ПРИМЕНЕНИЕ ДИМЕТИЛОВОГО ЭФИРА В ТЕХНОЛОГИЯХ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ (ОБЗОР) (2023)
По данным работ, описывающих результаты физического (лабораторного) и математического моделирования применения диметилового эфира (ДМЭ) для повышения нефтеотдачи, проанализированы перспективы указанной технологии. Рассмотрен механизм интенсификации извлечения нефти и повышения нефтеотдачи при закачке его в пласт. Оценены основные факторы, влияющие на коэффициент распределения ДМЭ между нефтяной и водной фазами. Выявлены преимущества нагнетания в пласт ДМЭ перед закачкой в пласт углеводородных газов и диоксида углерода. Проведен анализ комбинированных технологий повышения нефтеотдачи, включающих закачку в пласт ДМЭ, диоксида углерода, растворов полимеров, водяного пара. Кратко обсуждается возможность применения ДМЭ для разделения нефтяных шламов.
Идентификаторы и классификаторы
- УДК
- 552.578.2. Нефть
Рынок диметилового эфира (ДМЭ) непрерывно развивается, спрос на этот продукт и объем его производства возрастают год от года. Ожидается практически двукратное увеличение производства ДМЭ к 2028 г. в сравнении с 2021 г. [1].
Список литературы
- The dimethyl ether market is projected to grow from $4,363.9 million in 2021 to $8,755.17 million in 2028 at a CAGR of 10.5% during forecast period 2021-2028 // https://www.fortunebusinessinsights.com/dimethyl-ethermarket- 104309 (дата обращения 12.01.2022 г.).
- Top 10 Players in the Global Dimethyl Ether (DME) Industry // https://www.imarcgroup.com/dimethyl-ethermanufacturers (дата обращения 12.01.2022 г.).
- Снатенкова Ю. М., Колесниченко Н. В., Матиева З. М., Максимов А. Л. Конверсия диметилового эфира в углеводороды бензинового ряда на наноразмерных цеолитных катализаторах: влияние природы модификатора // Наногетерогенный катализ. 2019. Т. 4. № 2. С. 143–148. https://doi.org/10.1134/S2414215819020114 [Snatenkova Y. M., Kolesnichenko N. V., Matieva Z. M., Maximov A. L. Dimethyl ether conversion to gasoline hydrocarbons over nanosized zeolite catalysts: Effect of modifier nature // Petrol. Chemistry. 2019. V. 59. N 12. P. 1331–1336. https://doi.org/10.1134/S0965544119120119].
- Колесникова Е. Е., Обухова Т. К., Колесниченко Н. В., Бондаренко Г. Н., Арапова О. В., Хаджиев С. Н. Особенности модифицирования цеолитного катализатора конверсии диметилового эфира в олефины соединениями Mg при ультразвуковой обработке // Нефтехимия. 2018. Т. 58. № 5. С. 573–579. https://doi.org/10.1134/S0028242118050209
[Kolesnikova E. E., Obukhova T. K., Kolesnichenko N. V., Bondarenko G. A., Arapova O. V., Khadzhiev S. N. Ultrasound-assisted modification of zeolite catalyst for dimethyl ether conversion to olefins with magnesium compounds // Petrol. Chemistry. 2018. V. 58. N 10.
P. 863–868. https://doi.org/10.1134/S0965544118100201]. - Волнина Э. А., Кипнис М. А., Хаджиев С. Н. Каталитическая химия диметилового эфира (обзор) // Нефтехимия. 2017. Т. 57. № 3. С. 243–262. https://doi.org/10.7868/S0028242117030133 [Volnina E. A., Kipnis M. A., Khadzhiev S. N. Catalytic chemistry of dimethyl ether (review) // Petrol. Chemistry. 2017. V. 57. N 5. P. 353–373.
https://doi.org/10.1134/S0965544117050139]. - Хаджиев С. Н., Ежова Н. Н., Яшина О. В. Катализ в дисперсной фазе: slurry-технология в синтезе диметилового эфира (обзор) // Наногетерогенный катализ. 2017. Т. 2. № 1. С. 3–22.
https://doi.org/10.1134/S241421581701004X Catalysis in the dispersed phase: Slurry technology in the synthesis of dimethyl ether (Review) // Petrol. Chemistry. 2017. V. 57. N 7. P. 553–570.
https://doi.org/10.1134/S0965544117070040]. - Azizi Z., Rezaeimanesh M., Tohidian T., Rahimpour M. R. Dimethyl Ether: a review of technologies and production challenges // Chemi. Engineering and Processing. 2014.
V. 82. P. 150–172. http://dx.doi.org/10.1016/j.cep.2014.06.007 - Хаджиев С. Н., Максимов А. Л., Кротова М. В. Производство диметилового эфира: цель и возможности организации в России с учетом геополитического фактора // Научный журнал Российского газового общества. 2017. № 1. С. 43–53.
- Кипнис М. А., Белостоцкий И. А., Волнина Э. А., Лин Г. И., Маршев И. И. Синтез диметилового эфира из синтез-газа на катализаторах с цеолитами ZSM‑5 // Кинетика и катализ. 2018. Т. 59. № 6. С. 715–727. https://doi.org/10.1134/S0453881118060102 [Kipnis M. A., Belostotskii I. A., Volnina E. A., Lin G. I., Marshev I. I. Synthesis of dimethyl ether from syngas
on the catalysts with the ZSM-5 zeolites // Kinetics and Catalysis. 2018. V. 59. N 6. P. 754–765.
https://doi.org/10.1134/S0023158418060071]. - Косова Н. И., Курина Л. Н., Шиляева Л. П. Синтез диметилового эфира из СО и Н2 // Журнал физической химии. 2011. Т. 85. № 7. С. 1246–1250 [Kosova N. I., Kurina L. N., Shilyaeva L. P. Synthesis of dimethyl ether from CO and H2 // Russ. J. Phys. Chem. A. 2011. V. 85.
N 7. P. 1140–1144. https://doi.org/10.1134/S0036024411070168]. - Мусич П. Г., Курина Л. Н., Восмериков А. В. Катализаторы прямого получения диметилового эфира из синтез-газа // Катализ в промышленности. 2014. № 6. С. 33–37.
- Wu T.-W., Chien I.-L. A novel energy-efficient process of converting CO2 to dimethyl ether with techno-economic and environmental evaluation // Chem. Engineering
Research and Design. 2022. V. 177. P. 1–12. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2021.10.013 - Arcoumanis C., Bae C., Crookes R., Kinoshita E. The potential of dimethyl ether (DME) as an alternative fuel for compression-ignition engines: A review // Fuel. 2008. V. 87. N 7. P. 1014–1030.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2007.06.007 - Park S. H., Lee C. S. Applicability of dimethyl ether (DME) an alternative fuel // Energy Conversion and Management. 2014. V. 86. P. 848 https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.06.051.
- Pratama R. A., Babadagli T. A review of the mechanics of heavy-oil recovery by steam injection with chemical additives // J. of Petrol. Science and Engineering. 2022. V. 208. Article 109717. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2021.109717
- Javanmard H., Seyyedi M., Jones S. A., Nielsen S. M. Dimethyl ether enhanced oil recovery in fractured reservoirs and aspects of phase behavior // Energy Fuels.
- Cher nets ky A., Mas alm eh S., Eikm ans D ., Boerrigter P. M., Fadili A., Parsons C. A., Parker A., Boersma D. M., Cui J., Dindoruk B., Te Riele P. M., Alkindi A., Azri N. A novel enhanced oil recovery technique: experimental results and modelling workflow of the DME enchased waterflood technology // Abu Dhabi Intern. Petrol. Exhibition and Conference, Abu Dhabi, UAE, 9–12 November 2015. SPE-177919-MS.
- Canadian patent application N 2 652 930. In-situ recovery of bitumen or heavy oil by injection of dimethyl ether. 2010.
- Patent US application N 2014/0360719. Enhanced oil recovery method. 2014.
- Burrows L. C., Haeri F., Cvetic P., Sanguinito S., Shi F., Tapriyal D., Goodman A., Enick R. M. A literature review of CO2, natural gas, and water-based fluids for enhanced oil recovery in unconventional reservoirs // Energy Fuels. 2020. V. 34. P. 5331−5380.
https://dx.doi.org/10.1021/acs.energyfuels.9b03658 - Chahardowli M., Farajzadeh R., Masalmeh S.K., Mahani H., Bruining H. A novel enhanced oil recovery technology using dimethyl ether/brine: spontaneous imbibition in sandstone and carbonate rocks // SPEAnnual Technical Conference and Exhibition. Dubai. UAE, 26-28 September 2016. SPE-181340-MS
- Cui J., Qi Y., Dindoruk B. Measurement of transport brine mixtures // SPE Improved Oil Recovery Conference. Tulsa. OK. USA, 18 – 22 April 2020. SPE-200314-MS
- Cho J., Kim T. H., Lee K. S. Compositional modeling and simulation of dimethyl ether (DME)-enhanced waterflood to investigate oil mobility improvement // Petrol. Science. 2018. V. 15. P. 297–304. https://doi.org/10.1007/s12182-017-0212-z
- Haddadni A., Azinfar B., Zirrahi M., Hassanzadeh H., Abedi J. Thermophysical properties of dimethyl ether/ Athabasca bitumen system // Can. J. Chem. Eng. 2018. V. 96. P. 597–604.
https://doi.org/10.1002/cjce.23009 - Javanmard H., Seyyedi M., Nielsen S. M. On oil recovery mechanisms and potential of DME−brine injection in the North Sea Chalk oil reservoirs // Ind. Eng. Chem. Res.
- V. 57. P. 15898−15908. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.8b04278
- Parsons C., Chernetsky A., Eikmans D., te Riele P., Boersma D., Sersic I., Broos R. Introducing a novel enhanced oil recovery technology // SPE Improved Oil Recovery Conference. Tulsa. Oklahoma. USA, 11–13 April 2016. SPE-179560-MS
- Ratnakar R. R., Dindoruk B., Wilson L. Use of DME as an EOR agent: Experimental and modeling study to capture interactions of DME, brine and crudes at reservoir conditions // SPE Annual Technical Conference and Exhibition. Dubai. UAE, 26–28 September 2016. SPE-181515-MS
- Ratnakar R. R. Dindoruk B., Wilson L. Experimental investigation of DME–water–crude oil phase behavior and PVT modeling for the application of DME-enhanced waterflooding // Fuel. 2016. V. 182. P. 188–197.
- Abdi M., Yamchi H. S., Zirrahi M., Hassanzadeh H. Cubic-plus-association equation of state parameterization of liquid-liquid equilibrium of propane + n-butane + bitumen and dimethyl ether + bitumen systems // Fluid Phase Equilibria. 2022. V. 554. Article 113341. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2021.113341
- Khalifi M., Zirrahi M., Hassanzadeh H., Abedi J. Measurements of the molecular diffusion coefficient of dimethyl ether in water at T = (313.15−373.15 K) and P = (0.69−2.76 MPa) // J. Chem. Eng. Data. 2021. V. 66. P. 2754−2763. https://doi.org/10.1021/acs.jced.1c00166
- Khalifi M., Zirrahi M., Hassanzadeh H., Abedi J. and solubility of dimethyl ether in bitumen at
T = (323.15−383.15 K) and P = (0.69−2.76 MPa) // J. Chem. Eng. Data. 2019. V. 64. P. 5935–5945.
https://doi.org/10.1021/acs.jced.9b00763 - Khalifi M., Zirrahi M., Hassanzadeh H., Abedi J. Concentration-dependent molecular diffusion coefficient of dimethyl ether in bitumen // Fuel. 2020. V. 274. Article 117809. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117809
- Yamchi H. S., Zirrahi M., Hassanzadeh H., Abedi J. Measurements and NRTL modeling of liquid-liquid equilibrium of dimethyl ether/bitumen // Fluid Phase Equilibria. 2020. V. 512. Article 112549. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2020.112549
- Kong S., Feng G., Liu Y., Li K. Potential of dimethyl ether as an additive in CO2 for shale oil recovery // Fuel. 2021. V. 296. Article 120643. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.120643
- Lee Y. W., Lee H. S., Jeong M. S., Cho J., Lee K. S. Compositional modeling of dimethyl ether–CO2 mixed solvent for enhanced oil recovery // Appl. Sci. 2021. V. 11. P. 406. https://doi.org/10.3390/app11010406
- Chahardowli M., Farajzadeh R., Bruining H. Experimental investigation of the use of the dimethyl ether/polymer hybrid as a novel enhanced oil recovery method // J. of Industrial and Engineering Chemistry. 2016. V. 38. P. 50–60. http://dx.doi.org/10.1016/j.jiec.2016.04.008
- Chahardowli M., Farajzadeh R., Bruining H. Experimental investigation of dimethyl ether/polymer hybrid as an enhanced oil recovery method // SPE EOR Conference at Oil and Gas West Asia held in Muscat. Oman, 21–23 March 2016. SPE-179850-MS
- Haddadnia A., Zirrahi M., Hassanzadeh H., Abedi J. Dimethyl ether-a promising solvent for ES-SAGD // SPE Canada Heavy Oil Technical Conference held in Calgary. Alberta. Canada, 13–14 March 2018. SPE-189741-MS.
- Huang J., Babadagli T. Efficiency improvement of heavy-oil recovery by steam-assisted gravity drainage injection using new generation chemicals // Energy 4447. https://dx.doi.org/10.1021/acs.energyfuels.0c00208
- Zhang D., Huang Y., Oshita K., Takaoka M., Ying M., Sun Z., Sheng C. Crude oil recovery from oily sludge using liquefied dimethyl ether extraction: a comparison with conventional extraction methods // Energy Fuels. 2021. V. 35. P. 17810−17819. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.1c02498
- Mu B., Zhu W., Zhong J., Chen L., Lin N., Wang C., Chen S., Li Z. Mechanism of separation and removal of water from oily sludge using liquid dimethyl ether to dissolve hydrocarbons // Chemosphere. 2021. V. 279. Article 130452. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.130452
Выпуск
Другие статьи выпуска
Получены экспериментальные результаты исследований изменения дисперсного состояния мазута с растворенным в нем сероводородом под действием низкоэнергетической волновой обработки. Показано, что воздействие ультразвуком и постоянным магнитным полем позволяют гарантированно снизить содержание сероводорода в мазуте до концентрации менее 10 ppm, а в комбинации с поглотителями – до 1 ppm. Определены оптимальные параметры волновой обработки. Изменение среднего диаметра частиц дисперсной фазы мазута демонстрирует экстремальную зависимость. С позиций нефтяных дисперсных систем предложен механизм процессов, происходящих при очистке мазута от сероводорода.
В статье приведены результаты сравнительного анализа вязкостно-температурных зависимостей модельных систем на основе нефтяных мальтенов из неустойчивых (с асфальтенами типа «остров») и устойчивых (с асфальтенами типа «архипелаг») нефтей с добавлением 5 мас. % индивидуальных н-алканов (С10 и С23) и/или («родных» или «неродных») асфальтенов. На вязкостно-температурных кривых выделены две области: низкотемпературная (от 10 до 30°С) и высокотемпературная (от 30 до 50°С), в которых поведение нефтяных систем определяется, соответственно, наличием кристаллической фазы твердых парафинов и состоянием асфальтенов. Сделано предположение, что особенности вязкостно-температурных характеристик нефтяных систем при повышенных температурах определяются структурой асфальтенов («остров» или «архипелаг») и их склонностью к флоккуляции или образованию парафино-асфальтеновых агрегатов. Показано, что флоккуляция асфальтенов сопровождается захватом компонентов дисперсионной среды, а именно н-алканов, причем асфальтены типа «остров» захватывают больше.
Ультразвуковая обработка 6 мас. % раствора нефтяного парафина в декане приводит к повышению температур фазовых переходов, вязкости и количества парафиновых отложений. Добавление нефтяных смол в раствор подавляет кристаллизацию углеводородов и способствует снижению вязкости, энергии активации вязкого течения, удельной энергии разрушения дисперсной системы, температуры золь-гель перехода, массы осадка. Комплексное воздействие ультразвука и смол более эффективно снижает структурно-механические параметры. Усредненные молекулы смол, выделенных из осадков, характеризуются меньшей ароматичностью, большим количеством гетероатомных структур и парафиновых атомов углерода по сравнению с исходными молекулами.
На примере нефтей Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции исследована зависимость процесса формирования асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) и температуры их застывания от содержания в нефтях парафинов, асфальтенов, смол, гетероатомных фрагментов и и их соотношений . Установлена зависимость количества АСПО и температуры застывания от содержания в нефтях парафинов и отношения парафинов к асфальтенам.. Показано также, что компонентами отложений в нефтях могут быть как парафины, так и смолы и асфальтены.
Важной темой в исследованиях нефтяных пластов любого месторождения является разделение их на различные участки. Для классификации участков пласта Яммама, Южный Иран, с использованием FTIR-спектроскопии и методов многомерной статистики отобрано одиннадцать проб нефти из различных скважин. Из диаграмм FTIR-анализа получены пять различных показателей содержания алифатических, и ароматических соединений, соединений с длинной цепью, а также определены индексы замещения (1 и 2). Полученные результаты использованы в качестве входных данных в методах (алгоритмах) иерархической кластеризации и кластеризации k-средних. Показано, что пласт Яммама состоит из двух участков, различающихся по химическому составу содержащейся в них нефти. Скважины, расположенные в северо-западной и юго-восточной частях исследуемой территории, отнесены к двум различным кластерам. Полученное разделение на основе FTIR-анализа и методов кластеризации хорошо согласуется с предыдущими выводами.
Методами газожидкостной хроматографии и хромато-масс-спектрометрии изучены особенности состава и распределения биомаркеров в нефти и рассеянном органическом веществе венд-кембрийских отложений из скважины Кугасская 364-0. Идентифицированы алканы нормального и изопреноидного строения, моноцикланы, стераны, терпаны, а также алкилароматические углеводороды ряда бензола, нафталина и фенантрена. По геохимическим показателям биомаркеров определено, что исходное органическое вещество формировалось преимущественно в карбонатных породах морского бассейна с восстановительной средой и повышенной соленостью вод. Показатели термической зрелости соответствуют началу «нефтяного» этапа катагенеза.
Методом ЯМР 13С изучен представительный набор нефтей Северного Кавказа (86 проб, 54 месторождения и разведочные площади). Впервые получены данные о распределении углерода по основным структурным фрагментам молекул нефтей всего бассейна. На основании графиков плотности распределения всех измеренных параметров состава установлено, что распределения значений почти всех параметров би или полимодальное. Лишь у величины Σn-Alk/C4 n(1) оно унимодально, но все равно не является нормальным.. С применением метода непараметрической статистики показано, что в нефтях Северного Кавказа намного меньше ароматических соединений, чем в нефтях Западной Сибири и Волго-Урала. Содержание же, налкильных структур наибольшее из всех четырех изученных бассейнов, включая Восточно-Сибирский бассейн. Подтверждено ранее сделанное по данным ЯМР 1Н выделение в пределах
бассейна трех стратиграфических комплексов по составу нефтей: первый комплекс — нефти коллекторов триаса и юры, второй — нефти меловых отложений, третий — палеогена и неогена. Выявлена разница в генезисе нефтей между тектоническими структурами, примыкающими к Главному Кавказскому хребту (Терская и Сунженская антиклинальные зоны Терско-Каспийского краевого прогиба Индоло-Кубанский прогиб) с теми, что находятся на северо-востоке бассейна и примыкают к Каспийскому морю (Восточная часть гряды Карпинского, Прикумская зона поднятий). Первая группа нефтей — нефть морского генезиса с примесью терригенного материала; вторая — нефть терригенного генезиса. Тем самым полученные ранее существовавшие представления о генезисе нефтей Северного Предкавказья радикально меняются.
В обзоре проанализированы возможности метода магнитно-резонансной томографии (МРТ) в исследовании нефтей. Основное внимание уделено рассмотрению технических особенностей метода применительно к задачам добычи и подготовки нефти. Проведена систематизация доступных литературных данных. Выделены четыре ключевых направления МРТ-визуализации, активно развивающихся в настоящее время: нефть в пористой матрице; межфазные границы нефтей; процессы дестабилизации нефтяных систем; процессы транспорта нефти и нефтяных систем. Рассмотрены ключевые работы по данным направлениям и изложены принципиальные моменты, отражающие эффективность метода МРТ и очерчивающие круг проблем, решаемых с его помощью, включая перспективы дальнейшего расширения областей применения. Обсуждены возможности исследования морфологических, структурных, динамических аспектов взаимодействия нефтей с окружающей средой, их фазового поведения в условиях интенсивных внешних воздействий. Представленный обзор способствует расширению арсенала экспериментальных возможностей специалистов, работающих в области добычи, подготовки и переработки нефтей, а также в смежных областях – физической и коллоидной химии, химии поверхностных явлений и высокомолекулярных соединений.
В связи с углублением исследований все новых компонентов органического вещества и нафтидов нефти, в том числе асфальтенов, в обзоре проанализировано развитие представлений о структуре асфальтенов и основные направления их применения в геохимии органического вещества и нефти. Рассмотрены сходства и отличительные особенности строения молекулярной и надмолекулярной структуры асфальтенов, выделенных из органического вещества осадочных пород, угля, нефти и битумов, а также основные аспекты формирования и преобразования асфальтенов в процессе геохимической эволюции органического вещества. Подчеркиваются возможности современной аналитической базы по изучению структурных элементов, функциональных групп и механизмов межмолекулярного взаимодействия асфальтенов нефти, природных битумов и экстрактов из осадочных пород. Выделены и обсуждены основные методы в исследованиях состава и структуры асфальтенов для решения задач органической геохимии. Данные о молекулярной и надмолекулярной структуре асфальтенов играют весомую роль в установлении их природы и поиске корреляционных зависимостей нефтей и органического вещества нефтематеринских отложений, что позволяет получить важную информацию о генезисе и условиях формирования исходной нефти.
Обзор посвящен применению современного метода колебательной спектроскопии комбинационного рассеяния (КР-спектроскопии), или раман-спектроскопии, для анализа различных объектов химии нефти: нефтей, нефтепродуктов, нефтеносных пород, катализаторов нефтехимических процессов и пр. В обзоре приведена интерпретация линий КР-спектров, характеризующих основные функциональные группы в составе нефтей и нефтепродуктов. Описаны условия регистрации КР-спектров (выбор лазера, спектральный диапазон) с целью получения качественных спектров для различных по химической структуре объектов исследования. Рассмотрены основные приемы снижения температуры образца и подавления флуоресценции при регистрации КР-спектров. Значительное внимание уделено методам математической обработки результатов при анализе термической зрелости нефти и нефтеносных пород, определения состава топливных смесей; приведены параметры, количественно описывающие степень зрелости нефтей и керогенов. Описаны примеры анализа экспериментально полученных данных и результатов квантово-химического моделирования при определении структуры полициклических углеводородов.
Издательство
- Издательство
- ИНХС РАН
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 119991, ГСП-1, Москва, Ленинский проспект, 29
- Юр. адрес
- 119991, ГСП-1, Москва, Ленинский проспект, 29
- ФИО
- Максимов Антон Львович (Директор)
- E-mail адрес
- director@ips.ac.ru
- Контактный телефон
- +7 (495) 9554201
- Сайт
- http:/www.ips.ac.ru