CC BY
30В примере в вычислительный алгоритм входят уравнения следов фронтальных плоскостей и уравнение профильной проекции тангенциальных патрубков.
3. Построение развертки одной из присоединяемых поверхностей.
4. Изготовление макета-шаблона по развертке присоединяемой поверхности.
5. Разметка присоединяемых поверхностей по макету-шаблону.
Рассмотренный пример содержит в себе
обобщение по отношению к размерам соединяемых цилиндров. В других же случаях для каждой пары поверхностей, участвующих в соединении, разработка инженерного расчета не вызывает принципиальных трудностей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Артемов Н.С. Аппараты и установки для мембранных процессов: Учеб. - метод. пособие. М.: Машиностроение. 1994. С.124.
2. Котов Н.И., Полозов В.С., Широкова Л.Б. Алгоритм машинной графики. М.: Машиностроение. 1987. С. 237
Кафедра прикладной геометрии и компьютерной графики.
УДК 622.276
И.Н. Дияров, Н.Ю. Башкирцева, Д.А. Куряшов
ПРИМЕНЕНИЕ КАТИОННЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В СОСТАВАХ
ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ДОБЫЧИ НЕФТИ
(Казанский государственный технологический университет) e-mail: [email protected]
В работе исследованы реологические характеристики растворов катионных поверхностно-активных веществ в зависимости от концентрации, содержания низкомолекулярных солей и температуры. Показана возможность использования четвертичных аммониевых ПАВ в солянокислотных составах для обработки призабойной зоны нефтяного пласта.
В последнее время проводится множество исследований по изучению свойств разбавленных растворов катионных поверхностно-активных веществ (ПАВ). Это связано, прежде всего, с потребностью нефтяной промышленности в использовании данного класса ПАВ для создания вязко-упругих систем. Данные системы находят применение в качестве регуляторов потоков воды и нефти, в составе жидкостей для гидроразрыва пласта [1] и в поинтервальных кислотных обработках скважин [2]. Еще одним направлением применения катионных ПАВ могут стать соляно-кислотные обработки скважин с использованием «самоотклоняющихся» составов.
«Самоотклоняющимися» называют составы, которые меняют свои реологические свойства
в зависимости от процесса реакции. При попадании в поровые каналы породы pH кислоты изменяется и она начинает закупоривать его. Давление повышается, и образуется второй, третий канал и т.д. После того как начинается отработка скважины, при контакте с углеводородами загущенная жидкость теряет вязкость и выносится. Таким образом, «самоотклоняющиеся» составы эффективны при интенсификации добычи нефти из анизотропных пластов большой мощности.
В данной работе были исследованы четвертичные аммониевые соли производства компании Akzo Nobel: соятриметиламмоний хлорид (СТАХ) и таллотриметиламмоний хлорид (ТТАХ). Товарные формы этих ПАВ представляют собой раствор в пропиленгликоле.
В присутствии неорганических электролитов данные ПАВ способны образовывать вязкие гели. На рис. 1 представлены экспериментально полученные зависимости вязкости водных растворов соятриметиламмония хлорида и таллотриме-тиламмония хлорида от концентрации низкомолекулярной соли.
(а)
■л
н о
00 о
« ^ч w ^
Я
« ci
о
a о
Я с^
S С
§ S
104
103 102 10
1
2 v
4
1
ф— ^ 3
104
0,5 1 1,5 2 2,5 3 Концентрация соли, моль/л
(б)
ь т
§-г>3
00 о
« ^ч « г-
10
И о я &
SC 10 а м10
4
1 2 S
3
0,5 1 1,5 2 2,5 3 Концентрация соли, моль/л
Рис. 1. Зависимость вязкости водных растворов СТАХ (а) и
ТТАХ (б) от концентрации солей. Fig. 1. The STAC (a) and TTAC(6) water solutions viscosity vs the sait concentration.
Видно, что при увеличении концентрации соли вязкость водных растворов ПАВ значительно увеличивается. Полученный вид зависимости является общим не только для изучаемых, но и для многих других растворов вязкоупругих ПАВ. Согласно литературным данным, данное повышение вязкости можно объяснить переходом сферических мицелл ПАВ в цилиндрические.
Длинные червеобразные мицеллы, сплетаясь между собой, образуют пространственную мицеллярную сетку, которая обусловливает высокую вязкость растворов ПАВ.
Полученные результаты позволяют говорить о возможности использования изучаемых ПАВ в составе солянокислотных композиций. Поскольку в ходе реакции соляной кислоты с карбонатной породой образуется хлорид кальция, нали-
чие которого будет приводить к увеличению вязкости раствора. Для этого с помощью ротационной вискозиметрии были определены оптимальные концентрации ПАВ, при которых образуется гель с лучшими реологическими свойствами при содержании хлористого кальция 35% масс. Данное содержание хлористого кальция обусловлено концентрацией соляной кислоты, после нейтрализации которой он образуется.
На основе полученных экспериментальных данных были построены зависимости динамической вязкости и касательного напряжения сдвига от скорости сдвига (кривые вязкости и течения) при различных концентрациях ПАВ. Как видно из рисунка 2, максимальные значения вязкости проявляют растворы соятриметиламмоний хлорида с концентрацией 2-3 % масс. При более высоких концентрациях ПАВ вязкость растворов значительно ниже. Объясняется это тем, что с увеличением концентрации ионогенного ПАВ увеличивается количество свободных противоио-нов в растворе, вносящих вклад в экранирование электростатического отталкивания наряду с ионами низкомолекулярной соли. Это приводит к возникновению разветвлений в мицеллах и снижению вязкости. Прямое экспериментальное подтверждение формирования разветвленных мицелл при избытке противоионов для водных растворов катионных ПАВ было получено в работе [3] методом просвечивающей микроскопии.
Изменение вязкости композиции с содержанием соятриметиламмоний хлорида 2% масс. в ходе нейтрализации кислоты представлено на рис. 3.
Изначально композиция обладает очень низкой вязкостью, при содержании соляной кислоты 23,2% масс. динамическая вязкость составляет всего 2,8 мПа-с (14,71 с-1). В ходе реакции соляной кислоты с карбонатом кальция концентрация HCl снижается, в растворе образуется хлорид кальция. Снижение концентрации HCl на первом этапе практически не сказывается на изменении динамической вязкости раствора, и при снижении концентрации HCl до 5% масс. вязкость композиций составила 5,5 мПа-с (14,71 с-1). При дальнейшем снижении концентрации соляной кислоты динамическая вязкость резко возрастает. После полной нейтрализации HCl образуется гель вязкостью 5981 мПа-с (14,71 с-1). Описанное изменение динамической вязкости позволяет рекомендовать данные композиции с целью повышения эффективности солянокислотных обработок скважин.
Примерный механизм действия композиций в пласте можно описать следующим образом. Во время закачки в скважину технологический раствор вначале проникает в зоны с высокой проницаемо-
1
стью, образуя червоточины (свищи) в карбонатных
породах.
й 2000 м16000
8000 4000 0
10
100
Скорость сдвига, с-1
« 200
160 120 80 40 0
V 5JS
i W 3
/ /
Li- »--- --- -■ 2
F 1
к¥
__Ф—♦—
20
40
60
80
100
Скорость сдвига, с-
Рис. 2. Кривые вязкости и течения растворов СТАХ. Концентрация растворов (масс. %): 1 - (1), 2 - (2), 3 - (3), 4 - (4), 5 - (5).
Fig. 2. Viscosity and flow curves of STAC solutions. Concentration of solutions (%):1 - (1), 2 - (2), 3 - (3), 4 - (4), 5 -
(5).
10 4
« ,-H
и l>
10 3
10 2
10
«
1
25
0
При контакте с растворителями происходит снижение концентрации, как самого ПАВ, так и электролита. Мицеллы приобретают форму, которая не способна формировать гель.
Таким образом, после завершения стадии обработки добыча возобновляется, выкачиваемые углеводороды будут эффективно уменьшать вязкость геля.
Немаловажным фактором, влияющим на вязкость коллоидных систем в пласте, является температура. На рис. 4 представлена зависимость динамической вязкости геля на основе катионного ПАВ от температуры. Гель образован в результате нейтрализации солянокислотной композиции.
5000
4000
S сч
та
г g S Ç
я s
3000
2000
1000
20 15 10 5 Концентрация HCl, % масс.
Рис. 3. Изменение вязкости кислотной композиции.
Fig. 3. The acid solution viscosity changes
. Во время контакта кислоты с породой кислота нейтрализуется, образуется хлористый кальций, состав композиции начинает превращаться в гель и образовывать новый вязкостный барьер. Ге-леподобная композиция временно заполняет (закупоривает) червоточины, трещины, направляя, таким образом, остаток состава в зоны и слои с более низкой проницаемостью. Таким образом, композиция проявляет «самоотклоняющие» свойства. Важной особенностью геля на основе ПАВ является его полное разрушение при контакте с растворителями.
20 30 40 50 60 70 80 Температура, °С
Рис. 4. Влияние температуры на динамическую вязкость геля Fig.4. The temperature action on the gel dynamic viscosity
На первом этапе повышение температуры с шагом 5 °С приводит к росту динамической вязкости геля на основе соятриметиламмоний хлорида. Так, при 50°С она достигает максимума в 4740 мПас (42,86 с"1). Далее происходит снижение динамической вязкости до 430 мПас (42,86 с"1) при 80 °С.
Понятно, что чем ниже вязкость геля, тем ниже его способность отклонять поток, поэтому температурный диапазон применения кислотной композиции ограничен пределом в 65 °С.
Таким образом, в работе показана возможность использования четвертичных аммониевых ПАВ в солянокислотных составах для обработки призабойной зоны пласта. При этом состав проявляет «самоотклоняющие» свойства, что позволит охватить воздействием весь продуктивный пласт, прост в приготовлении и устойчив до 65 °С. ЛИТЕРАТУРА
1. Патент США US5551516
2. Токунов В.И., Саушин А.З. Технологические жидкости и составы для повышения продуктивности нефтяных и газовых скважин. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр». 2004. 711 с.
3. Croce V. et al. // Langmuir. 2003. N 19(20). P. 8536.
1
0
0
