В рамках неожиданного партнерства в Сколтехе, объединившего инженеров-нефтяников и экспертов в области адресной доставки лекарственных препаратов, были разработаны новые поверхностно-активные вещества, способные повысить нефтеотдачу скважин. Также предложен новаторский метод улучшения эффективности таких реагентов: активные молекулы помещаются в оболочки из диоксида кремния, подобно тому, как это практикуется при доставке некоторых лекарств. Исследование опубликовано в журнале Advances in Geo-Energy Research и попало на обложку выпуска.
Поверхностно-активные вещества находят широкое применение для повышения нефтеотдачи. Эти реагенты вводятся в скважину в виде водного раствора и способствуют высвобождению нефти за счет снижения поверхностного натяжения на границе раздела фаз «вода-нефть», улучшения смачиваемости породы водой и – при дополнительной подаче газа – образования пены, что увеличивает подвижность углеводородов. В работе, проведенной исследователями из Сколтеха, представлен метод улучшения характеристик имеющихся реагентов, а также предложены два новых поверхностно-активных вещества.
«Концепция инкапсуляции, то есть помещении активного компонента в защитную оболочку, была заимствована у медиков — для нефтедобычи это принципиально новый подход, — делится ведущий автор исследования, аспирант Сколтеха, обучающийся по программе „ Нефтегазовое дело“ Арсений Чекалов. — Оба поверхностно-активных вещества, рассмотренные в данной работе, ранее не подвергались детальному изучению и инкапсуляции. Среднепористые частицы диоксида кремния, формирующие оболочку в нашем исследовании, также недостаточно внимания получили в части разработки методов повышения нефтеотдачи, поскольку большинство работ посвящены другим системам доставки. Заслуживает внимания тот факт, что мы продемонстрировали синергизм между разрушающимися капсулами и содержащимися в них ПАВами».
В ходе исследований образцов нефтеносных пород, новые ПАВы проявили характеристики, полезные для увеличения нефтеотдачи. Прежде всего, они обладают невысоким коэффициентом адсорбции на породе, что обуславливает экономичный расход реагента на единицу массы породы и, как следствие, более глубокое проникновение в пласт. Кроме того, эти реагенты заметно уменьшают межфазное напряжение на границе раздела между водой и нефтью. Также наблюдается существенное повышение смачиваемости карбонатных пород водой, что способствует более эффективному вытеснению нефти. При добавлем оболочки из диоксида кремния, все три перечисленных свойства усиливаются.
Значительным достоинством неионных алкилполиглюкозидов и анионных алкилэфиркарбоксилатов, являющихся новыми поверхностно-активными веществами, является их эффективная работа даже при высоких температурах и повышенной солености. При этом, наличие или отсутствие инкапсуляции не оказывает существенного влияния.
Руководитель исследования, старший преподаватель Центра науки и технологий добычи углеводородов при Сколтехе Чэнгдонг Юань прокомментировал достижение научного коллектива: «Мы получили весьма многообещающие результаты, которые недвусмысленно показали, что инкапсуляция может повышать эффективность вытеснения нефти за счет синергического взаимодействия на границе раздела фаз. Однако эта работа — лишь первый шаг. Далее необходимо будет оценить системы инкапсулированных ПАВов в условиях динамического течения, как при эксплуатации реального коллектора, в том числе в экспериментах с заводнением керна и контролируемым разрушением капсул. Такие исследования понадобятся для того, чтобы приспособить технологию к разным типам коллекторов и сделать ее более гибкой и надежной с точки зрения реального использования на месторождениях».