Учёные Сибирского федерального университета изучили эффективность применения наномодифицированных "зелёных" поверхностно-активных веществ для повышения нефтеотдачи на месторождениях Восточной Сибири. Апробировав методику оценки нефтеотмывающей способности ПАВ, исследователи оценили композицию с различными неионогенными поверхностно-активными веществами и сравнили её вытесняющие способности с пластовой водой, которой также принято "вымывать" нефть из породы. Выяснилось, что наномодифицированные растворы рассмотренных ПАВ лучше справляются с задачей вытеснения нефти, чем вода. При этом использованная композиция экологически безопасна: имеет в основе биоразлагаемые поверхностно-активные вещества и наночастицы оксида кремния - соединения, применяющегося в медицине, пищевой промышленности, производстве стекла и т.д.
Способы повышения нефтеотдачи актуальны сейчас во всем мире из-за значительного сокращения доступных нефтяных ресурсов. При этом есть риски использования таких методов: высокие затраты, низкая эффективность и вероятность повредить нефтеносные пласты, нанеся ущерб окружающей среде, что может стать критическим в случае хрупких экосистем Российской Арктики. Учёные Института нефти и газа СФУ разработали экологически безопасную композицию на основе биоразлагаемых поверхностно-активных веществ и наночастиц оксида кремния, чтобы повысить нефтеотдачу пласта.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) давно используются в составе вытесняющих жидкостей благодаря их способности снижать межфазное натяжение между нефтью и водой - это увеличивает эффективность добычи. Выбор же конкретного вида ПАВ зависит от поверхностной и диспергирующей активности, совместимости с породой и пластовой водой, физическими свойствами пласта (например, его температурой). Также важны низкая токсичность и биоразлагаемость, чтобы остатки ПАВ не разрушали почвы и растительность.
По словам кандидата технических наук, доцента кафедры бурения нефтяных и газовых скважин Института нефти и газа СФУ, старшего научного сотрудника лаборатории физико-химических технологий разработки трудноизвлекаемых запасов углеводородов СФУ Владимира Жигарева, оксид кремния, из которого можно приготовить высокооднородную вытесняющую жидкость, отличается уникальными физико-химическими свойствами и химической инертностью. Эффект от совместного использования наночастиц оксида кремния и ПАВ может значительно снизить межфазное натяжение и изменить смачиваемость породы нефтью.
"Мы сможем предотвратить слияние капель нефти в крупные "капли", а значит, обеспечить длительную мобильность нефти в водонасыщенной среде. Можно будет регулировать реологические характеристики флюида - то, как он меняется при течении по капиллярам горной породы, что особенно актуально при работе с низкопроницаемыми коллекторами. Кроме того, оксид кремния нетоксичен, он даже используется в пищевой промышленности как антислёживающий агент, сохраняющий сыпучую структуру продуктов. Это важно в условиях ужесточения экологических стандартов", - отметил Владимир Жигарев.
Учёные СФУ провели экспериментальные исследования физико-химических свойств и оценки извлечения из породы плёночной нефти наномодифицированными системами ПАВ.
В результате удалось определить коэффициенты извлечения нефти при вытеснении её из образцов породы растворами ПАВ, модифицированных наночастицами. Оказалось, что при вытеснении пластовой водой без добавления реагента результат меньше, чем если используются растворы ПАВ с определёнными концентрациями.
Наилучший результат вытеснения нефти учёным удалось получить с применением раствора ТВИН-80 при 1% концентрации, хотя при меньших концентрациях он сильно снижается. Раствор Полисорбат-20 позволил увеличить коэффициент вытеснения нефти относительно пластовой воды при всех концентрациях. Раствор кокамидопропил бетаин также оказался эффективнее пластовой воды, однако при увеличении в нём концентрации ПАВ нефтеотдача снижалась.
"Мы показали, что модификация вытесняющих растворов поверхностно-активных веществ наночастицами оксида кремния позволяет в ряде случаев дополнительно повысить коэффициент вытеснения нефти. Добавка наночастиц для растворов ТВИН-80 и Полисорбат-20 дала существенное повышение коэффициента вытеснения нефти по сравнению с исходными растворами. Например, добавка наночастиц оксида кремния 10 нм в раствор ТВИН-80 с концентрацией 0,5% повышает коэффициент вытеснения нефти на 12,5% по сравнению с пластовой водой и на 9,4% по сравнению с раствором ТВИН без нанодобавок", - объяснил Владимир Жигарев.
Учёные подчеркнули: проделанная работа вносит вклад в развитие ресурсосберегающих технологий нефтедобычи в Восточной Сибири. Использование экологически безопасных реагентов позволяет минимизировать техногенную нагрузку на окружающую среду и значительно повысить эффективность разработки нефтегазоконденсатных месторождений.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-79-30022, https://rscf.ru/project/23-79-30022/.
Источник: