CC BY
112
А. О. Солодовников (асп.), О. В. Андреев (д.х.н., проф., зав. каф.), К. В. Киселев (к.х.н.)
Влияние скорости закачки растворов кислотообразующих реагентов на структуру каналов фильтрации
Тюменский государственный университет, кафедра неорганической и физической химии 625003, г. Тюмень, ул. Семакова, 10; тел. (3452) 464061, e-mail: solodovnikov@inbox.ru
A. O. Solodovnikov, O. V. Andreev, K. V. Kiselev
Influence of pumping rate of acid-forming reagents solutions on channel filtration structure
Tyumen State University
10, Semakova Str, 625003, Tyumen, Russia; ph. (3452) 464061, e-mail: solodovnikov@inbox.ru
Проведены фильтрационные испытания растворов кислотообразующих реагентов, позволяющие определить оптимальную скорость закачки кислоты для формирования высокопроницаемых каналов в модели карбонатного пласта. Установлено, что при увеличении или уменьшении скорости фильтрации относительно оптимальной затрачивается больший объем кислотного раствора, в результате чего образуются разветвленные или конические каналы.
Ключевые слова: карбонатная порода; кислотная обработка; кислотообразующий реагент; скорость фильтрации; червоточина.
Filtration testing of acid-forming reagents solutions is considered. It is made possible to define optimal pumping rate of acid forming high-permeability channels in carbonate reservoir model. Increasing or decreasing of filtration rate relative to optimal rate leads to consumption greater amount of acid solution, that result in formation of branched or conical channel.
Key words: acidizing; acid-forming reagent; carbonate rock; filtration rate; wormhole.
В настоящее время основным способом увеличения объемов добычи углеводородов из нефтенасыщенных карбонатных коллекторов является солянокислотная обработка призабойной зоны пласта. Однако вовлечение в разработку сложнопостроенных залежей Западной Сибири с засолоненными карбонатными коллекторами с трещинно-кавернозно-поровой матрицей пород часто не приводит к высокой эффективности от применения стандартных кислотных составов из-за отсутствия достаточного опыта проведения соответствующих гео-лого-технических мероприятий.
Также большой проблемой является доставка в необходимом количестве агрессивной и требующей особой осторожности в обращении жидкой соляной кислоты на промысловые объекты, расположенные на значительном удалении от путей транспортировки крупнотоннажных грузов. В связи с этим перспективным является применение кислотообразующих
Дата поступления 17.02.13
реагентов: кислотного состава на основе параформа и хлорида аммония, сульфаминовой кислоты, азотнокислой мочевины.
Одним из главных критериев эффективности кислотной обработки скважины является создание червоточин — высокопроводящих каналов. В работах Фредда, Фоглера и Хоэф-нера*’2 показано, что для любой кислоты, вне зависимости от ее силы, можно подобрать условия фильтрации (концентрация, скорость закачки), при которых бы формировались каналы со структурой, обеспечивающей максимальный приток флюида из пласта. Без проведения лабораторных исследований сложно подобрать оптимальную скорость закачки реагента в пласт для формирования каналов необходимой структуры.
Цель работы состоит в определении оптимальных скоростей фильтрации растворов кислотообразующих реагентов через модель карбонатного пласта для образования сквозных каналов со структурой червоточины.
Экспериментальная часть
Эксперименты по проведению кислотной обработки образцов керна карбонатной породы проводились на лабораторной установке ЛСКБ-8302 при температуре 25 оС, всестороннем давлении обжима 27 МПа и внутрипоро-вом давлении 10 МПа. Первоначально испытуемые образцы имели пористость 11 — 15 % и проницаемость от 0.069 до 0.183 мкм2. Главным показателем эффективности кислотного воздействия являлось кратное увеличение значений относительной фазовой проницаемости сборной модели пласта по нефти после проведения кислотной обработки.
Для решения поставленной задачи были использованы растворы кислотообразующих реагентов тех же концентраций, что и в работе 3: сульфаминовая кислота — 15% мас., смесь параформа и хлорида аммония — 40% мас. (в весовом соотношении 3:4), азотнокислая мочевина — 12% мас., для сравнения применялась соляная кислота — 3% мас. Проведено 4 серии фильтрационных испытаний на карбонатных моделях пласта, различающихся скоростью закачки кислотного раствора (от 0.01 до 1 см3/мин).
После проведения кислотной обработки карбонатной породы определяется структура образующегося канала путем продольного распиливания или раскалывания образца керна.
Результаты и их обсуждение
На начальном этапе фильтрации любого раствора кислотообразующего реагента в модель пласта наблюдается рост градиента давления, что объясняется снижением проницаемости породы из-за осаждения в поровом пространстве мелких частиц карбонатов, отрывающихся от скелета горной породы. По мере продвижения кислоты в модели пласта происходит расширение и удлинение образующегося канала фильтрации, в результате чего происходит резкое снижение градиента давления, проницаемость модели пласта значительно увеличивается.
Основной задачей при моделировании кислотного воздействия на пласт являлось получение смешанной формы каналов (доминирующей червоточины) в обрабатываемых образцах керна. Однако результаты первых фильтрационных испытаний растворов кислотообразующих реагентов показали, что при скорости закачки кислотного раствора равной 0.25 см3/мин не всегда образуются червото-
чины. Для каждой кислоты необходимо экспериментально подбирать оптимальную скорость фильтрации.
Результаты лабораторных экспериментов показали, что путем изменения скорости фильтрации любой кислоты можно получить каналы со структурой, изменяющейся от конической до разветвленной. Зависимость числа закаченных поровых объемов раствора до прорыва от скорости закачки кислоты показана на рис. 1. Прорывом кислоты считалась точка, в которой проницаемость колонки из образцов керна карбонатной породы возрастала как минимум в 100 раз по сравнению с первоначальной.
Рис. 1. Зависимость числа закачанных поровых объемов раствора до образования прорыва от скорости закачки кислоты
При фильтрации соляной кислоты со скоростью закачки 0.4 см3/мин затрачивается наименьший объем раствора, необходимый для образования сквозного канала фильтрации со структурой червоточины, при этом расходуется около 5.5 поровых объемов кислоты.
Снижение скорости закачки (от 0.3 до 0.1 см3/мин и менее) приводит к увеличению объема кислоты, необходимого для прорыва, т. к. растворение преимущественно протекает на торцевой поверхности образца, что коррелирует с высокой скоростью реакции соляной кислоты с карбонатной породой. Увеличение скорости фильтрации от 0.5 см3/мин и выше также не позволяет уменьшить объем кислотного раствора — кислота движется по доминирующей червоточине, при этом происходит ее заметное расширение с образованием множества мелких ответвлений.
Схожая картина наблюдается при апробировании кислот на основе сухих реагентов. Уменьшение константы скорости реакции (растворяющей способности) кислоты в ряду НС1 - ЫН2Н803 - ЫН4С1 + НСООН -Н2МС0МН2НМ03 с породой приводит к постепенному увеличению объема раствора,
Рис. 2. Каналы растворения, образовавшиеся при фильтрации соляной кислоты на основе параформа и хлорида аммония с разными скоростями: 1 — канал растворения; 2 — объем породы.
необходимого для образования сквозного канала фильтрации. В случае фильтрации суль-фаминовой кислоты минимальный объем закачанного раствора до прорыва составил 6.5 объемов пор; кислоты на основе параформа и хлорида аммония — 8.4; кислоты на основе азотнокислой мочевины — 10.9.
На рис. 2 представлены структуры каналов, образовавшихся при фильтрации соляной кислоты на основе параформа и хлорида аммония.
Рис. 3. Зависимость константы скорости взаимодействия от оптимальной скорости закачки кислотного раствора
Образование конической структуры канала объясняется превышением скорости взаимодействия породы и кислоты по сравнению со скоростью подачи кислотного раствора. Происходит существенное разрушение торцевой
Литература
1. Fredd С. Ы., Fogler Н. Б. // БРЕ іоигпаі.— 1998.- №3.- Р.34.
2. Ноеіпег М. L., Fogler Н. Б. // АІСЬе іоигпаі.— 1988.- №1.— Р.44.
3. Солодовников А. О., Андреев О. В., Киселев К. В. // Вестн. ТюмГУ.— 2011.— №5.— С.149.
поверхности образца. Если скорость взаимодействия породы и кислоты ниже скорости фильтрации — образуется канал со значительным разветвлением. Оптимальная структура — червоточина — формируется при близких значениях скорости закачки кислотного раствора и скорости взаимодействия, при этом затрачивается наименьший объем кислоты.
Проведенные серии экспериментов позволяют заключить, что увеличение константы скорости реакции кислот с породой приводит к постепенному повышению скорости оптимальной закачки кислотного раствора для получения каналов со структурой червоточины (рис. 3).
Эксперименты по фильтрации растворов кислотообразующих растворов на моделях карбонатного пласта позволили определить оптимальную скорость закачки исследуемых кислот. Для соляной кислоты значение 0оп1 составляет 0.40 см3/мин, для сульфаминовой 0опт = 0.25 см3/мин, для параформа и хлорида аммония = 0.20 см3/мин, для азотнокислой мочевины = 0.10 см3/мин. При таких параметрах кислотной обработки на образование сквозного канала затрачивается наименьший объем раствора кислоты и формируются червоточины, позволяющие обеспечить максимально возможный приток флюидов из нефтяного пласта.
Литература
1. Fredd C. N., Fogler H. S. // SPE Journal.-1998.- №3.- P. 34.
2. Hoefner M. L., Fogler H. S. // AlChe Journal.-1988.- №1.- P. 44.
3. Solodovnikov А. О., Andreev О. V., Kiselev К. V. // Vestnik TyumGU.- 2011.- №5.- P.149.
