9 до 10 -7 метра. Однако, размер частиц может быть

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-солей
В 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 пустотнопоровом пространстве коллектора.
Минеральная матрица
коллектора
Активная
составляющая
Кластическая
(инертная)
составляющая
Глинистые
минералы
Гидроокислы
железа
Разбухание,
усыхание,
сорбция
Переход в
растворимые и
нерастворимые
формы
Карбонатные
минералы
Т. дисп. кварц,
полевой шпат
Растворение,
микритизация,
диспергация
Сорбционные
процессы,
перекристаллизация
ФЛЮИД
Схема литолого-геохимического равновесия
Глинистые наноминералы в
структуре коллектора и их
динамика в процессе
разработки
Глуб., Точ.
м отб.
2859
Породы
Аргиллит
слабоалевритистый.
Глинистые Коэфф.,
минералы ассоциац.
Хлорит,
г/слюда,
каолинит
Фрагмент дифрактограммы
7,16
600
К1 = 0,37
К2 = 0,74 400
200
IV
Глуб.,
10,0
3,57
3,34
14,2
5,0
Точ.
2861,5 5
10Аргиллит
15 20с
25 30
Хлорит,
незначительг/слюда,
ной примесью каолинит
7,16
алевролитового
9,98
3,57
материала
900
2859,5
600
2860
Тонкое переслаивание
аргиллита и
алевролита.
Хлорит,
г/слюда,
каолинит
М/з песчаник
алевритовый,
слабо
карбонатный.
Хлорит,
г/слюда,
каолинит
Глинистые Коэфф.,
минералы ассоциац.
4,7
Породы
м 0 отб.
14,4
300
К1 = 0,38
0
К2 = 0,57
5
IV
2862
15
Фрагмент дифрактограммы
600
7,13
10,1
400
3,56
3,34
14,2
200
4,94,71
0
5
10
15
20
25
30
3,34
5,0
4,7
10
К1 = 0,49
К2 = 0,65
IV
Скв.1410 Покамасовское
месторождение
20
25
Г/слюда +
с/с сл.-смектит
30
7,14
К1 = 0,58
К2 = 0,20
III
1500
3,56
1000
Аргиллит с 3,34
14,29,98
4,94,73
незначитель-
500
0
5
2862,5
ной
10 примесью
15 20 25
алевролитового
материала
Хлорит,
30
г/слюда,
каолинит
К1 = 0,55
К2 = 0,59
IV
7,13
600
10,1
400
3,56
3,34
14,2
200
9
4,94,71
0
5
10
15
20
25
1
30
6
2860,5
5
8
1
2
7
7,13
Хлорит,
Алевролит к/з
К = 0,54
с/с сл.-смек. 1
песчаный с
+ г/слюда, К2 = 0,43
УРД
III
7,13
каолинит
2863
800
2861
Песчаник м/з
алевритовый,
слабо
карбонатный
Хлорит,
г/слюда,
каолинит
К1 = 0,64
К2 = 0,23
III
2000
3,56
1500
1000
9,98
500 14,2
0
5
10
10
20
25
5
15
20
25
7
5
3
6
2
4
Каолинит
1
Хлорит
Ведущие ассоциации глинистых минералов
Покамасовского месторождения
30
Хлорит,
г/слюда,
каолинит
4
4
30
5,0 4,7
Песчаник м/з
алевритовый
карбонатный
К1 = 0,56
К2 = 0,46
III
7,16
1500
Условные знаки:
1000
3,57
10,0
500 14,2
0
5
2870
15
3,34
3,56
3,34
400
10,1
200 14,3
5,04,71
0
5
600
8
3
1
2
3
10
3,34
5,04,73
15
20
25
30
Скв. 1028
Скв. 1410
Скв. 764
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.3044,03062,0м
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)
Хлорит-гидрослюдистокаолинитовая ассоциация с
тонкодисперсным кварцем.
Усинкое месторождение,
скв.452, обр.1, инт.3436,03442,0м
Усинкое мсторождение,
скв.377, обр.1б, инт.3265,03275,0м. Каолинитгидрослюдистая
ассоциация с т.д.кварцем.
В/с
АФ-6
АФ-12
Кристаллохимич
еская
схема
взаимодействия
ПАВ типа АФ-6 с
гидрослюдистым
и
пакетами
глинистых
минералов:
А)
воздушносухой образец,
Б) обработан АФ6.
Кристаллохимическая
схема
взаимодействи
я ПАВ типа АФ6 и АФ-12 со
смектитовыми
пакетами
глинистых
минералов: А)
воздушносухой образец,
Б)
обработан
АФ-6,
В)
обработан АФ12
Воздействие температуры на наноминеральные комплексы нефтяного пласта
А0
3 ,5 9
5
0 0 2 к а о л и н и т
А
0
0 0 2 к а о л и н и т
3 ,5 8
5
3 ,5 8
5
3 ,5 7
5
3 ,5 7
5
3 ,5 6
5
3 ,5 6
5
0
А
5 0 1 0 1 5
0
2 0
3 0
4 0
0
Т С
0
5 0
0 0 1 к а о л и н и т
0 0 2 х л о р и т
А
7 ,2 0
7 ,1 5
7 ,1 5
7 ,1 0
7 ,1 0
1 0 1 5
0
3 0
4 0
3 0
4 0
Т С
0
0 0 1 к а о л и н и т
0 0 2 х л о р и т
7 ,0 5
5 0 1 0
5 0
0
А
2 0
0
0
1 0 1 5
0 2 0
3 0
4 0
1 5
0
2 0
Т С
0
0
Т С
А0
0 0 1 х л о р и т
1 4
,2
1 4
0
,2
0 0 1 х л о р и т
1 4
,1
1 4
0
,1
1 4
,0
0
5 0 1 0
1 5
0 2 0
3 0
4 0 Т С
0
1 4
,0
2 0
5 0 1 0
А
1 5
0
3 0
4 0
0
Т С
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!