Поверхностно-активные вещества в нефтегазовом деле
Виды поверхностно-активных веществ. Анализ их применения в нефтегазовом деле. Использование ПАВ при бурении и промывке нефтяных скважин, для повышения нефтеотдачи пластов, для обработки призабойной зоны скважин, при хранении нефти и нефтепродуктов.
| Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.01.2021 |
| Размер файла | 175,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА В НЕФТЕГАЗОВОМ ДЕЛЕ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ВИДЫ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
2. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В НЕФТЕГАЗОВОМ ДЕЛЕ
2.1 Использование ПАВ при бурении и промывке нефтяных скважин
2.2 Использование ПАВ для повышения нефтеотдачи пластов
2.3 Использование ПАВ для обработки призабойной зоны скважин
2.4 Использование ПАВ при хранении нефти и нефтепродуктов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
нефтегазовый бурение поверхностные активные вещества
ВВЕДЕНИЕ
Одним из важнейших технических мероприятий, направленных на интенсификацию и усовершенствование процессов добычи и переработки нефти, снижение себестоимости и повышение качества нефтепродуктов, является широкое применение поверхностно-активных веществ в нефтегазодобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.
ПАВ находят все большее распространение в нефтяной промышленности. В настоящее время научно-исследовательские институты, работающие в области нефтедобычи, проводят исследования с целью применения ПАВ для увеличения нефтеотдачи коллекторов, вскрытия пластов, предотвращения обвалов при бурении скважин, улучшения условий освоения нефтяных и нагнетательных скважин, повышения их продуктивности и приемистости, предотвращения образования эмульсии в нефтяных скважинах, деэмульсации нефти, также для совершенствования методов гидроразрыва нефтяных пластов, кислотной обработки призабойной зоны скважин, цементирования их, борьбы с отложением парафина, коррозией нефтепромыслового оборудования, геофизических измерений и т. д.
Целью данной работы являются определение и анализ применения поверхностно-активных веществ в нефтегазовом деле.
Задачи:
- Дать общую характеристику поверхностно-активным веществам.
- Определить виды поверхностно-активных веществ.
- Рассмотреть области применения поверхностно-активных веществ в нефтегазовом деле.
1. ВИДЫ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
Под ПАВ понимают химические соединения, способные вследствие положительной адсорбции изменять фазовые и энергетические взаимодействия на различных поверхностях раздела жидкость -- газ, жидкость -- твердое тело, нефть -- вода. Поверхностная активность, которую в определенных условиях могут проявлять многие органические соединения, обусловлена как химическим строением, в частности, дифильностью (полярностью и поляризуемостью) их молекул, так и внешними условиями: характером среды и контактирующих фаз, концентрацией ПАВ, температурой.
Обычно ПАВ представляют собой органические вещества, содержащие в молекуле углеводородный радикал и одну или несколько полярных групп.
По ионной характеристике все ПАВ обычно разделяют на две большие группы: неионогенные соединения, которые при растворении в воде не диссоциируют на ионы, и ионогенные соединения. В зависимости от того, какие ионы обусловливают поверхностную активность ионогенных веществ, их принято подразделять: на анионоактивные (АПАВ), катионо-активные (КПАВ) и амфолитные. Анионные ПАВ более активны в щелочных растворах, катионные в кислых, амфолитные -- в тех и других.
По растворимости в воде и маслах ПАВ подразделяют на три группы: водо-, водомасло- и маслорастворимые.
Водорастворимые ПАВ состоят из гидрофобных углеводородных радикалов и гидрофильных полярных групп, обеспечивающих растворимость всего соединения в воде. Характерная особенность этих ПАВ -- их поверхностная активность на границе раздела вода -- воздух.
Водомаслорастворимые ПАВ применяют в основном в системах нефть -- вода. Гидрофильные группы в молекулах таких веществ обеспечивают их растворимость в воде, а достаточно длинные углеводородные радикалы -- растворимость в углеводородах.
Маслорастворимые ПАВ не растворяются и не диссоциируют (или слабо диссоциируют) в водных растворах. Помимо разветвленной углеводородной части значительной молекулярной массы, обеспечивающей растворимость в углеводородах, маслорастворимые ПАВ часто содержат гидрофобные активные группы. Как правило, эти ПАВ слабо поверхностно-активны на границе раздела жидкость -- воздух.
2. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В НЕФТЕГАЗОВОМ ДЕЛЕ
1) При бурении и промывке нефтяных скважин
2) Для повышения нефтеотдачи пластов
3) Для обработки призабойной зоны скважин
4) При хранении нефти и нефтепродуктов
2.1 Использование ПАВ при бурении и промывке нефтяных скважин
Структурированные промывочные растворы, обязательно применяемые в бурении глубоких разведочных и эксплуатационных скважин, должны иметь тиксотропные свойства, т. е. способность к легкому обратимому разрушению и восстановлению пространственной структуры в потоке. Это обеспечивает взвешивающую способность таких промывочных жидкостей по отношению даже к крупным выбуренным частицам породы, а также к частицам дисперсного утяжелителя при бурении в осложненных условиях. Вместе с тем тиксотропное структурообразование обеспечивает малую вязкость этих промывочных растворов при достаточно больших скоростях течения в скважине.
Добавки ПАВ в водных и в нефтяных промывочных растворах необходимы в качестве стабилизаторов, разжижающих тиксотропные структуры, т. е. снижающих вязкость, что особенно важно в условиях утяжеления. Такими стабилизаторами в водных промывочных растворах являются слабо поверхностно--активные, но зато гидрофильные и сильно структурообразующие, особенно в адсорбционных слоях, вещества типа защитных коллоидов или гидрофильных полимеров. Таковы щелочные гуматы (щелочныевытяжки из торфа или бурого угля), лигносульфонаты сульфит--целлюлозных щелоков (сульфит--спиртовой барды), производные целлюлозы-- карбоксиметилцеллюлоза, этилцеллюлоза, сульфоэфиры целлюлозы. Все они водорастворимы и дают структурированные водные растворы и защитные (стабилизующие) адсорбционные оболочки на поверхности частиц дисперсной фазы (глин, выбуренных пород и утяжелителей).
В нефтяных промывочных растворах в качестве поверхностно--активных стабилизаторов можно применять ПАВ, гидрофобного типа -- нафтеновые и асфальтеновые кислоты, алюминиевые мыла карбоновых кислот и другие, в соответствии с общими закономерностями стабилизации суспензий в углеводородных средах, установленными нами совместно с Е. К. Венстрем и другими сотрудниками. Разнообразные по составу промывочные растворы водного и нефтяного типов обоснованы обширными физико-химическими исследованиями К. Ф. Жигача и других. Вместе с тем в состав промывочных растворов водного типа должны входить и электролиты (фосфаты, силикат натрия, жидкое стекло), обеспечивающие вместе с ПАВ оптимальные условия адсорбционного понижения прочности разбуриваемых пород. введение в состав промывочных растворов таких веществ, которые успевают достаточно быстро адсорбироваться вновь образующимися поверхностями породы в зоне предразрушения под забоем в процессе развития этих поверхностей, приводит к повышению механических скоростей бурения скважины в твердых породах, к резкому снижению износа режущего инструмента и к образованию тонкой фракции выбуренных частиц, способных образовывать структурированный промывочный раствор на одной воде без введения глины в скважину (работы К. Ф. Жигача и Л. А. Шрейнера, а в дальнейшем С. Н. Ятрова). Как показали исследования Н. Ф. Жигача и других, адсорбирующиеся вещества, являющиеся понизителями твердости в промывочных растворах при бурении в твердых породах, обеспечивают и самозатачивание режущей кромки долота, что значительно сокращает спускоподъемные операции.
При использовании ПАВ типа стабилизаторов в водных промывочных растворах приходится предотвращать устойчивое ценообразование, препятствующее нормальной работе раствора.
Для этого в качестве пеногасителей применяют малые добавки веществ, сильно поверхностно-активных на границе водный раствор воздух. Таковы средние гомологи ряда спиртов (С5 --- Сэ) в виде соответствующих технических продуктов и отходов. Механизм их действия состоит в том, что они вытесняют менее поверхностно активный стабилизатор (пенообразователь) из адсорбционного слоя в пленках пены, не образуя структуры в адсорбционных слоях и таким образом, не обеспечивая устойчивости пленок.
2.2 Использование ПАВ для повышения нефтеотдачи пластов
Наиболее широкое применение в технологии повышения нефтеотдачи нашли неионогенные поверхностно-активные вещества (НПАВ).
В процессе вытеснения нефти поверхностно-активные вещества оказывают влияние на следующие взаимосвязанные факторы: межфазное натяжение на границе нефть -- вода и поверхностное натяжение на границах вода -- порода и нефть -- порода, обусловленное их адсорбцией на этих поверхностях раздела фаз. Кроме того, действие поверхностно-активных веществ проявляется в изменении избирательного смачивания поверхности породы водой и нефтью, разрыве и отмывании с поверхности пород пленки нефти, стабилизации дисперсии нефти в воде, приросте коэффициентов вытеснения нефти водной фазой, при принудительном вытеснении и при капиллярной пропитке, в повышении относительных фазовых проницаемостей пористых сред.
Особенности процессов вытеснения нефти водными растворами ПАВ: после контакта исследовавшихся нефтей с водными растворами ПАВ происходит существенное улучшение реологических и фильтрационных характеристик нефти, в определенных условиях вплоть до полного исчезновения аномалий вязкости. Разрушение структуры нефти облегчает продвижение капель нефти через поры пласта, что способствует возрастанию нефтеотдачи. Таким образом, ПАВ, используемые для улучшения нефтевытесняющей способности воды, должны обладать способностью ослаблять структурно-механические свойства нефти.
В табл.1 приведены результаты исследований по вытеснению нефти с выраженными аномалиями вязкости водой и водными растворами НПАВ.
Коэффициенты вытеснения нефти, которые предварительно были продолжительное время в контакте с растворами НПАВ, оказались выше на 7--11%, чем у нефти, не содержащей ПАВ (см. табл.1).
Таблица 1- Влияние ПАВ на вытеснение аномальных нефтей из образцов естественных песчаников (время контакта нефти с раствором ПАВ 20 сут.)
|
Номер опыта |
Вытесняемый агент |
Вязкость нефти, мПа с |
Проницаемость модели пласта, мкм2 |
Вытесняющий агент |
Коэффициент вытеснения |
Прирость коэффициента вытеснения |
|
|
1 2 3 4 5 6 7 8 |
Нефть Нефть Нефть Нефть Нефть Нефть после контакта с 0,05% раст вором ОП-10 Нефть после контакта с 0,1% раст вором Неоола 2В1317-12 Нефть после контакта с 0,05% раст вором АФ9-12 |
62,7 59,0 59,0 59,0 59,0 62,7 62,7 59,0 |
0,227 0,337 0,345 0,338 0,337 0,241 0,230 0,337 |
Вода Вода Раствор ОП-10 0,05% Раствор Неонола 0,05% Раствор TRS-10 0,05% Вода Вода Вода |
0,41 0,42 0,46 0,46 0,59 0,52 0,59 0,58 |
- - 0,04 0,04 0,17 0,11 0,18 0,16 |
Из рассмотренного следует, что при вытеснении нефти водными растворами НПАВ часть активного вещества переходит в нефть. В результате этого происходит подавление аномалий вязкости нефти, приводящее к увеличению коэффициента вытеснения нефти из пористой среды.
Возможность эффективного применения ПАВ для повышения нефтеотдачи пластов связывают в настоящее время, как в стране, так и за рубежом, с созданием на их основе композиций с необходимым комплексом свойств, подбираемым к конкретным геолого-физическим условиям месторождений.
2.3 Использование ПАВ для обработки призабойной зоны скважин
Призабойные зоны скважин обрабатывают ПАВ с целью:
- Ускорения освоения нефтяных и газовых скважин;
- Предотвращения отрицательного влияния воды на свойства пород продуктивного пласта при ремонтных работах;
- Повышения производительности нефтяных и газовых и приемистости нагнетательных скважин;
- Изоляции притоков пластовых вод.
Вследствие снижения поверхностного натяжения на границе раздела фаз размер капель воды в среде нефти уменьшается в несколько раз, при этом мелкие капли воды вытесняются из пласта в скважину значительно быстрее и с меньшей затратой внешней энергии, чем крупной. Следовательно, со снижением межфазного натяжения на границе нефть - вода увеличиваются скорость и полнота вытеснения воды нефтью из призабойной зоны. Так же некоторые ПАВ способствуют гидрофобизации поверхности поровых каналов в породе, то есть ухудшают их способность смачиваться водой. При этом нефть легко расплывается на поверхности поровых каналов, вытесняя из них пленочную воду. Отрываясь от твердой поверхности, пленочная вода превращается в мелкие капельки, уносимые в последующем фильтрационным потоком нефти из призабойной зоны в скважину.
Технология обработки призабойной зоны с помощью ПАВ аналогична технологии соляно кислотной обработки. В скважину через трубы насосным агрегатом закачивают концентрированный раствор ПАВ, который продавливают слабо концентрированным раствором в таком количестве, чтобы все поровое пространство намеченной зоны обработки было заполнено ПАВ. В качестве растворителя обычно используют нефть. Радиус зоны обработки принимают от 0,5 до 2,0 м в зависимости от толщины пласта и характеристики его пород и типа ПАВ. Исходя из этого, объем раствора исчисляют из расчета от 0,8 до 2 м3 на 1м толщины обрабатываемого пласта. Концентрацию рабочего раствора ПАВ принимают от 0,5 до 5%. После продавки раствора ПАВ через 2 - 3 сут. возобновляют эксплуатацию скважины.
2.4 Использование ПАВ при хранении нефти и нефтепродуктов
Большинство применяемого в настоящее время оборудования для сокращения потерь нефти, используемого в условиях промысла нефти, потеряли свою актуальность. Изобретения устаревают морально и физически, по причине увеличения объемов перекачки нефти и нефтепродуктов и ужесточившихся экологических требований. К тому же, они не способны обеспечить должный уровень сохранности хранимого продукта, что приводит к его безвозвратной потери и, как следствие, материальным убыткам. Наиболее существенные потери происходят в резервуарах, в основном при больших дыханиях. При закачке в частично опорожненный резервуар продукта объемом в воздух вытесняются пары легких углеводородов.
Учитывая то, что температура кипения нелетучего вещества выше температуры кипения чистого растворителя (явление эбуллиоскопии), можно предположить, что снижение упругости паров происходит в результате того, что часть поверхности жидкости занята молекулами растворенного вещества, то с введением в жидкость ПАВ оно конденсируется на поверхности, что должно оказывать большее влияние, чем в случае эбуллиоскопии. В настоящее время присадки являются непременным элементом высокой технической культуры производства и применения топлив.
Присадки -- это поверхностно-активные вещества (ПАВ) различной химической природы, которые, обладая высокой поверхностной активностью, образуют на поверхности топлива прочную сорбционную пленку, затрудняющую выход молекул легкокипящих углеводородов. Под ПАВ понимают химические соединения, способные вследствие положительной адсорбции изменять фазовые и энергетические взаимодействия на различных поверхностях. Поверхностная активность, которую в определенных условиях могут проявлять многие органические соединения, обусловлена как химическим строением, в частности, дифильностью (полярностью и поляризуемостью) их молекул, так и внешними условиями: характером среды и контактирующих фаз, концентрацией ПАВ, температурой. ПАВ характеризуются ярко выраженной способностью адсорбироваться на поверхностях и на межфазных границах. Применение комплексных присадок для снижения испаряемости нефти позволит: сохранить ту часть нефти, которая ранее терялась безвозвратно в связи с отсутствием современных эффективных средств для снижения испаряемости; получить дополнительную прибыль от реализации сохраненной части продукции; улучшить экологическую обстановку и условия труда обслуживающего персонала не только на самих нефтехранилищах, но и в расположенных рядом жилых массивах; уменьшить пожароопасность нефтехранилищ, повысить срок службы резервуаров и т. д.
Анионные ПАВ входят в состав большинства добавок для нефтяных резервуаров. Причем наилучшим действием обладают ПАВ с алкильными или алкиларильными группами, содержащими в гидрофобной цепи 9-15 атомов углерода. Использование иона натрия, калия и лития усиливают растворимость ПАВ в углеводородных жидкостях
Рисунок 1- Структура подготовки соли К синтетических жирных кислот
В результате экспериментальных исследований выявлено, что минимальное давление насыщенных паров достигается при концентрации CnH2n+1COOK 10 мг/кг.
Рисунок 2- Зависимость давления насыщенных паров нефти от концентрации CnH2n+1COOK
Механизм взаимодействия растворов ПАВ с нефтью в резервуарах различных типов сложен и многогранен. Поэтому необходимы дальнейшие экспериментальные и промысловые исследования этой проблемы на современной научной основе. В случае введения в жидкость поверхностно-активных веществ (CnHn+1COOK) часть поверхности жидкости занята данным ПАВ и из-за этого снижаются потери жидкости от испарения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате данного исследования были рассмотрены общие характеристики поверхностно-активных веществ, их химическое строение, виды и области применения. Изучили такие области применения поверхностно-активных веществ в нефтегазовом деле, как:
- При бурении и промывке нефтяных скважин
- Для повышения нефтеотдачи пластов
- Для обработки призабойной зоны скважин
- При хранении нефти и нефтепродуктов
На основании проведенной работы можно прийти к выводу, что поверхностно-активные вещества играют огромную роль в нефтегазовом деле. Без них также не обходится ни одно добывающее предприятие. Они используются для совершенствования процесса бурения нефтяных скважин, вскрытия продуктивных пластов, увеличения нефтеотдачи. Их применяют для борьбы с коррозией нефтепроводов, наземного и подземного оборудования, для очистки нефтеналивных судов и резервуаров. И данный перечень далеко не полный, ведь существует ещё множество других областей применения поверхностно-активных веществ на различных технологических этапах нефтяной промышленности.
Как следствие, от использования поверхностно-активных веществ в конечном итоге зависит и качество топлива. Именно они позволяют свести практически к минимуму сложности, связанные как с добычей и переработкой нефти, так и с ее транспортировкой.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. http://www.mining-enc.ru/p/poverxnostno-aktivnye-veschestva-pav/- Поверхностно-активные вещества
2. https://neftegaz.ru/tech_library/view/4162-Obrabotka-prizaboynoy-zony-skvazhin-poverhnostno-aktivnymi-veschestvami - Обработка призабойной зоны скважин поверхностно-активными веществами
3.http://chem21.info/page/144242093209045173009238119221148250047150125149/ - ПРИМЕНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
4. http://vestnik.mstu.edu.ru/v13_4_n41/articles/22_derkach.pdf - Использование ПАВ для интенсификации нефтедобычи
5. Чурикова Л. А., Джексенов Т. Б. Применение ПАВ при хранении нефти и нефтепродуктов // Техника. Технологии. Инженерия. -- 2016. -- №2. -- С. 28-31. -- URL https://moluch.ru/th/8/archive/40/1343/ (дата обращения: 29.11.2018).
6. https://cyberleninka.ru/article/v/sovremennye-tehnologii-povysheniya-nefteotdachi-plastov-na-osnove-poverhnostno-aktivnyh-veschestv - Современные технологии повышения нефтеотдачи пластов на основе поверхностно-активных веществ
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Изучене возможности повышения эффективности разработки месторождений высоковязких нефтей с применением поверхностно-активных веществ (Неонол АФ9-12). Методы увеличения нефтеотдачи пластов терригенных пород. Механизм вытеснения нефти из пористой среды.
дипломная работа [5,2 M], добавлен 06.07.2012Масштабы добычи нефти и газа. Разработка месторождения со сложными геолого-физическими условиями. Увеличение полноты извлечения нефти. Паротепловая обработка призабойной зоны скважин. Тепловые методы повышения нефтеотдачи и внутрипластовое горение.
реферат [499,7 K], добавлен 17.01.2011Динамика и состояние разработки Сабанчинского месторождения. Анализ показателей разработки, фонда скважин. Современные технологии повышения нефтеотдачи пластов. Характеристика методов воздействия на призабойные зоны пласта для интенсификации добычи нефти.
курсовая работа [749,4 K], добавлен 26.04.2014Анализ Жирновского нефтегазового месторождения. Назначение и классификация методов увеличения нефтеотдачи пластов. Состояние добычи нефти в ОАО "Лукойл". Геолого-промысловые и климатические условия применения технологии "АРС и П" при водонапорном режиме.
курсовая работа [814,7 K], добавлен 28.10.2011Промывочные жидкости, применяемые при промывке скважин, условия их применения, назначение и классификация. Очистка скважины при бурении от разбуренной породы и вынос ее на поверхность. Продувка скважин воздухом. Промывочные жидкости на водной основе.
реферат [1,5 M], добавлен 06.04.2014Краткая история развития нефтегазового дела. Понятие и назначение скважин. Геолого-промысловая характеристика продуктивных пластов. Основы разработки нефтяных и газовых месторождений и их эксплуатация. Рассмотрение методов повышения нефтеотдачи.
отчет по практике [1,6 M], добавлен 23.09.2014Геолого-технический наряд на бурение скважины. Схема промывки скважины при бурении. Физические свойства пластовой жидкости (нефти, газа, воды). Технологический режим работы фонтанных и газлифтных скважин. Системы и методы автоматизации нефтяных скважин.
отчет по практике [3,1 M], добавлен 05.10.2015Общая характеристика месторождения, химические и физические свойства нефти. Условия, причины и типы фонтанирования. Особенности эксплуатации скважин глубинными насосами. Методы увеличения нефтеотдачи пластов. Технология и оборудование для бурения скважин.
отчет по практике [2,1 M], добавлен 28.10.2011Сводная геолого-физическая характеристика продуктивных пластов Згурицкого месторождения. Современное состояние и перспективы развития технологии проведения соляно-кислотной обработки призабойной зоны нефтяных скважин, условия наибольшей эффективности.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 19.12.2014Знакомство со скважиной, способы бурения, обустройства. Буровая установка. Фонтанный и насосный методы добычи нефти и газа. Повышение нефтеотдачи пластов. Технические мероприятия для воздействия на призабойную зону пласта. Подземный ремонт скважин.
отчет по практике [78,2 K], добавлен 24.03.2015
