CC BY
89
УДК 533.1.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗВЛЕЧЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ ПОРИСТОЙ СРЕДЫ МЕТОДОМ СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ ФЛЮИДНОЙ ЭКСТРАКЦИИ
Д.Г. Филенко, К.А. Щеколдин, М.Н. Дадашев, В.А. Винокуров
Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина, Российская Федерация, 119991, г. Москва, Ленинский проспект, 65, jnus@mail.ru.
Создана экспериментальная установка, позволяющая исследовать процессы вытеснения углеводородов из твердых и квазитвердых пористых сред в широком диапазоне параметров состояния (давления - до 60,0 МПа, температуры - до 400 °С), отражающих термобарические и физико-химические условия реальных пластов и параметры вытесняющего агента. Проведены качественные эксперименты по извлечению углеводородов из реальных образцов кернов сверхкритическим диоксидом углерода. Результаты свидетельствуют о высокой эффективности применения сверхкритической флюидной технологии (в частности, сверхкритического диоксида углерода) в процессах извлечения и доизвлечения остаточных запасов углеводородного сырья из твердой пористой среды. Ил. 1. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: нефть, углеводороды, сверхкритический флюид, критическая точка, диоксид углерода.
INVESTIGATION OF HYDROCARBONS RECOVERY PROCESS FROM POROUS MEDIUM BY SUPERCRITICAL FLUID EXTRACTION
D.G. Filenko, K.A. Sehekoldin, M.N. Dadashev, V.A. Vinokurov
Gubkin Russian State University of Oil and Gas
65, Lenin Ave., Moscow, 119991, Russia, jnus@mail.ru.
The experimental plant making it possible to carry out the investigation of oil driving process in the wide intervals of state parameters (pressure - up to 60,0 MPa, temperature - up to 400 °С), which reproduce ther-mobaric and physicochemical conditions of real ledges and parameters of displacement agent, is created. The qualitative experiments on the hydrocarbons recovery from the real core samples by supercritical carbon dioxide are carried out. The results obtained indicate high efficiency of supercritical fluid technology use (particularly supercritical carbon dioxide) for oil recovery from solid porous medium. 1 figure. 4 soures.
Keywords: oil, hydrocarbons, supercritical fluid, critical point, carbon dioxide. ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в РФ наблюдается ежегодный рост потребления топлива на основе углеводородного сырья на фоне снижения объемов добычи легкодоступных углеводородов. В связи с тем, что в эксплуатацию вводятся менее продуктивные месторождения, залежи со сложным геологическим строением, все большая роль отводится новым экологически безопасным технологическим процессам добычи нефти, в частности методам повышения нефтеотдачи пластов. Во всем мире ежегодно возрастает интерес к новым методам повышения нефтеотдачи пластов, особенно к методам на основе сверхкритической флюидной технологии.
Сверхкритическая флюидная экстракция представляет собой новый технологический процесс, основанный на уникальных свойствах растворителей (рабочих агентов) которые они про-
являют при сверхкритических условиях. В критической точке и выше нее в системе растворителя проявляются резкие аномалии как термодинамических, так и транспортных свойств.
Для разработки месторождений с трудноиз-влекаемыми запасами углеводородов в качестве вытесняющего агента, в основном, используются углеводородные газы, азот, углекислый газ и их смеси [1]. Наиболее эффективным вытесняющим агентом является диоксид углерода, поскольку его динамическая вязкость в 2-3 раза превосходит вязкости других газов [2], что позволяет за счет низкой подвижности СО2 предотвратить прорывы вытесняющего агента к добывающим скважинам.
Термодинамические параметры, существующие в пластовых условиях, позволяют использовать углекислый газ в сверхкритическом (СК)
состоянии. Сверхкритическая флюидная технология обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными технологиями добычи нефти вследствие того, что может применяться в широком диапазоне геологических и физико-химических условий в пласте, а также на различных стадиях выработки месторождения [3]. Следует отметить, что метод сверхкритической флюидной экстракции объединяет в себе преимущества различных технологий повышения нефтеотдачи и может обеспечить значительное увеличение коэффициента извлечения нефти (КИН).
Посредством изменения давления (и/или температуры) можно непрерывно изменять растворяющую способность сверхкритического флюида. Обладая высокой плотностью, свойственной жидкостям, и низкими значениями поверхностного натяжения и вязкости, характерными для газов, сверхкритические флюиды способны глубоко проникать в твердые пористые структуры и экстрагировать растворимые углеводороды [4].
За рубежом опыт практического применения СО2 для увеличения нефтеотдачи пластов накоплен для коллекторов всех типов (песчаников, известняков, доломитов, мелкозернистых ангидритов, глинистых сланцев, аргиллитов), однако в России круг подобных исследований достаточно ограничен из-за отсутствия должного внимания к передовым, энергоресурсосберегающим, экологически безопасным технологиям со стороны нефтедобывающих компаний.
В этой связи, целью данной работы являлось исследование возможности применения метода сверхкритической флюидной экстракции для извлечения и доизвлечения остаточных запасов углеводородов из различных геологических пород керна.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Для исследования процессов извлечения трудноизвлекаемых запасов углеводородного
сырья из различных твердых и квазитвердых пористых сред в широком диапазоне параметров состояния, включая и критическую область, была создана экспериментальная установка, схема которой представлена на рис. 1.
Установка содержит емкость для растворителя 1, цилиндр высокого давления с разделительным поршнем 2, водяной насос высокого давления 3 и емкость для воды 4, экстрактор 5, сепаратор 6. Указанные части установки снабжены трубопроводной 7 и запорной 8 арматурой. Агрегаты установки снабжены измерителями и датчиками давления 9 и температуры 10. Кроме того, экстрактор 5 и сепаратор 6 снабжены нагревательными элементами 11.
Установка также снабжена автоматической системой измерения и управления термодинамическими параметрами растворителя в основных агрегатах устройства для их поддержания в широком диапазоне давлений и температур 12. Одновременно задается необходимое заранее рассчитанное или запрограммированное в системе 12 время экстракции.
Параметры агрегатов и системы управления 12 установки предусматривают проведение процесса экстрагирования путем изменения параметров растворителя в экстракторе 5 в широком диапазоне давлений (до 60,0 МПа) и температур (от 20 до 400 °С), что в ряде случаев необходимо для исследования процессов экстракции углеводородного сырья из пластов, находящихся при различных термобарических условиях.
Экспериментальная установка при экстракции углеводородного сырья из твердых пористых сред работает следующим образом: образец керна нефтенасыщенного пласта помещается в рабочий объем экстрактора 5. Затем из емкости 1 подается растворитель в газовую полость цилиндра высокого давления 2 и в экстрактор 5.
После создания в экстракторе 5 заданных значений термодинамических параметров для растворителя смесь через соответствующие
| .....г"* | ~г"
5 ' о г1 /
/6 1 4x3
151 / 1
Рис. 1. Схема экспериментальной установки для исследования процессов сверхкритической
флюидной экстракции
запорные и регулирующие вентили поступает в сепаратор 6, где также поддерживаются заданные значения давления и температуры. При переходе из экстрактора 5 в сепаратор 6 происходит резкое снижение плотности растворителя, что влечет за собой разделение и осаждение растворенных в диоксиде углерода веществ, а растворитель легко регенерируется благодаря своей высокой летучести.
Извлечение фракций целевого продукта из сепаратора 6 можно осуществлять как в процессе экстракции, так и после полного завершения процесса.
С целью определения на качественном уровне возможности применения метода сверхкритической флюидной технологии для извлечения остаточного углеводородного сырья были проведены эксперименты для различных геологических пород керна, с использованием в качестве растворителя диоксида углерода.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
В качестве объекта исследований были выбраны образец керна Чаяндинского нефтегазо-конденсатного месторождения (мелкозернистый песчаник, пористость - 19%, проницаемость -550 мД) и образец керна Оренбургского нефте-газоконденсатного месторождения (органогенно-обломочный известняк, пористость - 9%, проницаемость - 1,5 мД). Пластовые условия для Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения: температура - 60-70°С, давление -6-12 МПа. В процессе экстракции керна Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения наибольший выход экстракта отмечен при температуре 70°С и давлении 25,0 МПа. Время экстракции составляло 2 ч. Полученный экстракт, представлял собой водонефтяную эмульсию коричневого цвета с резким характерным запахом углеводородов. Выход экстракта составил 5,7%. Следует отметить, что из трубки для отведения газа сепаратора выходил сильный газ с запахом, характерным для природного газа, состав которого требует дополнительного изучения.
Далее были проведены эксперименты с образцом керна Чаяндинского нефтегазоконденсатного месторождения, из которого уже была произведена экстракция углеводородного сырья спиртобензольной смесью 1 : 2, с целью проверить возможность доизвлечения запасов углеводородов методом сверхкритической флюидной экстракции.
Наибольший выход экстракта из образца керна Чаяндинского нефтегазоконденсатного месторождения отмечен при температуре 39,4°С и давлении 27,0 МПа. Время экстракции составляло 2 ч. Полученный экстракт, также представлял собой водонефтяную эмульсию коричневого
цвета с характерным запахом углеводородов. Выход экстракта составил 11,8%. Как и в предыдущем эксперименте, при сбросе давления в сепараторе также был слышен характерный запах природного газа, но с меньшей интенсивностью.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Создана экспериментальная установка, позволяющая исследовать процессы извлечения остаточных запасов углеводородов из твердых и квазитвердых пористых сред, в широком диапазоне параметров состояния (давления - до 60,0 МПа, температуры - до 400 °С).
На данном этапе работы проведены качественные эксперименты по извлечению остаточного углеводородного сырья из реальных образцов кернов сверхкритическим диоксидом углерода.
Установлены величины оптимальных термодинамических параметров для растворителя, для Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения: температура - 70 °С и давление -25,0 МПа, для Чаяндинского нефтегазоконденсатного месторождения: температура - 39,4 °С, давление - 27,0 МПа.
Показана возможность извлечения и доиз-влечения остаточных запасов углеводородов из образцов керна Оренбургского нефтегазокон-денсатного месторождения и Чаяндинского нефтегазоконденсатного месторождения.
Термодинамические параметры процесса экстрагирования для каждого конкретного нефтенасыщенного керна устанавливаются индивидуально.
При этом следует иметь в виду, что снижение температуры экстракции ниже 31,3 °С приводит к нарушению критического состояния диоксида углерода и, как следствие, к резкому снижению скорости процесса и степени извлечения целевого продукта.
Давление растворителя в экстракторе при этом должно быть не ниже 7,35 МПа, поскольку в этом случае процесс выходит за рамки сверхкритического состояния, резко снижается растворяющая способность диоксида углерода и, как следствие, снижается скорость процесса и степень извлечения углеводородов.
Следует отметить, что такие параметры СО2, как высокая плотность и скорость диффузии, низкие значения поверхностного натяжения и вязкости обеспечивают высокую проникающую способность в твердые пористые структуры и высокие скорости протекания реакций [4].
Результаты, полученные в настоящей работе, наглядно демонстрируют возможность применения сверхкритической флюидной технологии (в частности, сверхкритического диоксида углерода) в процессах извлечения и доизвлече-ния остаточных запасов углеводородного сырья
из различных образцов керна.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Абдулагатов И.М, Абдулкадырова Х.С., Дада-шев М.Н. Экспериментальные исследования тепло-физических свойств чистых веществ и бинарных смесей, используемых в процессах сверхкритической экстракции // Теплофизика высоких температур. 1993. Т. 31. № 5. С. 830-849.
2. Анисимов М.А., Киселев С.Б., Костюкова И.Г. Двуокись углерода. Термодинамические свойства в критической области. М.: ГСССД, 1988. 302 с.
3. Влияние термобарических условий в однородном пласте на вытеснение маловязкой нефти сверхкритическим диоксидом углерода / Радаев А.В. [и др.] // Сверхкритические флюиды: теория и практика. 2009. Т. 4. № 3. С. 7-15.
4. Абдулагатов И.М., Абдулкадырова Х.С., Дада-шев М.Н. Применение сверхкритических флюидов в различных экстракционных процессах // Теплофизика высоких температур. 1994. Т. 32. № 2. С. 299-302.
Поступило в редакцию 11 марта 2012 г После переработки 24 апреля 2012 г
