Download - Esentials of Microemulsion Technology
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 1/32
ТЕХНОЛОГИЯПРИМЕНЕНИЯ
НАНОЖИДКОСТЕЙ(МИКРОЭМУЛЬСИЙ)
ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО
ПОВЫШЕНИЯГАЗООТДАЧИНИЗКОПРОНИЦАЕМЫХ
ПЛАСТОВ
13 Октября 2011 года
Андрей Зеленев, Ph.D.
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 2/32
Повреждение Пласта
r p LG
cap
cos2
h
θ
r
,cos2
gr h LG
σLG
ρ
Трещина разрыва
Капиллярное поднятие:
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 3/32
Повреждение Пласта Эмульсиями
• Повышением вязкозти
• Забиванием пор
• Образованием отложений
W
Oil
W
W
Oil
WWЭмульсии:
• Дисперсии масла в воде или воды в масле
•Стабилизированы структурно-
механическим барьером
•Слои ПАВ или полимеры•Твердые частицы
•Образуются при взаимодействие водной и
маслянной фаз
Повреждение пласта вызывается :
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 4/32
Блокирование порового пространствав газовых месторождениях
ОтносительнаяПроницаемость
по газу
НасыщенностьВодной фазой
До повреждения Поврежденныйпласт
После химическойобработки
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 5/32
Требования к повышениюпроницаемости трещин при ГРП
1. Ограничение проникновения жидкостей в пласт
2. Снижение капиллярного давления в поровом пространствепосредством понижения поверхностного натяжения жидкости
разрыва и управлением смачивания
3. Обеспечение эффективного удаления жидкости разрыва изповрежденной части пласта и из трещины с расклинивающимматериалом
4. Снижение давления, необходимого для выноса жидкости изтрещины
5. Предотвращение образования эмульсий в поровом пространстве
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 6/32
Мицеллярные растворы ПАВ исложные наножидкости (микроэмульсии)
Мицеллярные растворы и микроэмульсии понижаютσLG и влияют на cos θ
Микроэмульсии предпочтительнее, так как :
Более эффективное снижение поверхностного
натяжения, σLG Меньшие потери активного ПАВ вследствие адсорбции
на твердой поверхности
Присутствие эффективных растворителей в составекомпозиций
r p LG
cap
cos2
Gas
Gas
Surfactant concentration
σLG
CMC
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 7/32
Разрушение Эмульсий: механизм
Замещение молекул
стабилизирующего ПАВ
молекулами ПАВ-демульгатора
Изменение механических
свойств адсорбционного
слоя
Столкновение капель,
приводящее к коалесценции
0 20 40 60 80 100
0
5
10
15
20
25
30
35
I n t e r f a c
i a l M o
d u
l u s o
f E l s t i c i t y ( m N / m )
Demulsifier dose (mg/L)
interface stabilization
effective demulsification
WW W
Oil
W W W
Oil
S. Key et al, SPE 50744
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 8/32
Кубические фазы
Поверхностно-активные
вещества (ПАВ)
Гидрофобная часть(маслорастворимая)
Полярная часть(водорастворимая)
Сферические мицеллыЦилиндрические мицеллы
Ленточные ассоциаты
• В растворах образуют сложные ассоциированные структуры
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 9/32
Мицеллообразование в растворах ПАВ
ККМ
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 10/32
Микроэмульсия В/М
Масло
Микроэмульсия М/В
Вода
Эмульсия (В/М)
ПАВ
Спирт
Surfactant
Water Oil/
Solvent
1 phase
3 phases
2 phases
Surfactant
Water Oil/
Solvent
1 phase
3 phases
2 phases
Микроэмульсия
Солюбилизация
Биконтинуальная МЭ
ПАВ
Вода
Масло+
спиртМикроэмульсия
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 11/32
Микроэмульсии
Наножидкости ПАВ
Растворитель
Спирты и гликоли
Водная фаза
Термодинамическиустойчивы
Прозрачны Капельки нанометрового
размера
ЭмульсияМикроэмульсия
1E-3 0.01 0.1 1 10 100
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
Dynamic light scattering
Emulsion
Microemulsion
Micoremulsion diluted (20 gpt, 2% KCl)
P S D
f r o m a
c o
u s t i c s ( w t . b a s i s )
Droplet diameter (m)
Acoustic spectroscopy
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
Microemulsion diluted (2gpt, 2% KCl)
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 12/32
Растворители: Цитрусовые Терпены
Properties
Molecular formula C10H16
Molar mass 136.24 g/mol
Density 0.8411 g/cm³
Melting point -74.35 °C, 199 K, -102 °F
Boiling point 176 °C, 449 K, 349 °F
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 13/32
Неионогенные ПАВ
Этоксилированные кокоамиды
Этоксилированные спирты
Кокосовая
пальма
-(CH-CH20-)n
-(CH-CH20-)n
C t b
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 14/32
ПАВ - Производные Клещевины
Клещевина
Castor beans.
Семена Клещевины
Этоксилированное Касторовое Масло
(CH-CH20-)ml
-(CH-CH20-)n
-(CH-CH20-)o
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 15/32
Адсорбция ПАВ на границах раздела
Раствор ионогенного ПАВ
Полярная твердая фаза+++ +
-
+
-- -
- -
Воздух (газ)
Вода
Неполярная твердая фаза
Вода
Масло
Вода
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 16/32
Мицеллярные растворы и Микроэмульсии
σSL
σLG
σLL
σLG
σSL
Жидкость разрыва при контакте с породой
Мицеллярный раствор Микроэмульсия
нанокапельки
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 17/32
Снижение поверхностной активностивследствие адсорбции ПАВ
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 2 4 6 8
Число Поровых Объемов
П о в е р х
н о с т н о е Н а т я ж е н и
е ( D y n / c m )
. ПME NP AE
• Адсорбция ПАВ из микроэмульсии понижена!
(2 gpt in 2% KCl)
Port 1
6 f t s h al e / s an d
c o
l umn
Port 3
Port 2
Port 4
Port 5
Port 6
NP – nonyl phenolalkoxylate
AE – alcohol ethoxylate
r p LG
cap
cos2
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 18/32
Влияние Смачивания наКапиллярное Давление
SPE 122307, “Comparison of Flowback Aids: Understanding Their Capillary Pressure and Wetting
Properties “
поверхностное краевой угол σ cosθнатяжение (dyn/cm) (стекло)
Мицеллярный Р-р 30.0 150 28.98Микроэмульсия (МЭ) 29.5 400 22.60
• С МЭ достигается более низкое капиллярное давление за счетизменения смачивания
• Краевой угол в 600 дает дополнительный выигрыш в капилляррном давлении в 2 раза
r p LG
cap
cos2
2 л добавки на 1000 л 2% KCl
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 19/32
Проницаемость и Смачивание
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.61.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
dry fracture permeability 7.1 mD
fractured core 1
P e r m e a b i l i t y ( m D )
Gas Flow Rate (ml/min)
brine 0.5 gpt ME1 in 2% KCl
1.0 gpt ME1 in 2% KCl
2.0 gpt ME1 in 2% KCl
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2
40
45
50
55
60
65
70
75
C o n t a c t A n g l e o n C a n a d i a n S h a l e ( d e g r e e s )
Microemulsion Concentration (gpt)
ME1 contact angle on shale
t=240C
2% KCl brine
SurfaceTensio
n(dyn/cm)
27
28
29
30
31
32
33
34
35
ME1 surface tension
A. Zelenev et al, SPE 127922
r p LG
cap
cos2
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 20/32
Улучшение проницаемости в керне из песчанника
Мицеллярный р-р ПАВ
Отн. Проницаемость 100 – 108%
Отн. Проницаемость 119%Микроэмульсия
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
before surfactant treatment
after surfactant treatment
before microemulsion treatment
after microemulsion treatment
P e r m e a
b i l i t y t o n
i t r o g
e n
( m D )
time (min)
2 gpt of treatment in 2% KCl brine
Ohio Sandstone Cores
t =150 F
SPE Paper 122109 “Microemulsion Technology for Improved
Fluid Recovery and Enhanced Core Permeability to Gas”
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 21/32
Вынос жидкости разрыва
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
Gas rate (cc/sec)
D i s p l a c e d F l u i d V o l u m
e F r a c t i o n
.
2%KCl 2gptME 2gptCommon Surf
0.5
MMCF
thru 50 ft
1.0 MMCF
thru 50 ft
• МЭ позволяет увеличить эффективность выноса жидкости
МЭ
Миц.Р-р
Без добавки
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 22/32
Разрушение Эмульсий
% Разрушения=100 × объем воды (ml) / 50 (ml)
Холостой опыт: 2% KCl без добавки демульгатора
Treated solution:
50 ml 2% KClwith demulsifier
50 ml Crude Oil
+
Emulsion
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 23/32
Разрушение Нефтяных ЭмульсийНаножидкостями
0
10
20
30
40
50
6070
80
90
100
0 2 4 6 8 10
% D
e m u l s i f i c a t i o n
Время (мин)
Crude B Tested at 70 F
0.2% ME-Dem
0.2% Eqv. DeM
Baseline Test
Э ф ф е к т и
в н о с т ь Р а з р у ш
е н и я ( % ) МЭ
Без добавки
Обычный
ПАВ демульгатор
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 24/32
Лабораторные испытания на нефтииз скважин на северовостоке США
Три Скважины: Speechley, Balltown ,
Bradford – Нефть, газ, конденсат
Три типа демульгаторов: раздичные
мицеллярные растворы и
микроэмульсия
Растворы пропускались через колонку
и после этого применялись виспытаниях по разрушению эмульсий
6
f t s h al e / s an d
c ol um
n
Port 3
Port 2
Port 1
Port 4
Port 5
Port 6
п е с о к + и з м е л ь ч е н н ы й
с л а н е ц
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 25/32
Результаты Испытаний поРазрушению Эмульсий
0:00
1:12
2:24
3:36
4:48
6:00
7:12
8:24
0 5 10 В р е м я Р а з р у ш е н и я ( м и н : с е к )
Длина колонки (футы)
Balltown Oil(холостой опыт без добавки демульгатора 9:17)
0.2% NP
0.2% AE
0.2% ME DeM
•Мицеллярные растворы (NP и AE):падение эффективности демульгирования
•Микроэмульсия: стабильное и эффективное разрушение
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 26/32
Результаты Испытаний
Наножидкостей вСкважинах
Сланцевое месторождение Barnette: влияние
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 27/32
Сланцевое месторождение Barnette: влияниемикроэмульсии на эффективность выносажидкости и производительность скважины
1,261
6,291
101,836246,726
1
10
100
1,000
10,000
100,000
1,000,000
Conv surf With ME
6 mo av cum
water bbl
6 mo av cum
gas MCF
•Выборка из 250 скважин: увеличении выноса
жидкости на 60% и газоотдачи на 40% за 6 месяцев
Мицелярный р-р Микроэмульсия
К 4
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 28/32
Кумулятивная производительность 4х
вертикальных скважин с течением времени –
сланцевое месторождение Barnett
100
1000
10000
1 10 100 1000
Time (Days)
G a s ( M C F D ) .
Well 1 Conv
Well 2 Conv
Well 3 ME
Well 4 ME
О ра отка низкопроницаемого угольного
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 29/32
О ра отка низкопроницаемого угольногопласта в месторождении San Juan
раствором наножидкости
New Mexico CBM Well
1
10
100
1000
10000
Jan-98 Apr-98 Jul-98 Oct-98 Jan-99 Apr-99 Jul-99 Oct-99 Jan-00 Apr-00 Jul-00 Oct-00
M C F
Gas Production Water Production
Well treated with Microemulsion
газоотдача
Вынос жидкости
В ГРП 7
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 30/32
Вынос жидкости ГРП из 7 скважин –сланцевое месторождение Marcellus
no treatment A B C D E F G
10
20
30
40
50
60
70
80
0
1.06
1.02
0.91
0.54
1.02
0.6
L o a d R e c o v
e r y %
Wells
Microemulsion Treatment
0.96
gpt
Marcellus Shale
• Как минимум 50% улучшение с МЭ!
• Каждая скважина имеет индивидуальные особенности!
SPE Paper 125987
Низкопроницаемый проблемный пласт
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 31/32
Низкопроницаемый проблемный пласт(повреждение асфальтеновыми эмульсиями),
Колорадо, США
Закачка микроэмульсии
нефтеотдача
газоотдача
7/26/2019 Esentials of Microemulsion Technology
http://slidepdf.com/reader/full/esentials-of-microemulsion-technology 32/32
Выводы
Наножидкости (микроэмульсии) более
эффективны, чем мицеллярные растворы ПАВ
Выше газоотдача
Выше нефтеотдача Более эффективный вынос жидкости ГРП
Меньше степень повреждения пласта
Более эффективное предотвращение образования
эмульсий
Наблюдаемые эффекты имеют
физикохимическое обоснование!