющего агента.

Но также можно нагнетать вместе раствор адсорбента и вытесняющий агент в присутствии катионов.

Раствор вытесняющего агента может содержать катионы в концентрации, близкой к вышеуказанной определенной концентрации, когда его нагнетают отдельно от раствора адсорбента.

Нагнетаемые в матрицу породы растворы могут иметь рН-значение 4- 10 и предпочтительно 7-10.

Согласно способу изобретения, в присутствии ионов кальция, в матрицу породы можно нагнетать, до вышеуказанного раствора адсорбента, раствор катионов в вышеуказанной определенной концентрации.

Согласно способу, вышеуказанный раствор вытесняющего агента может содержать частично гидролизованные полиакриламиды или сополимеры или гидролизаты полиакриламида высокой молекулярной массы, полисахариды типа ксантана или склероглюкана высокой молекулярной массы, или любой синтетический или природный гидролизуемый полимер высокой молекулярной массы, например, выше 10⁶ дальтонов.

Изобретение также относится к способу вторичной добычи углеводородов, содержащихся в матрице породы подземного резервуара, через который проходит по крайней мере одна нагнетательная скважина и, по крайней мере одна эксплуатационная скважина. В это способе нагнетают вышеуказанные растворы по вышеуказанной нагнетательной скважине и добывают углеводороды за счет вышеуказанной эксплуатационной скважины.

Вышеуказанная матрица породы может содержать глины.

Способ изобретения предпочтительно может быть применен тогда, когда пластовая вода, содержащаяся в порах вышеуказанной матрицы породы, содержит ионы кальция.

Основной характеристикой изобретения является использование раствора фосфатов в качестве жидкостей для обработки породы резервуара с целью снижения потерь вытесняющего агента, содержащего полимеры. Потери некоторого количества вытесняющего агента происходят либо за счет адсорбции, либо за счет удерживания породой, которое усиливается, если имеет место адсорбция агента. Однако нагнетание такого раствора в полости породы, содержащие частицы глинистого или неглинистого происхождения, вызывает дестабилизацию этих частиц.

Процесс дестабилизации пористых сред заключается в следующем: фосфатные ионы адсорбируются на поверхности минералов, образуя сильные связи с гидроксильными группами /AlOH или SiOH/ поверхности. Результатом этой адсорбции является значительное увеличение отрицательного заряда на поверхности минералов и особенно глин. Эта модификация свойств поверхности влечет за собой увеличение сил отталкивания электростатического происхождения либо между частицами глин между собой, либо между этими частицами и кварцем или карбонатами, образующими матрицу резервуара. Эти силы отталкивания снижают когезию породы и вследствие этого способствуют дестабилизации пористой среды.

В этих условиях, образующая резервуар порода подвергается большому риску закупорки пор за счет агломерации этих дестабилизированных частиц, которые вытесняются путем увлечения в процессе протекания нагнетаемого вытесняющего агента.

Для устранения этого недостатка обрабатывающий раствор согласно изобретению содержит группу катионов, предпочтительно одновалентных катионов солей KCl или NaCl, в определенной концентрации, которые препятствуют дестабилизации частиц, глинистого или неглинистого происхождения и одновременно увеличивает эффективность адсорбции фосфатов на матрице породы, которая включает глины, пески или карбонаты. В самом деле, фосфатные ионы заряжены отрицательно, как и поверхность песков или глин. Когда увеличивают соленость катионами, предпочтительно одновалентными ионами, фосфатные ионы могут более легко приближаться к поверхностям минералов из-за снижения (или экранирования) электростатических отталкиваний. Фосфатные ионы образуют в этом случае больше связей с этими поверхностями, т.е. они адсорбируются больше, и тем самим более сильно уменьшают число возможных участков адсорбции для вытесняющего агента.

Как уточнено выше, предпочтительными катионами являются одновалентные ионы, но допустимы и другие катионы, такие, как катионы кальция или магния, если их концентрация не вызывает осаждений фосфатов или сульфитов.

Более того нужно обратить внимание на то, что способ изобретения не зависит от температуры, что позволяет эффективно использовать этот способ, какая бы ни была глубина обрабатываемой полости.

Растворы и жидкости, используемые в способе могут иметь рН- значения, изменяющиеся от 4 до 10, но предпочтительно рН-значение составляет величину выше 7.

Согласно предпочтительному способу изобретения, матрицу породы сначала обрабатывают объемом раствора адсорбента, согласно изобретению. Операция состоит в нагнетании в пласт объема раствора перед нагнетанием собственно раствора, содержащего вытесняющий агент. Для осуществления этой процедуры, известной под названием "предпромывка", необходимо определить объем обрабатывающего раствора с учетом объема пор обрабатываемой матрицы породы. Объем обрабатывающего раствора обычно по крайней мере равен объему пор пространства, в котором раствор вытесняющего агента должен играть свою роль рабочей жидкости и выталкивателя углеводородов, содержащихся в том же самом объеме.

Благодаря обработке согласно изобретению, раствор, содержащий вытесняющий агент, заметно сохраняет свои характеристики и первоначальный состав во время его циркуляции в резервуаре породы Реология (особенно вязкость) вытесняющего агента тогда более легко контролировать, что позволяет достигать максимума эффективности вытеснения углеводородов вытесняющим агентом.

В зависимости от условий залегания и с целью упрощения операций, нагнетают в одно и то же время раствор адсорбента и вытесняющего агента. В этом случае нагнетание осуществляют в присутствии одновалентных катионов или ионов в определенной концентрации для того чтобы препятствовать дестабилизации частиц и повысить действие раствора адсорбента.

Когда содержащаяся в геологической формации вода содержит значительные количества двухвалентных ионов, например, ионы кальция или магния, можно нагнетать раствор катионов в определенной концентрации для того, чтобы избежать осаждения солей двухвалентных металлов в виде фосфатов или сульфитов. Количественный анализ проводят по относительному содержанию этих ионов по отношению к другим ионам в растворе. Нагнетаемый объем этого раствора, до нагнетаний раствора фосфата и вытесняющего флюида, должен составлять в частности, величину от 0,2 до объема порового пространства. В качестве катионов предпочтительно выбирать одновалентные ионы Na и K В NACL и KCl.

Изобретение будет лучше понятно и его преимущества будут более четко показаны в нижеследующем описании опытов, которые не ограничивают объема изобретения.

На фиг. 1 представлены кривые 1 и 2, показывающие зависимость концентрации полимера в вытесняющем агенте на выходе из пористой среды в зависимости от нагнетаемого объема, для двух условий опытов на образце из глинистого песка; на фиг. 2 представлены две кривые, показывающие взаимозависимость тех же параметров при двух других условиях опытов на образце из глинистого песчаника; на фиг. 3 зависимость адсорбции полимера от концентрации фосфатов и концентрации одновалентных ионов.

Протокол экспериментов и анализ кривых фиг. 1 и 2 следующие.

Образцы насыщают водой. Объемы нагнетаемых растворов подают под напором воды. Измеряют введенные объемы и концентрацию полимера в растворах на выходе из образца. Появление фронта полимера интерпретируется в зависимости от нагнетенного объема раствора. Если появление полимера имеет место при нагнетании объема, соответствующего объему пор, то нет удержания. Если оно имеет место после нагнетания, то имеется удержание.

Пример 1. Три эксперимента проводят на образующей резервуар породе, образованной массивом неуплотненного глинистого песка. Проницаемость, измеренная согласно обычным нормам, составляет 3,6 дарси.

Первый эксперимент состоит в нагнетании в массив раствора полиакриламида в концентрации 330 ppm. Скорость нагнетания 0,35 м/день.

Этот раствор получают в слабо соленой воде, имеющей следующий состав:
натрий, ppm: 42
магний, ppm: 24
кальций, ppm: 40
калий, ppm: 11.

рН-значение 7
В массив нагнетают объем раствора, трехкратный объему пор выше указанного массива.

Кривая А на фиг. 1 показывает результаты в форме кривой относительной концентрации C/C₀ полимера на выходе из пористой среды в зависимости от нагнетенного объема, измеренного на выходе из пористой среды. С₀ представляет собой начальную концентрацию нагнетаемого полимера. Появление фронта полимера происходит в точке 3, после измерения объема пор. Этот фронт является характеристикой значительного удержания полимера в массиве, при это чем больше запаздывание появления полимера по отношению к объему пор, тем больше удержание.

Подтверждают и количественно характеризуют это явление материальным балансом между входом и выходом из пористой среды. Этот баланс дает удержание 90•10^-6 г полимера на г породы.

После этого нагнетания осуществляют измерение проницаемости пористого массива. Это условное измерение осуществляется в воде до эксперимента, затем после эксперимента. Соотношение этих двух измерений дает снижение проницаемости, связанное с удержанием полимера, порядка 1,4.

Этот первый эксперимент подчеркивает относительно большую потерю вытесняющего продукта особенно за счет адсорбции на матрице породы.

Второй эксперимент реализуется в тех же самых условиях, как и предыдущий, но до нагнетания раствора полимера нагнетают раствор адсорбента Na₂HPO₄ в концентрации 0,008 моль/л. Нагнетаемый объем этого раствора равен объему пор. С начала нагнетания раствора полимера с той же самой скоростью 0,35 м/день констатируют прогрессирующую закупорку пористой среды путем измерения эволюции потерь напора через среду. Эта закупорка вызывается агломерацией глин, дестабилизированных первым нагнетанием Na₂HPO₄. Нагнетание полимера нельзя продолжать вследствие растрескивания массива.

Третий эксперимент реализуется в тех же условиях, что и предыдущий, но два раствора фосфата (Na₂HPO₄) и полимера -нагнетают в соленой среде с концентрацией 20 г/л NaCl. Концентрации фосфата и полиакриламида остаются идентичными, также как скорость нагнетания и рН.

Результаты представлены кривой B на фиг. 1. Полимер в заметной степени появляется в точке 4 при измерении объема пор. Это является характеристикой отсутствия адсорбции в пористой среде.

Концентрация полимера на выходе из пористой среды достигает своего максимума в точке 2, тогда как для первого эксперимента максимум достигается в точке 1. Площадь между двумя кривыми A и B и разграниченная точками 1, 2, 3 и 4 обозначает количество агента, удержанного в массиве, сравнительно между первым и третьим экспериментами.

Никакой закупорки пористой среды не констатировано.

Измеренное удержание полимера очень незначительное, порядка 10•10^-6 г/г.

Снижение проницаемости после прохождения полимера порядка 1,1.

Этот эксперимент показывает, что глина не дестабилизируются нагнетанием раствора фосфата, что они не вытесняются и не агломерируются за счет нагнетания вытесняющего флюида, так как снижение проницаемости незначительное.

Этот эксперимент свидетельствует о том, что имеет место снижение удержания полимера по сравнению с первым экспериментом. Это подтверждает также эффективность способа согласно изобретению.

Пример 2. Этот эксперимент иллюстрирует способ, примененный к массиву глинистых песчаников, включающих пески и около 5% иллита. Измеренная проницаемость составляет 640 мД. Нагнетания обоих растворов фосфата и полимера осуществляют в соленой среде NaCl в концентрации 20 г/л.

Раствор фосфата Na₂HPO₄ имеет концентрацию 0,01 моль/л. Раствор полиакриламида имеет концентрацию 330 pp
В массив в объеме, равном 1,5-кратному объему пор, нагнетают раствор фосфата со скоростью 0,5 м/день. На результатах, представленных кривой D на фиг. 2, наблюдают практически полное отсутствие удержания полимера по сравнению с тем же нагнетанием без фосфата, что представлено кривой C на фиг. 2. Точно также, как и в третьем эксперименте первого полимера, появление фронта полимера в точке 5 доказывает отсутствие удержания.

Снижение проницаемости измерено ниже 1,1 после вымывания водой.

Следовательно, способ так же эффективен на породе с намного меньшей проницаемостью, как и на породе первого примера.

Пример 3. Этот эксперимент иллюстрирует удержание за счет адсорбции полиакриламида, частично гидролизованного до степени гидролиза 30% на каолините. Адсорбцию измеряли в зависимости от концентрации NaCl и в зависимости от концентрации фосфата Na₂HPO₄. Измерения были осуществлены на частицах каолинита, используя метод остатков. Количественный анализ полимера проводили по содержанию органического углерода в растворе. Измерения осуществляли при температуре 30^oC.

На кривых на фиг.3 адсорбция полимера дана в миллиграммах на грамм (ось кординат), а концентрация фосфата дана в молях на литр (ось абсцисс). Кривая E проведена для концентрации 5 г/л соли NaCl. Кривая F проведена для концентрации 20 г/л NaCl. Кривая G проведена для концентрации 50 г/л NaCl.

Констатируют, что для всех концентраций фосфата, выбранных для экспериментирования, эффективность раствора адсорбента повышается с увеличением концентрации натриевой соли.

Также констатируют значительное снижение адсорбции полимера за счет присутствия фосфата. В этом эксперименте оптимальная концентрация фосфата составляет 0.08 моль/л.

Claims (13)

1. Способ снижения потерь вытесняющего агента на матрице породы подземного резервуара, содержащего углеводороды, включающий стабилизацию матрицы породы введением катионов, обработку матрицы породы раствором адсорбента, отличающийся тем, что в качестве раствора адсорбента используют фосфаты или сульфиты, причем адсорбцию осуществляют в присутствии катионов, введенных в необходимой концентрации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные фосфаты или сульфиты представляют собой соли натрия или калия.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что концентрация фосфатов или сульфитов в указанном растворе адсорбента составляет 0,004 0,5 моль/л, предпочтительно 0,01 0,1 моль/л.

4. Способ по любому из пп.1 3, отличающийся тем, что указанная определенная концентрация катионов составляет 0,5 2,0 моль/л.

5. Способ по любому пп. 1 4, отличающийся тем, что указанные катионы происходят от солей KCl или NaCl.

6. Способ по любому из пп.1 5, отличающийся тем, что матрицу породы обрабатывают раствором адсорбента в присутствии указанных катионов до нагнетания указанного вытесняющего агента.

7. Способ по любому из пп.1 6, отличающийся тем, что в присутствии указанных катионов нагнетают вместе указанный раствор адсорбента и указанный вытесняющий агент.

8. Способ по любому из пп.1 6, отличающийся тем, что раствор вытесняющего агента содержит катионы в концентрации, близкой к указанной определенной концентрации.

9. Способ по любому из пп.1 8, отличающийся тем, что растворы, нагнетаемые в матрицу породы, имеют pH 4 10, предпочтительно 7 10.

10. Способ по любому из пп.1 9, отличающийся тем, что в присутствии ионов кальция в матрице породы перед указанным раствором адсорбента нагнетают раствор указанных катионов в указанной определенной концентрации.

11. Способ по любому из пп.1 10, отличающийся тем, что указанный раствор вытесняющего агента содержит частично гидролизованные полиакриламиды, или сополимеры, или гидролизаты полиакриламида высокой молекулярной массы, полисахариды типа ксантана или склероглюкана высокой молекулярной массы, или любой гидролизуемый синтетический или природный полимер высокой молекулярной массы, т.е. выше 10⁶ дальтон.

12. Способ вторичной добычи углеводородов, содержащихся в матрице породы подземного резервуара, путем нагнетания раствора адсорбента, катионов и вытесняющего агента через по крайней мере одну нагнетательную скважину и отбор углеводородов через по крайней мере одну добывающую скважину, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используют фосфаты или сульфиты натрия или калия с концентрацией 0,004 0,5 моль/л или одновременно с нагнетанием вытесняющего агента, причем нагнетание раствора адсорбента и вытесняющего агента осуществляют в присутствии катионов, происходящих от солей KCl или NaCl с концентрацией 0,5 2,0 моль/л.

13. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что концентрация фосфатов или сульфитов в растворе адсорбента предпочтительно составляет 0,01 0,1 моль/л.

Images