Введение

Запасы углеводородного сырья не безграничны, и требуется не только бережное их использование, но более полное, без потерь, их извлечение из недр.

Значительная часть разведанных и разрабатываемых нефтяных месторождений относится к месторождениям с трудноизвлекаемыми запасами. Это обусловлено низкой проницаемостью коллекторов и их высокой неоднородностью. Разработка месторождений с такими коллекторскими свойствами осуществляется низкими темпами и, как показывает опыт, конечная нефтеотдача в таких случаях не превышает 30% от начальных балансовых запасов [1]. Основная часть нефтяных месторождений страны, в настоящее время, вступила в завершающую стадию разработки, характеризующуюся высокой обводнённостью добываемой продукции и падением темпов добычи. Разработка нефтяных месторождений ведётся путем поддержания пластового давления закачиваемой в пласт воды, что приводит к закономерному обводнению продукции добывающих скважин, резкому снижению дебита по нефти и, как следствие, остановке таких скважин. Протекание такого процесса связано, в первую очередь, с неоднородностью коллектора по проницаемости, пористости, начальной водонасыщенности, наличием трещин, как техногенного, так и природного происхождения. При этом необходимо отметить, что остаточные запасы нефти сосредоточенные именно в низкопроницаемой части коллектора, как правило, становятся недоступны при использовании традиционных методов добычи [2].

Для решения этих проблем в нефтедобывающей отрасли всё большее применение находят растворы полимеров, характеризующиеся высокой вязкостью, тиксотропностью, псевдопластичностью. Потребность в полимерах основана на их способности воздействовать на реологические свойства водных систем и образовывать гели различной плотности [3,4].

1. Строение полисахаридов

Основными структурными единицами экзополисахаридов (ЭПС) являются один или несколько моносахаридов, являюшихся полифункциональными соединениями, характеризующимися наличием не менее двух гидроксильных и карбонильной, альдегидной или кетонной групп.

Полисахариды, состоящие из одного и того же типа моносахаридов, называются гомополисахаридами например, декстран, курдлан, пуллулан, склероглюкан. Большинство известных микробных ЭПС является гетерополисахаридами, то есть в их состав входят различные моносахариды. К их числу относятся ксантан, альгинат, эмульсан и другие.

Полисахариды могут быть нейтральными, кислыми и основными.

Нейтральные ЭПС не содержат кислых и основных групп, состоят лишь из нейтральных моносахаридов (например, склероглюкан)

В состав кислых ЭПС наряду с нейтральными компонентами входят уроновые кислоты, остатки пировиноградной и других оксикислот.

ЭПС, имеющие в своем составе незамещенные аминогруппы, проявляют основные свойства.

Уникальные физико-химические свойства микробных ЭПС определяется главным образом структурой биополимеров, то есть широкий спектр физико-химических свойств полисахаридов обусловлен многообразием и существованием высших уровней структурной организации полисахаридов в растворах [5].

2. Требования к полимерам, используемым в нефтяной промышленности

В результате многолетних исследований и промысловых испытаний водорастворимых полимеров в бурении и интенсификации нефтедобычи сформулированы требования [6,8], которым должны удовлетворять водорастворимые полимеры, применяемые в этих процессах:

· полимер должен быстро и полностью растворяться в воде (0,5 кг полимера в 1 м3 воды в течение 1 ч в условиях минимальной механической деструкции);

· степень гидролиза полимера не должна превышать 20 – 30%;

· физико-химические свойства полимера не должны сильно изменяться во времени и при воздействии температуры;

· реагент должен быть устойчив к высаливанию в пластовых водах;

· реагент должен эффективно загущать воду при небольших концентрациях;

· раствор полимера должен фильтроваться через пористую среду без затухания, то есть не должен забивать поверхность фильтрации;

· реагент должен представлять собой линейный полимер с минимальным числом поперечных связей;

· полимер должен выпускаться в виде мелкодисперсного порошка с концентрацией основного вещества 90 – 100%;

· реагент должен обладать фактором сопротивления, но вместе с тем адсорбция полимера из раствора в пористой среде должна быть минимальной, чтобы обеспечить продвижение оторочки реагента на значительное расстояние по пласту;

· реагент не должен вызывать коррозию оборудования;

· реагент не должен быть токсичным.

Вязкость тампонажного раствора не должна быть выше 200 сПа, так как при прокачивании более вязких жидкостей создаются неоправданно высокие давления на пласты. Вязкость не должна быть слишком низкой, так как в противном случае раствор будет легко фильтроваться в пористые породы. Особенно опасно это при тампонировании нефтеносных пластов, так как отфильтровавшийся в пласт тампонажный раствор может закупорить его и воспрепятствовать притоку нефти в скважину [6,8,9].

Вязкость буровых растворов является одним из наболее важных его характеристик. Ее значение должно обеспечить буровому раствору способность выносить шлам на поверхность и поддерживать его во взвешенном состоянии.

Помимо выноса шлама на дневную поверхность в процессе бурения буровой раствор также должен образовывать на стенках скважины корку с низкой проницаемостью с целью укрепления породы и предупреждения поглощения раствора. Это качество промывочной жидкости определяется его фильтрационными свойствами.

Структурно-механические свойства полимерных тампонажных растворов можно регулировать в широких пределах, используя высокополимерные добавки и наполнители, образующие коагуляционную структуру.

Плотность применяемого раствора полимера должна быть такой, чтобы столб жидкости в скважине не создавал опасных перегрузок на пласт, с другой стороны, она не должна быть слишком низкой, чтобы давление флюидов в пласте не превосходило гидростатического давления столба жидкости в скважине [9].

Важным технологическим свойством тампонажного раствора является фильтратоотдача, к снижению которой стоит стремиться [7,10].

Биополимеры применяются в процессах нефтедобычи в меньших масштабах, хотя они обладают рядом неоспоримых преимуществ перед синтетическими полимерами. Это объясняется относительной дороговизной реагентов [11].

3. Применение биополимеров в нефтяной промышленности

Биополимеры применяются в нефтяной отрасли как реагенты для выравнивания фронта заводнения, в качестве буровых растворов, промывочных и тампонажных жидкостей.

Промышленная ценность полисахаридов заключается в возможности изменять реологические свойства их водных растворов, либо через образование геля, либо через изменения их характеристик текучести Поведение полисахаридов в растворе может быть ньютоновским, псевдоптастичным или пластичным; многие полисахариды проявляют тиксотропию, то есть растворы характеризуются высокой вязкостью при низких нагрузках (скоростях сдвига) и пониженной вязкостью, когда прикладывается повышенная нагрузка.