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!