Технологии восстановления приемистости скважин

   Многолетней практикой эксплуатации нагнетательных скважин нефтяных месторождений установлены основные причины снижения их поглотительной способности при неизменном давлении нагнетания:

- геологическое строение пласта (состав пород, пористость, про­ницаемость, неоднородность);

- загрязненность фильтрующей поверхности пласта (механичес­кая кольматация твердыми частицами, отложения солей, обра­зование углеводородных пробок и т.д.);

- образование сероводорода в результате деятельности СВБ (в ПЗП образуются карбонатные осадки, осадки сульфидов желе­за, закупоривание колониями СВБ каналов фильтрации);

- рост пластового давления в зоне расположения скважины.

Для восстановления и регулирования приемистости скважин при­меняются различные методы воздействия на пласт.

Кислотная обработка (КО) скважин

КО основана на способности кислот вступать в реакции с раствори­мыми включениями горных пород. Это приводит к расширению име­ющихся и образованию новых каналов фильтрации. Для обработки призабойной зоны скважин применяют соляную кислоту (НС1) и пла виковую кислоту (HF), сульфаминовую кислоту (САК). В ряде случаев НС1 и САК применяются в композиции с бифторид-фторид аммонием (БФА), который служит заменителем плавиковой кислоты.

Соляная кислота  

Соляная кислота выпускается в двух модификациях [4]:

- синтетическая кислота с содержанием хлористого водорода не менее 35% (марка А) и 31,5% (марка Б);

- абгазовая кислота с содержанием хлористого водорода не ме­нее 22% (марка А) и 20% (марка Б).

Товарная соляная кислота имеет плотность 1154...1188 кг/м³, вяз­кость при 20 °С - 2 мПа с, температуру застывания - минус 58 °С. Коррозионная активность 10% раствора НС1 при 20°С по стали ст.3 со­ставляет 7 г/(м²× ч).

При обработке скважин НС1 вступает в реакцию с известняками СаСО₃ и доломитами CaCО₃+MgCО₃. Продукты реакции вследствие растворимости в воде извлекаются из ПЗП при изливе скважины, угле­кислый газ (СО₂) полностью растворяется в воде.

Сульфаминовая кислота

Товарный реагент выпускается в виде бесцветного кристаллическо­го порошка с содержанием HS0₃NH₂ ³ 96%. Реагент относится к до­статочно сильным кислотам [4].

Некоторые свойства сульфаминовой кислоты приведены на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 - Зависимость растворимости сульфаминовой кислоты

в воде от температуры

 Коррозионная активность по стали марки ст. 3 при температуре 30 °С составляет 2,18 г/(чм²). Водные растворы САК устойчивы до температуры           +60 °С. При более высоких температурах происходит ги­дролиз САК: 10 %-ный водный раствор сульфаминовой кислоты при нагревании до 80 °С за 8 ч гидролизуется на 44 % по реакции

NH₂SО₃H + Н₂О Þ NH4OSO3H Þ NH₄HS0₄.                                  (1.1)

В целом САК обладает пониженной (в 5...6 раз) реакционной способностью и более низкой (в 3...3,5 раза) кор­розионной актив­ностью по сравне­нию с соляной кислотой.

Рисунок 1.2 - Зависимость скорости растворения мрамора в растворах сульфаминовой и соляной кислот от их концентраций

Скорость рас­творения карбо­натных пород в сульфаминовой кислоте пример - 110 в 5 раз ниже, чем в соответствующих растворах соляной кислоты. С этим связана возможность более глубокого проникновения в пласт в активном со­стоянии и вследствие этого - увеличение радиуса обрабатываемой зоны.

На рис. 1.2 приведены скорости растворения мрамора в растворах HSО₃NH₂ и НС1 различных концентраций.

Нейтрализация сульфаминовой кислоты происходит значи­тельно медленнее, чем соляной. Например, при равном соотноше­нии объема кислоты к поверхности (4 см³/см²) и концентрации, со­ляная кислота при взаимодействии с кальцитом нейтрализуется че­рез 20 мин почти на 90% , а сульфаминовая за это время - только на 50%.

  Плавиковая кислота ( HF )

  Товарная техническая плавиковая кислота содержит хлористый во­дород не менее 40%, кремнефтористоводородную кислоту - не более 0,4% и серную кислоту - не более 0,05% [26]. Поставляется HF (кон­центрация HF=30%) с плотностью 1150 кг/м³, температурой замерза­ния минус 35°С и вязкостью 0,53 мПа с (при 0°С). Продукт пожаро- и взрывоопасен, токсичен, при попадании на кожу дает ожоги, пары об­ладают сильным токсическим действием. Плавиковая кислота неогра­ниченно смешивается с водой. Транспортируют и хранят HF в эбони­товой или пластмассовой таре.

  Если для обработок скважин применяется HF, то имеют место ре­акции

SiО₂ + 4HF = SiF₄ + 2Н₂О                                                                       (1.2)

H₄Al₂SiО₉ + 14HF = 2A1F₃ + 2SiF₄ + 9H₂О                                                (1.3)

Реакция плавиковой кислоты с кварцем (1.1) протекает очень мед­ленно, что не представляет интереса при обработке ПЗП. Реакция HF с алюмосиликатами (1.2) является более важной и протекает очень бы­стро. Образующийся в результате реакции фтористый кремний SiF₄ реагирует с водой по схеме

2SiF₄ + 4H₂О = Si(OH)₄¯ + 2H₂SiF₄.                                                      (1.4)

Гидрат окиси кремния Si(OH)₄ по мере снижения кислотности рас­твора может из золы превратиться в студнеобразный гель и прочно за­печатать каналы фильтрации.

Если в пласте содержатся карбонаты Са или Mg, то в процессе их реакции с HF могут образовываться труднорастворимые осадки CaF₂¯ и MgF₂¯, которые снижают эффективность КО. Поэтому пла­виковую кислоту применяют в смеси с соляной кислотой - глинокис­лотная обработка (для терригенных пластов).

Бифторид-фторид аммония     

Бифторид-фторид аммония - композиция из двух химических ве­ществ (NH₄F HF+NH₄F), заменяет использование товарной плавико­вой кислоты, которая образуется непосредственно в процессе приготовления глинокислотного раствора в результате взаимодействия БФА с НС1 [4]:

NH4F HF + НСl = 2HF + NH4Cl;                                                      (1.5)

NH4F + НСl = HF + NH4Cl.                                                                (1.6)

  Молекулярная масса фторида аммония NH₄F составляет 37,04, плотность при 25 °С - 1010 кг/м³.

 Растворимость H₄F в воде в зависимости от температуры приведе­на ниже.

Температура, °С………….. 0 10 20 30 60   80

Растворимость, г/100 г……. 71,9 74,1   82,6   88,8 111 118

Фторид аммония представляет собой бесцветное вещество, которое разлагается при нагревании, растворяется в этаноле. Несмотря на то, что использование (NH₄F HF + NH₄F) требует повышенного расхода НС1 для приготовле­ния рабочего раство­ра (часть НС1 участ­вует в реакциях пре­вращения БФА в HF), реагент БФА перспективен, осо­бенно в труднодос­тупных районах, так как его  можно хра­нить и транспортиро­вать обычными мето­дами. Для этих целей используют двойные мешки (полиэтилен, крафт-бумага) или бочки с внутренней полиэтиленовой обо­лочкой. Реагент БФА малотоксичен.

Технология КО заключается в приготовлении 12...15% водного раствора кислоты в количестве 1...2 м³ раствора на 1 м толщины пласта. После закачки раствора в ПЗП сква­жину оставляют на реакцию кислоты с породой на время 1...2 ч, по­сле чего начинают закачку воды. Для увеличения охвата воздействи­ем раствора кислоты всей толщины пласта (в т.ч. низко проницаемых интервалов) к раствору добавляют ПАВ, КМЦ, ПАА. В последнее время КО применяют для очистки ПЗП от загрязнений после закачки воды.

Примерная технология проведения кислотной обработки скважин включает следующие мероприятия.     

1. Перед проведением обработок кислотным составом рекомендует­ся провести предварительную промывку ствола скважины не­большим объемом соляной кислоты (кислотная ванна).

2. Объем закачки реагента равен:

- для солянокислотной ванны - объему зумпфа и межтрубного пространства при условии подъема кислоты на 1...2 м выше верхних отверстий перфорации;

- для солянокислотной обработки:

- 0,75 1 м³/м толщины пласта в скважинах, выходящих из бурения;

- 1... 1,5 м³/м толщины пласта в добывающих скважинах, нахо­дившихся в эксплуатации до обработки.

Скважина выдерживается на реагирование кислоты с трубами в течение 2...3 часов.

3. Промывка ствола скважины водой.

4. Закачка и продавка в пласт кислотного раствора в объеме 0,5...2,0 м³/м толщины пласта. Объем продавочной жидкости ра­вен объему НКТ и затрубного пространства в интервале обработ­ки.

5. Скважина выдерживается на реагирование кислоты с породой в течение 0,5...1 суток.

6. Промывка скважины с целью выноса продуктов реакции.

7. Продавку кислотного раствора производят водой с добавлением ПАВ (0,2% от объема).

8. Очистка ПЗП от продуктов реакции с выносом отработанного раствора на поверхность может производиться по двум схемам:

- вынос отработанного раствора на поверхность, когда скважина промывается по прямой схеме через НКТ, с последующим переходом на обратную промывку;

- очистка скважины с применением пенной системы, путем закачи­вания пены с уменьшающейся плотностью, с последующей заменой ее на воду.