Основы технологии полимерного заводнения

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Flooding Technique

Antoine Thomas

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Антуан Тома

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
ПОЛИМЕРНОГО ЗАВОДНЕНИЯ

Перевод с английского языка
под редакцией И. Н. Кольцова

Санкт-Петербург
2020

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

УДК 665.62
ББК 33.36

Антуан Тома

 
 Основы технологии полимерного заводнения : пер. с англ. яз. под ред. 
И. Н. Кольцова. — СПб. : ЦОП «Профессия», 2020. — 240 с.,  цв. ил.

ISBN 978-5-91884-120-4
ISBN 978-1-1195-3758-8 (англ.)

Рассмотрены основы технологии полимерного заводнения в нефтегазовой отрасли на основе EOR-процессов и химических методов увеличения нефтеотдачи SP и ASP.
Последовательно описаны все стадии применения технологии (включая анализ коллектора, выбор и анализ полимера, процедуру нагнетания, инженерно-проектные работы на скважине), а также оборудование для подготовки раствора. Даны практические рекомендации по 
использованию системы ASP с учетом особенностей месторождения.
В отдельных главах подробно рассмотрены очистка пластовой воды и сравнительная оценка 
экономических параметров применения систем.
Специальная глава посвящена конкретным примерам применения полимерного заводнения, включая наиболее сложные случаи, особые условия нагнетания и т. д.
Книга предназначена специалистам по добыче нефти, промысловой химии, сервисных 
компаний, разработчикам и поставщикам реагентов и систем, студентам профильных специальностей.

УДК 665.62
ББК 33.36

All Rights Reserved, © 2019. Authorised translation from the English language edition published  
by John Wiley & Sons Limited. Responsibility for the accuracy of the translation rests solely with EPC ‚‚Professiya“ PH 

and is not the responsibility of John Wiley & Sons Limited. No part of this book may be reproduced in any form  
without the written permission of the original copyright holder, John Wiley & Sons Limited.

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена 
в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.
Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством как  
надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство  

не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет ответственности  
за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

T56

© 2019, John Wiley & Sons Ltd  

© ЦОП «Профессия», 2020

© Перевод, оформление: ЦОП «Профессия», 2020

ISBN 978-1-1195-3758-8 (англ.)
ISBN 978-5-91884-120-4

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

Предисловие к русскому изданию ......................................................................... 9
Предисловие ..........................................................................................................10
Об авторе ................................................................................................................12
Список сокращений ..............................................................................................13
Введение ................................................................................................................14

Глава 1. Зачем увеличивать нефтеотдачу пласта?  .................................................... 17

1.1. Что такое коллектор? ......................................................................................18
1.2. Механизмы извлечения углеводородов .........................................................19
1.2.1. Исторический курьез ...............................................................................20
1.3. Определения IOR и EOR .................................................................................21
1.4. Параметры, контролирующие добычу нефти ................................................21
1.5. Классификация и описание процессов EOR .................................................23
1.5.1. Тепловые процессы ..................................................................................24
1.5.2. Химические процессы ..............................................................................25
1.5.3. Процессы смешивания ............................................................................26

1.6.  Зачем использовать методы EOR? Стоимость, воспроизводство 

ресурсной базы и коэффициенты извлечения ...............................................27

Литература .............................................................................................................28

Глава 2. Химические методы увеличения нефтеотдачи .............................................. 31

2.1. Преамбула .......................................................................................................32
2.2. Химические методы повышения нефтеотдачи ..............................................34
2.2.1. Полимерное заводнение ..........................................................................34
2.2.2. Оторочки на основе высоковязких полимеров .......................................38
2.2.3. Система «ПАВ — полимер» (SP) ..............................................................39
2.2.4.  Заводнение с использованием системы «щелочь — ПАВ — полимер» 

(ASP) ...........................................................................................................43

2.2.5. Другие химические методы ......................................................................52
Литература .............................................................................................................57

Глава 3. Полимерное заводнение ............................................................................. 65

3.1. Преамбула .......................................................................................................66
3.2. Концепция полимерного заводнения ............................................................67

3.2.1. Движение отдельных фаз в многофазном потоке ...................................67
3.2.2. Возможности применения полимерного заводнения ............................69
3.2.3. Сроки ........................................................................................................69

3.3. Условия и границы применения ....................................................................71
3.3.1. История .....................................................................................................71
3.3.2. Предварительный скрининг коллектора .................................................74

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

3.4. Выводы ............................................................................................................81
Литература .............................................................................................................81

Глава 4. Полимеры ................................................................................................. 85

4.1. Преамбула .......................................................................................................86
4.2. Полиакриламид ..............................................................................................87
4.2.1. Общая информация .................................................................................87
4.2.2. Мономеры ................................................................................................87
4.2.3. Процессы полимеризации .......................................................................89
4.3. Рекомендации по выбору полимера...............................................................92
4.3.1. Общая информация .................................................................................92
4.3.2. Выбор полимера .......................................................................................94
4.3.3. Другие семейства полимеров ...................................................................96

4.4. Характеристики и реологические свойства полимеров ................................97
4.4.1. Вязкость ....................................................................................................98
4.4.2. Реологические свойства .........................................................................100
4.4.3. Растворимость ........................................................................................101
4.5. Стабильность полимеров ..............................................................................101
4.5.1. Химическая деструкция .........................................................................101
4.5.2. Механическая деструкция .....................................................................104
4.5.3. Термическая деструкция ........................................................................105
4.5.4. Улучшение стабильности полимеров ....................................................106
4.6. Лабораторная оценка ....................................................................................107

4.6.1. Растворимость и фильтруемость ............................................................107
4.6.2. Вязкость ..................................................................................................110
4.6.3. Сопротивление сдвигу ...........................................................................111
4.6.4. Скрин-фактор .........................................................................................112
4.6.5. Долгосрочная стабильность ...................................................................113
4.6.6. Испытания совместимости ....................................................................114
4.6.7. Фильтрационные испытания на керне ..................................................115
4.6.8. Контроль качества ..................................................................................125
4.6.9. Охрана здоровья, техника безопасности и охрана окружающей среды .... 125
Литература ...........................................................................................................130

Глава 5. Полимерное заводнение: пилотный проект .................................................130

5.1. Скрининг коллектора: напоминание ...........................................................138
5.2. Пилотный проект ..........................................................................................138
5.2.1. Выбор контура для полимерного заводнения .......................................139
5.2.2. Количество полимера .............................................................................142
5.2.3. Процедура проведения нагнетания .......................................................144
5.3. Приемистость нагнетательной скважины ...................................................147
5.3.1. Обсуждение аспектов приемистости .....................................................149
5.4. Мониторинг ..................................................................................................154

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

5.5. Моделирование .............................................................................................155
5.6. Контроль качества ........................................................................................156
5.7.  Особые соображения по реализации полимерного заводнения 

на морских месторождениях .........................................................................156

Литература ...........................................................................................................158

Глава 6. Инженерно-проектные работы ..................................................................161

6.1. Предварительные требования ......................................................................162
6.1.1. Качество воды .........................................................................................163
6.1.2. Удаление кислорода ................................................................................163
6.1.3. Требования к проекту .............................................................................164
6.1.4. Сравнение порошков и эмульсий ..........................................................165
6.2. Оборудование для подготовки раствора из эмульсий .................................166
6.3. Оборудование для подготовки раствора из порошка полимера .................166

6.3.1. Смешение и растворение .......................................................................167
6.3.2. Созревание раствора ..............................................................................168
6.4. Методы разработки месторождений на суше ..............................................169
6.4.1. На месторождении уже применяется заводнение .................................170
6.4.2. Отсутствие заводнения на месторождении ...........................................171
6.4.3. Материально-техническое обеспечение проектов добычи на суше ....172

6.5.  Ключевые соображения по внедрению технологии на морских 

месторождениях .............................................................................................172

6.6. Процесс с использованием системы ASP.....................................................176
6.6.1. Напоминание ..........................................................................................176
6.6.2. Умягчение воды ......................................................................................176
6.6.3. Химические реагенты .............................................................................178
6.6.4. Смешение всех продуктов ......................................................................180

6.7. От точки растворения к устью скважины ....................................................181
6.7.1. Мониторинг вязкости ............................................................................181
6.7.2. Неразрушающие штуцеры и клапаны  ..................................................183
Литература ...........................................................................................................183

Глава 7. Очистка пластовой воды ...........................................................................187

7.1. Преамбула .....................................................................................................188
7.2. Общие сведения ............................................................................................190
7.2.1. Характеристики пластовой воды ...........................................................190
7.2.2. Переработка нефти и газа ......................................................................191

7.3. Разделение нефти и газа ...............................................................................191
7.3.1. Сепараторы .............................................................................................191
7.3.2. Промысловые сепараторы .....................................................................192
7.4. Очистка воды ................................................................................................193

7.4.1. Введение и общие сведения ...................................................................193
7.4.2. Гравитационное разделение ...................................................................193

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

7.4.3. Газовая флотация ....................................................................................195
7.4.4. Разделение на гидроциклонах ...............................................................196
7.4.5. Центрифуги ............................................................................................197
7.4.6. Фильтрация .............................................................................................197
7.5. Деструкция полимеров .................................................................................200
7.5.1. Удаление полимеров ...............................................................................202
7.5.2. Химическое окисление ..........................................................................202
7.5.3. Электроокисление ..................................................................................202
7.5.4. Механическая деструкция .....................................................................203
7.5.5. Ультразвуковая деструкция ....................................................................204
7.5.6. Термическая деструкция ........................................................................204
7.5.7.  Усовершенствованные окислительные технологии  
(фотокаталитические) .............................................................................204

7.6. Выводы и комментарии ................................................................................204
Литература ...........................................................................................................206

Глава 8. Экономические параметры ........................................................................211

8.1. Преамбула .....................................................................................................212
8.2. Обзор затрат ..................................................................................................212

8.2.1. Закачка воды и система водоснабжения и водообработки ...................213
8.2.2. Стоимость реагентов для методов увеличения нефтеотдачи ................214
8.2.3.  Дополнительные затраты на заводнение с использованием  
технологии ASP ........................................................................................215

8.3. Пример: полимерное заводнение .................................................................216
8.4. Примеры: SP- и ASP-заводнение .................................................................219
8.4.1. Технология SP-заводнения ....................................................................219
8.4.2. Технология ASP-заводнения ..................................................................220
8.4.3. Сравнение систем P, SP и ASP ...............................................................222
8.5. Выводы ..........................................................................................................223
Литература ...........................................................................................................224

Глава 9. Примеры применения химического заводнения ...........................................227

9.1. Преамбула .....................................................................................................228
9.2. Сложные случаи из практики применения полимерного заводнения .......230
9.3. Другие интересные промысловые примеры ................................................235
9.3.1. Экономические выгоды закачки полимеров .........................................235
9.3.2. Нагнетание в условиях наличия трещин ...............................................235
9.3.3. Высокотемпературные коллекторы .......................................................235
9.4. Выводы ..........................................................................................................236
Литература ...........................................................................................................237

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Предисловие к русскому изданию

Предлагаемая вниманию читателей книга написана известным французским ин
женером-практиком и экспертом, выступления которого на международных и российских конференциях всегда вызывают большой интерес.
Книга называется «Основы технологии полимерного заводнения», но содержит 
материалы по всем ключевым физико-химическим методам увеличения нефтеотдачи: полимерному, щелочному, ПАВ-полимерному и комбинированному щелочно-ПАВ-полимерному заводнению.
Большим плюсом книги является огромный практический материал, который положен в ее основу. Это в особенности относится к последней главе, где впервые публикуются результаты по ряду нестандартных и интересных проектов химического 
заводнения. В каждой главе даны ссылки на дополнительный материал для более 
углубленного изучения. Книга будет полезна (и может быть рекомендована) широкой аудитории — от студентов старших курсов, только пробующих разобраться 
в химических методах увеличения нефтеотдачи, до инженеров-нефтяников, занимающихся реализацией таких проектов.
Автор стремился показать на примерах взаимосвязь теоретических и практических вопросов. Такие ключевые темы, как адсорбция полимера в пласте, коэффициент сопротивления, неньютоновское поведение вязких жидкостей, обсуждаются 
в разных главах с точки зрения как теоретического, так и практического применения. Книга охватывает все аспекты EOR-технологий — начиная с истории вопроса, 
скрининга полимера, лабораторных работ и заканчивая организацией проекта повышения нефтеотдачи на месторождении. Специалистам по гидродинамическому 
моделированию будут полезны главы, посвященные лабораторным и полевым испытаниям, где автор описывает как стандартные ошибки, возникающие при моделировании полимерного заводнения, так и способы их преодоления.

Антуан Тома много лет работал в России и странах СНГ, знает русский язык. Те, кто 

побывал на его публичных выступлениях, подтвердят, что он любит ломать стереотипы, связанные с недооценкой потенциала полимерного заводнения. Автор предлагает как можно раньше переходить к применению данной технологии в жизненном 
цикле месторождения и показывает, какие преимущества это сулит. Как эксперт он 
прикладывал немало усилий по развитию технологий химического заводнения в России. Несомненно, что российское издание книги будет этому способствовать.
Когда эта книга уже была полностью переведена и отредактирована, начался очередной период снижения цен на нефть. В такой ситуации стандартная реакция многих компаний сводится к отказу от технологий увеличения нефтеотдачи. В книге 
даются примеры, подтверждающие, что, несмотря на увеличение стоимости, связанное с применением полимера, данная технология в целом ряде случаев может быть 
экономически более эффективна, чем обычное заводнение.

И. Н. Кольцов,
эксперт отдела перспективных методов
увеличения нефтеотдачи «Газпромнефть-НТЦ»

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Если у нас с вами два яблока и мы обменяемся ими, у каждого 
окажется по яблоку. Но если у нас с вами две идеи  и мы 
обменяемся ими, то у каждого будет по две идеи.

Чарльз Ф. Брэннан (Charles F. Brannan)

Предисловие

Полимерное заводнение было впервые применено в начале 1960-х гг. С 1980 по 1986 г. 

отмечалось активное внедрение этого инновационного процесса, но в ограниченных 
масштабах, что объяснялось его дороговизной и отсутствием налоговых льгот. Тем не менее начиная с крупного заводнения на месторождении Дацин в Китае, осуществленном 
в 1986 г., в области технологий полимерного заводнения отмечаются впечатляющий прогресс и рост применения в промысловых условиях.
Автор настоящей книги работает в компании SNF, принимавшей активное участие 

в крупнейших проектах применения полимерного заводнения в различных регионах 
мира. В силу этого компания SNF обладает уникальным набором сведений по широкому 
спектру вопросов, касающихся полимерного заводнения. Эти аспекты нашли отражение 
в книге, особенно в заключительных пяти главах.
Существует несколько важнейших проблем, решение которых поможет значительно повысить перспективность полимерного заводнения. Во-первых, необходимо улучшить наши 
возможности в отношении распределения энергии (наведенный градиент давления) от 
нагнетания полимеров глубоко в коллектор (где залегает бóльшая часть нефти). До недавнего времени эта задача решалась главным образом с помощью дополнительного бурения, 
обеспечивающего уплотнение сетки нагнетательных и добывающих скважин. В этих целях 
используются и параллельные горизонтальные скважины. Тем не менее в существующих условиях полимерного заводнения зачастую приходится индуцировать трещины в нагнетательных скважинах для получения рентабельной скорости закачки вязких жидкостей. Методики 
полимерного заводнения можно значительно усовершенствовать за счет более точного установления характеристик, размещения и эксплуатации трещин (естественных и индуцированных) в коллекторах. Это особенно верно в отношении менее проницаемых коллекторов.
Вторая крупная область для усовершенствования — уменьшение удерживания 
полимеров (иногда называемого адсорбцией) в породе коллектора.

Инновации 

и рост

Первое применение 
полимерного заводнения
Несколько 
проектов в США

Месторождение 

Дацин, Китай

Полимер должен глубоко проникать в пористую породу коллектора, чтобы вступать 

в контакт с нефтью и вытеснять ее. Если в породе будет удерживаться чрезмерное количество полимера, то последний не сможет в достаточном количестве проникнуть в коллектор. Удержание полимера — крупнейшая экономическая преграда на пути использования 
полимерного заводнения. В прошлом лабораторные исследования (в первую очередь на 
модельном керне из обнажений) часто давали излишне оптимистичные результаты в отношении величины удержания, особенно в менее проницаемых породах и в случае ассоциативных полимеров. Уменьшение удержания полимера весьма полезно.

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru