CC BY
48
УДК 622.692
https://doi.org/10.24411/2310-8266-2020-10106
Многофункциональный реагент для добычи и транспорта высоковязких тяжелых нефтей
О.Ю. Полетаева1, Э.Р. Бабаев2, П.Ш. Мамедова2, И.М. Руфанова1, А.Ю.Леонтьев1
1 Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-9602-0051, E-mail: [email protected] ORCID: http://orcid.org/0000-0002-4620-3968, E-mail: [email protected] ORCID: http://orcid.org/0000-0003-3363-6841, E-mail: [email protected]
2 Институт химии присадок им. акад. А.М. Кулиева НАН Азербайджана, AZ 1029, г. Баку, Азербайджанская Республика ORCID: http://orcid.org/0000-0001-7614-4797, E-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6711-6823, E-mail: [email protected]
Резюме: В работе было исследовано влияние композиций реагентов на коэффициент извлечения нефти и вязкость нефти. Были составлены композиции из керосино-щелочных (КЩО) отходов нефтеперерабатывающего завода, представляющие соли, реагент Az-5, раствор сульфанола, синтетический полимер полиакриламид. Наибольший интерес нашего исследования представляет реагент Az-5, который обладает поверхностно-активными свойствами и защитным эффектом от сероводородной и бактериальной коррозии. Это щелочная композиция присадок на основе отходов нефтеперерабатывающей (КЩО) и жироперерабатывающей (Соапсток) промышленности. Экспериментально на модельной установке, имитирующей образец коллектора, определены коэффициенты извлечения нефти при использовании различных композиций для заводнения. Отдельно были проведены исследования влияния реагента Az-5, карбокси-метилцеллюлозы (КМЦ), КЩО на вязкость нефти. Было установлено, что композиции, в состав которых входит реагент Az-5, значительно повышают коэффициент извлечения нефти. Также добавление 5% реагента к исследуемой тяжелой нефти снижает вязкость на 11%. Так, реагент Az-5 является многофункциональным, поскольку обладает защитным эффектом от коррозии, способствует повышению коэффициента нефтеизвлечения при заводнении и снижает вязкость тяжелой нефти.
Ключевые слова: тяжелая нефть, коэффициент извлечения нефти, вязкость, реагент, добыча и транспорт нефти, химическое воздействие.
Для цитирования: Полетаева О.Ю., Бабаев Э.Р., Мамедова П.Ш., Руфанова И.М., Леонтьев А.Ю. Многофункциональный реагент для
добычи и транспорта высоковязких тяжелых нефтей // НефтеГазоХимия. 2020. № 1. С. 42-45.
D0I:10.24411/2310-8266-2020-10106
Благодарность: Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-55-06018, а также при финансовой поддержке Фонда развития науки при президенте Азербайджанской Республики. Грант № EIF-BGM-4- RFTF-1/2017-21/12/4.
MULTIFUNCTIONAL REAGENT FOR THE HIGHLY VISCOUS HEAVY OILS EXTRACTION AND TRANSPORTATION Olga YU. Poletaeva1, Elbay R. Babayev2, Pervin SH. Mamedova2, Inna M. Rufanova1, Alexander YU. Leontyev1
1 Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia ORCID: http://orcid.org/0000-0002-9602-0051, E-mail: [email protected]
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-4620-3968, E-mail: [email protected] ORCID: http://orcid.org/0000-0003-3363-6841, E-mail: [email protected]
2 Institute of Chemistry of Additives after Academician A.M. Guliyev, Azerbaidjan National Academy of Sciences, AZ1029, Baku, Azerbaidjan Republic
ORCID: http://orcid.org/0000-0001-7614-4797, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6711-6823, E-mail: [email protected]
Abstract: The effect of reagent compositions on the oil recovery coefficient and oil viscosity was investigated. Compositions of kerosene-alkaline waste from oil refinery were prepared. They consist of salts, Az-5 reagent, sulfanol solution, polyacrylamide. The greatest interest in our study is the Az-5 reagent, which has surface-active properties and a protective effect against hydrogen sulfide and bacterial corrosion. This is an alkaline additive composition based on waste from oil refining (KAW) and fat processing (Soapstock) industries. Experimentally, on a model installation simulating a collector sample, were determined oil recovery coefficients using various compositions for waterflooding. Independently, the effect of Az-5, CMC, KAW reagents on the oil viscosity there was studied. It was found that compositions containing Az-5 reagent significantly increase the oil recovery coefficient. The addition of 5% reagent reduces viscosity of the investigated heavy oil by 11%. Therefore the Az-5 reagent is multifunctional, as it is protective against corrosion, increases the oil recovery coefficient during flooding and reduces the viscosity of heavy oil. Keywords: heavy oil, oil recovery coefficient, viscosity, reagent, oil extraction and transportation, chemical effect.
For citation: Poletaeva O.YU., Babaev E.R., Mamedova P.SH., Rufanova I.M. Leontyev A.YU. MULTIFUNCTIONAL REAGENT FOR THE HIGHLY VISCOUS HEAVY OILS EXTRACTION AND TRANSPORTATION. Oil & Gas Cheуmistry. 2020, no. 1, pp. 42-45. DOI:10.24411/2310-8266-2020-10106
Acknowledgments: The reported study was funded by RFBR according to the research project № 18-55-06018. This work was supported by the Science Development Foundation under the President of the Republic of Azerbaijan- Grant № EIF-BGM-4-RFTF-1/2017-21/12/4.
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU
1ИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
Характерной особенностью современной нефтедобычи является увеличение доли трудноизвлекаемых запасов, к которым относятся в основном тяжелые высоковязкие нефти. В настоящее время актуальна разработка новых химических реагентов и составов технологических жидкостей для вытеснения при добыче и обеспечения транспортабельных свойств таких нефтей.
Известно, что одним из основных методов повышения нефтеотдачи пластов (ПНП) является заводнение нефтяных залежей. Наиболее широкое применение на промыслах нашли физико-химические методы. Один из этих методов основывается на применении поверхностно-активных веществ (ПАВ) при заводнении нефтяных пластов.
Эффективность извлечения нефти из нефтяных пластов зависит от многих факторов, один из которых вязкость закачиваемого в нагнетательную скважину реагента [1]. Применение растворов ПАВ совместно с низкоконцентрированными растворами полимера дает возможность одновременно снизить межфазное натяжение на границе раздела фаз, увеличить подвижность нефти и улучшить вытеснение ее водой, повысить вязкость водного раствора вытесняющего агента, снизить его подвижность. Применение реагентов индивидуального действия не всегда оказывается эффективным, так как реагенты могут быть несовместимы в одном технологическом процессе с другими реагентами. Для решения задачи увеличения коэффициента извлечения нефти (КИН) из заводненных нефтеносных пластов необходимым является подбор совместимой смеси полимера и ПАВ для заводнения скважины с оптимальной вязкостью состава. В качестве полимера может применяться полиакриламид (ПАА), обладающий способностью даже при малых концентрациях повышать вязкость воды, снижать ее подвижность [2]. Полимерные растворы, обладая повышенной вязкостью, лучше вытесняют не только нефть, но и связанную пластовую воду из пористой среды.
Нами было проведено исследование новых многофункциональных композиций на основе полиакриламида и ПАВ для вытеснения трудноизвлекае-мых запасов нефти.
При разработке композиции для эффективного извлечения остаточных запасов нефти исследования были ориентированы на использование недорогих реагентов, например многотоннажных промышленных отходов. В частности, были испробованы кероси-но-щелочные отходы нефтеперерабатывающего завода, представляющие соли, полученные при обработке керосина для нейтрализации нефтяных кислот, имеющихся в составе керосина, водным раствором щелочи. В составе КЩО остается 1,0-2,5% NaOH. В состав композиций входил реагент Az-5, 40%-й водный раствор сульфа-нола, а для повышения эффективности вытеснения нефти добавляли синтетический полимер ПАА. Рабочий раствор полимера готовили из концентрированного раствора (40%), разбавляя его до необходимой концентрации.
Наибольший интерес нашего исследования представляет реагент Az-5. Это щелочная композиция при-
садок на основе отходов нефтеперерабатывающей (КЩО) и жироперерабатывающей (Соапсток) промышленности. Рабочая жидкость реагента представляет 2-5%-й водный раствор, обладает поверхностно-активными свойствами и защитным эффектом от сероводородной и бактериальной коррозии, так как содержит ингибирующие компоненты (табл. 1). Ранее были представлены результаты исследования влияния различных присадок на ингибирующие способности реагента [3].
Для исследования влияния реагента и композиций на коэффициент нефтеизвлечения и вязкость нефти использовали нефть нафтенового типа с высоким содержанием смолисто-асфальтеновых веществ плотностью 941,1 кг/м3.
Коэффициент извлечения нефти определяли на установке, имитирующей модель пласта. Модельная установка для определения нефтевытесняющей способности разработанных композиций представляет собой стеклянные трубки длиной 70 см и диаметром 30 мм, заполненные песком (проницаемость набивки соответствует коллектору месторождения исследуемой нефти). На нижнем конце модели пласта устанавливали фильтр из одно-двух слоев металлической сетки. Далее пропитывали модель пласта отобранной из скважины пластовой водой. Для пропитки песка водой установку подключали к системе вакууми-рования и через модель пласта пропускали воду. Поры пласта заполняли водой, а излишек собирали и измеряли в цилиндре. Затем производили насыщение приготовленной модели нефтью. Определенный объем подготовленной нефти пропускали через модель пласта (система работает под вакуумом).
Нефть частично вытесняет воду из пор пласта, часть пор заполняется нефтью. В результате модель пласта имеет определенную нефте- и водонасыщенность. В мензурках, где собирается вытесненная жидкость (вода и нефть), за-
Таблица 1
Оценка бактериостойкости реагента Аz-5 с различными присадками в составе
Присадка
Концентрация,
%
Диаметр зоны угнетения роста микроорганизмов, см
бактерии МПА грибы СА
0,5
3,2-3,4
1,0-1,2
Grotan-OX 0,25 3,0- 3,2 + +
0,125 2,8- 2,8 + +
0,06 2,0- 2,2 + +
0,5 1,4- -1,6 3,0-3,0
С5Н11SSCH2CH=CH2 0,25 1,0- 1,2 2,6-2,8
0,125 1,0- 1,0 2,4-2,4
0,06 0,8- 0,8 2,0-2,2
0,5 3,0- 3,2 1,8-2,0
Grotan - ОХ + СдН.,., SSCH2CH= =СН2 0,25 2,4- 2,6 1,6-1,8
III) 0,125 2,0- 2,0 1,4-1.6
0,06 1,6- 1,6 1,0-1,0
0,5 3,0- 3,0 2,0-2,1
Grotan - ОХ + СдН.,., SSCH2CH= =СН2 0,25 2,4- 2,6 1,7-1,7
и-3) 0,125 1,8- 2,0 1,2-1,4
0,06 1,0- 1,0 1,0-1,0
8-оксихинолин 1,0 1,8- 2,0 1,6-2,0
0,5 0,2- -1,0 0,8-1,1
Реагент Az-5 без присадки 0150 + + + +
1 • 2020
НефтеГазоХимия 43
меряли объем вытесненной воды и нефти, рассчитывали исходную не-фтенасыщенность пласта как разницу между поданной в пласт нефтью и замеренной в мензурках. Остаточную водонасыщенность модели пласта рассчитывали как разницу между по-ровым и водным объемами в мензурке. Вытеснение нефти водой осуществляли до максимально возможного нефтевытеснения (извлечения нефти) - до 100%-й обводненности жидкого потока, собираемого в мензурках. Объем вытесненной в мензурку нефти замеряли и определяли коэффициент извлечения нефти (КИН - отношение объема вытесненной нефти к объему поданной нефти).
Составы композиций и результаты исследования их влияния на коэффициент извлечения нефти приведены в табл. 2.
Из анализа полученных экспериментальных данных следует: коэффициент извлечения нефти, полученный при вытеснении нефти водой в условиях модельной установки невысок (28%). При использовании индивидуальных реагентов (КЩО и реагента Az-5) КИН характеризуются практически одинаковыми низкими значениями (13-17%). Низкие нефтевытесняющие свойства этих растворов обусловлены, очевидно, химической несовме- _
стимостью агентов нефтевытеснения с жидкостями. При прохождении КЩО через песок, насыщенный пластовой водой, образуется осадок, осложняющий его фильтрацию.
Добавление в составы (II) и (IV) по 0,5 г ПАВ (сульфано-ла) способствует повышению значений коэффициентов извлечения от 13 и 17 % до 33 и 53% соответственно.
Высокими значениями КИН (78,8 и 87%) характеризуются нефтевытесняющие композиции (VIII и IX соответственно), что, возможно, связано с уменьшением концентрации щелочного компонента (КЩО).
На выбор технологии добычи и транспортирования (режим, оборудование) значительное влияние оказывают реологические свойства нефтей. Для улучшения реологических свойств «аномальных» нефтей проводится огромный объем работ. Наиболее актуальными являются исследования методов физико-химического воздействия на тяжелую нефть [4]. Ранее нами были проведены эксперименты, где показано снижение вязкости нефти в результате СВЧ и магнитного воздействия [5, 6]. К сожалению, не всегда есть возможность установки дополнительного оборудования, в то время как добавка реагентов и присадок в добываемый или транспортируемый поток технологически легче осуществима.
В связи с этим нами были проведены исследования влияния реагентов (А2-5, карбоксилатметилцеллюлозы (КМЦ)) на вязкость нефти (табл. 3). ПАА используется для загущения воды при заводнении, поэтому не добавлялся в композиции для снижения вязкости нефти.
Таблица 2
Коэффициенты извлечения нефти в зависимости от состава разработанных композиций реагентов
№ Композиции, мл КИН, %
I Нефть (10 мл) + вода (100 мл) 28
II Нефть (10 мл) + КЩО (100 мл) 13
III Нефть (10 мл) + Az-5 5%-й водный раствор (100 мл) 17
IV Нефть (10 мл) + ПАА (2,5 г) + вода (97,5 мл) 33
V Нефть (10 мл) + ПАА (1,2 г) + 0,5 г сульфанол + вода (98,3 мл) 38
VI Нефть (10 мл) + Az-5 (5 мл) + сульфанол (0,5 г) + вода (94,5 мл) 53
VII Нефть (10 мл) + ПАА (1,2 г) + сульфанол (0,5 г) + КЩО (48,3 мл) + вода (50 мл) 69,1
VIII Нефть (10 мл) + ПАА (1,2 г) + сульфанол (0,5 г) + Az-5 (48,3 мл) + вода (50 мл) 78,8
IX Нефть (10 мл) + ПАА (1,2 г) + биоцид* (0,5 г) + КЩО (48,3 мл) + вода (50 мл) 87
*Биоцид - бутоксиоксазолидинметоксиэтан
Таблица 3
Влияние химического воздействия на снижение вязкости нефти
Состав Вязкость, мПас КИН Пов. нат. и, (мН/м] Угол смач. 0, градусы
Нефть 634 27 25 20,6
Нефть + 5% КМЦ 603 15 24 16,8
Нефть + 5% КЩО 629 17 24,3 18
Нефть + 5% Az-5 582 21 24,8 17,3
Нефть + 3% КЩО + 5% Az-5 560 57 23,05 18,2
Нефть + 5% Az-5 + 3% КМЦ 572 68,18 23,01 15
Вязкость исследуемых проб определяли на программируемом вискозиметре Brookfield, краевой угол смачиваемости на приборе DSA30 (Kruss, Германия) методом Sessile drop. Определение поверхностного натяжения проводили на приборе DSA30 (Kruss, Германия) методом Pendant drop (PD).
Исследованные реагенты незначительно влияют на снижение вязкости, всего на 5-11%. Добавление КЩО в нефть для снижения вязкости нецелесообразно, так как снижение вязкости незначительно (в рамках погрешности), а увеличение концентрации может ухудшить свойства перекачиваемой нефти. Наилучший результат показывает реагент Az-5. Надо отметить, что данный компонент также способствует повышению коэффициента нефтеизвлечения.
После использования реагентов КМЦ, КЩО плотность исследуемой нефти несколько снизилась (до 936,8 кг/м3), а с добавлением реагента Az-5 плотность нефти стала 929,3 кг/м3, что значительно облегчает вытеснение тяжелой нефти.
Таким образом, реагент Az-5 проявляет защитный эффект от сероводородной и бактериальной коррозии, но и является эффективным компонентом композиций для повышения коэффициента нефтеизвлечения, а также снижения вязкости и плотности тяжелой нефти, что способствует повышению процессов ее промысловой подготовки и транспорта.
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
*о-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мурзакаев Ф.Г., Максимов Г.Г. Химизация нефтедобывающей промышленности и охрана окружающей среды. Уфа: Башкир. кн. изд-во, 1989. 154 с.
2. Федорова А.Ф., Шиц Е.Ю., Портнягин А.С. Исследование возможности применения растворов полимеров в качестве агентов вытеснения нефти на месторождениях с аномально низкими пластовыми температурами // Нефтегазовое дело. 2008. C. 1-12.
3. Babayev E.R., Farzaliev V.M., Mamedova P.Sh., Poletaeva O.Yu., Streek M., Kolchina G.Yu., Movsumzade E.M. New biocidal compositions for oil, oil products and oilfield fluids // DGMK Tagungsbericht. 2018. P. 161-166.
4. Гаррис Н.А., Полетаева О.Ю., Латыпов Р.Ю. Проблемы транспортирования тяжелых нефтей // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2013. № 3. С. 3-5.
5. Леонтьев А.Ю., Полетаева О.Ю., Бабаев Э.Р., Мамедова П.Ш. Влияние СВЧ-воздействия на изменение вязкости высоковязких тяжелых нефтей // НефтеГазоХимия, 2018. № 2. С. 25-27.
6. Леонтьев А.Ю., Полетаева О.Ю., Шакиров Р.А., Хасанов И.И., Бабаев Э.Р. Влияние магнитного поля на реологические свойства тяжелых высоковязких нефтей // НефтеГазоХимия, 2019. № 3-4. С. 18-22.
REFERENCES
1. Murzakayev F.G., Maksimov G.G. Khimizatsiya neftedobyvayushchey promyshlennostii okhrana okruzhayushchey sredy [hemicalization of the oil industry and environmental protection]. Ufa, Bashkirskoye knizhnoye Publ., 1989. 154 p.
2. Fedorova A.F., Shits Ye.YU., Portnyagin A.S. Investigation of the possibility of using polymer solutions as agents for oil displacement in fields with abnormally low formation temperatures. Neftegazovoye delo, 2008, pp. 1-12 (In Russian).
3. Babayev E.R., Farzaliev V.M., Mamedova P.Sh., Poletaeva O.YU., Streek M., Kolchina G.Yu., Movsumzade E.M. New biocidal compositions for oil, oil products and oilfield fluids. DGMK Tagungsbericht, 2018, pp.161-166.
4. Garris N.A., Poletayeva O.YU., Latypov R.YU. Problems of transportation of heavy oils. Transport i khraneniye nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya, 2013, no. 3, pp. 3-5 (In Russian).
5. Leont'yev A.YU., Poletayeva O.YU., Babayev E.R., Mamedova P.SH. The effect of microwave influence on the change in the viscosity of high-viscosity heavy oils. NefteGazoKhimiya, 2018, no. 2, pp. 25-27 (In Russian).
6. Leont'yev A.YU., Poletayeva O.YU., Shakirov R.A., Khasanov I.I., Babayev E.R. The influence of the magnetic field on the rheological properties of heavy high-viscosity oils. NefteGazoKhimiya, 2019, no. 3-4, pp. 18-22 (In Russian).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ / INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
Полетаева Ольга Юрьевна, д.т.н., проф. кафедры гидрогазодинамики трубопроводных систем и гидромашин, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Бабаев Эльбей Расимович, к.х.н, в.н.с., Институт химии присадок им. акад. А.М. Кулиева НАН Азербайджана.
Мамедова Первин Шамхал кызы, д.х.н., завлабораторией, Институт химии присадок им. акад. А.М. Кулиева НАН Азербайджана. Руфанова Инна Михайловна, к.т.н., доцент кафедры гидрогазодинамики трубопроводных систем и гидромашин, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Леонтьев Александр Юрьевич, аспирант кафедры гидрогазодинамики трубопроводных систем и гидромашин, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Olga YU. Poletaeva, Dr. Sci. (Tech.), Prof. of the Department of Hydraulic and Gas Dynamics of Pipeline Systems and Hydraulic Machines. Ufa State Petroleum Technological University.
Elbey R. Babaev, Cand. Sci. (Chem.), Leading Researcher, Institute of Chemistry of Additives after Academician A.M. Kuliev, Azerbaidjan National Academy of Sciences. Pervin SH. Mamedova, Dr. Sci. (Chem.), Head of Laboratory. Academician A.M. Guliyev Institute of Chemistry of Additives, National Academy of Sciences of Azerbaijan.
Inna M. Rufanova, Cand. Sci. (Tech.), associate professor of the Department of Hydraulic and Gas Dynamics of Pipeline Systems and Hydraulic Machines. Ufa State Petroleum Technological University.
Alexander YU. Leontyev, Postgraduate Student of the Department of Hydraulic and Gas Dynamics of Pipeline Systems and Hydraulic Machines. Ufa State Petroleum Technological University.
1 • 2020
