Успешное и широкое применение заводнения нефтяных месторождений, обеспечивающего существенное увеличение конечной нефтеотдачи, по сравнению с режимами истощения, поставило очень сложную проблему дополнительного извлечения нефти из сильно истощенных, заводненных пластов. Остаточная нефть в заводненных пластах удерживается в неподвижном состоянии поверхностно-молекулярными силами. Заставить двигаться остаточную нефть в заводненных пластах можно, только полностью устранив действие Капиллярных сил или снизив их настолько, чтобы они были меньше гидродинамических сил, создаваемых перепадом давления, и выравняв подвижности в различных слоях.
Мицеллярно-полимерное заводнение направлено на устранение капиллярных сил в заводненных пластах и вытеснение остаточной нефти. Метод мицеллярно-полимерного заводнения основан на последовательной закачке мицеллярного и полимерного растворов, продвигаемых по пласту водой.
Мицеллярные растворы - это особые коллоидные системы, основными компонентами которых являются углеводородная жидкость и вода, стабилизированные смесью масло- и водорастворимых ПАВ. Эти системы, в принципе, способны практически полностью вытеснить из пористой среды нефть, благодаря крайне низкому межфазному натяжению на границе нефть-мицеллярный раствор. Возможность значительного увеличения нефтеотдачи заводнением пластов за счет применения мицеллярных растворов связана с тем, что вытесняющее действие не зависит от текущего значения нефтенасыщенности пористой среды. Обладая повышенной и регулируемой вязкостью, эти системы способствуют также увеличению охвата пластов воздействием за счет сближения значений подвижностей нефти и вытесняющего ее флюида. Закачка же полимерного раствора вслед за оторочкой мицеллярной композиции служит для создания буфера, предохраняющего оторочку от вязкостного разрушения проталкивающей водой.
Как известно, углеводородная жидкость (нефть, керосин) и вода между собой не смешиваются в обычных условиях. Но когда к ним добавляется третий компонент - специальное, растворимое в нефти и воде ПАВ, они могут смешиваться. Молекулы ПАВ за счет энергии взаимодействия с водой и нефтью служат связующим звеном между молекулами углеводородной жидкости и воды. При их перемешивании в определенных условиях получается однофазный гомогенный раствор, или микроэмульсия. Оптимальные мицеллярные растворы получаются, когда энергии взаимодействия на единицу поверхности ПАВ с водой и с нефтью одинаковы и значительны по величине. Это условие - основное для образования устойчивых в обычных условиях мицеллярных растворов. Но, чтобы они были устойчивыми в пласте, в зависимости от свойств пластовой нефти, солевого состава воды, насыщенности и строения пласта, в растворы приходится добавлять четвертый компонент - различные стабилизаторы.
В качестве углеводородной жидкости (50-70%) можно применять сжиженный газ, керосин, сырую легкую нефть и другие жидкости, но с увеличением их так называемого алканового углеводородного числа повышается межфазное натяжение и ухудшаются условия применения.
Вода (20-35%) - важная составная часть раствора. Можно применять обычную пресную воду, пластовую минерализованную или подвергнутую специальной обработке, но с заданной соленостью и определенным солевым составом.
ПАВ (8-10%) обычно являются водонефтерастворимые вещества,
- алкил-ариловые сульфонаты, нефтяные сульфонаты, нонил-фенолы и др. могут применяться композиции различных водорастворимых неионогенных и анионных ПАВ.
В качестве стабилизатора (2-3%) обычно используются спирты
- изопропиловый, бутиловый, гексанол и др.
Мицеллярный раствор готовится из составных компонентов непосредственно на месторождении. Обычно он хорошо перемешивается при циркуляции его через насос, перед закачкой его пропускают через фильтр.
Как показывают лабораторные исследования и промысловый опыт использование мицеллярных растворов в качестве вытесняющих жидкостей позволило достичь коэффициента вытеснения на участках пласта, охваченных заводнением, 60-90%.
Самый большой недостаток метода вытеснения остаточной нефти из заводненных пластов мицеллярными растворами — сложность его технологии, зависящая от многих неуправляемых факторов и требующая точного неукоснительного исполнения. Строгая последовательность нагнетания, соблюдение качественного и количественного состава и объема оторочек — обязательное условие успешного применения метода. При этом методе недопустимы отклонения от обоснованной для конкретного пласта оптимальной технологии, как это возможно при заводнении или применении других химических продуктов, которые почти не отличаются для разных пластов. При этом методе понятие оптимальной, проектной технологии приобретает буквальный, жесткий смысл, так как снижение концентрации химических реагентов и уменьшение объемов оторочек будут неизбежно ухудшать эффективность процесса.
Другой важный недостаток метода — его острая чувствительность к неблагоприятным геолого-физическим условиям месторождений, и особенно к солевому составу пластов, а также воды пластовой и используемой для приготовления растворов. Приготовление растворов на воде несоответствующего качества или без учета свойств солей пласта и пластовой воды может не только уменьшить эффективность, но и поставить под сомнение целесообразность применения.
Удаление механических примесей из воды (до 1—3 мг/л), обескислороживание (деаэрация) и бактерицидная обработка воды используемой для приготовления мицеллярных растворов,— также необходимое условие их эффективного применения.
Основным ограничивающим фактором применения метода мицеллярного заводнения служит большая потребность в химических реагентах. Для того чтобы применить метод на залежи с начальными запасами 1 млн т и получить дополнительно 250-300 тыс. т нефти, требуется закачать в пласт 100-150 тыс. м3 мицеллярного раствора и 300-400 тыс. м3 полимерного раствора, на которые понадобится 8-15 тыс. т нефтяных сульфонатов, 2-3 тыс. спиртов, 150-250 т полимеров и 25-50 тыс. т углеводородов. Следовательно, для промышленного применения метода в широких масштабах требуется организовать производство огромных объемов различных химических продуктов.
Высокая стоимость всех требующихся для мицеллярных растворов компонентов и их чувствительность к пластовым солям -важнейшие сдерживающие факторы широкого применения метода.
Проблемы, связанные с применением мицеллярно-полимерного заводнения, обусловлены главным образом недостаточной изученностью фундаментальных физико-химических основ, механизма пластовых процессов. Из всех известных методов мицеллярно-полимерное заводнение, обладая самым сложным механизмом процессов, является наименее изученным и испытанным в промышленных условиях.
