Кислотные обработки терригенных коллекторов

Соляно-кислотная обработка терригенных (песчаники, алевролиты и др.) коллекторов заключается в том, что 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 соляной кислоты.

В карбонатных коллекторах кислота реагирует фактически с неограниченной массой карбонатного вещества по всей глубине образующегося канала, тогда как в терригенных карбонатны составляют всего лишь несколько процентов от общего объема породы. Поэтому фронт нагнетаемого раствора растворяет эта 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 соляной кислоты, 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 (алюмосиликатов). Эти вещества взаимодействуют с фтористоводородной кислотой  HF, называемой также плавиковой.

Взаимодействие плавиковой кислоты с кварцем происходит по следующей реакции:

SiO2 + 4HF = 2H2O + SiF4 .

Образующийся фтористый кремний  SiF4  далее взаимодействует с водой

2SiF4 + 4H2O = Si(OH)4 + 2H2SiF6 .

Кремнефтористоводородная кислота  H2SiF6 остается в растворе, а кремниевая кислота  Si(OH)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. Рабочий раствор кислоты для взаимодействия на терригенные коллекторы обычно содержит 8-10% соляной кислоты и 3-5% фтористоводородной. Фтористоводородная кислота растворяет алюмосиликаты по следующей реакции:

H4Al2Si2O9 + 14HF = 2AlF3 + 2SiF4 + 9H2O .

Образующийся фтористый алюминий  AlF3  остается в растворе, а фтористый кремний  SiF4  далее взаимодействует с водой, образуя кремниевую кислоту.

Количественная оценка реакции дает следующие соотношения:

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).

Отсюда находим, что для растворения 1 кг алюмосиликата (каолина) необходимо

 г HF.

Из справочных таблиц известно, что 4%-ный раствор плавиковой кислоты  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

    л/кг.

Взаимодействие  плавиковой кислоты HF с зернистым кварцем протекает медленно, а с алюмосиликатом  H4Al2Si2O9 происходит быстро, но медленнее, чем взаимодействие соляной кислоты HCl  с карбонатами. Поэтому обработка терригенных коллекторов смесью соляной кислоты и фтористоводородной кислот целесообразна как для удаления карбонатных цементирующих веществ, так и для растворения глинистого материала. Поэтому смесь соляной кислоты  HCl  и плавиковой  HF  называют глинокислотой.

Глинокислота употребляется для обработки пород, содержащих карбонатов не более 0,5%. Поскольку она растворяет цементирующее вещество терригенных коллекторов, ее количество для обработки подбирается опытным путем во избежание нарушения устойчивости породы в призабойной зоне скважины. Поэтому для первичных обработок ограничиваются объемами глинокислоты в 0,3-0,4 м3 на 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.

Терригенные породы содержат мало карбонатов, поэтому применяют двухступенчатую кислотную обработку. Сначала обрабатывают ПЗС обычным раствором соляной кислоты, а затем закачивают глинокислоту. Соляная кислота растворяет карбонаты в ПЗС, что предотвращает при последующей закачке раствора плавиковой кислоты 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 геля кремниевой кислоты, закупоривающего пласт.

Для предотвращения смешивания нейтрализованной соляной кислоты 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.

Оборудование для кислотных обработок скважин.

Для проведения кислотных обработок применяют агрегат «Азинмаш – 30». Агрегат смонтирован на шасси автомашины. Он имеет гуммированную, т.е. покрытую изнутри резиной цистерну емкостью 8 м3, которая разделена перегородкой на два отсека и снабжена уровнемером поплавкового типа. Для закачки больших объемов агрегат комплектуется дополнительной цистерной объемом 6 м3, оборудованной на прицепе.

Для закачки раствора агрегат имеет насос, который установлен за кабиной автомобиля и приводится в движение двигателем последнего. Насос марки 2НК-500 – трехплунжерный, горизонтальный, одинарного действия, наибольшее давление которого 50 МПа и наибольшая производительность 12,2 л/сек.

Для закачки кислоты применяют также цементировочные агрегаты типа ЦА-300, ЦА-320М, 3ЦА-400 и насосные агрегаты АН-500 и 2АН-500, АН-700.

Для перевозки кислоты применяют автоцистерны 4ЦР или ЦР-20. Для приготовления кислоты у скважин служат металлические передвижные мерники емкостью 14 м3, внутренние поверхности которых покрыты защитным слоем.