Способ оценки динамической адсорбции каталитических элементов из композиций на породах-коллекторах Российский патент 2025 года по МПК G01N11/00 

Изобретение относится к химической, нефтехимической и нефтяной промышленности, в частности к методам оценки динамической адсорбции каталитических элементов из композиций на породах-коллекторах. Оно предназначено для определения динамических адсорбционных свойств породы-коллектора в процессе фильтрации растворов катализаторов через пористую среду. Метод может быть реализован в лабораториях, оснащенных оборудованием для масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS), что позволяет точно измерять концентрацию катализаторов в пробах вытесненной жидкости. Получаемые результаты могут быть применены для прогнозирования поведения катализаторов в реальных нефтяных пластах, поскольку динамические процессы, наблюдаемые в лабораторных экспериментах аналогичны тем, что происходят в реальных пластовых условиях.

В последние годы значительно возрос интерес к использованию каталитических композиций для закачки в нефтяные пласты, направленных на повышение эффективности процессов облагораживания нефти. Такие композиции включают катализаторы на основе металлов, специально разработанные для улучшения физико-химических свойств нефти прямо в пласте во время добычи [Kadyrov, R., Sitnov, S., Gareev, B., Batalin, G., 2018. Modeling of cobalt-based catalyst use during CSS for low-temperature heavy oil upgrading. IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 155, 012021; Djimasbe R. et al. Development and Assisted Injection of Sub- And Supercritical Water by the Oil-Soluble Catalysts for the Intensification of Upgrading Process of the Bazhenov Oil Shale and Production of Synthetic Oil // Society of Petroleum Engineers - SPE/IATMI Asia Pacific Oil and Gas Conference and Exhibition, APOG 2023. SPE, 2023]. Одним из ключевых аспектов успешного применения этих катализаторов является понимание их поведения в пластовых условиях, в частности, адсорбционных характеристик на породах-коллекторах.

Оценка динамической адсорбции катализаторов имеет критическое значение, поскольку этот процесс отражает реальное взаимодействие катализатора с породой-коллектором при движении раствора через пористую среду. В отличие от статической адсорбции, динамическая адсорбция позволяет оценить способность катализаторов к удержанию в породе в условиях фильтрации под действием потока, что более точно отражает условия эксплуатации в нефтяных пластах.

Далее в тексте приводятся термины, необходимые для обеспечения однозначного понимания сущности заявленного изобретения и исключения возможных противоречий или спорных интерпретаций при проведении экспертизы по существу.

Аддитивная адсорбция - это суммарное количество вещества, адсорбированного на поверхности пористой среды на разных этапах фильтрации.

Динамическая адсорбция - это количество вещества, поглощённого пористой средой в процессе фильтрации через неё раствора, включающего катализатор, с учётом всех механизмов удержания катализатора в породе, таких как адсорбция на поверхности, механический захват и гидродинамическая задержка.

Катализатор - вещество, которое ускоряет химические реакции, не входя при этом в состав конечных продуктов и не изменяя своей структуры.

Каталитическая композиция - состав, содержащий катализаторы, используемые для интенсификации химических реакций в нефтяных пластах.

Кинетика адсорбции - процесс изменения скорости поглощения катализатора породой-коллектором в зависимости от времени при фильтрации катализатора через пористую среду.

Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) - метод аналитической химии, используемый для определения содержания элементов в растворе, который основан на измерении отношения массы ионов к их заряду после ионизации вещества в индуктивно-связанной плазме. Метод обеспечивает высокую чувствительность и точность, с пределами обнаружения элементов от 10⁻⁹ до 10⁻¹² г/мл и динамическим диапазоном до 8 порядков.

Порода-коллектор - горная порода, обладающая способностью содержать флюиды в своём пустотном пространстве и отдавать их за счёт проницаемости в процессе разработки.

Стандартный образец керна - цилиндрический образец породы-коллектора, используемый для проведения экспериментов.

Углеводородная экстракция - это процесс удаления углеводородов из образца керна с помощью органических растворителей для очистки пористой структуры перед экспериментом.

Динамическая адсорбция растворов катализаторов в керне породы представляет собой сложный процесс, который включает не только адсорбцию молекул катализатора на поверхности породы, но и их механическое захватывание в узких порах и гидродинамическое удержание в зонах с низкой скоростью потока. Эти процессы совместно влияют на распределение катализатора по пористой среде и его эффективность при фильтрации через породу. Адсорбция на поверхностях породы приводит к снижению концентрации катализатора в вытесненной жидкости, тогда как механическое захватывание может препятствовать движению более крупных молекул через поры. Гидродинамическое удержание происходит в зонах с низкой скоростью потока, где катализатор временно изолируется от основного потока, что также влияет на его подвижность. Совокупность этих процессов определяет динамику изменения концентрации катализатора в фильтрате и его распределение в пористой среде, что имеет прямое значение для оценки эффективности применения катализаторов в пластовых условиях.

Известно изобретение по а.с. SU344346A1 «Способ изучения адсорбционных свойств», включающее пропускание через исследуемый образец потока газа-носителя с исходной заданной объемной концентрацией адсорбата в нем, введение калибровочной дозы адсорбата, охлаждение образца, термодесорбцию поглощенного образцом адсорбата, регистрацию калибровочных и десорбционных элюционных пиков адсорбата, отличающийся тем, что с целью повышения точности и воспроизводимости определения перед входом калибровочной дозы адсорбата, образец охлаждают, затем изменяют концентрацию адсорбата в газе-носителе от исходной до 40-80 об.%.

Недостатками метода являются применимость исключительно для оценки адсорбции газов или паров, что делает его непригодным для изучения адсорбции каталитических композиций в растворах. Техническая сложность и требование высокой точности также представляют собой значительные недостатки. Метод включает множество трудоемких этапов, таких как пропускание газа-носителя с изменяющейся концентрацией адсорбата через образец, введение калибровочной дозы, охлаждение и термодесорбция, что увеличивает вероятность ошибок на каждом этапе. Изменение концентрации адсорбата в газе-носителе требует точного контроля, что усложняет процесс и создает трудности в поддержании стабильности условий эксперимента. Кроме того, данный метод предполагает использование высокоточного оборудования и калибровки для регистрации элюционных пиков, что увеличивает сложность и затраты на проведение экспериментов.

Известно изобретение, описывающее способ определения адсорбции ионов тяжелых металлов из водного раствора [Mahmoud, A.M., Ibrahim, F.A., Shaban, S.A., Youssef, N.A., 2015. Adsorption of heavy metal ion from aqueous solution by nickel oxide nano catalyst prepared by different methods. Egypt. J. Pet. 24, 27-35.]. Эксперименты по адсорбции проводятся путем встряхивания серии бутылок, каждая из которых содержит желаемое количество адсорбента в заданной концентрации раствора тяжелого металла. Образцы отбираются через разные промежутки времени; супернатант (надосадочная жидкость) отделяется фильтрованием и анализируется на содержание остаточного тяжелого металла методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Статическую адсорбцию (адсорбционную емкость) q_e (мг/г) после достижения равновесия рассчитывали по уравнению массового баланса по формуле , где С₀ - исходная концентрация испытуемого раствора (мг/л), С_e - равновесная концентрация испытуемого раствора (мг/л), V - объем раствора (л), W - масса адсорбента (г).

Основным недостатком способа является его узкая направленность на статическую адсорбцию ионов тяжелых металлов из водных растворов. Этот метод не учитывает динамическую адсорбцию, что ограничивает его применимость для оценки поведения каталитических композиций при их взаимодействии с породами-коллекторами в условиях фильтрации. Кроме того, метод атомно-абсорбционной спектрометрии, используемый для анализа концентраций остаточного металла в растворе, имеет ограничения по диапазону определяемых элементов, а также относительно низкую чувствительность. Это может приводить к увеличению погрешностей при измерении концентраций катализаторов и снижению точности результатов. Метод также подвержен влиянию интерференций, что может искажать данные и снижать достоверность получаемых результатов, особенно при исследовании сложных систем, таких как породы-коллекторы, где присутствуют различные компоненты.

Наиболее близким по существу заявляемого изобретения прототипом, является изобретение по патенту RU 2811226 C1 «Способ оценки статической адсорбции каталитических элементов из каталитических композиций на породах-коллекторах», заключающийся в том, что предварительно извлеченный образец породы-коллектора измельчают и с помощью сит отделяют фракцию 75 - 300 мкм от дисперсной фазы, удерживаемую фракцию взвешивают и помещают в герметичную емкость, каталитическую композицию известного объема добавляют в емкость, так чтобы объем композиции перекрывал объем измельченной породы, затем перемешивают, емкость плотно закрывается и хранится в течение 48 часов, при этом для поддержания оптимального контакта между композицией и горной породой сосуд встряхивают с интервалом в 4 часа, после этого с помощью центрифуги производят отделение раствора катализатора от породы, и в выделенном супернатанте методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) определяется концентрация элемента-катализатора, после чего статическая адсорбция рассчитывается по формуле , где С₀ - исходная концентрация испытуемого раствора (мг/л), С_e - равновесная концентрация испытуемого раствора (мг/л), V - объем раствора (л), W - масса адсорбента (г).

Основным недостатком прототипа является то, что способ ограничивается оценкой только статической адсорбции, что не отражает реальных динамических процессов, происходящих при фильтрации катализатора через породу-коллектор. Это не позволяет оценить кинетику адсорбции катализаторов в породах-коллекторах. Использование измельченной породы-коллектора не воспроизводит адекватно реальные условия взаимодействия катализатора с природной пористой средой, где структура поровой системы сохраняется неизменной. Это будет приводить к тому, что значения статической адсорбции почти всегда будут выше, поскольку площадь поверхности измельченной породы как правило всегда больше площади поверхности пор породы-коллектора. Кроме того, такие явления, как механическая задержка в порах и гидродинамическое удержание катализатора в зонах с низкой скоростью потока, не могут быть учтены в рамках прототипа. Другим недостатком прототипа является невозможность реализации способа в пластовых условиях, приближенных к реальным, что имеет решающее значение для оптимизации концентрации, объема и состава закачиваемых каталитических композиций.

Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, и его техническим результатом является возможность определения значения динамической адсорбции каталитических элементов из композиций в поровом пространстве пород-коллекторов. При этом устраняются следующие недостатки прототипа:

1 - реализована возможность учета динамических процессов адсорбции при фильтрации катализатора через породу-коллектор, что позволяет точно оценить кинетику адсорбции;

2 - обеспечено воспроизведение реальных условий взаимодействия катализатора с породой-коллектором за счет использования образца с натуральной структурой пор и насыщением образца водой или нефтью, что исключает завышенные значения адсорбции и учитывает явления механической задержки катализатора в порах и его гидродинамическое удержание в зонах с низкой скоростью потока;

3 - реализована возможность проведения способа в термобарических условиях пласта, что критически важно для оптимизации концентрации, объема и состава закачиваемых каталитических композиций.

Сущностью заявленного технического решения является способ оценки динамической адсорбции каталитических элементов из композиций на породах-коллекторах, заключающийся в том, что готовят раствор катализатора объемом 100 мл, сохраняют пробу исходного раствора для измерения исходной концентрации элемента-катализатора, подготавливают стандартный образец керна из породы-коллектора исследуемого нефтяного пласта, диаметром 30 мм и длиной 50 мм, проводят углеводородную экстракцию образца, после чего определяют его объем эффективной пористости и измеряют массу стандартного образца, далее насыщают образец керна водой или нефтью с остаточной водой, устанавливают образец керна в фильтрационную установку, представляющую собой стандартную лабораторную компоновку, включающую в себя кернодержатель для размещения исследуемого образца керна, насос для прокачки каталитической композиции через образец с постоянной линейной скоростью, соответствующей предполагаемой скорости её закачки в нефтяной пласт, манометр - датчик давления для контроля обжимного давления и термостат для поддержания температуры в диапазоне пластовых условий, при этом установка оснащена коллектором проб для последовательного сбора выходящих фракций фильтруемой жидкости с объемом 1 мл, затем задают пластовые или модельные значения обжимного давления, температуры и линейной скорости фильтрации, фильтруют раствор катализатора через керн с отбором каждого 1 мл выходящей жидкости, измеряют концентрацию катализатора в исходном растворе и в отобранных пробах с помощью метода ICP-MS, рассчитывают величину адсорбции в каждой пробе по формуле , где q_i - адсорбция в отдельной пробе, мг/г, V_e - прокачиваемый объем раствора катализатора в интервале, л, W_s - масса керна, г, С_i - исходная концентрация элемента-катализатора в растворе, мг/л, C_f - концентрация элемента-катализатора в пробе раствора после фильтрации, мг/л, при этом динамическую адсорбцию определяют на основе аддитивной величины адсорбции q_n по формуле , в случае, если концентрация C_f в последних пробах стабилизируется на уровне исходной концентрации С_i, динамическая адсорбция принимается равной значению q_n, рассчитанному по последней доступной пробе, если стабилизации не наблюдается, то динамическая адсорбция указывается как значение ‘не менее’ аддитивной величины q_n, рассчитанной по последней доступной пробе.

Заявленное техническое решение иллюстрируется Фиг. 1 - 4.

На Фиг. 1 представлена таблица, содержащая данные о динамической адсорбции Ni при фильтрации композиции сульфата никеля через водонасыщенный керн. Значения q_n (аддитивная адсорбция) постепенно увеличиваются по мере фильтрации, что свидетельствует о динамическом процессе адсорбции катализатора на поверхности пор керна. В последних пробах изменение значений q_n замедляется, что указывает на приближение к максимальной адсорбции.

На Фиг. 2 представлен график, демонстрирующий изменения динамической адсорбции Ni в зависимости от объема прокаченной композиции сульфата никеля при фильтрации через водонасыщенный керн. На графике видно, что с увеличением объема прокаченного раствора кривая аддитивной адсорбции постепенно выходит на “плато” (т.е. становится параллельной к оси абсцисс), что отражает стабилизацию концентрации катализатора в фильтрате. Это означает, что в данной системе процесс адсорбции достиг своего максимума, и дальнейшая фильтрация не приводит к значительному увеличению удержания катализатора.

На Фиг. 3 представлена таблица с результатами расчетов динамической адсорбции Ni из композиции нитрата никеля при фильтрации через нефтенасыщенный керн. Значения q_n постепенно увеличиваются по мере прокачки катализатора, демонстрируя процесс динамической адсорбции. В последних пробах также наблюдается замедление роста значений q_n, что свидетельствует о приближении к максимальной адсорбции катализатора в нефтенасыщенной среде, хотя полное ее достижение еще не наступило.

На Фиг. 4 представлен график динамической адсорбции Ni из композиции нитрата никеля при фильтрации через нефтенасыщенный керн. Аддитивная адсорбция (q_n) меняется в зависимости от объема прокачиваемого раствора катализатора. График демонстрирует приближение процесса адсорбции к стабилизации, и хотя адсорбция близка к максимальному уровню, ее полное достижение в условиях эксперимента еще не наступило.

Далее заявителем приведено описание заявленного технического решения.

Заявленный технический результат достигают путем применения заявленного способа оценки динамической адсорбции каталитических элементов из композиций на породах-коллекторах.

Заявленный способ состоит из 7 этапов:

На 1-м этапе готовится раствор катализатора объемом 100 мл. Проба исходного раствора катализатора сохраняется для измерения исходной концентрации элемента-катализатора в растворе.

На 2-м этапе из керна породы-коллектора исследуемого нефтяного пласта отбирается стандартный образец, диаметром 30 мм и длиной 50 мм, производится углеводородная экстракция образца, после чего определяют его объем эффективной пористости на основе методики ОСТ 39-235-89 и измеряют массу стандартного образца. Далее образец керна предварительно насыщается водой или нефтью (с остаточной водой).

На 3-м этапе к эксперименту подготавливается фильтрационная установка, представляющая собой стандартную лабораторную компоновку, включающую в себя кернодержатель для размещения исследуемого образца керна, насос для прокачки каталитической композиции через образец с постоянной линейной скоростью, соответствующей предполагаемой скорости её закачки в нефтяной пласт, манометр (датчик давления) для контроля обжимного давления и термостат для поддержания температуры в диапазоне пластовых условий. Установка оснащается коллектором проб для последовательного сбора выходящих фракций фильтруемой жидкости с объемом 1 мл. Далее образец керна устанавливается в кернодержатель данной установки, задаются пластовые или модельные значения обжимного давления, температуры, а также линейной скорости фильтрации.

На 4-м этапе проводится фильтрация раствора катализатора через стандартный образец керна с постоянной линейной скоростью, соответствующей скорости закачки каталитической композиции в нефтяной пласт, со сбором каждого 1 мл выходящей жидкости. Итоговый объем прокачанного раствора катализатора определяется эмпирически.

На 5-м этапе производится измерение концентрации элемента-катализатора на основе ICP-MS в исходном растворе катализатора (С_i) и каждой отобранной пробе раствора катализатора объемом 1 мл (С_f), полученной после фильтрации через образец керна.

На 6-м этапе рассчитывается величина q_i, характеризующую адсорбцию в каждой отдельной миллилитровой пробе перекачиваемого раствора катализатора:

(1),

где q_i -адсорбция в отдельной пробе (мг/г); V_e - прокачиваемый объем раствора катализатора в интервале (л); W_s - масса керна (г); С_i - исходная концентрация элемента-катализатора в растворе (мг/л); C_f - концентрация элемента-катализатора в пробе раствора после фильтрации (мг/л).

На 7-м этапе значение динамической адсорбции определяется на основе аддитивной величины адсорбции q_n:

(2),

В случае стабилизации концентраций C_f в последних пробах на уровне исходной концентрации С_i, динамическая адсорбция считается равной значению q_n рассчитанной по последней доступной пробе. Если стабилизации не наблюдается, динамическая адсорбция указывается как величина "не менее" (>=) текущей аддитивной величины q_n, рассчитанной по последней доступной пробе.

Заявленный способ оценки статической адсорбции каталитических элементов из композиций на породах-коллекторах иллюстрируется следующими примерами, который не ограничивает область его применения.

Пример 1. Реализация способа оценки динамической адсорбции Ni из композиции для облагораживания нефти на водонасыщенном керне.

На первом этапе был подготовлен раствор катализатора (сульфата никеля) объемом 100 мл. Проба исходного раствора катализатора была сохранена для измерения исходной концентрации элемента-катализатора в растворе.

На втором этапе из керна известняка исследуемого нефтяного пласта был отобран стандартный образец, диаметром 30 мм и длиной 50 мм, который предварительно подвергся углеводородной экстракции, после чего был на основе ОСТ 39-235-89 определен его объем эффективной пористости, составивший 4,6577 мл и масса стандартного образца, равная 81,496 г. После этого образец насыщался пластовой водой.

На 3-м этапе была подготовлена фильтрационная установка, образец керна был установлен в кернодержатель данной установки и были заданы пластовые значения обжимного давления равные 2 МПа, температуры 56°С, а также линейной скорости фильтрации 0,5 мл/мин.

На 4-м этапе проводилась фильтрация раствора катализатора через стандартный образец керна со сбором каждого 1 мл выходящей жидкости. Итоговый объем прокачанного раствора катализатора составил 45 мл.

На 5-м этапе производилось измерение концентрации металла-катализатора на основе ICP-MS в исходном растворе катализатора С_i = 24926,6501 мг/л и в каждой отобранной пробе раствора катализатора объемом 1 мл С_f, полученной после фильтрации через образец керна. Полученные значения С_f представлены в таблице на Фиг. 1.

На 6-м этапе по формуле 1 рассчитывалась величина q_i, характеризующую адсорбцию в каждой отдельной миллилитровой пробе перекачиваемого раствора катализатора. Полученные значения q_i представлены в таблице на Фиг. 1.

На 7-м этапе значение динамической адсорбции определялось на основе аддитивной величины адсорбции q_n. Рассчитанные по формуле 2 значения q_n после каждой пробы представлены в таблице на Фиг. 1, а график изменения q_n в зависимости от объема прокаченного через керн раствора катализатора на Фиг. 2.

По мере фильтрации раствора сульфата никеля через водонасыщенный керн, на первых этапах наблюдается активная адсорбция катализатора на пористой поверхности керна. Это выражается в резком увеличении значений q_n. На каждом этапе отбора пробы (Фиг. 1) динамика адсорбции постепенно замедляется, что указывает на насыщение пористого пространства керна катализатором. На графике (Фиг. 2) видно, что кривая адсорбции выходит на “плато” (т.е. становится параллельной оси абсцисс), что свидетельствует о стабилизации процесса и достижении максимального уровня удержания катализатора в пористой среде. Это изменение динамики адсорбции, отражающееся в замедлении роста q_n, позволяет оценить полную кинетику адсорбции катализатора в данной системе.

Поскольку в эксперименте наблюдалась стабилизации концентраций C_f в последних пробах на уровне исходной концентрации С_i, то значение динамической адсорбции считалась равной значению q_n рассчитанной по последней доступной пробе и составила 4,1436 мг/г. Полученное значение динамической адсорбции показывает, что на каждый грамм породы-коллектора адсорбировалось 4,1436 мг никеля. Это означает, что при закачке катализатора в пласт с аналогичным составом и характеристиками пористой среды, можно ожидать схожий уровень удержания катализатора в породах-коллекторах. Эти данные необходимы для оценки количества катализатора, которое будет эффективно задействовано в реакции внутри пласта, и позволяют моделировать концентрации катализаторов при их применении при разработке нефтяных залежей.

Пример 2. Реализация способа оценки динамической адсорбции Ni из композиции для облагораживания нефти на нефтенасыщенном керне.

На первом этапе был подготовлен раствор катализатора (нитрата никеля) объемом 100 мл. Проба исходного раствора катализатора была сохранена для измерения исходной концентрации элемента-катализатора в растворе.

На втором этапе из керна известняка исследуемого нефтяного пласта был отобран стандартный образец, диаметром 30 мм и длиной 50 мм, который предварительно подвергся углеводородной экстракции, после чего был на основе ОСТ 39-235-89 определен его объем эффективной пористости, составивший 2,951 мл и масса стандартного образца, равная 86,117 г. Образец насыщался нефтью с сохранением остаточной воды.

На 3-м этапе была подготовлена фильтрационная установка, образец керна был установлен в кернодержатель данной установки и были заданы модельные значения обжимного давления равные 2 МПа, температуры 90°С, а также линейной скорости фильтрации 0,5 мл/мин.

На 4-м этапе проводилась фильтрация раствора катализатора через стандартный образец керна со сбором каждого 1 мл выходящей жидкости. Итоговый объем прокачанного раствора катализатора составил 20 мл.

На 5-м этапе производилось измерение концентрации металла-катализатора на основе ICP-MS в исходном растворе катализатора С_i = 47123,0002 мг/л и в каждой отобранной пробе раствора катализатора объемом 1 мл С_f, полученной после фильтрации через образец керна. Полученные значения С_f представлены в таблице на Фиг. 3.

На 6-м этапе по формуле 1 рассчитывалась величина q_i, характеризующую адсорбцию в каждой отдельной миллилитровой пробе перекачиваемого раствора катализатора. Полученные значения q_i представлены в таблице на Фиг. 3.

На 7-м этапе значение динамической адсорбции определялось на основе аддитивной величины адсорбции q_n. Рассчитанные по формуле 2 значения q_n после каждой пробы представлены в таблице на Фиг. 3, а график изменения q_n в зависимости от объема прокаченного через керн раствора катализатора на Фиг. 4. В процессе фильтрации раствора нитрата никеля через нефтенасыщенный керн на начальных этапах наблюдается значительное увеличение значений q_n, что указывает на высокую скорость адсорбции катализатора. Однако по мере заполнения пор катализатором, скорость адсорбции замедляется, что проявляется в постепенном замедлении роста q_n в последних пробах (Фиг. 3). На графике (Фиг. 4) видно, что кривая адсорбции приближается к “плато”, что отражает стабилизацию процесса адсорбции. Динамика этого изменения позволяет точно оценить кинетику адсорбции катализатора в нефтенасыщенных кернах и спрогнозировать максимальное удержание катализатора в условиях пласта.

Поскольку в эксперименте полной стабилизации концентраций C_f в последних пробах на уровне исходной концентрации С_i не было достигнуто, то значение динамической адсорбции составляет не менее значения заключительной аддитивной величины q_n, рассчитанной по последней доступной пробе, т.е. >= 4,8266 мг/г. Это значение показывает, что на каждый грамм породы-коллектора в условиях данного эксперимента было адсорбировано не менее 4,8266 мг никеля из каталитической композиции. Полученные результаты важны для прогнозирования удержания катализаторов в пласте с аналогичным составом и характеристиками пористой среды, где порода-коллектор насыщена нефтью и остаточной водой. Замедление роста значений q_n указывает на то, что катализатор достигает максимального уровня удержания в пористой среде, что позволяет прогнозировать эффективность его использования при закачке в пласт для интенсификации процессов добычи нефти. Эти данные помогают определить оптимальные концентрации катализаторов для реальных условий эксплуатации, а также оценить количество катализатора, которое будет активно участвовать в реакциях на поверхности пор в породе-коллекторе.

Таким образом, из описанного выше можно сделать вывод, что заявителем достигнут заявленный технический результат, а именно:

1 - продемонстрирована возможность учета динамических процессов при фильтрации катализатора через породу-коллектор, что позволяет точно оценить кинетику адсорбции в пластовых условиях. Поскольку при проведении фильтрационных экспериментов с отбором проб фильтрата на каждом этапе фильтрации для каждой пробы рассчитывается величина адсорбции катализатора, это дает возможность отслеживать изменение концентрации катализатора в фильтрате, что отражает изменение скорости адсорбции в зависимости от объема фильтрации. Важным элементом является наблюдение за стабилизацией значений адсорбции (выход на “плато”), что указывает на достижение максимального уровня адсорбции катализатора в пористой среде.

2 - обеспечено воспроизведение реальных условий взаимодействия катализатора с породой-коллектором за счет использования образца с натуральной структурой пор и насыщением образца водой или нефтью, что исключает завышенные значения адсорбции и учитывает явления механической задержки катализатора в узких поровых каналах и его гидродинамическое удержание в зонах с низкой скоростью потока, так как при этом сохраняются природные размеры пор и площади поверхности, а фильтрация происходит при условиях, моделирующих реальные процессы в пластах;

3 - показана возможность реализации способа в термобарических условиях пласта, что критически важно для оптимизации концентрации, объема и состава закачиваемых каталитических композиций.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна», предъявляемому к изобретениям, так как из исследованного уровня техники не выявлены технические решения, обладающие заявленной совокупностью признаков, обеспечивающих достижение заявленных результатов.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, так как не является очевидным для специалиста в данной области науки и техники.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость», так как может быть реализовано на любом специализированном предприятии с использованием стандартного оборудования и технологий.

Изобретение относится к химической, нефтехимической и нефтяной промышленности. Раскрыт способ оценки динамической адсорбции каталитических элементов из композиций на породах-коллекторах, заключающийся в том, что готовят раствор катализатора, подготавливают стандартный образец, проводят углеводородную экстракцию образца, после чего определяют его объем эффективной пористости и измеряют массу стандартного образца, далее насыщают образец керна водой или нефтью с остаточной водой, устанавливают образец керна в фильтрационную установку, при этом установка оснащена коллектором проб для последовательного сбора выходящих фракций фильтруемой жидкости с объемом 1 мл, затем задают пластовые или модельные значения обжимного давления, температуры и линейной скорости фильтрации, фильтруют раствор катализатора через керн с отбором каждого 1 мл выходящей жидкости, измеряют концентрацию катализатора в исходном растворе и в отобранных пробах с помощью метода ICP-MS, рассчитывают величину адсорбции в каждой пробе, при этом динамическую адсорбцию определяют на основе аддитивной величины адсорбции. Изобретение обеспечивает определение значения динамической адсорбции каталитических элементов. 4 ил., 2 пр.

Способ оценки динамической адсорбции каталитических элементов из композиций на породах-коллекторах, заключающийся в том, что готовят раствор катализатора объемом 100 мл, сохраняют пробу исходного раствора для измерения исходной концентрации элемента-катализатора, подготавливают стандартный образец керна из породы-коллектора исследуемого нефтяного пласта диаметром 30 мм и длиной 50 мм, проводят углеводородную экстракцию образца, после чего определяют его объем эффективной пористости и измеряют массу стандартного образца, далее насыщают образец керна водой или нефтью с остаточной водой, устанавливают образец керна в фильтрационную установку, представляющую собой стандартную лабораторную компоновку, включающую в себя кернодержатель для размещения исследуемого образца керна, насос для прокачки каталитической композиции через образец с постоянной линейной скоростью, соответствующей предполагаемой скорости её закачки в нефтяной пласт, манометр - датчик давления для контроля обжимного давления и термостат для поддержания температуры в диапазоне пластовых условий, при этом установка оснащена коллектором проб для последовательного сбора выходящих фракций фильтруемой жидкости с объемом 1 мл, затем задают пластовые или модельные значения обжимного давления, температуры и линейной скорости фильтрации, фильтруют раствор катализатора через керн с отбором каждого 1 мл выходящей жидкости, измеряют концентрацию катализатора в исходном растворе и в отобранных пробах с помощью метода ICP-MS, рассчитывают величину адсорбции в каждой пробе по формуле

где q_i - адсорбция в отдельной пробе, мг/г, V_e - прокачиваемый объем раствора катализатора в интервале, л, W_s - масса керна, г, С_i - исходная концентрация элемента-катализатора в растворе, мг/л, C_f - концентрация элемента-катализатора в пробе раствора после фильтрации, мг/л, при этом динамическую адсорбцию определяют на основе аддитивной величины адсорбции q_n по формуле

в случае если концентрация C_f в последних пробах стабилизируется на уровне исходной концентрации С_i, динамическая адсорбция принимается равной значению q_n, рассчитанному по последней доступной пробе, если стабилизации не наблюдается, то динамическая адсорбция указывается как значение "не менее" аддитивной величины q_n, рассчитанной по последней доступной пробе.