Учёные обосновали преимущества наносуспензий и растворов ПАВ для добычи нефти
4 марта 2025 г. | наука
В качестве вытесняющих жидкостей рассматривали воду, раствор полимера полиакриламида, растворы поверхностно-активных веществ (лауретсульфат натрия (AES) и додецилсульфата натрия (SDS)), а также наносуспензии на основе сферических наночастиц диоксида кремния. Выяснилось, что такие наносуспензии, наряду с водным раствором SDS, продемонстрировали наибольшее влияние на увеличение коэффициента вытеснения как маловязких, так и высоковязких видов нефти.
На текущий момент большинство российских месторождений находится в завершающей стадии разработки. При этом они содержат большое количество остаточных извлекаемых запасов, накопленных на неразработанных площадях или обводнённых участках. Значительная доля остаточных запасов нефти находится в пласте с так называемыми низкопроницаемыми и ненасыщенными коллекторами, а также в малотолщинных пластах. Такие коллекторы отличаются от традиционных повышенной стоимостью разработки из-за применения более сложных и дорогостоящих технологий.
Важную роль в процессе вытеснения нефти из пород с неоднородной пористостью и проницаемостью играет капиллярная пропитка. Благодаря пропитке вытесняющий агент проникает в менее проницаемые элементы пласта, в которых нефть оказывается невытесненной при обычном, так называемом фронтальном заводнении водой или вытесняющим агентом.
Учёные лаборатории физико-химических технологий разработки трудноизвлекаемых запасов углеводородов СФУ выяснили, какой из четырёх видов вытесняющих жидкостей будет наиболее эффективен в капиллярной пропитке, чтобы вытеснить нефть даже из самых сложных участков коллектора.
«Мы в лабораторных условиях испытали и сравнили действие растворов ПАВ, полимеров и наносуспензий при капиллярной пропитке кернов, насыщенных маловязкой и высоковязкой нефтью. Как вытесняющие жидкости использовали воду, полимерный раствор из полиакриламида, растворы поверхностно-активных веществ (AES и SDS), а также суспензии сферических наночастиц. Оказалось, что скорость изменения объёма вытесненной нефти для 0,1 % раствора AES и наносуспензии с частицами оксида кремния была больше, чем для других вытесняющих жидкостей. Меньше всего на объём вытесненной нефти повлиял полимерный раствор», — сообщил первый автор статьи, научный сотрудник СФУ Владимир Жигарев.
По словам учёного, коэффициент вытеснения маловязкой нефти из образцов песчаника водой в результате капиллярной пропитки составил 58 %. Если же использовать раствор SDS, скорость капиллярной пропитки возрастёт на 4 %. При этом наносуспензия со сферической формы наночастицами диоксида кремния (размер частиц 10 нм) ускорила этот процесс на 3 %. В то время как раствор полиакриламида уменьшил скорость капиллярной пропитки сразу на 12 %.
При этом в экспериментах с высоковязкой нефтью влияние добавок оказалось ещё очевиднее. 0,1% раствор SDS ускорил капиллярную пропитку кернов из песчаника на 22 %, а 0,1% наносуспензия на основе наночастиц помогла ускорить пропитку на 24 %.
«Нашей научной группе удалось показать, что наносуспензии на основе широко распространённого и доступного диоксида кремния не уступают растворам ПАВ и значительно эффективнее повышают коэффициент вытеснения нефти, чем, например, полимерные растворы. Такие наносуспензии экологичные и недорогие в производстве», — объяснил Владимир Жигарев.
Учёные указали на существенный нюанс при использовании наносуспензий: эффективность растворов, приготовленных из концентрированных кремнезолей (растворов двуокиси кремния в воде), выше, чем у суспензий, приготовленных из порошка диоксида кремния. Вероятно, это связано с распределением частиц по размеру в коллоидном растворе.
Владимир Жигарев отметил, что в ходе работ были получены сравнительные данные по вязкости, смачиваемости и межфазному натяжению для всей линейки испробованных вытесняющих жидкостей. Учёные проанализировали механизмы, за счёт которых растёт нефтеотдача пород при капиллярной пропитке растворами поверхностно-активных веществ, полимеров и наносуспензий.
«На наш взгляд, использовать поверхностно-активные вещества лучше всего в сочетании с наноматериалами, например, как стабилизатор наножидкостей», — подчеркнул Владимир Жигарев.
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ (FSRZ-2020-0012).
Первыми рассказали «Поиск»
