Омарова К.И.

Казахский национальный университет им.аль-Фараби

Вытеснение нефти (50% раствор в керосине)

из капиллярно-пористых систем водными растворами поликомплексов неионных ПАВ

Исследования по вытеснению неполярных жидкостей водными растворами ПАВ связано с проблемами интенсификации процессов вторичной добычи нефти. Низкая вязкость растворов ПАВ ограничивает их применение для вытеснения высоковязких жидкостей из капиллярно-пористых систем. Несомненный интерес для вытеснения одних жидкостей другими представляют поликомплексы на основе синтетических полиэлектролитов и неионных ПАВ. Полимерная составляющая таких комплексов обеспечивает необходимую вязкость, а ПАВ значительно снижает величину поверхностного натяжения на границе раздела водный раствор/неполярная жидкость.

Изучены закономерности вытеснения растворов нефти в керосине из одиничных капилляров различной природы и насыпных диафрагм, сформированных из кварцевого порошка, водными растворами поликомплексов на основе полиакриловой (ПАК), полиметакриловой (ПМАК) кислот, полиметиленимина (ПЭИ) и неионного ПАВ ОП-10 (нефть месторождений Кумколь и Каражанбас, Казахстан).

При вытеснении из стеклянных капилляров водными растворами поликомплексов ОП-10/ПАК (ОП-10/ПМАК) на кривых -n проявляется минимум в области n0,05-0,2 (рисунок 1). В этой области n образование поликомплексов сопровождается гидрофобизацией макромолекулярной цепи, дальнейшей его компактизацией и соответствующим понижением вязкости раствора. Гидрофобизация комплекса понижает его сродство к поверхности капилляра при этом замедляется поверхностная диффузия макромолекул поликомплекса и скорость вытеснения уменьшается. С ростом n в результате гидрофобных взаимодействий неполярных групп ОП-10 в комплексе и в свободных молекулах формируются гидрофилизированные комплексы, поверхностная диффузия которых ускоряет вытеснение нефти.

стеклянный (1), гидрофобизированный (2)

Рисунок 1 – Скорость вытеснения нефти (50% в керосине) растворами

ОП-10/ПАК из капилляров различной природы (l=20см)

Для всех использованных поликомплексов характерно замедление вытеснения с увеличением длины столбика вытесняемой нефти. Такое замедление вполне закономерно, т.к. в большей степени сказывается вязкое сопротивление столбика нефти. При одинаковой длине столбика вытесняемой нефти скорость вытеснения растворами поликомплексов выше таковой для растворов ОП-10, концентрация которых соответствует их относительной концентрации в смеси.

Природа капилляра оказывает незначительное влияние на скорости вытеснения. Некоторое понижение скорости вытеснения нефти из гидрофобизированных капилляров проявляется в области n<1 для поликомплексов ОП-10/ПАК. Межфазное натяжение в этом интервале практически имеет постоянную величину (). Однако углы смачивания подложек из нефти имеют достаточно высокие значения (), обеспечивающие адгезию нефти к гидрофобной поверхности капилляра. С ростом n величина снижается (до 20-25⁰) и скорости вытеснения возрастают и даже превышают таковые для стеклянных капилляров.

Одним из примечательных фактов является высокие скорости вытеснения при n>2 (5,10,20), когда поликомплексы ОП-10/ПАК (ОП-10/ПМАК) представляют собой сильно гидрофилизированные глобулы и вязкость их растворов значительна. Вязкость () растворов поликомплексов ОП-10/ПАК при n=5,10,20 равна 10,29; 16,4; 26,1 дл/г при М_ПАК=7,5^.10⁵. По-видимому, скорость вытеснения контролируется поверхностной диффузией макромолекул поликомплекса по гидрофобной поверхности капилляра под нефтью.

Диффузионная кинетика обуславливает высокую скорость вытеснения нефти растворами поликомплексов ОП-10/ПЭИ. Для поликомплексов ОП-10/ПЭИ характерно сильное гидрофилизирующее действие на подложки из нефти до полного растекания раствора. При любых значениях n с течением времени происходит растекание капель растворов поликомплексов. С ростом n время растекания капли уменьшается от 25-30 мин до 1-3 мин. При самопроизвольном растекании капли раствора поликомплекса ОП-10/ПЭИ впереди движущегося мениска собирались капельки нефти, т.е. происходила отмывка нефти с поверхности твердой подложки, что было особенно заметно при смачивании толстых подложек из нефти (повторное, после высушивания, нанесение второго слоя нефти).

С целью подтверждения «отмывающего» действия растворов поликомплексов при вытеснении нефти, нами была определена удельная механическая работа очистки (А_м) водными растворами смесей ПАК и ОП-10 (ОП-10/ПЭИ) поверхности тефлона от гептана.

Наблюдается общая тенденция снижения А_м с ростом концентрации ОП-10 в смеси с ПАК. Величина удельной механической работы очистки поверхности тефлона для системы ОП-10/ПЭИ более низкая в сравнении с поликомплексами ОП-10/ПАК. В области высоких n величина А_м для поликомплексов достаточно низкая и их моющее действие, по-видимому, проявляется в эффективном эмульгировании загрязнений. Хорошее смачивающее действие, низкие межфазные натяжения обеспечивают оптимальные условия для проявления моющего действия, особенно эффективное в области высоких n.

Основным результатом для возможной практической рекомендации поликомплексов синтетических полиэлектролитов и неионных ПАВ для использования в технологии увеличения нефтеотдачи является коэффициент извлечения нефти К (%).

Зависимость коэффициента извлечения нефти (%) Кумкольского месторождения от мольного соотношения компонентов поликомплекса представлена на рисунке 2. Наибольший коэффициент извлечения в случае поликомплексов ОП-10/ПАК и при больших n К превышает на 28% коэффициент извлечения для воды, при этом необходимо особо отметить, что извлекается чистая нефть (без примеси водных растворов). С ростом давления коэффициент извлечения нефти возрастает.

1 – обезвоженная; 2 – обводненная, Р=100 мм.рт.ст.;

3 – обезвоженная, Р=200 мм.рт.ст.

Рисунок 2 – Коэффициент извлечения нефти (Кумкольское месторождение) водными растворами поликомплексов ОП-10/ПАК

Для поликомплексов ОП-10/ПЭИ, отличающихся высоким моющим действием, вытесняется в основном обводненная нефть.

Таким образом, водные растворы поликомплексов синтетических полиэлектролитов и ОП-10 существенно снижают межфазное натяжение, проявляют моющие свойства, высокую смачивающую способность подложек из нефти, повышают коэффициент извлечения нефти.

Секция 5: Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий

Информация об авторе:

Омарова Каинжамал, док. хим. наук, профессор кафедры катализа, коллоидной химии и нефтехимии Казахского национального университета им. аль-Фараби

Служебный адрес:

Казахстан, 050012, г. Алматы, ул. Карасай Батыра 95а, химический факультет КазНУ им. аль-Фараби

Домашний адрес: Казахстан, 050040, г. Алматы, пр. аль-Фараби 63, кв 40

Дом. телефон: 7(727)3871731

Моб. телефон: 7(777)3510212

Электронный адрес: omar_kainzhamal@mail.ru