Полиакриламид для улучшения добычи нефти: руководство по эффективности, выбору и применению

PAM EOR широко используется для увеличения вязкости впрыска воды, улучшения коэффициента подвижности воды и сырой нефти, уменьшения водоканализации и увеличения объёма промета нефтяного резервуара. Полимерное затопление эффективно для мобилизации дополнительной нефти и улучшения извлечения из зон, достигнутых путём закачки воды, но которые остаются неизвлекаемыми в традиционных затопленных скважинах на зрелых нефтяных месторождениях, где традиционное затопление менее эффективно.

PAM — это название, используемое для полимера полиакриламида. Одним из самых популярных полимеров, используемых для усиленного извлечения нефти, является частично гидролизованный полиакриламид (HPAM). Кроме того, в зависимости от температуры резервуара, солёности, твердости, проницаемости, сдвиговых условий и свойств сырой нефти, операторы могут использовать другие сорта полиакриламида, устойчивые к солям, температурестойкости, ассоциативным и модифицированным.

Важно выбрать правильный полимер, поскольку молекулярная масса, степень гидролиза, удержание вязкости, инъекционность, термическая стабильность и механическая деградация — все важные факторы, влияющие на работу в поле.

Что такое улучшенная добыча нефти?

Улучшенный запас нефти, обычно сокращённо называемый EOR, включает технологии, используемые для дополнительной добычи нефти после первичного добычи и снижения эффективности традиционного затопления.

Основные методы EOR включают:

• Полимерное затопление
• Затопление поверхностно-активными веществами
• Затопление щелочно-поверхностно-активным полимером
• Впрыск газа
• Термическая рекубиляция
• Восстановление микроорганизмов
• Пенное затопление

Полимерное затопление — один из самых известных химических методов EOR. Он работает за счёт добавления водорастворимого полимера в воду для инъекции, чтобы вода стала более вязкой.

Более вязкий раствор может равномерно проходить через пласт и эффективнее направлять нефть в добывающие скважины.

Что такое полиакриламид?

Полиакриламид — это синтетический водорастворимый полимер, получаемый преимущественно из мономеров акриламида.

Типичная информация о продукте включает:

• Название продукта: полиакриламид
• Аббревиатура: PAM
• Номер CAS: 9003-05-8
• Внешний вид: белый или светло-белый порошок или гранулы
• Растворимость: растворимость в воде
• Распространённый тип EOR: частично гидролизованный полиакриламид
• Распространённое сокращение: HPAM
• Основные функции: контроль мобильности, улучшение вязкости, контроль профиля и повышение эффективности стреловидки

Сухой полиакриламид необходимо аккуратно растворять перед введением. Правильная гидратация и подготовка при низкосдвигах позволяют сохранить длину полимерной цепи и вязкость раствора.

Как полиакриламид улучшает извлечение масла

Во время обычного затопления воды впрыскиваемая вода может проходить через зоны с высокой проницаемостью быстрее, чем нефть.

Это может создать:

• Водная аплицовка
• Ранний прорыв в воде
• Неровная полоса водохранилища
• Высокая выработка воды
• Обходная нефть
• Снижение эффективности восстановления

Полиакриламид увеличивает вязкость вводной воды и улучшает коэффициент подвижности между вытесняющей жидкостью и маслом.

Возможные преимущества включают:

• Более равномерное водоизмещение
• Снижение водной пальцев
• Улучшенная площадная стрелка
• Улучшенная вертикальная стрелка
• Канализация нижней воды
• Отсроченный прорыв воды
• Увеличение объёма масла
• Сниженное соотношение произведенной воды

Окончательное улучшение в области добычи зависит от условий пласта, качества полимера, стратегии впрыска и исполнения месторождений.

Почему HPAM широко используется

Частично гидролизованный полиакриламид содержит как амидные группы, так и отрицательно заряженные карбоксилатные группы.

Эти функциональные группы помогают полимерным цепям расширяться в воде и развивать вязкость.

HPAM широко используется, поскольку он предлагает:

• Хорошая водорастворимость
• Сильная способность к накоплению вязкости
• Широкая коммерческая доступность
• Регулируемая молекулярная масса
• Регулируемая степень гидролиза
• Опыт работы в полевых условиях
• Гибкие варианты формулировки
• Конкурентная стоимость для крупномасштабного впрыска

Однако стандартный HPAM может терять производительность в водохранилищах с высокой температурой, высокой солёностью или высокой твёрдостью.

Модифицированные полимеры могут потребоваться для более сложных условий.

Контроль коэффициента мобильности

Коэффициент подвижности описывает, насколько легко вводится жидкость по сравнению со сырой нефтью.

Когда вода гораздо более подвижна, чем нефть, она, как правило, обходит нефть и проходит по самым простым путям потока.

Полиакриламид увеличивает вязкость воды, снижая её относительную подвижность.

Более благоприятный коэффициент мобильности может обеспечивать:

• Более стабильный фронт водоизмещения
• Менее вязкая аппликатура
• Лучший контакт с нефтяными зонами
• Большая полоса водохранилища
• Улучшение добычи нефти

Концентрацию полимера следует тщательно оптимизировать. Чрезмерная вязкость может снизить инъекционность, тогда как недостаточная вязкость может обеспечить ограниченное улучшение скали.

Эффективность очистки водохранилища

Водохранилища редко бывают однородными.

Они могут содержать:

• Каналы с высокой проницаемостью
• Зоны с низкой проницаемостью
• Переломы
• Слоистые образования
• Переменная пористость
• Неравномерная насыщенность

Во время наводнения вода преимущественно попадает в пути с высокой проницаемостью.

Полимерное затопление может уменьшить этот дисбаланс, увеличивая сопротивление в более проницаемых зонах и перенаправляя часть вводной жидкости в менее прочистённые участки.

Это может улучшиться:

• Эффективность вертикальной стрелки
• Эффективность площадного стреловидного движения
• Контакт с маслом
• Стабильность производства
• Восстановление из зрелых зон

Важные свойства полимера

Профессиональный поставщик должен предоставить измеримые характеристики полиакриламида, используемого для увеличения добычи нефти.

Важные свойства включают:

• Молекулярная масса
• Степень гидролиза
• Солидный контент
• Влажность
• Остаточный акриламидный мономер
• Вязкость раствора
• Время роспуска
• Размер частиц
• Термическая устойчивость
• Устойчивость к солёности
• Толерантность к кальциям и магнию
• Сдвиговое сопротивление
• Фильтруемость
• Инъективность

Молекулярная масса

Молекулярная масса влияет на длину полимерной цепи, вязкость раствора и сопротивление потока.

Более высокая молекулярная масса может обеспечивать:

• Большая вязкость при меньшей дозировке
• Лучший контроль мобильности
• Более сильное утолщение
• Улучшенная эффективность стрелки

Однако чрезмерно высокая молекулярная масса может вызвать:

• Медленное растворение
• Слабая инъективность
• Пробка формации
• Большая механическая деградация
• Сложная скачка
• Более высокие требования к фильтрации

Размер полимера должен соответствовать структуре резервуар-пор и проницаемости.

Степень гидролиза

Степень гидролиза влияет на количество анионных карбоксилатных групп в HPAM.

Она оказывает влияние:

• Расширение полимерной цепи
• Вязкость раствора
• Чувствительность к соли
• Чувствительность к кальциям
• Адсорбция
• Термическая устойчивость
• Совместимость с резервуаром

Более высокая степень гидролиза может повысить вязкость пресной воды, но повысить чувствительность к двувалентным ионам, таким как кальций и магний.

Правильный диапазон зависит от химического состава воды и температуры резервуара.

Устойчивость к солёности

Водохранилища и инъекционные воды могут содержать высокие уровни растворённых солей.

Солёность может сжимать полимерные цепи и снижать вязкость раствора.

Важные растворённые ионы могут включать:

• Натрий
• Калий
• Кальций
• Магний
• Хлорид
• Сульфат
• Бикарбонат

Кальций и магний особенно важны, так как они могут снижать характеристики полимера и создавать проблемы с совместимостью.

Полимерные испытания должны использовать фактический или точно имитированный полевой рассол.

Температурная устойчивость

Высокая температура в резервуаре может ускорить деградацию полимера.

Возможные последствия включают:

• Распад молекулярной цепи
• Сниженная вязкость
• Усиленный гидролиз
• Осадки
• Потеря контроля над подвижностью
• Более короткий срок службы раствора

Для высокотемпературных резервуаров модифицированные полимеры могут проектироваться с участием:

• Более стабильные молекулярные структуры
• Устойчивые к солю функциональные группы
• Ассоциативные группы
• Сульфонированные мономеры
• Улучшенная термическая устойчивость

Долгосрочные испытания на старение должны проводиться в условиях резервуара с контролируемым кислородом.

Сдвиговое сопротивление

Полимерные растворы могут испытывать сильный механический сдвиг во время:

• Сведение
• Откачивание
• Клапанный проход
• Транспортировка по трубопроводам
• Инъекция
• Поток через перфорации
• Поток через пористые породы

Механический сдвиг может разрывать полимерные цепи и снижать вязкость.

Подходящий полимер EOR должен сохранять достаточную вязкость после прохождения через запланированную поверхность и оборудование в скважине.

Операторам также следует минимизировать ненужное перемешивание на высокой скорости и резкие падения давления.

Адсорбция и удержание полимеров

Полиакриламид может адсорбировать минеральные поверхности по мере прохождения по резервуару.

Чрезмерная адсорбция может:

• Снижение эффективной концентрации полимера
• Увеличение потребления химикатов
• Задержка распространения полимера
• Изменчивая проницаемость
• Увеличение стоимости проекта

Адсорбция зависит от:

• Минералогия горных пород
• Содержание глины
• Поверхностный заряд
• Солёность
• Тип полимера
• Молекулярная масса
• Степень гидролиза
• Температура

Тестирование на затопление сердечника помогает оценить удержание полимера при репрезентативных условиях.

Инъективность и совместимость форм

Полимерный раствор должен попасть в резервуар, не вызывая недопустимого повышения давления или повреждения пласта.

Инъективность может подвергаться влиянию:

• Размер молекулы полимера
• Нерастворённые частицы
• Рыбьи глаза
• Загрязнители
• Плохая фильтрация
• Биологический рост
• Железо
• Взвешенные твердые тела
• Водопроницаемость

Правильно приготовленный полимерный раствор должен обладать хорошей фильтруемостью и низким уровнем нерастворимых материалов.

Резервуары с низкой проницаемостью могут требовать полимеров с меньшей молекулярной массой или специально разработанных продуктов.

Подготовка полимерного раствора

Правильная подготовка критически важна для поддержания эффективности полимера.

Типичный процесс может включать:

1. Используйте чистую и совместимую воду для подготовки.
2. Начинает лёгкое возбуждение.
3. Добавляю полимерный порошок медленно и равномерно.
4. Избегая быстрого сброса в одно место.
5. Предотвращение образования рыбьего глаза.
6. Обеспечивая достаточно времени для гидратации.
7. Использование насосов с низким сдвигом передачи.
8. Фильтрация подготовленного раствора.
9. Корректировка концентрации перед инъекцией.
10. Непрерывный мониторинг вязкости и качества.

Контроль кислорода также может быть необходим, поскольку растворённый кислород может ускорять деградацию полимера, особенно при повышенных температурах.

Концентрация полимеров

Правильная концентрация инъекции зависит от:

• Целевой вязкость
• Вязкость сырой нефти
• Солёность инжекционной воды
• Температура водохранилища
• Проницаемость
• Молекулярная масса полимера
• Механическая деградация
• Адсорбция
• Проектная экономика

Более высокая концентрация может повысить вязкость, но также увеличивает:

• Химическая стоимость
• Давление впрыска
• Требования к смешиванию
• Риск потери инъекции
• Нагрузка на поверхностное оборудование

Для определения наиболее экономичной концентрации следует использовать лабораторную оценку и моделирование пластов.

Предсдвиговая и механическая деградация

В некоторых проектах операторы намеренно предварительно сдвигают полимерный раствор для повышения инъекционной способности.

Контролируемое предсрезное движение может:

• Уменьшение молекулярного размера
• Более низкое давление впрыска
• Улучшение входа в близкое скважина
• Снизить риск закупорки

Однако чрезмерный сдвиг может снизить вязкость ниже целевого уровня.

Баланс между инъекцией и удержанием вязкости должен быть установлен с помощью тестирования.

Лабораторные испытания

Перед внедрением в поле кандидаты на полимеры должны быть оценены с использованием представительных условий коллектора.

Распространённые тесты включают:

• Время роспуска
• Вязкость раствора
• Реологическое поведение
• Устойчивость к солёности
• Устойчивость к твёрдости
• Термическое старение
• Механическая деградация
• Фильтруемость
• Инъективность
• Адсорбция
• Затопление сердечника
• Коэффициент сопротивления
• Остаточный коэффициент сопротивления
• Эффективность вытеснения нефти

По возможности следует использовать настоящий рассол, сырую нефть и резервуарные породы.

Тестирование затопления сердечника

Тестирование на керн-флуд помогает оценить, как полимер ведёт себя внутри пористой породы.

Он может предоставлять информацию о:

• Инъективность
• Отклик давления
• Удержание полимеров
• Снижение мобильности
• Изменения проницаемости
• Коэффициент сопротивления
• Добыча нефти
• Концентрация произведенного полимера

Керновые образцы должны отражать проницаемость, пористость, содержание глины и минералогию водохранилища.

Конструкция полимерного наводнения

Проект полимерного наводнения может включать:

• До флеша
• Полимерный слаг
• Конезированная концентрация полимера
• Гоня за водой
• Непрерывное впрыск полимера
• Обработка с контролем профиля
• Формулировка поверхностно-активного полимера

Дизайн зависит от:

• Гетерогенность водохранилища
• Оставшееся распределение нефти
• Пропускная способность впрыска
• Стоимость полимера
• Химия воды
• Наземные сооружения
• Стратегия производства

Моделирование пласта обычно используется для оценки объёма закачки, концентрации, реакции нефти и экономической эффективности.

Требования к наземному оборудованию

Полимерно-наводненные объекты могут включать:

• Сухи полимерные фидеры
• Системы увлажнения
• Гидратационные резервуары
• Стареющие резервуары
• Насосы с низким сдвигом
• Системы фильтрации
• Оборудование для удаления кислорода
• Измерители вязкости
• Системы управления потоком
• Инжекторные насосы

Оборудование должно быть спроектировано так, чтобы избежать повреждений полимером и обеспечить стабильную концентрацию.

Плохой дизайн оборудования может привести к следующему:

• Неполное растворение
• Полимерные комки
• Потеря вязкости
• Заблокированные фильтры
• Нестабильность впрыска
• Неравномерные результаты в поле

Соображения по производству воды

Полимер может со временем появиться в образуемой воде.

Остаточный полимер может влиять:

• Разделение нефти и воды
• Очистка из произведенной воды
• Флотация
• Фильтрация
• Реинжекция
• Обработка осадка

Объекты на производстве воды могут потребовать корректировки процесса для управления повышенной вязкостью или остаточным полимером.

Следует проверить совместимость с демульгаторами, коагулянтами и химикатами для очистки воды.

Модифицированный полиакриламид для жёстких резервуаров

Стандартный HPAM может недостаточно эффективно работать в тяжелых условиях.

Модифицированные полимеры могут быть разработаны для:

• Высокие температуры
• Высокая солёность
• Высокое содержание кальция
• Высокий уровень магния
• Низкая проницаемость
• Сильный механический сдвиг
• Большие расстояния инъекции

Возможные модифицированные продукты включают:

• Сульфонированный полиакриламид
• Гидрофобно ассоциирующие полимеры
• Термически устойчивые сополимеры
• Полимеры, устойчивые к солям
• Инъекции с низкомолекулярной массой

Продукт следует выбирать с учётом проверенных условий резервуара, а не общих маркетинговых заявлений.

Варианты упаковки

Полиакриламид для EOR обычно поставляется в:

• Мешки с подкладкой PE весом 25 кг
• Влагостойкие бумажно-пластиковые пакеты
• Сумки массой 500 кг
• 1 000 кг джамбо-мешков
• Индивидуализированная паллетизированная упаковка
• Эмульсионные барабаны
• Резервуары IBC для выбранных жидких продуктов

Упаковка должна защищать полимер от влаги, тепла, загрязнения и физических повреждений.

Крупные проекты могут предпочитать большие мешки и автоматизированные системы подачи.

Хранение и обработка

Полиакриламид следует хранить в прохладном, сухом и проветриваемом складе.

Он должен быть защищён от:

• Влажность
• Прямой солнечный свет
• Высокие температуры
• Повреждённая упаковка
• Сильные окислители
• Загрязнение
• Длительное пребывание на открытом воздухе

Открытые пакеты должны быть плотно запечатаны.

Влажный полиакриламид создаёт очень скользкие поверхности и должен быть быстро очищен.

Работники должны следовать действующим техническим характеристикам безопасности и процедурам на площадке.

Как оценить поставщика

Надёжный поставщик EOR-полимеров должен предлагать:

• Стандартный HPAM
• Категории с высокой молекулярной массой
• Полимеры, устойчивые к солям
• Термостойкие продукты
• Низкоопределённые мономерные качества
• Индивидуальные уровни гидролиза
• Репрезентативные выборки
• Поддержка тестирования в состоянии пласта
• Пакетная прослеживаемость
• Надёжная производственная мощность

Покупатели должны запросить:

• Технический лист
• Технический лист безопасности
• Сертификат анализа, специфичный для партии
• Реологические данные
• Результаты термического старения
• Результаты солёности и устойчивости
• Данные о фильтруемости
• Поддержка тестирования образцов
• Информация о упаковке
• Экспортная документация

Как запросить точную смету

Полное расследование должно включать:

• Температура водохранилища
• Водопроницаемость
• Солёность инжекционной воды
• Концентрация кальция и магния
• Вязкость сырой нефти
• Требуемая вязкость полимера
• Концентрация целевой инъекции
• Планируемая скорость впрыска
• Предпочтение по молекулярной массе
• Требование гидролиза
• Количество заказа
• Упаковка
• Пункт назначения
• Инкотерм
• График поставок

Например:

«Пожалуйста, рекомендуйте и цитируйте HPAM для полимерного затопления в резервуаре с температурой 85°C, умеренной проницаемостью и высокосолёной водой для впрыскивания, упакованной в мешки весом 25 кг, включая образцы, данные о TDS, SDS, COA и данные о удержании вязкости.»

Подробная информация о резервуаре помогает поставщику рекомендовать технически подходящий уклон.

Общая стоимость проекта

Самая низкая цена полимера за килограмм может не обеспечить лучшую экономику проекта.

Операторам следует учитывать:

• Эффективная концентрация полимера
• Удержание вязкости
• Инъективность
• Механическая деградация
• Адсорбция
• Реакция на добычу нефти
• Восстановление воды
• Требования к оборудованию поверхности
• Стоимость смешивания
• Очистка из произведенной воды
• Техническая поддержка

Полимер с лучшей совместимостью с коллекторами может обеспечивать более высокий возврат и меньшую общую стоимость даже при более высокой стоимости покупки.

Заключение

Полиакриламид для улучшенного извлечения нефти (EOR) — это ключевой полимер для контроля мобильности, который используется для повышения вязкости впускной воды, очистки резервуара, минимизации канализации воды и выпуска дополнительной нефти из зрелых резервуаров.

Характеристики требуют молекулярной массы, степени гидролиза, устойчивости к солёности, термической устойчивости, сдвиговой устойчивости, инъекционной способности, адсорбционных свойств, свойств растворения, проницаемости резервуара и химического состава воды.

Операторы должны предоставлять подробные данные о резервуарах и водах для закачки, изучать все технические требования, принимать образцы, проводить лабораторные и керновые тесты наводнения, а также контролируемые полевые испытания перед покупкой.

Надёжный поставщик предложит приемлемую сортировку HPAM и модифицированных полиакриламидов, хорошую равномерность партий, данные по тесту в резервуаре, влагостойкую упаковку, быструю техническую поддержку и надёжную доставку по всему миру.