АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КИСЛОТНЫХ ОБРАБОТОК ПРИЗАБОЙНЫХ ЗОН СКВАЖИН НА НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ (ХМАО)

1 ...

Увеличение исходной концентрации - недостаточно эффективный способ, так как он вызывает коррозию металла и оборудования, способствует образованию нерастворимых осадков в продуктах реакции. Увеличение скорости закачки считается эффективным средством, но оно лимитируется поглотительной способностью скважины и мощностью применяемого насосного оборудования. Применение добавок - более эффективное средство. Количество уксусной кислоты в растворе, применяемом для замедления, увеличивают в несколько раз по сравнению с необходимым для стабилизации. Так, при ее содержании 4 - 5 % от общего объема раствора скорость нейтрализации замедляется в 4 - 5 раза. Это означает, что раствор сохранит свою активность на расстояниях (при одномерном движении) в 4 - 4,5 раз больших при прочих равных условиях. [3]2.3. Кислотные обработки под давлениемПри простых солянокислотных обработках (СКО) кислота проникает в хорошо проницаемые прослои, улучшая их и без того хорошую проницаемость. Плохо проницаемые прослои остаются неохваченными. Для устранения этого недостатка, связанного со слоистой неоднородностью пласта, применяют кислотные обработки под повышенным давлением. При этом четко выраженные высокопроницаемые прослои изолируются пакерами или предварительной закачкой в эти прослои буфера - высоковязкой эмульсии типа кислота в нефти. Таким способом при последующей закачке кислотного раствора можно значительно увеличить охват пласта по толщине воздействием кислоты.СКО под давлением обычно является третьей операцией после ванн и простых СКО. Сначала на скважине проводятся обычные подготовительные мероприятия: удаление забойных пробок, парафиновых отложений, изоляция обводнившихся прослоев или создание на забое столба тяжелой жидкости в пределах обводнившегося низа скважины. Обычно перед проведением СКО под давлением продуктивный пласт изучается для выявления местоположения поглощающих прослоев и их толщины. Для предохранения обсадной колонны от высокого давления у кровли пласта на НКТ устанавливают пакер с якорем. Для изоляции или для снижения поглотительной способности высокопроницаемых прослоев в пласт нагнетают эмульсию.Эмульсию приготавливают прокачкой смеси 10 - 12%-ного раствора НСL и нефти центробежным насосом из одной емкости в другую. К легким нефтям добавляют присадки с эмульгирующими свойствами, например окисленный мазут, кислый газойль. ГрозНИИ рекомендует добавлять амины, диаминдиолеат и другие вещества.Эмульсия обычно составляется из 70 % по объему раствора НСL и 30 % нефти. В зависимости от способа и времени перемешивания можно получить эмульсии различной вязкости, вплоть до 10 Па*с. При продолжительном перемешивании достигается большая дисперсность эмульсии и увеличение ее вязкости. Объемы нефтекислотной вязкой эмульсии для закачки в проницаемые прослои определяются объемом пор пласта в пределах предполагаемого радиуса закачки R, толщиной проницаемых прослоев h и их пористостью m по формуле:Обычно на 1 м толщины высокопроницаемого прослоя необходимо 1,5 - 2,5 м3 эмульсии. Рабочий раствор закачивается в тех же объемах, что и при простых СКО. Эмульсия в объеме НКТ и подпакерного пространства закачивается при открытом затрубном пространстве и негерметизированном пакере.Затем спущенным на НКТ пакером герметизируют кольцевое пространство, и в пласт закачивается оставшийся объем эмульсии под меньшим давлением. После эмульсии закачивается рабочий раствор НСL объемом, равным внутреннему объему НКТ, также при умеренном давлении, а по достижении кислотой башмака НКТ закачка продолжается на максимальных скоростях для создания на забое необходимого давления. После рабочего раствора НСL без снижения скорости закачивается продавочная жидкость объемом равным объему НКТ и подпакерного пространства. Время выдержки раствора для полной нейтрализации такое же, как и при простых СКО. После выдержки пакер с якорем и НКТ извлекаются, и скважина пускается в эксплуатацию. [4]2.4. Термокислотные обработкиЭтот вид воздействия на ПЗС заключается в обработке забоя скважины горячей кислотой, нагрев которой происходит в результате экзотермической реакции соляной кислоты с магнием или некоторыми его сплавами (МЛ-1, МА-1 и др.) в специальном реакционном наконечнике, расположенном на конце НКТ, через который прокачивается рабочий раствор НСL. При этом происходит следующая реакция.Хлористый магний (MgCL2) остается в растворе.При взаимодействии 73 г чистой НСL с 24,3 г Mg происходит полная нейтрализация раствора, при которой выделяется 461,38 кДж тепловой энергии. Легко подсчитать, что при взаимодействии 1000 г магния выделится 18987 кДж теплоты. [5]Для растворения 1 кг Mg потребуется 18,61 л 15%-ного раствора НСL.Таблица 2 - Необходимое количество 15%-ной соляной кислоты для получения различных температур раствора (на 1 кг Mg)Количество НСL, л50607080100Температура раствора, С120100857560Остаточная концентрация НСL, %9,610,51111,412,2Из уравнения баланса теплотыследует что при реализации всей выделившейся теплоты Q (кДж) на нагрев V (л) раствора, имеющего теплоемкость Cv (кДж/лС), нагрев раствора произойдет на t (°С) илиПринимая приближенно теплоемкость раствора 15%-ной НСL, равной теплоемкости воды, т. е. Сv = 4,1868 кДж/лС , получимНа столько градусов увеличится температура раствора при полном использовании теплоты на нагрев только продуктов реакции. (По некоторым данным температура раствора может достигать 300 С).При таком расчете получается только тепловой эффект и полностью нейтрализованная кислота. Чтобы сохранить активность раствора кислоты для взаимодействия с породой, его количество на 1 кг Mg надо брать не 18,61 л, а больше, однако при этом и температура раствора получится ниже, так как общий объем продуктов реакции увеличится.В таблица 2 приведены количества 15 %-ной кислоты на 1 кг магния и получаемые при этом температура и остаточные концентрации НСL.Обычно в наконечники загружают от 40 до 100 кг магния в зависимости от обрабатываемого интервала пласта и желаемой температуры. При этом прокачивается от 4 до 10 м3 15 %-ного раствора НСL. [5]Существуют два вида обработки.термохимическая обработка ПЗС - обработка горячей кислотой, при которой для растворения магния подается избыточное количество кислоты для растворения карбонатов породы пласта так, чтобы сохранялась концентрация НСL 10 - 12 %;термокислотная обработка ПЗС - сочетание термохимической и непрерывно следующей за ней кислотной обработки ПЗС. Причем кислотная обработка может быть как обычной, так и под давлением.Скорость прокачки раствора НСL должна быть такой, чтобы в течение всего процесса на выходе наконечника была одинаковая запланированная температура и постоянная остаточная кислотность раствора. Это условие трудно выполнимо, так как при прокачке кислоты через магний непрерывно изменяются его масса, поверхность соприкосновения с кислотой, температура реакционной среды, концентрация кислоты и др. Это затрудняет расчет режима прокачки кислоты.С помощью опытных прокачек в поверхностных условиях определили, что при давлениях на глубине установки реакционного наконечника, превышающих 3 МПа, рекомендуется применять магний в виде стружки, причем чем больше давление, тем магниевая стружка должна быть мельче и тоньше. При давлениях ниже 3 МПа - в виде брусков квадратного и круглого сечения. Причем чем ниже давление, тем площадь поперечного сечения этих брусков может быть больше. Так, при давлении до 1 МПа используются бруски с площадью 10 - 15 см2. При давлении от 1 до 3 МПа размеры брусков уменьшают так, чтобы площадь сечения каждого была 1 - 5 см2 .Термохимические солянокислотные обработки ПЗС эффективны в скважинах с низкими пластовыми температурами, в призабойной зоне которых наблюдается отложение твердых углеводородов (смолы, парафины, асфальты). Этот вид обработки может быть применен как для карбонатных коллекторов, так и для терригенных при достаточно высокой их карбонатности. [3]2.5. Поинтервальные или ступенчатые СКОПри вскрытии нескольких самостоятельных прослоев общим фильтром или общим открытым забоем, а также при вскрытии пласта большой толщины, в разрезе которого имеются интервалы с различной проницаемостью, одноразовая солянокислотная обработка всего интервала всегда положительно сказывается на наиболее проницаемом прослое. Другие прослои с ухудшенной гидропроводностью фактически остаются необработанными. В таких случаях применяют поинтервальную солянокислотную обработку, т. е. обработку каждого интервала пласта или пропластка. Для этого намечаемый для обработки интервал изолируется двумя пакерами, которые устанавливаются непосредственно у границ интервала или пропластка. При обсаженном и перфорированном забое используют обычные шлипсовые пакеры типа ПШ5 или ПШ6. Эффективность обработки существенно зависит от герметичности затрубного цементного камня, предотвращающего перетоки нагнетаемого раствора НСL по затрубному пространству в другие пропластки. При открытых забоях намеченный для СКО интервал также выделяют с помощью пакерных устройств, используемых в испытателях пластов. После обработки одного интервала и последующей его пробной эксплуатации для оценки полученных результатов переходят к СКО следующего интервала. [4]2.6. Кислотные обработки терригенных коллекторов. ГлинокислотаОсобенность СКО терригенных (песчаники, алевролиты и др.) коллекторов заключается в том, что кислота в них не формирует отдельные каналы, проникающие в пласт на различную глубину, как в карбонатных и тем более трещиноватых коллекторах.В данном случае кислотный раствор проникает в пласт более равномерно и контур ее проникновения близок к круговому. Однако радиус такого контура проникновения по толщине пласта будет различный в зависимости от проницаемости и пористости прослоев, которых в данном интервале может быть несколько. Если известны проницаемости, пористости, толщины и карбонатность отдельных прослоев в слоисто-неоднородном пласте, то приближенно можно рассчитать глубину проникновения кислоты в пласт по прослоям при закачке данного объема раствора или наоборот, задаваясь глубинами проникновения кислоты по прослоям, можно определить необходимый объем растворов НСL.Другой особенностью СКО является то, что в карбонатных коллекторах кислота реагирует фактически с неограниченной массой карбонатного вещества по всей глубине образующегося канала, тогда как в терригенных карбонаты составляют всего лишь несколько процентов от общего объема породы. Поэтому фронт нагнетаемого раствора растворяет эти карбонаты и нейтрализуется, а последующие порции раствора, двигаясь по порам, в которых карбонаты уже удалены, сохраняет свою первоначальную активность. Это приводит к тому, что при последующем дренировании из скважины сначала поступает концентрированный раствор НСL, а за ним нейтрализованная кислота. Соляная кислота практически взаимодействует только с карбонатными компонентами, не вступая в реакцию с основной массой породы терригенного коллектора, состоящего из силикатных веществ (кварц) и каолинов. Эти вещества взаимодействуют с фтористоводородной кислотой (HF), называемой также плавиковой. [3]Взаимодействие HF с кварцем происходит по следующей реакции:Образующийся фтористый кремний SiF4 далее взаимодействует с водой:Кремнефтористоводородная кислота H2SiF6 остается в растворе, а кремниевая кислота Si(ОН)4 по мере снижения кислотности раствора может образовать студнеобразный гель, закупоривающий поры пласта. Для предотвращения этого фтористая кислота употребляется только в смеси с соляной кислотой для удержания кремниевой кислоты в растворе. Кроме того, соляная кислота переводит менее растворимую соль А1F3 в хорошо растворимую соль А1С13:А1F3 + 3НС1 = А1Сl3 +3НF,которая в нейтральной среде образует гелеобразную гидроокись алюминияА1С13 + 3Н2O = А1(ОН)3 + 3НС1.Введение соляной кислоты также предотвращает выпадение гидроокиси алюминия. Рабочий раствор кислоты для воздействия на терригенные коллекторы обычно содержит 8 - 10 % соляной кислоты и 3 - 5 % фтористоводородной. Фтористоводородная кислота растворяет алюмосиликаты согласно следующей реакции:Образующийся фтористый алюминий ALF3 остается в растворе, а фтористый кремний SiF4 далее взаимодействует с водой, образуя кремниевую кислоту. Количественная оценка реакции дает следующие соотношения:Таким образом, для растворения 1 кг алюмосиликата (каолина) необходимо 1085,3 г HF.Из справочных таблиц известно, что 4 %-ный раствор HF в 1 л раствора содержит 40 г чистой HF. Тогда количество 4%-ного раствора фтористоводородной кислоты, необходимое для растворения 1 кг алюмосиликата, будет равно 27,13 л/кг.Взаимодействие HF с зернистым кварцем протекает чрезвычайно медленно, а с алюмосиликатом H4AL2Si2O9 происходит быстро, но медленнее, чем взаимодействие НСL с карбонатами.Поэтому обработка терригенных коллекторов смесью соляной и фтористоводородной кислот целесообразна как для удаления карбонатных цементирующих веществ, так и для растворения глинистого материала. По этим причинам смесь НСL и HF называют глинокислотой. Для приготовления раствора применяют техническую HF кислоту с содержанием HF не менее 40 % и примесей: кремнефтористоводородной кислоты H2SiF6 не более 0,4 % и серной кислоты не более 0,05%. Наличие этих примесей приводит к образованию в продуктах реакций нерастворимых осадков и закупорке пор пласта.Пары фтористоводородной кислоты ядовиты, и обращение с ней требует мер предосторожности. Кроме того, она имеет высокую стоимость. Последнее время широкое применение находит порошкообразное вещество бифторид-фторид аммония NH4FHF+NH4F, который менее опасен в обращении, сравнительно дешев, хотя также требует мер защиты. Порошок бифторид-фторид аммония при растворении его в растворе соляной кислоты частично ее нейтрализует. Поэтому для приготовления глинокислоты в этом случае используется раствор НСL повышенной концентрации. Реакция происходит по следующей схеме:.Для получения глинокислоты, содержащей 4 % HF и 8 % НСL, необходимо иметь исходную концентрацию НСL 13 % и в 1 м3 такой кислоты растворить 71 кг товарного бифторид-фторид-аммония с содержанием 56 % фтора.Для глинокислоты с содержанием HF 5 % и НСL 10 % исходная концентрация НСL 16%, и на 1 м3 раствора необходимо 80 кг порошка.Глинокислота (4% HF + 8% НСL) употребляется для обработки пород, содержащих карбонатов не более 0,5%, так как в присутствии большего количества карбонатов выпадает нерастворимая соль СаF2:СаСО3 + 2НF = СаF2 + Н2O + СO2 Поскольку глинокислота растворяет цементирующее вещество терригенных коллекторов, ее количество для обработки подбирается опытным путем во избежание нарушения устойчивости породы в ПЗС. В связи с этим для первичных обработок ограничиваются объемами глинокислоты в 0,3 - 0,4 м3на 1 м толщины пласта.Для первичных обработок трещиноватых пород рекомендуемые объемы более значительны - 0,75-1,0 м3 на 1 м толщины пласта. Закачанная глинокислота выдерживается в пласте в течение 8 - 12 ч. Объем продавочной жидкости обычно равен объемам НКТ и забойной части скважины (до верхней границы перфорации).Как правило, терригенные породы содержат мало карбонатов (девонский пласт в Туймазинском месторождении около 2 %, месторождения Усть-Балык от 1 до 5%). Поэтому применяют двухступенчатую кислотную обработку. Сначала обрабатывают ПЗС обычным раствором НСL (обычно 12 - 15 % состава), а затем закачивают глинокислоту. Соляная кислота растворяет карбонаты в ПЗС, что предотвращает при последующей закачке раствора HF образование в порах пласта осадков фтористого кальция и других фторидов, осложняющих процесс, и сохраняет довольно большое количество HF для растворения глин, аргиллитов, слюд и других породообразующих силикатных компонентов. Кроме того, удаление карбонатов из ПЗС позволяет сохранить на нужном уровне кислотность отреагированного раствора HF для предупреждения образования студнеобразного геля кремниевой кислоты, закупоривающего пласт.Количество карбонатов в пласте, подлежащее растворению за первый этап обработки, определяется следующим образом: где R - намечаемый радиус обрабатываемой зоны; rс - радиус скважины; ρ - плотность горной породы, кг/м3; δ - содержание карбонатов (в пересчете на СаСОз) в породе пласта в долях единицы; h - обрабатываемая толщина пласта. Необходимое для обработки количество 15%-ного раствора будет равно Количество глинокислоты определяется объемом пор в пределах намеченного радиуса обработки R, а именно где m - пористость.Для предотвращения смешивания нейтрализованной НСL со следующей за ней глинокислотой и образования осадка количество соляной кислоты берется на 0,2 - 0,8 м3 больше расчетного для сохранения кислотности раствора.В пласты кислоты закачивают медленно для лучшего выщелачивания карбонатов и наибольшего растворения силикатных компонентов. Продавочной жидкостью обычно служит пресная вода с добавками ПАВ. Глинокислотные обработки пласта производят по различным технологическим схемам (ванны: простые, массированные и направленные) после предварительных исследований с целью определения возможности использования глинокислоты или отдельно соляной и плавиковой кислот. После этого разрабатывают технологию обработки пласта глинокислотой. [5]Технологические схемы обработки пластов глинокислотой предусматривают несколько вариантов и осуществляются в следующей последовательности.1) простая:подготовка скважины и закачка соляной кислоты в объеме, в 2,5-3 раза большем объема глинокислоты;закачка глинокислоты;освоение скважины после отработки кислоты в пласте. 2) с предупреждением гелеобразования в пласте:подготовка скважины и закачка соляной кислоты;промывка скважины и извлечение из пласта продуктов реакции;закачка соляной кислоты в объеме, в 2,0 - 2,5 раза большем объема глинокислоты;закачка глинокислоты;выдержка кислоты в пласте на реакции и освоение скважины.При обработке глинокислотой необходимо обеспечить минимальную скорость закачки соляной кислоты, а также исключить длительный контакт глинокислоты с металлом труб. Для этого закачку и продавку кислоты следует производить порциями в пределах открытого ствола или интервала обработки. [4]2.7. Гидрокислотный разрывГидрокислотный разрыв пласта применяют в том случае, когда после воздействия плотный низкопроницаемый карбонатный пласт не принимает кислоту при максимально допустимых давлениях для колонн.В качестве рабочих жидкостей при гидрокислотном разрыве пласта используют различные составы, приготовленные на основе соляной кислоты (эмульсии).При гидрокислотном разрыве в пластах с большим содержанием глинистого материала применяют рабочие жидкости на основе водного раствора соляной кислоты (3 - 10%) с введением 1 - 2% уксусной кислоты.Особенность кислотных обработок карбонатных пластов большой толщины, эксплуатирующихся при открытом забое по покерной схеме с установкой башмака хвостовика НКТ в зоне нижней границы вскрытого продуктивного интервала, заключается в том, что при проведении обработок по стандартной схеме (удельный расход кислоты 0,6 - 1,5 м3 на 1 м эффективной толщины пласта) кислоту закачивают лишь в нижнюю часть пласта (в основном в зону установки башмака хвостовика НКТ), т. е. обрабатывают 20 - 25% эффективной толщины пласта.С целью активного вовлечения в обработку всей толщи продуктивного пласта рекомендуются направленные обработки с перекрытием ранее обработанных пластов эмульсией. Направленную кислотную обработку выполняют для воздействия на определенный интервал всей вскрытой мощности пласта. Обработку можно проводить в скважинах с открытым и закрытым перфорированной колонной забоем и с установленным фильтром