Состав, физико-химические и структурно-реологические свойства нефтей из карбонатных коллекторов

В настоящее время резервом стабилизации уровня добычи нефти являются запасы карбонатных коллекторов. Более 60% мировых запасов нефти и 40% газа сосредоточено в карбонатных отложениях [1−5]. Запасы карбонатных коллекторов для месторождений Республики Татарстан составляют 35−40% от разведанных запасов [6, 7]. По данным Р. Х. Муслимова [8], в осадочном разрезе Татарстана в окско-башкирском карбонатном комплексе сосредоточено 390 залежей нефти, что составляет 14,4% от общего количества залежей нефти. Однако извлекаемые запасы этих отложений достигают пока всего лишь 10−15%. Это объясняется низкими коллекторскими свойствами и высокой неоднородностью пластов-коллекторов по составу и структурно-текстурным признакам [5, 9]. Фактором, осложняющим разработку нефтяных месторождений и делающим нефти трудноизвлекаемыми, наряду со строением карбонатного коллектора, является высокая вязкость вмещаемой нефти, содержащей значительное количество смол, асфальтенов, парафинов, и как следствие этого — процессы структурообразования в нефтях. Разработка эффективных технологий освоения таких месторождений требует изучения химического состава, физико-химических свойств, структурных характеристик добываемых нефтей, выявления основных факторов преобразования состава и свойств нефтей. В настоящее время широко обсуждается проблема заполнения залежей нефти в несколько этапов. Появляются также работы о характерных признаках изменения состава нефтяного флюида в процессе дополнительного поступления в залежь глубинной нефти или легких углеводородных флюидов. В связи с этим всестороннее изучение механизмов формирования нефтяных залежей по данным состава и свойств добываемых и керновых нефтей, а также выявление основных факторов, ответственных за изменение вязкости нефтей из карбонатных коллекторов, является актуальным и имеет непосредственное практическое значение для процессов разработки нефтяных месторождений.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ИОФХ им. А. Е. Арбузова КазНЦ РАН по теме: «Разработка научных основ регулирования физико-химических свойств тяжелых нефтей и природных битумов в технологических процессах их добычи, транспортировки и переработки» (1 201 253 238). Работа поддержана грантом РФФИ для молодых ученых 12−05−31 345/12 «Новые данные о механизме формирования нефтяной залежи в карбонатном пласте, полученные по характеристикам вмещаемой нефти».

Цель работы:

Выявление закономерностей изменения состава и свойств нефтей по разрезу продуктивных пластов карбонатных коллекторов, а также основных факторов, ответственных за изменение вязкости нефтей, для разработки рекомендаций по повышению эффективности извлечения нефти из карбонатных отложений.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• исследовать характер изменений свойств и состава добываемых и остаточных нефтей карбонатных пластов;

• выявить основные параметры состава, дисперсного строения и структуры асфальтенов нефтей карбонатных коллекторов, определяющих изменение вязкости;

• изучить процесс самоорганизации асфальтенов в растворах, нефтях и модельных смесях;

• изучить влияние ультразвукового воздействия на структуру и вязкость нефтей.

Научная новизна.

Впервые установлено изменение фракционного состава асфальтенов и молекулярно-массового распределения высокомолекулярных парафинов в нефтях по разрезу карбонатного пласта в результате дополнительного поступления в залежь легких миграционных углеводородов (на примере отложений башкирского яруса Аканского месторождения Республики Татарстан).

Впервые показано, что смолы в высокопарафинистых нефтях входят в состав дисперсной фазы, а в высокосмолистых нефтях — структурируют дисперсионную среду. Вязкость нефтей обоих типов определяется содержанием в них дисперсной фазы.

Установлено преобладающее влияние более конденсированных молекул асфальтенов типа А1 на формирование устойчивой связанно-дисперсной структуры высокосмолистых нефтей и преобладающее влияние более замещенных молекул асфальтенов типа А2 на диспергирование высокомолекулярных парафинов.

Выявлены различные пути переформирования дисперсного строения высокопарафинистых и высокосмолистых нефтей при ультразвуковом воздействии.

Практическая значимость.

Новые данные о распределении нефтяного флюида по разрезу башкирского пласта Аканского месторождения переданы для использования в ЗАО «Кара Алтын» и рекомендовано для увеличения извлекаемых запасов нефти подключение к разработке низкопроницаемых частей пласта (использование технологий гидроразрыва пласта или закачки кислотных реагентов).

Для снижения вязкости высокосмолистых нефтей рекомендована ультразвуковая обработка с частотой 22 кГц и интенсивностью 30 Вт/см2.

Выявлены температурные интервалы фазовых переходов, которые могут быть использованы при оптимизации условий технологических процессов добычи, транспортировки и переработки высокосмолистых вязких нефтей.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: VII Международная конференция «Химия нефти и газа» (Томск, 2009), Вторая Волжская региональная молодежная научная конференция «Радиофизические исследования природных сред и информационные системы» (Зеленодольск, 2009), Международная научно-практическая конференция «НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКА — 2011» (Уфа, 2011),.

VI конференция молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» (Иваново, 2011), Международная конференция Российского Химического Общества имени Д. И. Менделеева «Ресурсосберегающие и энергоэффективные технологии в химической и нефтехимической промышленности» (Москва, 2011), Международная научно-практическая конференция «Увеличение нефтеотдачи — приоритетное направление воспроизводства запасов углеводородного сырья» (Казань, 2011), Всероссийская молодежная конференция с элементами научной школы «Нефть и нефтехимия» (Казань, 2011), Международная конференция по химическим материалам «ХТ 12» (Москва, 2012), Международная научно-практическая конференция «НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКА — 2012» (Уфа, 2012), Международная научно-практическая конференция «Высоковязкие нефти и природные битумы: проблемы повышения эффективности разведки и разработки месторождений» (Казань, 2012), VIII международная конференция «Химия нефти и газа» (Томск, 2012), III International Conference «Elastic wave effect on fluid in porous media» (Moscow, 2012), Kazan Workshop on abiotic hydrocarbons (Kazan, 2013), GeoConvention 2013: Integration (Calgary, Canada, 2013).

Публикации.

По результатам исследований, вошедших в диссертационную работу, опубликовано 24 работы (6 статей, из которых 5 — в журналах, рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки РФ, и 18 тезисов докладов).

Объем и структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Содержание работы изложено на 173 страницах печатного текста, включая 44 таблицы, 52 рисунка, 171 наименование цитируемой литературы и приложение.