Обзор литературы по повышению эффективности солянокислотных обработок

Для того чтобы уровень добычи нефти оставался как можно дольше постоянным на предприятиях, добывающих нефть используют различные методы. Если рассмотреть, как они воздействуют на пласт, то их можно условно назвать химическими, механическими, тепловыми и тому подобное. Для того чтобы гарантировать более высокую эффективность воздействий их обычно применяют комплексно.

Большое внимание уделяется применению различных технологий, направленных на увеличение охвата пластов заводнением и перераспределения фильтрационных потоков [3].

Методы, связанные с тепловыми воздействиями, применяют, когда есть необходимость растопить образовавшиеся в условиях продуктивного пласта различные углеводородные соединения парафины, смолы, асфальтены)

К группе тепловых методов относятся:

– паротепловое воздействие;

– воздействие на призабойную зону горячей водой;

– пароциклическое воздействие.

Газовые методы, обычно объединяют при воздействиях на пласт углеводородным газом, углекислым газом, азотом, дымовыми газами и прочее.

Среди химических методов можно выделить воздействия различными реагентами, такими как – водные растворы поверхностно-активных веществ, метиллцеллюлоз, полимерно-дисперсных систем, щелочных, кислотных, мицелярных растворов, различных композиций химических реагентов и тому подобное.

Химический метод основывается на реакции взаимодействия закачиваемых химических веществ и реагентов с составляющими продуктивных пластов, в том числе как минеральным скелетом, так и с кольматирующими пласт отложениями.

В том случае если приток в скважину ухудшается вследствие изменений, создающих препятствия для продвижения нефти в пласте, то применение химических методов является наиболее рациональным, так как реакции, возникающие в продуктивном коллекторе, способствуют удалению привнесенных отложений и улучшению путей для движения нефти.

Если провести анализ по этим методам, то становится ясно, что обработка около скважинных областей пласта кислотными составами является наиболее широко используемым способом восстановления добывных характеристик скважин, в силу своей доступности в плане относительной дешевизны и простоты технологии.

Продуктивные коллекторы, как правило, характеризуются определенным минеральным составом, если основную долю составляют породы содержащие карбонатные составляющие, то наиболее приемлемым реагентом является соляная кислота, которая активно растворяет карбонаты. Такие породы соляная кислота хорошо растворяет, при этом основными реакциями являются:

При воздействии на известняк:

2НCl+ CaCO₃ = CaCl₂ + H₂O + CO₂.

При воздействии на доломит:

4HCl + CaMg(CO₃)₂ = CaCl₂ + MgCl₂ + 2H₂O + 2CO₂.

Образующиеся в результате этих химических взаимодействий соединения кальция (CaCl₂) или магния (MgCl₂) легко вымываются из пласта так как обладают хорошей растворимостью в воде. Двуокись углерода (СО₂), при давлении более 7,6 МПа также хорошо растворяется в воде и, следовательно, даже при осложненных условиях легко удалим при промывке скважины от продуктов реакции.

Однако, следует помнить, что в кислотном растворе могут присутствовать примеси, которые при реакциях могут выпадать в осадки.

Таким образом, вместо твердой фазы в порах и трещинах карбонатного коллектора в результате реакции образуются вещества, остающиеся в растворе, которые вместе с ним можно удалить из призабойной зоны пласта.

В отличие от обработки соляной кислотой призабойной зоны пластов, сложенных карбонатными породами, для восстановления и увеличения проницаемости песчано-глинистых коллекторов применяются более сложные кислотные обработки. Часто, помимо растворов соляной кислоты, используются специальные смеси кислот, обычной доставляющей которых, кроме соляной, является плавиковая кислота.

Метод воздействия на призабойную зону скважин кислотами следует выбирать с учетом геолого-физической характеристики продуктивного коллектора, состояния призабойной зоны скважин перед обработкой, свойств применяемых для обработки реагентов.

Возможность регулирования процесса обработки особенно в случаях, когда зона сниженной проницаемости простирается на значительное расстояние от стенки скважины в пласт, по существу, ограничена лишь скоростью и давлением закачки.

Среди физических методов можно выделить такие как, элетромагнитные, волновые, отдельно – гидравлический разрыв пласта.

Эти методы, как правило используются в случаях, когда продуктивняе пласты характеризуются пониженными коллекторскими свойствами и сложным геологическим строением, особенно, когда околоскважинное пространство характеризуется высокой степенью осложненности, наличием остаточной воды, положительным скин-фактором.

Физические методы связаны с использованием физических воздействий на пласт, которые снижают фильтрационное сопротивление среды тем самым повышая производительность скважины, а также снижая вязкость фильтрующейся жидкости и поверхностного натяжения в околоскважинном пространстве.

Выбор метода зависит от строения продуктивного пласта, состава слагающих его пород и других пластовых явлений и условий, причин снижения приемистости скважин, например, содержания глинистых примесей, отрицательно сказывается на проницаемости коллектора, а также карбонатов, оксидов металлов, сульфатов, сульфидов, хлоридов, аморфного кремнезема и других химических соединений привнесенных, например, при строительстве скважины вместе с буровым и цементным растворами или при исследованиях.

Поэтому при добыче требуется предпринимать какие-либо действия для поддержания добывных возможностей скважины, направленных в первую очередь на очистку продуктивного пласта в призабойной зоне от загрязнивших его веществ, с чем наиболее эффективно и дешево справляются различные обработки этой зоны химическими реагентами.

На Западно-Полуденной площади такие мероприятия проводятся с 1994 года. В основном это обработки кислотами, одной из которых является солянокислотная обработка. Это – глушение скважины, затем закачка в пласт раствора, содержащего 12 % плавиковой, соляной кислоты и от 180 до 300 кг бифторида аммония (БФА).

Из 24 добывающих скважин в которых были проведены простые солянокислотные обработки (СКО), СКО с использованием поверхностно-активных веществ (ПАВ), СКО с дострелом пластов (ДП) и СКО с гидровибровоздействием (СВД), по семи скважинам не получен технологический эффект. Анализ причин неуспешности обработок позволил выявить, что основной причиной явилось взаимодействие кислотных растворов не только с привнесенными и загрязняющими веществами в пласте в призабойной зоне, но и с минеральным скелетом породы приводящие к разрушению структуры пустотного пространства коллектора в последующем при создании определенной депрессии. Особенно остро это проявляется в пластах, представленных слабосцементированными рыхлыми песчаниками [1].

Для исключения таких результатов необходимо было разработать рецептуру кислотного состава, подходящего именно для условий коллекторов сеноманского возраста Западно-Полуденного месторождения. Эти работы были выполнены специалистами Ноябрьского УИРС ООО «Газпром подземремонт Уренгой», которые установили, что различные добавки и соотношения кислотных, позволяют замедлить реакцию плавиковой кислоты, особенно в высокотемпературных пластах; не допустить образования нежелательных соединений и разрушения структуры пустотного пространства в очень чувствительных породах; обеспечить стабилизацию микрочастиц, которые могут стать причиной нового загрязнения породы [4-5].

С этой целью в лаборатории исследовались песчаные керны, которые были загрязняны жидкостями глушения, а также золем гидроксида железа, на предмет растворимости последних в различных кислотах, особенное внимание было уделено лимонной кислоте 12,5 % и доходящей до 20 % концентрацией. Так, в некоторых случаях обработки лимонной кислотой удалось достичь максимального эффекта удаления.

Выбор вида кислоты обосновывался тем, что основным элементом загрязняющем призабойное пространство в условиях месторождения Алибекмола, являются соединения, имеющие в своем составе железо, с которыми лимонная кислота образует прочные системы, хорошо растворимые в воде и поэтому легко удаляемые впоследствии при промывке от продуктов реакции. Был также учтен фактор способствования лимонной кислоты расщеплять полисахариды и удалять тем самым ионы кальция и магния. Эти исследования доказали важность изучения степени и вида загрязнения в решении вопроса о подборе эффективных составов для обработки призабойной зоны пласта.

Дальнейшие исследования по установлению влияния лимонной кислоты и рекомендуемых условиях для ее использования позволят определить более точно требования для возможности ее применения при солянокислотных обработках.

Кроме этого, включение в перечень применяемых методов интенсификации притоков обработок лимонной кислотой позволят получить промысловые данные, необходимые для повышения эффективности метода.

Технология проведения ГКО на основе лимонной кислоты аналогична технологическому процессу простой СКО или ГКО с одной лишь разницей, вместо обыкновенного стабилизатора, чаще всего это уксусная кислота 1 – 3 %, используют 12,5 % лимонную кислоту. Процентное содержание лимонной кислоты в растворе для каждой скважины подбирается отдельно. Сам процесс основан на закачке кислотного раствора в скважину, последующем его продавке в пласт вокруг скважины. Для обеспечения этой технологической операции устье должно быть герметизировано и закрыты задвижка. После скважину оставляют под давлением, то есть на реагирование кислотного раствора с продуктивным пластом на 2 – 3 часа.

Таким образом, при подборе эффективной рецептуры метода СКО необходимо изучить литологию коллектора, его фильтрационно-емкостные свойства, глинистость и ее состав, карбонатность, термобарические условия.

Совершенствование СКО включением в состав обработки лимонной кислоты позволит решить комплекс проблем по предотвращению разрушения скелета породы, растворению железонесущих осадков и, следовательно, восстановлению проницаемости пласта в зависимости от степени и компонента загрязнения.

Кислотная обработка призабойной зоны является одним из наиболее малозатратных, эффективных и, следовательно, часто применяемых в нефтегазовой промышленности методов повышения нефтеизвлечения. Обработку ПЗП проводят с целью очистки её от загрязнений, возникающие вследствие засорения пористой среды твердой фазой бурового раствора, в процессе первичной и вторичной перфорации пласта; проникновение в трещины тампонажного состава, в процессе крепления обсадных колонн; жидкостей глушения скважин, при проведении ремонтных работ.

Эффективная толщина продуктивного пласта является определяющим фактором при стандартном подходе к выбору технологии обработки призабойной зоны. Для выбора оптимальной технологии, обеспечивающей максимальный эффект, необходимо учитывать причину загрязнения ПЗП, принятием во внимание таких факторов как, термобарические условия; проницаемость, трещиноватость, карбонатность пород, их гранулометрический и минералогический состав; тип и состав пластовых флюидов.

Солянокислотные растворы (СКО) применяются для обработки карбонатных коллекторов, а для терригенных песчано-алевритовых коллекторов после СКО проводят закачку глинокислотных растворов (ГКО). Эти обработки называются солянокислотными и глинокислотными, соответственно. Глинокислота является смесью соляной (10 – 15 %) и фтористоводородной (2 – 5 %) кислот. В терригенных коллекторах могут проводиться солянокислотные, глинокислотные, а также комплексные обработки, когда первоначально в пласт закачивают соляную кислоту с целью удаления карбонатного материала, а затем глинокислоту, воздействующую на силикатосодержащие минералы.

Для обеспечения успешности обработки призабойной зоны используемый кислотный раствор не должен приводить к выпадению нерастворимых осадков, обладать низкой скоростью реагирования с породой, слабым коррозионным воздействием, соответствием литолого-физической характеристике коллектора, предупреждать набухание глин; технологичностью.

Для снижения скорости реакции глинокислоты с породообразующими минералами, увеличения глубины обработки ПЗП без потери растворяющей способности кислотного состава, рекомендуется замена соляной кислоты, кислотой, обладающей меньшей реакционной способностью, например, карбоновой или фосфорной, а плавиковой – на бифторид; введение комплексообразователей для предупреждения осадкообразования ионов:

– применение фторгенерирующих комплексов металлов;

– повышение водородного показателя (pH) ГКО буферными системами, в том числе с использованием эфиров карбоновых кислот;

– сочетание полярных неэлектролитов (эфиры, спирты, ацетон и т.д.) с ГКО;

– применение поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Сотрудниками компании ЗАО «Химеко-ГАНГ» была разработана глинокислотная композиция «Химеко ТК-2» на водно-глицериновой основе пролонгированного действия, включающая ПАВ и борфтороводородную кислоту обладающая низким межфазным натяжением на границе с керосином и замедленной скорость реагирования с песчаниками по сравнению с обычной глинокислотой.

Зарубежными учеными для обработки ПЗП высокотемпературных терригенных коллекторов было предложено использование хелатообразующих агентов [8].

С ионами, как правило, катионами металлов хелаторы образуют комплексные соединения-хелаты, в которых захваченный ион связан сразу с двумя или более атомами одной и той же молекулы хелатора. Применения хелаторов позволяет проводить кислотную обработку пластов со снижением скорости коррозии и уменьшением риска вторичного ухудшения коллекторских свойств пласта. Были испытаны несколько образцов песчаников с целью оценки применения хелаторов для высокотемпературной кислотной обработки терригенного пласта.

Лабораторные испытания на проницаемость проводили на кернах песчаника Немба, содержащих различные количества карбонатов, до и после заводнения кернов раствором натриевой соли гидроксиэтилэтилендиаминтриуксусной кислоты (ГЭДТА) при температуре 149 °С. Обработка хелатором образцов, содержащих 24 и 12 % карбонатов, повысила проницаемость в 25 раз и на 35 % соответственно.

Существует теория оптимального дизайна обработки ПЗП, разработана и апробирована процедура очистки ПЗП на терригенных коллекторах, включающая в себя 3 стадии: подготовительную, основную обработку основным составом и завершающую. На стадии подготовки происходит закачка ароматических растворителей для удаления органических отложений и нефти. Затем используют ПАВы для удаления остаточной пластовой воды.

На основной стадии ведется в первую очередь закачка солянокислотных растворов с целью растворения карбонатного материала, затем грязевой кислоты. В качестве буферной жидкости для усиления эффекта воздействия закачивают жидкость, содержащую ПАВ. На завершающей стадии обработки ПЗП для предотвращения изменения смачиваемости и фазовой проницаемости породы производится закачка растворов различных комбинаций ПАВ. В результате доля успешных обработок увеличилась на 41 % в случае добывающих скважин и на 39 % для нагнетательных.

Авторами работы было проведено исследование комплексных кислотных составов Синол КМК-ПНП, предназначенных для скважин терригенных заглинизированных коллекторов благодаря наличию базовой смеси соляной и фтористоводородной кислот. Результаты исследований показали, что Синол КМК-ПНП обеспечивает повышение проницаемости полимиктовых песчаников в большей степени (на 27 – 63 %), чем при использовании обычного соляно-кислотного и глинокислотного растворов. Использование кислотных систем Синол КМК-ПНП при кислотном воздействии на породу терригенных пластов обеспечивает и повышение проникающей способности в поровый коллектор с ухудшенными показателями приёмистости, и более высокое растворение карбонатных и глинистых компонентов породы. Разработанные системы позволяют обеспечивать высокие показатели технологической эффективности при интенсификации добычи нефти и газа в скважинах на месторождениях независимо от стадии их разработки.

В работе с целью повышения эффективности кислотной обработки терригенных коллекторов было предложено использовать в промышленных масштабах кислотный раствор, в состав которого входят: 10 – 20 % лимонной кислоты, неионногенный ПАВ-ОП (1 – 2 %), триллон-Б (0,2 %). Предложенный кислотный раствор обеспечивает повышение производительности скважин и лучше всего себя проявляет при обработке призабойной зоны слабосцементированного коллектора.

Таким образом, наиболее оптимальная технология кислотного воздействия, обладающая максимальной эффективностью, прежде всего, подбирается исходя из причин загрязнения призабойной зоны, а также такими геолого-технологическими факторами, как: фильтрационно-емкостные свойства, минералогический состав коллектора, температурой. Правильный подбор рецептуры глинокислотного раствора должен привести к желаемому результату очистке ПЗП от загрязнений, восстановлению ее проницаемости и, как следствие, восстановлению потенциальной продуктивности скважин, соответствующей возможностям пласта.