Проектирование солянокислотной обработки

КИСЛОТНЫЕ
ОБРАБОТКИ ПЗС
31.03.21

Методы кислотного воздействия
Основаны на способности кислот растворять горные породы или цементирующий материал
31.03.21

31.03.21

31.03.21

31.03.21

Расчет СКО для известняка
СаСО3 + 2НСL = СаСL2 + Н2О + СО2 ↑
или в количественных соотношениях
(40+12+3⋅16) + 2(1+35,5)=(40+2⋅35,5) + (2⋅1+16) + (12+2⋅16)
100г + 73г = 111г + 18г + 44г
При растворении 100 г известняка 73 г чистой HCl получается 111 г растворимой соли хлористого кальция, 18 г воды и 44 г углекислого газа. На 1 кг известняка надо израсходовать 730 г. чистой HCl.
1 л 15%-ного раствора кислоты содержит 161,2 г чистой HCl. Следовательно, для растворения 1кг известняка потребуется:
31.03.21

Расчет СКО для доломита
CaMg(CO3)2 + 4HCL = СаСL2 + MgCL2 + 2H2O + 2СО2 ↑
(40+24,3+2(12+3⋅16))+4(1+35,5)=(40+2⋅35,5)+(24,3+2⋅35,5) +2(2⋅1+16) + 2(12+2⋅16)
184,3 +146 г = 111 г + 95,3 г + 36 г + 88 г
При растворении 184,3 г доломита 146 г чистой HCl получается 111 г растворимой соли хлористого кальция, 95.3 г растворимой соли хлористого магния, 36 г воды и 88 г углекислого газа.
Для растворения 1 кг доломита потребуется кислоты
или 15%-ного раствора HCl:
31.03.21

Назначение обычной СКО
закачка кислоты в пласт на значительное расстояние от стенки скважины с целью расширения размеров микротрещин и каналов, улучшения их сообщаемости между собой (увеличивается проницаемость системы и дебит (приемистость) скважины).
Глубина проникновения кислоты в пласт зависит от:
- скорости реакции,
- вещественного (химического) состава породы,
- удельного объема кислотного раствора (м3/м2 поверхности породы),
- температуры, давления и концентрации кислоты.
31.03.21

Скорость реакции кислоты
характеризуется временем ее нейтрализации при взаимодействии с породой и зависит температуры:
в зависимости от вещественного состава карбонатной породы скорость реакции возрастает от 1,5 до 8 раз при повышении температуры от 20 до 60°С.
Изменение концентрации кислотного раствора от 5 до 15% НСL не оказывает практического влияния на скорость реакции даже при температуре 60°С.
31.03.21

Концентрация растворов кислоты
Низкие концентрации раствора увеличивают глубину его проникновения в пласт, но при этом возрастают потребные объемы кислотного раствора (осложняется процесс освоения скважины после СКО из-за большого количества продуктов реакции).
Высокие концентрации раствора приводят к образованию насыщенных с повышенной вязкостью растворов СаСL2 и MgCL2, которые трудно извлекаются из пласта при освоении. Кроме того, существенно возрастает коррозия оборудования и труб.
кислотные растворы с концентрацией более 15% НСL хорошо растворяют гипс и ангидрит, образуя твердый осадок, выпадающий в ПЗС и снижая ее проницаемость.
31.03.21

Влияние давления на скорость реакции
Повышение давления приводит к снижению скорости реакции.
время нейтрализации 75% объема кислотного раствора увеличивается в 7-10 раз при повышении давления с 0,1 МПа до 0,7 МПа;
при увеличении давления от 0,7 до 1 МПа время нейтрализации увеличивается в 30-35 раз,
при увеличении давления с 2 до 6 МПа скорость реакции снижается в 70 раз.
31.03.21

Влияние давления и температуры на время нейтрализации кислотного раствора
Р0 – атмосферное давление; tс – стандартная температура – 20 0С.
31.03.21

Вредные примеси, присутствующие в концентрированной кислоте
1.Серная кислота H2SO4, взаимодействует с продуктами основной реакции образует гипс,
выпадающий в осадок:
H2SQ4 + СаСl2 + 2Н2О = CaSO4 · 2Н2О + 2НСl
2.Хлорное железо FeCl3 Fe + 2НСl = FeCl2 + Н2 ↑
FeCl2 преобразуется в FeCl3, выпадающий в осадок.
3. Фтористый водород и фосфорная кислота,
HF + СаСl2 = CaF2 + 2HCl
2Н3РО4 + ЗСаСl2 = Саз (РО4 )2 + 6НСl
образуют с продуктами реакции нерастворимые осадки фтористого кальция (CaF2) и фосфорнокислого кальция (Са3(РО4)2)
31.03.21

Химические реагенты, добавляемые в раствор кислоты
Стабилизаторы — водорастворимые вещества, стабилизирующие свойства кислотного раствора (предотвращают выпадение солей АL и Fe - уксусная кислота (СН3СООН). 0,8 ÷ 2% от объема кислотного раствора.
Ингибиторы — водорастворимые вещества, понижающие коррозионную активность НСL (формалин (до 1%) реагент И-1-А (до 0,4%) в смеси с уротропином (до 0,8%) УФЭ8 ДС катапин-А, реагент В-2, карбозолин-О, реагент «Север-1» )
Интенсификаторы — вещества, обеспечивающие удаление продуктов реакции из ПЗС. ПАВ снижают межфазное натяжение, способствуют выносу воды и отмыву нефти с поверхности горной породы (спирты, сульфокислоты, МЛ-72, ОП-10, марвелан К(О), реагент 4411, тержитол, катапин-А
31.03.21

Порядок приготовления раствора НСl
вода
ингибиторы
стабилизаторы
концентрированная соляная кислота
хлористый барий
интенсификаторы
31.03.21

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОБЫЧНОЙ СКО
Промывка скважины (прямая, обратная или комбинированная - открытые задвижки на устье и затрубном пространстве).
Закачка расчетного объема кислотного раствора в скважину. Объем кислотного раствора зависит от толщины обрабатываемого пласта, свойств призабойной зоны и желаемой (рациональной) глубины обрабатываемой зоны:
- для низкопроницаемых коллекторов 0.2÷0,6 м3/м;
- Для высокопроницаемых коллекторов 0,2÷0,9 м3/м;
- для трещинных коллекторов — от 0,3 до 0,9 м3/м.
При закачке кислотного раствора в скважину в течение времени достижения им обрабатываемого пласта задвижка на затрубном пространстве открыта, после чего она закрывается.
Продавка кислотного раствора в ПЗС. Агрегатом закачивают расчетный объем кислоты в скважину и продавливают нефтью или водой до полного поглощения пластом. После задавки кислотного раствора в пласт закрывается задвижка на устье скважины. Скважина закрыта.
Нейтрализация кислотного раствора за счет реагирования его с обрабатываемой породой (1÷24 ч).
Вызов притока и освоение, а затем — исследование скважины. По результатам исследования до обработки и после судят о технологическом
эффекте.
31.03.21

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОБЫЧНОЙ СКО
31.03.21

31.03.21
Проектирование СКО

31.03.21
Проектирование СКО

31.03.21
Проектирование СКО

31.03.21
Проектирование СКО

31.03.21
Проектирование СКО

31.03.21
Проектирование СКО

31.03.21
Проектирование СКО

КИСЛОТНЫЕ ВАННЫ
Проводятся в скважинах с открытым забоем после бурения или в процессе вызова притока и освоения.
Основная цель кислотных ванн - очистка ПЗС от остатков глинистой корки, цементных частиц (при цементировании обсадной колонны выше продуктивного горизонта), отложений кальцитовых солей пластовой воды.
Объем кислотного раствора - объем скважины от подошвы до кровли коллектора.
Концентрация раствора - 20% (при кислотных ваннах не происходит перемешивания раствора на забое).
Время нейтрализации 16-24 ч.
31.03.21

31.03.21
Проектирование
КИСЛОТНОЙ ВАННЫ

31.03.21
Проектирование
КИСЛОТНОЙ ВАННЫ

31.03.21
Проектирование
КИСЛОТНОЙ ВАННЫ

КИСЛОТНЫЕ ОБРАБОТКИ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Повышают эффективность кислотного воздействия на ПЗ коллектора, неоднородного по проницаемости
Снимается профиль притока (приемистости) с целью установления зон повышенной проницаемости и поглощающих трещин
В скважину до кровли продуктивного горизонта спускается колонна НКТ с пакером и якорем
Проводится закачка нефтекислотной эмульсии для закупорки высокопроницаемых пропластков (смесь 12%-го раствора НСL и нефти: -70% по объему — кислотный раствор, 30% по объему — дегазированная нефть).При открытой задвижке на затрубе закачивают эмульсию до башмака НКТ
Пакеруют и заякоривают НКТ
Продавка эмульсии осуществляется кислотным раствором. По достижении границы раздела «нефтекислотная эмульсия — кислотный раствор» башмака НКТ давление закачки увеличивают
Под действием повышенного давления кислотный раствор закачивается в низкопроницаемые пласты, что существенно увеличивает охват пласта процессом кислотного воздействия
31.03.21

ТЕРМОКИСЛОТНАЯ ОБРАБОТКА
предназначена для повышения эффективности КО карбонатных коллекторов, когда в процессе эксплуатации скважин в ПЗ отлагаются АСПВ, удаление которых возможно в процессе промывки после их расплавления за счет экзотермической реакции взаимодействия соляно-кислотного раствора НСL с магнием:
Mg + 2HCL = MgCL2 + H2 ↑ +QT
Количество выделяющейся при реакции теплоты Qт зависит от:
концентрации и количества кислотного раствора,
количества магния и его вида (магниевая пыль, крошка, стружка или бруски),
степени нейтрализации раствора.
31.03.21

Расчет ТКО
Mg + 2HCL = MgCL2 + H2 ↑ +QT
24,3+2(1+35,5)=(24,3+2·35,5)+2.
При взаимодействии 73 г чистой НСL с 24,3 г Mg происходит полная нейтрализация раствора, при которой выделяется 461,38 кДж тепловой энергии.
При взаимодействии 1 кг Mg с раствором соляной кислоты (15%) выделяется 18 987 кДж теплоты.
количество 15%-ного раствора НС1 для растворения 1 кг магния:
Для растворения 1 кг магния потребуется у=3004/161,2=18,61 л 15%-ного раствора НС1
Необходимое количество 15%-ной соляной кислоты для получения различных температур раствора (на 1 кг магния):
Количество НСL, л……………………………..50 60 70 80 100
Температура раствора, 0С….……………… 120 100 85 75 60
Остаточная концентрация НСL,%…… 9,6 10,5 11 11,4 12,2
31.03.21

Форма Мg при ТКО
При давлениях> 3 МПа, рекомендуется применять магний в виде стружки (чем больше давление, тем магниевая стружка должна быть мельче и тоньше).
При давлении 1÷3 МПа – в виде брусков квадратного и круглого сечения - чем ниже давление, тем площадь поперечного сечения этих брусков может быть больше.
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.
Температура нагрева жидкости регулируется количеством магния и скоростью закачки кислотного раствора.
31.03.21

Скважинный реактор для ТКО
1 — резьба для соединения с НКТ;
2 — камера для загрузки магния;
3 — решетка;
4 — конус;
5 — отверстие для выхода нагретых жидких продуктов реакции;
6 — термометр
31.03.21

Этапы проведения ТКО
1. Термическая обработка. Рассчитываются такие количества магния и кислотного раствора, чтобы произошла полная нейтрализация по магнию, а температура поднялась до расчетной величины, достаточной для расплавления в ПЗС АСПО. Частично непрореагировавшая кислота обрабатывает только пристенную зону ПЗС, не проникая глубоко в пласт. Основное химическое воздействие осуществляется на втором этапе.
2. Термокислотная обработка. Количество кислотного раствора берется существенно большим, чем при термической обработке.
Расход магния на одну обработку от 40 до 100 кг, расход 15% кислотного раствора — до 10 м3.
С целью снижения коррозии металла кислотный раствор ингибируется формалином (0,5% по объему), а стабилизируется уксусной кислотой (до 1,5% по объему). При такой обработке использование уникола нежелательно, т.к. он снижает скорость растворения магния.
31.03.21

31.03.21
Проектирование
Термокислотной обработки

31.03.21
Проектирование
Термокислотной обработки

31.03.21
Проектирование
Термокислотной обработки

31.03.21
Проектирование
Термокислотной обработки

ГЛИНОКИСЛОТНАЯ ОБРАБОТКА терригенных коллекторов
смесь 3-5%-й фтористоводородной (HF) и 8-10%-й соляной кислот.
Терригенные коллекторы содержат малое количество карбонатов (1÷5% по массе). Основная масса таких коллекторов представлена силикатными веществами (кварц) и алюмосиликатами (каолин).
Силикатные вещества хорошо растворяются в плавиковой (фтористо-водородной) кислоте.
Сущность глинокислотной обработки терригенных коллекторов состоит в учете особенностей их строения.
При контакте глиняной кислоты с терригенными породами карбонатный материал, реагируя с солянокислотной частью раствора, растворяется, а фтористоводородная кислота, медленно реагирующая с кварцем и алюмосиликатами, глубоко проникает в ПЗС, повышая эффективность обработки.
31.03.21

Расчет ГКО терригенных коллекторов
SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O
3SiF4 + 4H2O = Si(OH)4 + 2H2SiF6
Кремнефтористоводородная кислота H2SiF6 остается в растворе, а кремниевая кислота Si(OH)4 при понижении кислотности раствора образовывает гель кремниевой кислоты, выпадающий в осадок и закупоривающий ПЗ.
Реакция алюмосиликатов с HF
H4Al2Si2O9 + 14HF = 2ALF3 + 2SiF4 +9H2O (4+2·27+2·28+9·16)+14(1+19)=2(27+3·19)+2(28+4·19)+9(2+16)
258 + 280 = 168 + 208 + 162
Для растворения 1 кг алюмосиликата (каолина) необходимо HF
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 составит:
31.03.21

Смесь соляной кислоты с фтористоводородной
- служит для растворения карбонатного материала терригенного коллектора
- предотвращает образование гелей кремниевой кислоты, удерживая кремниевую кислоту в растворе
СаСО3 + HF = CaF2 + Н2О + СО2 ↑
Фторид кальция выпадает в осадок, снижая проницаемость. Поэтому соляная кислота, входящая в состав глиняной, предотвращает образование CaF2.
Технология двухступенчатой кислотной обработки:
на первом этапе проводят обычную СКО
на втором этапе закачивают глиняную кислоту.
Удаление карбонатов из ПЗС на первом этапе позволяет сохранить кислотность раствора на втором этапе, предотвращая тем самым образование гелей кремниевой кислоты.
31.03.21

Аналог плавиковой кислоты
фторид­бифторидаммоний NH4FHF - твердое кристаллическое вещество. 1 кг NH4FHF химически эквивалентен 1,55 л 40%-й плавиковой кислоты.
Фторидбифторидаммоний растворяют в соляной кислоте, что приводит к частичной ее нейтрализации (поэтому для растворения NH4FHF используют солянокислотный раствор повышенной до 15% концентрации):
NH4FHF + 2HCL = 2HF + NH4CL
Образующийся хлористый аммоний NH4C1 остается в растворенном состоянии.
31.03.21

Вещества, добавляемые в раствор глинокислоты
Ингибиторы - формалин, катапин, уротропин, уникол, ингибиторы В-1, В-2, производные мышьяка или меди, меркаптаны.
Норматив добавки ингибиторов 0,2÷1% по объему.
Интенсификаторы –ПАВ (ОП-1)
Стабилизаторы—лимонная кислота, молочная кислота (от 1 до 3%), 10%-й раствор уксусной кислоты.
Технология проведения обработки и используемая техника принципиально не отличаются от обычной СКО.
31.03.21

ТЕХНИКА, ПРИМЕНЯЕМАЯ ПРИ СКО
1 – устье скважины, 2 – обратный клапан, 3 – задвижка высокого давления, 4 – насос 4НК-500, 5 агрегат Азинмаш-30А, 6 – емкость для кислоты на агрегате, 7 – емкость для кислоты на прицепе, 8 – емкость для продавочной жидкости, 9 – емкость для кислоты, 10 – линия для обратной циркуляции.
31.03.21