CC BY
20
УДК 662.2:662.76
А. С. Петров, А. А. Марсов, А. А. Загрутдинова, А. М. Поздеева, М. Р. Файзуллина
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ КИСЛОТОГЕНЕРИРУЮЩИХ
ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПОРОДУ НЕФТЯНОГО ПЛАСТА
Ключевые слова: энергонасыщенные материалы, термогазокислотное устройство, кислотогенерирующий состав, керн, продукты горения.
В работе представлены исследования по оценке эффективности воздействия продуктов горения энергонасыщенных материалов на карбонатные породы нефтяных месторождений Республики Татарстан. В качестве объектов исследования использованы два типа кернов с различной трещиноватостью и лабораторный образец термогазокислотного устройства с кислотогенерирующей сгораемой композицией.
Keywords: energy-intensive materials, termoizolatie device, acid-generating composition, core, combustion products.
The paper presents a study to estimate the efficiency effects of combustion products of energy-intensive materials in carbonate rocks from oil fields of Tatarstan. As objects of research we used two types of cores with different fracture and laboratory sample termorezistornogo device kislotalimonnaya combustible composition.
Введение
Проблемы повышения нефтеотдачи продуктивных пластов являются актуальными во всем мире. Поиск новых и совершенствование существующих методов интенсификации нефтеотдачи являются одними из перспективных направлений развития технологий и технических средств на основе энергонасыщенных материалов. Одним из основных и распространенных методов повышения продуктивности карбонатных пластов является обработка соляной кислотой [1,2]. Традиционная обработка кислотными ваннами не всегда эффективна, поскольку кислота используется в холодном, малоактивном состоянии. При этом зачастую в слоистых залежах, с маломощными пластами селективная обработка затруднена необходимостью закачки сравнительно небольших объемов раствора кислот (1-2 м3). Невозможно оценить точное количество кислоты закачиваемой с устья в забой при таком малом количестве, поскольку значительная часть реагента осаждается на стенках обсадной колонны. В этой связи на кафедре ТТХВ КНИТУ были разработаны устройства, позволяющие генерировать соляную кислоту непосредственно в забое в виде парообразных продуктов горения энергонасыщенных материалов [3-8]. В работах [9,10] в лабораторных условиях подтверждена способность растворов продуктов горения некоторых типов энергонасыщенных материалов к химическому взаимодействию с карбонатными породами. А в работах [11-13] предпринимались попытки создания универсальной рецептуры твердотопливной композиции для обработки различных типов нефтенасыщенных пород. Однако, универсальные рецептуры требуют коррекции в зависимости от многих факторов, основными из которых являются степени карбонатности пласта и за-глинизованности призабойной зоны. Поэтому более перспективным направлением развития технологий обработки продуктивных пластов химически активными продуктами энергонасыщенных материалов является создание комплексных устройств. В работах [14, 15] предложены комбинированные заряды
энергонасыщенных материалов, сочетающие тепловое и динамическое воздействие на пласт продуктами горения энергонасыщенных материалов с различными кинетическими характеристиками. Существенным недостатком предложенных зарядов является невозможность их использования непосредственно после перфорации скважины. Требуется дополнительная спуско-подъемная операция, после извлечения корпуса перфоратора.
Наиболее востребованы технологии, сочетающие химическое воздействие с перфорацией. В ходе исследований, представленных в работах [16-19] разработаны технологические схемы и конструкции комплексных перфорационных систем с использованием кислотогенерирующих энергонасыщенных материалов. В процессе проведения промысловых испытаний были проведены дополнительные исследования, касающиеся оптимизации конструкционных параметров устройства, например, кумулятивных зарядов [20, 21]. Также решались вопросы физической стабильности зарядов энергонасыщенных материалов [22-25], надежности инициирования [26], увеличения энергетических характеристик [2729]. При этом практически не уделялось внимания оценке эффективности химического воздействия продуктов горения энергонасыщенных материалов на породу продуктивного пласта в условиях, приближенных к реальным условиям скважины.
На рисунке 1 представлено устройство комплексного перфоратора с термогазокислотным генератором на основе энергонасыщенного материала в скважине. Из рисунка видно, что продукты горения образуются внутри корпуса устройства и попадают в зону контакта с породой через отверстия в корпусе проникая через скважинную жидкость в пласт. Имеется опыт успешного применения технологии. Однако в ряде случаев эффект от обработки отсутствует. При этом достоверных сведений по оценке воздействия продуктов горения кислотогенерирующих составов на породу нефтяных пластов в литературе не встречается. В этой связи представляет интерес исследование по оценке влияния продуктов горения кислотогенерирующих составов на породу нефтяно-
го пласта. Одними из наиболее проблемных являются нефтяные месторождения Республики Татарстан, содержащие карбонатные коллекторы. Главной задачей настоящих исследований является оценка эффективности воздействия продуктов горения энергонасыщенных материалов, содержащих активную соляную кислоту на карбонатные породы нефтяных месторождений Республики Татарстан.
Сгораемый состав термогазокислотного устройства воспламеняется с помощью нихромовой спирали 3.
Рис. 1 - Система перфоратора с термогазокислот-ным генератором
Экспериментальная часть
Исследовалось влияние продуктов горения кис-лотогенерирующего энергонасыщенного материала на образцы кернов месторождений ПАО «Татнефть» Нурлатского района РТ. Использованы два типа кернов, различной трещиноватости. Условно керн повышенной терщиноватости белого цвета обозначен как №1, плотный керн серого цвета - №2. Из кернов изготовлены цилиндрические опытные образцы высотой 20мм и диаметром 75мм. Предварительно образцы №1 и №2 выдерживались в течение трех суток в дистиллированной воде для удаления водорастворимых компонентов. После этого образцы были высушены в термошкафе при температуре 80°С до постоянства массы. Масса определялась с точностью до 0,01 г каждые 20 минут в течение 2-х часов и по одному часу, пока не закончилась её убыль. В своем составе до обработки керны имели соединения CaCOз, CaMg(COз)2. На образцы кернов сверху устанавливались лабораторные образцы тер-могазокислотного устройства в соответствии с ри-сунокм 2.
В исследовании были использованы лабораторные образцы термогазокислотного устройства, способные в процессе горения генерировать соляную кислоту в количестве 40% от массы сгораемого энергонасыщенного материала.
Экспериментальный образец состоит из следующих элементов: термогазокислотного устройства 5, состоящего из сгораемого кислотогенерирующего состава массой 200г, загерметизированного эпоксидным компаундом 2, толщиной 2 мм и тиоколо-вым герметиком 1, толщиной 10-15мм и керна 4.
Рис. 2 - Схема экспериментального узла
При исследовании воздействия продуктов горения термогазокислотного устройства на керны использована стендовая установка, имитирующая условия нефтяной скважины, схема которой представлена на рисунке 3. Собранный экспериментальный узел помещался внутрь испытательного стенда, заполненного водой. Испытательный стенд содержит регистрирующую аппаратуру, позволяющую зафиксировать изменение давления во внтуреннем объеме в процессе горения лабораторного образца термогазокислотного устройства. Подобные стенды используются при разработке и исследовании устройств и составов на основе энергонасыщенных материалов, применяемых для обработки нефтяных скважин. В стендовую установку заливается вода в количестве 11 л. К металлической трубке прикрепляется сгораемый состав 5, соединенный с испытуемым образцом керна. Емкость стенда плотно закрывается пробкой 3 и крышкой 2, не нарушая электрическую линию 1. Проверяется на включение регистрирующая аппаратура 11. При инициации сжигания с пускового устройства 12 на пьезоэлектрический датчик 9 поступает сигнал на регистрирующую аппаратуру, фиксирующий процесс горения энергонасыщенного материала термогазокислотного устройства.
До пропитки дистиллированной водой масса первого обработанного керна составила 264,65 г, а после - 266,71 г, второй обработанный образец до погружения имел массу 192,26 гр., после- 194,97 гр. Таким образом, каждый из кернов впитал около 2г воды. В процессе сушки убыль массы образца №1 составила 1,00%, а образца №2 - 1,38%, массы сухих кернов соответственно составили 264,07г и 192,26г.
После окончания убыли массы образцы подвергались воздействию продуктов горения кислотоге-нерирующего энергонасыщенного материала в испытательной стендовой установке, имитирующей условия нефтяной скважины. Образцы кернов после
обработки продуктами горения представлены на рисунке 4.
1
Рис. 3 - Схема стендовой установки
а б
Рис. 4 - Образцы кернов после испытаний
После обработки продуктами горения, образец №1 (рис. 4а) раскололся на отдельные фрагменты, масса после сушки его масса составила 260,36 г, что соответствует относительной убыли 1,40 %. На образце №2 (рис 4б) образовались трещины, а масса составила 188,32 г, что соответствует убыли массы 2%. Таким образом установлено, что при воздействии продуктами горения кислотогенерирующих составов у кернов различной трещиноватости наблюдается убыль массы одного порядка.
Заключение
По результатам проведенных экспериментов средняя убыль массы керна составила 1,40-2% при обработке продуктами горения кислотогенерирую-щего энергонасыщенного материала массой 200г. Зафиксировано заметное химическое воздействие на образцы кернов. Увеличена пористость и разрушае-мость карбонатных пород после проведения испытаний. Воздействие продуктов горения кислотгене-рирующего энергонасыщенного материала на породу нефтяного пласта является значительным.
Дальнейшие исследования по оценке влияния продуктов сгорания кислотогенерирующих составов носят достаточно важный характер, поскольку на
сегодняшний день повышение нефтеодачи является
главной задачей нефтедобывающей промышленности.
Литература
1. Сидоровский В.А. Вскрытие пластов и повышение продуктивности скважин. - М.: Недра, 1978. - 256 с.
2. Садыков И.Ф., Архипов В.Г., Гринченко К.В. Устройство для термоимплозионной обработки скважин // Росинформресурс Татарский ЦНТИ, информ. лист № 37-95. - Казань. - 1995.
3. А.С. Сальников, Р.Ш. Гарифуллин, В.Я. Базотов, М.Р. Файзуллина, А.Н. Павлюхин // Вестник технологического университета, 19, 19, 81-83 (2016).
4. М.Р. Файзуллина М.Р., А.П. Евдокимов, Н.И. Торутки-на, А.В. Николаева, А.А. Марсов // Вестник технологического университета, 18, 22, 70-74 (2015).
5. Р.Ш. Гарифуллин, В.Я. Базотов, А.С. Сальников, А.А. Мокеев, М.Р. Файзуллина // Вестник Казанского технологического университета, 17, 18, 180-182 (2014).
6. Р.Ш. Гарифуллин, В.Я. Базотов, А.С. Сальников, А.А. Мокеев, М.Р. Файзуллина // Вестник Казанского технологического университета, 17, 18, 186-188 (2014).
7. Р.Ш. Гарифуллин, В.Я. Базотов, А.С. Сальников, М.Р. Файзуллина, И.Д. Ахмадиев, В.М. Борисов // Вестник Казанского технологического университета, 16, 2, 6768 (2013).
8. А.С. Сальников, Р.З. Гильманов, А.А. Марсов, А.А. Мокеев, А.С. Петров // Вестник Казанского технологического университета, 19, 19, 66-70 (2016).
9. А.А. Косарев, А.А. Мокеев, Д.К. Гильмутдинов, О.С. Шаклеина // Вестник технологического университета, 18, 17, 77-79 (2015).
10. Д.К. Гильмутдинов, А.И. Бадртдинова, О.С. Шаклеи-на, А.А. Мокеев, А.А. Косарев // Научно-технический прогресс: актуальные и перспективные направления будущего. Сборник материалов IV Международной научно-практической конференции. Западно-Сибирский научный центр. 10-13 (2016).
11. И.Ф. Садыков И.Ф., А.А. Марсов, А.А. Мокеев // Вестник Казанского технологического университета, 16, 13, 190-192 (2013).
12. С.В. Чипига, И.Ф. Садыков, А.А. Марсов, А.А. Мокеев // Вестник Казанского технологического университета, 15, 7, 168-170 (2012).
13. С.В. Чипига, И.Ф. Садыков, А.А. Марсов, А.А. Мокеев // Вестник Казанского технологического университета, 15, 7, 174-176 (2012).
14. А.А. Мокеев, А.С. Сальников, Л.Х. Бадретдинова, А.П. Евдокимов, А.А. Марсов // Вестник Казанского технологического университета, 17, 15, 268-269 (2014).
15. А.А. Мокеев, А.С. Сальников, Л.Х. Бадретдинова, А.П. Евдокимов // Вестник Казанского технологического университета, 17, 15, 95-97 (2014).
16. Пат. RU 2469180 C2, 10.11.2010.
17. С.В. Чипига, И.Ф. Садыков, А.А. Марсов, А.А. Моке-ев // Вестник Казанского технологического университета, 15, 24, 126 (2012).
18. Д.М. Гагаркин, А.А. Мокеев, А.А. Марсов, И.Ф. Садыков, Бадретдинова Л.Х., Н.А. Макарова // Вестник Казанского технологического университета, 15, 24, 122 (2012).
19. С.В. Чипига, И.Ф. Садыков, А.А. Марсов, А.А. Мокеев // Вестник Казанского технологического университета, 15, 7, 174-176 (2012).
20. А.А. Мокеев, А.А. Марсов, А.П. Евдокимов // Вестник технологического университета, 19, 19, 13-15 (2016).
21. В.Я. Базотов, А.А. Мокеев, А.В. Станкевич, Т.П. Евсеева, А.П. Евдокимов // Взрывное дело, №114-71, 242-251 (2015).
22. Р.Ш. Гарифуллин, В.Я. Базотов А.С. Сальников, А.А. Мокеев, М.Р. Файзуллина // Вестник Казанского технологического университета, 17, 18, 109-110 (2014).
23. Л.Х. Бадретдинова, И.Ф. Садыков, А.А. Мокеев, А.А. Марсов // Вестник Казанского технологического университета, 17, 7, 120-122 (2014).
24. А.А. Мокеев, А.С. Солдатова, Л.Х. Бадретдинова, И.Ф. Садыков, А.А. Марсов // Взрывное дело, №107-64, 49-59 (2012).
25. А.С. Солдатова, И.Ф. Садыков, А.А. Марсов, А.А. Мокеев, Д.А. Хадиева // Вестник Казанского технологического университета, 8, 104-111 (2010)
© А. С. Петров - аспирант каф. технологии твердых химических веществ ФГБОУ ВО «КНИТУ»; А. А. Марсов - канд. техн. наук, доцент той же кафедры, explo_mars@mail.ru; А. А. Загрутдинова - магистр той же кафедры; А. М. Поздеева - студент той же кафедры; М. Р. Файзуллина - канд. техн. наук, доцент той же кафедры, e-mail: ttxb@kstu.ru.
© A. S. Petrov - postgraduate at the department of technology of solid chemicals KNRTU; A. A. Marsov - candidate. tehn. sciences, associate professor at the department of solid chemicals KNRTU, explo_mars@mail.ru; A. A. Zagrutdinova - Master Degree of the same department; А. M. Pozdeeva- Master Degree of the same department; M. R. Fayzullina - candidate. tehn. Sciences, assistant professor. technology of solid chemicals KNRTU, e-mail: ttxb@kstu.ru.
26. А.А. Мокеев, А.П. Евдокимов, А.С. Сальников, Р.Ш. Гарифуллин, А.А. Марсов, М.Р. Файзуллина // Вестник технологического университета, 18, 4, 208-210 (2015).
27. Р.Ш. Гарифуллин, В.Я. Базотов, А.С. Сальников, А.А. Мокеев, И.Д. Ахмадиев // Вестник технологического университета, 18, 21, 72-73 (2015).
28. Р.Ш. Гарифуллин, В.М.Борисов, А.А. Мокеев, А.С. Сальников // Взрывное дело, № 107-64, 60-68 (2012).
29. Р.Ш. Гарифуллин, В.Я. Базотов, А.А. Мокеев, А.С. Сальников // Взрывное дело, 106-63, 252-258 (2011).
