НАНОТЕХНОЛОГИИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ УВ-СЫРЬЯ

Изотов В.Г., Ситдикова Л.М.

Казанский государственный университет

Карта-схема перспектив нефтегазоносности Республики Татарстан

Скв.23154, обр.2, гл.1735м. Обзор 16 слоев.

Скв.23154, обр.2, гл.1735м.

Проекция максимальной интенсивности 3-х мерных данных.

Наноминералогия – раздел минералогии, изучающий и описывающий свойства минеральных частиц наноразмеров от 10-9 до 10-7 метра.

Однако, размер частиц может быть значительно больше за счет появления агрегатов и срастаний наночастиц. В этом случае речь идет о наносруктурах, которые могут быть изучены даже оптическими методами.

Особые формы нахождения наноминеральных агрегатов характерны для специфических термодинамических условий глубоких горизонтов земной коры – зон деструкций, характеризующиеся аномальными Р-Т условиями и широким развитием агрегатов глинистых минералов.

Литолого-геохимическое равновесие в системе

нефть-коллектор

В нефтяном пласте в течение геологического времени устанавливается термодинамическое равновесие между матрицей и т.д. Составляющей и флюидом (нефть-вода). Законы этого равновесия описываются принципами термодинамики и, в частности, правила фаз. Согласно этому правилу в системе нефть-коллектор выделяются инертные компоненты (обломочные зерна) и активные компоненты (цементно-поровая масса.

В ходе разработки нефтяных месторождений необходимо учитывать возможные сдвиги этого равновесия.

Продуктивный горизонт – литолого-геохимическая система с активно меняющимися физико-химическими условиями в ходе его эксплуатации.

РТ, eH, pH, m-солейВ зависимости от изменения параметров, резко меняющихся при использовании системы МУН, равновесие системы нарушается, что приводит к обратимым и необратимым изменениям ФЕС пласта за счет литолого-геохимических реакций:

-растворение минералов

-перекристаллизация минералов

- возникновение новых минеральных фаз.

Эти реакции протекают, в первую очередь, в пустотно-поровом пространстве коллектора.

                   

                   

                   

                   

                   

                   

                   

                   

                   

                   

                   

                   

                   

                   

                   

                   

                   

                   

                   

                   

                   

                   

                   

                   

Минеральная матрица коллектора

Кластическая (инертная)

составляющая

Активная составляющая

Глинистые минералы

Гидроокислы железа

Карбонатные минералы

Т. дисп. кварц, полевой шпат

Разбухание, усыхание, сорбция

Переход в растворимые и нерастворимые

формы

Растворение, микритизация, диспергация

Сорбционные процессы,

перекристалли-зация

ФЛЮИД

Схема литолого-геохимического равновесия

Глинистые наноминералы в структуре коллектора и их

динамика в процессе разработки

Глуб., м

Точ. отб. Породы

Глинистые минералы

Коэфф., ассоциац.

Фрагмент дифрактограммы

2861,5

2862

2862,5

2863

2870

Алевролит к/з песчаный с УРД

Аргиллит с незначитель- ной примесью алевролито- вого материала

К1 = 0,49

К2 = 0,65

IV

К1 = 0,55

К2 = 0,59

IV

К1 = 0,54

К2 = 0,43

III

К1 = 0,56

К2 = 0,46

III

Хлорит, г/слюда, каолинит

Аргиллит с незначитель- ной примесью алевролито- вого материала

Хлорит, г/слюда, каолинит

Хлорит, с/с сл.-смек.

+ г/слюда, каолинит

Песчаник м/з алевритовый карбонатный

Хлорит, г/слюда, каолинит

0

200

400

600

5 10 15 20 25 30

0

200

400

600

5 10 15 20 25 30

0

500

1000

1500

2000

5 10 15 20 25 30

0

500

1000

1500

5 10 15 20 25 30

10,1

7,13

4,9

3,563,3414,2

4,71

10,1

7,13

4,9

3,563,3414,2

4,71

9,98

7,13

5,0

3,56

3,3414,24,71

10,0

7,16

5,0

3,57

3,3414,24,73

Глуб., м

Точ. отб. Породы

Глинистые минералы

Коэфф., ассоциац.

Фрагмент дифрактограммы

2859

2859,5

2860

2860,5

2861

Тонкое перес- лаивание аргиллита и алевролита.

М/з песчаник алевритовый, слабо карбонатный.

Песчаник м/з алевритовый, слабо карбонатный

Аргиллит слабоалеври-тистый.

Хлорит, г/слюда, каолинит

К1 = 0,38

К2 = 0,57

IV

К1 = 0,58

К2 = 0,20

III

К1 = 0,64

К2 = 0,23

III

Хлорит, г/слюда, каолинит

Хлорит, г/слюда, каолинит

Хлорит, г/слюда, каолинит

0

200

400

600

5 10 15 20 25 30

0

300

600

900

5 10 15 20 25 30

0

500

1000

1500

5 10 15 20 25 30

0

200

400

600

800

5 10 15 20 25 30

К1 = 0,37

К2 = 0,74

IV

10,0

7,16

5,0

3,573,3414,2

4,7

9,98

7,16

5,0

3,57

3,3414,4

4,7

9,98

7,14

4,9

3,56

3,3414,2

4,73

10,1

7,13

5,0

3,563,34

14,34,7

Скв.1410 Покамасовское месторождение

Структура порового пространства и особенности локализации в нем

глинистых наноминералов

Структура основных типов глинистых минералов

Реальная структура наноминеральных комплексов. Структурный тип 1:1 (по Н.П.Юшкину и др., 2005).

1.Октаэдрический слой.2.Тетераэдрический слой.

Ув.100х Ув.300х

Усинское месторождение, скв.377-1, инт.3265,0-3275,0м. Гранулярная структура. Зерна сцементированы пакетами глинистых минералов

Усинское месторождение, скв.542-27, инт.3455,0-3465,0м. Пакеты каолинита аккордеонной структуры,

перекрывающие поровые каналы (глинистые «вентили»). 5000х.

Скв.729-18, инт.3132,0-3139,0м Скв.444-4, инт.3044,0- 3062,0м Ув.5000х Ув.10000х

Фестончатые пластины смешанослойной фазы типа гидрослюда-смектит в межкластерных каналах.

Ув.100х Ув.300х

Усинское месторождение, скв.444-28, инт.3044,0-3062,0м. Участки сплошного срастания регенерированных зерен

кварца

Особенности локализации каолинита в поровом

пространстве

Особенности локализации каолинита и гидрослюды в

поровом пространстве

Гидрослюдистый цемент, регенерация зерен кварца

Особенности динамики наноминеральных глинистых

комплексов в процессе разработки залежей УВ (поверхностно активные вещества ПАВ)

Усинкое мсторождение,

скв.377, обр.1б, инт.3265,0-3275,0м. Каолинит-гидрослюдистая

ассоциация с т.д.кварцем.

Хлорит-гидрослюдисто-каолинитовая ассоциация с тонкодисперсным кварцем. Усинкое месторождение, скв.452, обр.1, инт.3436,0-3442,0м

В/с

АФ-6

АФ-12

Кристаллохимическая схема взаимодействия ПАВ типа АФ-6 с гидрослюдистыми пакетами глинистых минералов:

А) воздушно-сухой образец,

Б) обработан АФ-6.

Кристалло-химическая схема взаимодействия ПАВ типа АФ-6 и АФ-12 со смектитовыми пакетами глинистых минералов: А) воздушно-сухой образец, Б) обработан АФ-6, В) обработан АФ-12

002 каоли нит

А 0

Т С00 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0

3 ,5 6 5

3 ,5 7 5

3 ,5 8 5

3 ,5 9 5

001 каоли нитА 0

Т С00 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0

7 ,1 0

7 ,1 5

7 ,2 0002 хлори т

001хлорит

А 0

Т С00 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0

1 4 ,0

1 4 ,1

1 4 ,2

АВ

002 каоли нитА 0

Т С05 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0

3 ,5 6 5

3 ,5 7 5

3 ,5 8 5002 каоли нит

А 0

Т С05 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0

3 ,5 6 5

3 ,5 7 5

3 ,5 8 5

001 каоли нит

А 0

Т С05 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0

7 ,0 5

7 ,1 0

7 ,1 5002 хлори т

А 0

Т С05 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0

1 4 ,0 0

1 4 ,1 0

1 4 ,2 0001 хлори т

Воздействие температуры на наноминеральные комплексы нефтяного пласта

Особенности локализации нанокристаллов пирита в

структуре коллекторов углеводородов

Особенности наносистем глубоких горизонтов земной коры – высокое энергетическое состояние индивидов кристаллов, обусловленное следующими факторами:

1.Высокая локальная энергия кристаллического поля, связанная с наличием нескомпенсированных локальных напряжений кристаллической решетки вследствие наличия дефектов и дислокаций: Eloc.

2.Высокая поверхностная энергия агрегата частиц:

3.Высокая свободная энергия наносистем, как сумма энергий наночастиц:

Etot = Eloc + E Таким образом, структура наноминеральных

комплексов зон деструкций определяет энтропийный вклад наносистем во внутреннюю энергию пород в целом.

Полная внутренняя энергия пород зон деструкций определяется следующим соотношением:

Etot = f (S, V, n), где S – энтропия наносистемы, S = k.log Р, где к – постоянная Больцмана, Р – вероятность состояния наносистемы

V – объем системы зон деструкций,n – число частиц.При этом полная энтропия системы (tot)

Stot = Scrist + Sagr + ….

Тогда изменение внутренней энергии системы можно рассматривать как: dEtot (полный дифференциал изменения энергии) как сумма частных производных:

dEtot = (∂ Scrist/∂T)v.dT + (∂ Sagr/∂V)T.dV, где

(∂ Sagr/∂V)T.dV – структурный энтропийный вклад породы в изменение общей энергии зоны деструкций

Следствие.

Характер упаковки наноструктурных агрегатов характеризует энтропийный вклад в полную энергию пород зон деструкций.

Структуры (упаковка) наноагретов компрессионных зон характеризуется высокой степенью упорядочения за счет внешнего энергетического воздействия (давления) на комплекс минералов зон деструкций. Энтропия таких систем минимальна.

Структуры (упаковка) наноагретов декомпрессионной зоны характеризуется крайне высокой степенью разупорядочения, следствием чего является высокая энтропия этих структур.

Изучение особенностей упорядочения минералов в наносистемах позволяет дать энергетическую характеристику условий формирования этих зон.

ВЫВОДЫ:

1.Нефтяная залежь – система нефть-коллектор является динамической системой, подчиняющейся правилу фаз. Воздействие на одну составляющую системы вызывает неизбежную реакцию второй составляющей, что выражается в сдвиге литолого-геохимического равновесия.

2.Наиболее мобильные комплексы минеральной компоненты нефтяного пласта – наноминеральные фазы, которые могут быть представлены наноразмерными глинистыми минералами, сульфидами и оксидами железа

3.При разработке нефтяных месторождений с применением методов активного воздействия на пласт необходимо учитывать динамику наностуктурных комплексов для получения оптимальных значений нефтеотдачи.

Главный принцип в ходе эксплуатации нефтяных залежей – «не навреди».

Благодарим за внимание!