Группа исследователей из Китайского университета нефти и МГУ имени Ломоносова создала новый химический реагент, который одновременно предотвращает разрушение песчаных пластов и снижает поступление воды в добывающих скважинах. Это важное достижение для нефтедобычи в рыхлых песчаных коллекторах, где слабая связность частиц породы приводит к их выносу потоком жидкости, засоряя оборудование и резко снижая эффективность добычи.
Новый полимер, получивший лабораторное обозначение PDKM, был синтезирован из четырех мономеров – акриламида, метакрилоилоксиэтилтриметиламмонийхлорида, стирола и кремнийорганического соединения KH570. Он представляет собой супрамолекулярный материал, способный к самоорганизации и адаптации к окружающей среде. В ходе испытаний PDKM надежно связывался с поверхностью песчинок, образуя прочную сетчатую структуру, которая предотвращала их вынос потоком жидкости. При контакте с водой цепочки полимера разбухали, создавая дополнительный барьер и перекрывая водопроницаемые каналы, а при взаимодействии с нефтью – наоборот, сжимались, не мешая ее фильтрации. Такой механизм позволяет одновременно укреплять породу и регулировать движение жидкости в пласте, снижая поступление воды при сохранении стабильного нефтяного потока. Испытания показали, что полимер остается стабилен при температурах до 263 °C и не разрушается в типичных условиях нефтяных пластов.
Чтобы определить пределы его эффективного применения, исследователи разработали и запатентовали собственную методику испытаний, способную воспроизводить реальные условия работы скважин. Она позволила моделировать движение жидкости при высоких скоростях – до 100 миллилитров в минуту, что соответствует режимам морских месторождений. Ранее лабораторные тесты проводились при скоростях примерно втрое меньших и не отражали реальных эксплуатационных условий, таких, как, например, в Бохайском заливе. В ходе экспериментов ученые изменяли температуру, соленость пластовой воды, вязкость нефти и параметры проницаемости породы, определяя, при сочетаниях каких факторов полимер сохраняет свои свойства.
В результате этих экспериментов было установлено, что оптимальная концентрация PDKM составляет около 5 граммов на литр раствора. При таком соотношении и температуре до 90 °C реагент практически полностью предотвращает вынос песка: потери не превышают 0,05 г/л жидкости, что соответствует высшему отраслевому стандарту. Одновременно доля воды в добываемой продукции снижается на 10-12%, что свидетельствует о заметном повышении нефтеотдачи и подтверждает его уникальные водоизоляционные свойства. Также были определены границы его стабильной работы: соленость пластовой воды не должна превышать 21 г/л, вязкость нефти – до 50 мПа·с, а разница в проницаемости между слоями пласта – не более чем в два раза.
Достижение китайских и российских ученых открывает возможность создания новой системы подбора химических реагентов под конкретные типы пластов. Теперь инженеры могут заранее рассчитать параметры скважины и определить, насколько эффективно применение PDKM в условиях отдельного месторождения.
