В решении задач проектирования объектов, геологического изучения недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы, комплексные лабораторные исследования пластовых флюидов (термодинамические, физико-химические, реологические, хроматографические и др.) играют важнейшую роль. От качества, полноты и ценности получаемых данных зависят управленческие решения, моделирование и проектирование, эффективность методов нефтеотдачи, коэффициент извлечения нефти, и в конечном итоге, стоимость нефтегазовых активов.
В настоящее время, в крупнейших нефтегазовых компаниях России, виды лабораторных исследований пластовых флюидов подразделяются, в основном, на:
1. Термодинамические (PVT) исследования глубинных проб;
2. Физико-химические исследования (вязкость, плотность, фракционный состав и тд);
3. Хроматографический анализ (компонентный состав газа, нефти, ГК и тд);
4. Лабораторные исследования нефтепромысловой химии (процессов подготовки нефти и предупреждения осложнений в добыче, в том числе, исследования в свободном объеме, связанные с повышением нефтеотдачи);
5. Экология.
Все вышеперечисленные направления, так или иначе, связаны между собой, имеют множество точек пересечения, и в идеальном случае, дают максимальный набор данных для принятия тех или иных решений при проектировании, разработке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений. К сожалению, крайне редко, все направления исследований находятся в едином блоке и преследуют единую цель. Зачастую, данные исследований разрознены, пробы пластовых флюидов отбираются без соблюдений требований к качеству проб, что может привести к получению искаженных исходных данных, и как следствие – некорректное принятие тех или иных решений. Например, при термодинамическом анализе глубинных проб нефти, логично проводить исследования по определению склонности к выпадению АСПО при изменении пластового давления и температуры. На этапе разведки месторождения, мы уже можем получить данные о возможных проблемах с образованием АСПО как в условиях пласта, так и в поверхностных условиях. Это позволит улучшить прогноз, и соответственно, выбрать более верную концепцию разработки и инфраструктуры месторождения. Также, при условии, качественного отбора глубинных проб воды, и проведении ряда физико-химических исследований (определение микрокомпонентов в воде, таких как литий, барий, стронций и др, определение растворенных газов, в том числе коррозионно-активных сероводорода и оксида углерода) позволит четко привязать воду к определенному объекту разработки, спрогнозировать возможные осложнения, в виде образования труднорастворимых солей бария и стронция, коррозионных процессов, а также определить возможный источник для получения лития или других ценных металлов.
Реологические исследования пластовых флюидов.
Из-за огромного различия в составах и свойствах нефти различных месторождений сложно дать конкретные рекомендации по созданию реологической модели, которая была бы справедливой для широкой группы углеводородов. Только на основе исследований реологических свойств конкретных типов нефти можно получить ее характеристики, необходимые для инженерных расчетов.
Для нефти и нефтепродуктов, представляющих собой сложные смеси, вязкость является функцией их химического состава, молекулярной массы и определяется силами межмолекулярного взаимодействия. Вязкость не является аддитивным свойством и для смеси нефтяных дистиллятов определяется экспериментально.
При температурах, близких к температуре застывания высокопарафинистые разновидности нефти проявляют неньютоновские свойства. Основные технологические операции с сырой нефтью происходят при температурах ниже температуры кристаллизации парафина. В подобных условиях, нефть оказывается либо многофазной, либо нестабильной системой. Таким образом, реологические свойства нефти изменяются от чисто вязкой жидкости до вязкопластичной среды с четко выраженным пределом текучести. Отсюда возникают явления тиксотропии при течении нефти.
Нефть различных месторождений демонстрирует существенное различие реологических свойств. Кроме того, нефть нестабильный материал, и ее реологические и транспортные характеристики зависят от предыстории, которая определяет состояние содержащихся в ней кристаллизующихся компонентов. Например, температура гелеобразования нефти в сильной степени зависит от скорости понижения температуры. Логично предположить, что на это состояние очень сильно повлияет как условия отбора проб, так и условия хранения и транспортировки пробы от места отбора до проведения исследований.
При моделировании объектов наземной инфраструктуры помимо свойств нефти необходимо определять реологические свойства эмульсии, которая является функцией от ряда параметров: температура, обводненность, дисперсность, наличие химреагентов и др. Первые два параметра воспроизводятся лабораторными методами. Дисперсность является переменным параметром и воспроизвести данный параметр, приближенный к промысловым условиям в лаборатории затруднительно. Изучение реологических свойств реальной эмульсии целесообразно проводить в промысловых условиях с применением поточных стендов. На текущий момент подобные решения отсутствуют.
Исследования процессов разрушения эмульсии
Основным методом исследования кинетики разрушения эмульсии является так называемый «Ботл тест», результаты которого зависят так же от ряда параметров, которые воспроизводятся в лабораторных условиях. При этом не учитывается реальная дисперсность, динамические условия аппаратов. Для получения релевантных данных приближенных к реальным условиям требуется проведение промысловых исследований на специализированных стендах (тестовых сепараторах).
Лабораторные и полевые исследования коррозионной агрессивности среды
Методики полевых и лабораторных испытаний были разработаны для краткосрочной оценки новых и заменяющих материалов или методов химической обработки перед их применением на практике. Эти испытания концентрируются на потенциальных слабостях или уязвимостях испытуемых материалов, например совместимости металлов со средой сероводорода.
Ускоренные лабораторные испытания опираются на один из двух принципов получения краткосрочных ускоренных результатов. Либо среда делается более агрессивной, либо методы начального разрушения улучшаются. Увеличение температуры, давления или концентрации агрессивных химических веществ создают агрессивную среду. Однако, следует помнить о некоторых взаимодействующих эффектах при создании агрессивных сред, например варьирование концентраций солей в воде уменьшает растворимость кислорода и меняет агрессивность соляных растворов. Совместимость материалов следует тестировать в рабочих средах или максимально к ним приближенных по составу и условиям, в том числе температуре и давлению. С этой точки зрения, оптимальным являются автоклавные испытания на реальных средах при повышенном давлении и температуре.
Анализ образцов металла после воздействия агрессивной среды обычно включает в себя измерения потери массы и осмотр при малом увеличении на предмет признаков питтинговой или щелевой коррозии. Время возникновения этих форм может быть более долгим, чем время воздействия при лабораторных испытаниях. Одним из способов компенсации этого относительно короткого времени воздействия является изучение образцов с помощью мощных микроскопов, способных обнаружить коррозионные язвы, не различимые невооруженным глазом. Для этой цели обычно используется сканирующий электронный микроскоп. Эти приборы дополняются рентгеноспектрометрами для химического анализа элементов. Комбинация высокой степени увеличения и химического анализа локальных участков является важным преимуществом использования сканирующего электронного микроскопа для лабораторных и полевых анализов отказов.
Немаловажен фактор «человеческого глаза» при сравнении и оценке степени коррозии образцов-свидетелей. Для исключения рисков неправильной оценки можно использовать машинное зрение – автоматизированный процессор обработки изображений. Применение технологии автоматизированного анализа изображений устраняет разницу интерпретации разными специалистами и также устраняет присущий людям недостаток по-разному реагировать в разных обстоятельствах, например, при усталости, перегрузке или в рассеянном состоянии.
В заключение, кратко отметим основные важные моменты для повышения качества и ценности получаемых данных при исследовании пластовых флюидов:
1. Необходимость создания единой отраслевой базы лабораторных исследований по всем направлениям.
2. Комплексный подход при планировании лабораторных исследований на ранней стадии разработки месторождений.
3. Обоснованный выбор места отбора проб. Качественный отбор, хранение и транспортировка проб флюидов для лабораторных исследований.
4. Применение современных методов исследований и обработки данных с использованием нейросети.
5. Развитие новых промысловых методов исследований, приближенных к реальным условиям.
6. Развитие методик исследований.