nznistuНауки о Земле и недропользованиеEarth sciences and subsoil use2686-99932686-7931Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Irkutsk National Research Technical University"10.21285/2686-9993-2020-43-4-467-475nznistu-120Research ArticleОбогащение и переработка полезных ископаемыхBenefication and Processing of MineralsИсследование влияния растворения диоксида углерода в нефти на агрегацию асфальтенов в условиях месторождений Республики БашкортостанStudying the effect of carbon dioxide oil solubility on asphaltene aggregation under conditions of the Bashkortostan Republic fieldsШаяхметовА. И.ShayakhmetovA. I.

Шаяхметов Айрат Ильфатович, кандидат технических наук, доцент кафедры разработки и эксплуатации газовых и нефтегазоконденсатных месторождений

450064, г. Уфа, ул. Космонавтов

Airat I. Shayakhmetov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Gas and Oil & Gas Condensate Field Development and Operation

1 Kosmonavtov St., Ufa 450064

airat_shayahmeto@mail.ruМалышевВ. Л.MalyshevV. L.

Малышев Виктор Леонидович, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры разработки и эксплуатации газовых и нефтегазоконденсатных месторождений

450064, г. Уфа, ул. Космонавтов

Viktor L. Malyshev, Cand. Sci. (Phys. & Math.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Gas and Oil & Gas Condensate Field Development and Operation

1 Kosmonavtov St., Ufa 450064

victor.l.malyshev@mail.ruМоисееваЕ. Ф.MoiseevaE. F.

Моисеева Елена Флоридовна, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры разработки и эксплуатации газовых и нефтегазоконденсатных месторождений

450064, г. Уфа, ул. Космонавтов

Elena F. Moiseeva, Cand. Sci. (Phys. & Math.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Gas and Oil & Gas Condensate Field Development and Operation

1 Kosmonavtov St., Ufa 450064

elena.f.moiseeva@gmail.comПономаревА. И.PonomarevA. I.

Пономарев Александр Иосифович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой разработки и эксплуатации газовых и нефтегазоконденсатных месторождений

450064, г. Уфа, ул. Космонавтов

 

Alexander I. Ponomarev, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Department of Gas and Oil & Gas Condensate Field Development and Operation

1 Kosmonavtov St., Ufa 450064

pnmrv@mail.ruЗейгманЮ. В.ZeigmanYu. V.

Зейгман Юрий Вениаминович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений

450064, г. Уфа, ул. Космонавтов

Yuriy V. Zeigman, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Department of Oil & Gas Field Development and Operation

1 Kosmonavtov St., Ufa 450064

jvzeigman@yandex.ruУфимский государственный нефтяной технический университетРоссияUfa State Petroleum Technological UniversityRussian Federation202027012021434467475Copyright © Шаяхметов А.И., Малышев В.Л., Моисеева Е.Ф., Пономарев А.И., Зейгман Ю.В., 20212021Шаяхметов А.И., Малышев В.Л., Моисеева Е.Ф., Пономарев А.И., Зейгман Ю.В.Shayakhmetov A.I., Malyshev V.L., Moiseeva E.F., Ponomarev A.I., Zeigman Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nznj.ru/jour/article/view/120

Целью данного исследования является изучение влияния растворения в нефти диоксида углерода на агрегацию ассоциатов асфальтенов и на снижение нефтепроницаемости песчаников. Авторами рассмотрены варианты взаимодействия нефти с диоксидом углерода в свободном объеме до закачки в пористую среду и непосредственно в пористой среде. Изучено влияние состава нефти на агрегацию ассоциатов асфальтенов. Влияние растворенного диоксида углерода на дисперсность ассоциатов в нефти изучалось путем фильтрации ее в песчаниках. Агрегирование асфальтенов, если оно происходит в пористой среде, сопровождается закупоркой пор со снижением проницаемости пород, вызывает осложнения при освоении скважин под закачку диоксида углерода и в конечном счете затрудняет достижение запланированных показателей добычи и нефтеотдачи пласта. При взаимодействии нефти с диоксидом углерода в свободном объеме до закачки в пористую среду установлено, что с увеличением объема профильтрованной нефти и концентрации растворенного в нефти диоксида углерода, а также с уменьшением проницаемости песчаника относительная подвижность нефти с растворенным диоксидом углерода снижается. Значительное влияние проницаемости песчаника на результаты экспериментов указывает на то, что размеры агрегатов асфальтенов сопоставимы с размерами мелких пор. Полного затухания фильтрации в песчаниках после пропускания нефти с растворенным в ней диоксидом углерода не наблюдается. На основе анализа изменения состава и свойств нефти в ходе лабораторных экспериментов по вытеснению нефти оторочками диоксида углерода установлено, что при непосредственном контакте нефти с диоксидом углерода в пористой среде происходит агрегация ассоциатов асфальтенов. С увеличением содержания асфальтенов в составе нефти нефтепроницаемость пласта существенно снижается. При этом более значительное снижение проницаемости наблюдается в малопроницаемых пластах.

The purpose of this work is to study the effect of carbon dioxide oil solubility on the aggregation of asphaltene associates and decrease of oil permeability of sandstones. Consideration is given to the interaction variants of oil and carbon dioxide in a free volume before being injected into a porous medium and immediately in the porous medium. The influence of oil composition on the aggregation of asphaltene associates is studied. The effect of the dissolved carbon dioxide on associate dispersion in oil is examined through oil filtering in sandstones. If asphaltene aggregation occurs in a porous medium it causes pore plugging leading to reduced permeability, complicates the development of carbon dioxide injection wells and, as a result, prevents from achieving the planned indicators of oil production and oil recovery. It is found that in the case when oil interacts with carbon dioxide in the free volume before being injected into a porous medium, the increase in the volume of filtered oil and the concentration of carbon dioxide dissolved in oil, and decrease in sandstone permeability reduce the relative mobility of oil with the dissolved carbon dioxide. The significant influence of sandstone permeability on the experimental results indicates that the sizes of asphaltene aggregates are comparable to the sizes of small pores. We have not observed complete attenuation of filtration after passing of oil with dissolved carbon dioxide through sandstones. Based on the analysis of changes in oil composition and properties carried out in the laboratory experiments on oil displacement by carbon dioxide rims, it has been determined that aggregation of asphaltene associates takes place under immediate contact of oil and carbon dioxide in a porous medium. The higher the asphaltene content in oil, the lower the formation permeability, whereas tight formations feature a more significant decrease in permeability.

диоксид углеродаасфальтеныповышение нефтеотдачиcarbon dioxideasphaltenesenhanced oil recoveryReferencesAycaguer A.-C., Lev-On M., Winer A.M. Reducing carbon dioxide emissions with enhanced oil recovery projects: a life cycle assessment approach // Energy & Fuels. 2001. Vol. 15. Iss.Aycaguer AC, Lev-On M, Winer AM. Reducing carbon dioxide emissions with enhanced oil recovery projects: a life cycle assessment approach. Energy & Fuels. 2001;15(2):303–308. https://doi.org/10.1021/ef000258aP. 303–308. https://doi.org/ 10.1021/ef000258a 2. Wu S., Zhao D., Li Z., Zhu Q. New evaluation function for the oil recovery and carbon sequestration of CO2- EOR project // International Journal of Computer Applications in Technology. 2016. Vol. 54. Iss. 1. P. 14–22. https://doi.org/10.1504/IJCAT.2016.077794Wu S, Zhao D, Li Z, Zhu Q. New evaluation function for the oil recovery and carbon sequestration of CO2-EOR project. International Journal of Computer Applications in Technology. 2016;54(1):14–22. https://doi.org/10.1504/ IJCAT.2016.077794Song Z., Zhu W., Wang X., Guo S. 2-D pore-scale experimental investigations of asphaltene deposition and heavy oil recovery by CO2 flooding // Energy & Fuels. 2018. Vol. 32. Iss. 3. P. 3194–3201. https://doi.org/ 10.1021/acs.energyfuels.7b03805Song Z, Zhu W, Wang X, Guo S. 2-D pore-scale experimental investigations of asphaltene deposition and heavy oil recovery by CO2 flooding. Energy & Fuels. 2018;32(3):3194–3201. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.7b03805Liu B., Li J., Qi C., Li X., Mai T., Zhang J. Mechanism of asphaltene aggregation induced by supercritical CO2: insights from molecular dynamics simulation // RSC Advances. 2017. Vol. 80. Iss. 7. P. 50786–50793. https://doi.org/10.1039/c7ra09736kLiu B, Li J, Qi C, Li X, Mai T, Zhang J. Mechanism of asphaltene aggregation induced by supercritical CO2: insights from molecular dynamics simulation. RSC Advances. 2017;80(7):50786–50793. https://doi.org/10.1039/ c7ra09736kFarajzadeh R., Andrianov A., Bruining H., Zitha P.L.J. Comparative study of CO2 and N2 foams in porous media at low and high pressure-temperatures // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2009. Vol. 48. Iss. 9. P. 4542–4552. https://doi.org/10.1021/ie801760uFarajzadeh R, Andrianov A, Bruining H, Zitha PLJ. Comparative study of CO2 and N2 foams in porous media at low and high pressure-temperatures. Industrial & Engineering Chemistry Research. 2009;48(9):4542–4552. https://doi.org/10.1021/ie801760uGodec M.L., Kuuskraa V.A., Dipietro P. Opportunities for using anthropogenic CO2 for enhanced oil recovery and CO2 storage // Energy & Fuels. 2013. Vol. 27. Iss. 8. P. 4183–4189. https://doi.org/10.1021/ef302040uGodec ML, Kuuskraa VA, Dipietro P. Opportunities for using anthropogenic CO2 for enhanced oil recovery and CO2 storage. Energy & Fuels. 2013;27(8):4183–4189. https://doi.org/10.1021/ef302040uZhang N., Wei M., Bai B. Statistical and analytical review of worldwide CO2 immiscible field applications // Fuel. 2018. Vol. 220. P. 89–100. https://doi.org/ 10.1016/j.fuel.2018.01.140Zhang N, Wei M, Bai B. Statistical and analytical review of worldwide CO2 immiscible field applications. Fuel. 2018;220:89–100. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.01.140Alfarge D., Wei M., Bai B. CO2-EOR mechanisms in huff-n-puff operations in shale oil reservoirs based on history matching results // Fuel. 2018. Vol. 226. P. 112–120. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.04.012Alfarge D, Wei M, Bai B. CO2-EOR mechanisms in huff-n-puff operations in shale oil reservoirs based on history matching results. Fuel. 2018;226:112–120. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.04.012Лозин Е.В., Масагутов Р.Х., Баймухаметов К.С., Родионов В.П., Никитин В.Т., Алмаев Р.Х. [и др.]. Вклад ученых Башнипинефти в развитие нефтедобывающей промышленности Башкортостана: монография. Уфа: Башнефть, 2002. 304 с.Lozin EV, Masagutov RKh, Baimukhametov KS, Rodionov VP, Nikitin VT, Almaev RKh, et al. Contribution of Bashnipineft scientists to the development of Bashkortostan oil-extracting industry. Ufa: Bashneft'; 2002. 304 p. (In Russ.)Jafari Behbahani T., Ghotbi C., Taghikhani V., Shahrabadi A. Investigation of asphaltene adsorption in sandstone core sample during CO2 injection: experimental and modified modeling // Fuel. 2014. Vol. 133. P. 63–72. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.04.079Jafari Behbahani T, Ghotbi C, Taghikhani V, Shahrabadi A. Investigation of asphaltene adsorption in sandstone core sample during CO2 injection: experimental and modified modeling. Fuel. 2014;133:63–72. https://doi.org/ 10.1016/j.fuel.2014.04.079Leontaritis K.J., Ali Mansoori G. Asphaltene deposition: a survey of field experiences and research approaches // Journal of Petroleum Science and Engineering. 1988. Vol. 1. Iss. 3. P. 229–239. https://doi.org/10.1016/ 0920-4105(88)90013-7Leontaritis KJ, Ali Mansoori G. Asphaltene deposition: a survey of field experiences and research approaches. Journal of Petroleum Science and Engineering. 1988;1(3):229–239. https://doi.org/10.1016/0920-4105(88) 90013-7Almehaideb R.A. Asphaltene precipitation and deposition in the near wellbore region: a modeling approach // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2004. Vol. 42. Iss. 2-4. P. 157–170. https://doi.org/ 10.1016/j.petrol.2003.12.008Almehaideb RA. Asphaltene precipitation and deposition in the near wellbore region: a modeling approach. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2004;42(2- 4):157–170. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2003.12.008Трухина О.С., Синцов И.А. Опыт применения углекислого газа для повышения нефтеотдачи пластов // Успехи современного естествознания. 2016. № 3. С. 205–209.Trukhina OS, Sintsov IA. Experience of carbone dioxide usage for enhanced oil recovery. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya = Advances in Current Natural Sciences. 2016;3:205–209. (In Russ.)Разработка нефтяных месторождений. В 4 т. Т. 4. Закачка и распределение технологических жидкостей по объектам разработки / ред. Н.И. Хисамутдинов, Г.З. Ибрагимов. М.: Изд-во ВНИИОЭНГ, 1994. 262 с.Khisamutdinov NI, Ibragimov GZ. Development of oil fields. In 4 vol. Vol. 4. Injection of process fluids and their distribution by development sites. Moscow: All-Russian Scientific Research Institute for Organization, Management and Economy of Oil and Gas Industry; 1994. 262 p. (In Russ.)Штоф М.Д., Райхман Б.Н., Никитина Р.В., Фаловский В.И. Изменение свойств нефти пласта А3 Козловского месторождения при ее смешении с углекислотой // Труды Гипровостокнефти: сб. науч. тр. Куйбышев: Изд-во Гипровостокнефти, 1984. С. 102–105.Shtof MD, Raikhman BN, Nikitina RV, Falovskii VI. Changes in properties of A3 layer oil of the Kozlovskoye field when mixed with carbon dioxide. In: Trudy Giprovostoknefti = Giprovostokneft Proceedings. Kuibyshev: Giprovostokneft'; 1984. p.102–105. (In Russ.)Калинин С.А., Морозюк О.А. Разработка месторождений высоковязкой нефти в карбонатных коллекторах с использованием диоксида углерода. Анализ мирового опыта // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2019. Т. 19. № 4. С. 373–387.Kalinin SA, Morozyuk OA. Development of high viscosity oil fields in carbonate collectors using carbon dioxide. Analysis of world experience. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Geologiya. Neftegazovoe i gornoe delo = Perm Journal of Petroleum and Mining Engineering. 2019;19(4):373–387. (In Russ.)Mamedov Y.G., Bokserman A.A. Application of Improved Oil Recovery in the Soviet Union // SPE/DOE Enhanced Oil Recovery Symposium (Tulsa, 22–24 April 1992). Tulsa: Society of Petroleum Engineers, 1992. P. 53– 64. https://doi.org/10.2118/24162-MSMamedov YG, Bokserman AA. Application of Improved Oil Recovery in the Soviet Union. In: SPE/DOE Enhanced Oil Recovery Symposium. 22–24 April 1992, Tulsa. Tulsa: Society of Petroleum Engineers; 1992. p.53–64. https://doi.org/10.2118/24162-MSХалимов Э.М., Леви Б.И., Дзюба В.И., Пономарев С.А. Технология повышения нефтеотдачи пластов. М.: Недра, 1984. 271 с.Khalimov EM, Levi BI, Dzyuba VI, Ponomarev SA. Enhanced oil recovery technology. Moscow: Nedra; 1984. 271 p. (In Russ.)Степанова Г.С. Газовые и водогазовые методы воздействия на нефтяные пласты. М.: Газоил пресс, 2006. 200 с.Stepanova GS. Gas and water-gas recovery methods for oil reservoirs. Moscow: Gazoil press; 2006. 200 p. (In Russ.)Разработка нефтяных месторождений. В 4 т. Т. 1. Разработка нефтяных месторождений на поздней стадии / ред. Н.И. Хисамутдинов, М.М. Хасанов, А.Г. Телин. М.: Изд-во ВНИИОЭНГ, 1994. 240 с.Khisamutdinov NI, Khasanov MM, Telin AG. Development of oil fields. In 4 vol. Vol. 1. Late stage of oil field development. Moscow: All-Russian Scientific Research Institute for Organization, Management and Economy of Oil and Gas Industry; 1994. 240 p. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.