Карбонатты коллекторларда ұңғымаларды жаңдандыруға арналған тұз-қышқылды әсер ету технологиясын жетілдіру



Бұл мақалада ұңғыманың мұнай бергіштігін арттыру әдістерінің бірі тұз қышқылымен әсер ету технологиясы қарастырылған. Тақырып атауына сәйкес, мақалада тұз қыщқылымен ұңғыманың түп аймағын өңдеу кезіндегі карбонатты жыныстың қышқылмен жоғары жылдамдықпен реакцияға түсуінің алдын алу, яғни тұз қышқылымен әсер ету технологиясын жетілдіру шарасы сипатталады.

Кілт сөздер: тұз қышқылмен өңдеу, карбонатты жыныс, Дамкеллер саны, баяулатқыш.

В статье рассматривается один из методов повышения нефтеотдачи — соляно-кислотная обработка. В работе описывается предотвращение высокоскоростной реакции кислоты с карбонатной породой, то есть описывается усовершенствование технологии кислотных обработок скважин в карбонатных коллекторах.

Ключевые слова: соляно-кислотная обработка, карбонатная порода, число Дамкеллера, замедлитель.

Әлемдегі көмірсутектердің белсенді қорлары бірте-бірте сарқылуда. Көмірсутектердің қалдық және қиын өндірілетін қорларының үлкен бөлігі карбонатты коллекторларда шоғырланған (шамамен 60 %). Қазақстанда карбонатты коллекторларда шоғырланған көмірсутекті кеніштер көп, әдетте олар күрделі геологиялық құрылымды иеленеді. Мұндай қорлар қиын өндірілетін көмірсутекті қорлар қатарына жатады. Қиын өндірілетің мұнай және газ қорларын игеру, көмірсутектерді өндіру деңгейін ұзақ уақыт бойы қолдауға мүмкіндік береді.

Кен орындарын ұтымды игерудің бір элементі өндіру және айдау ұңғыма жұмысын қарқындату(интенсификация) болып табылады, ол үшін карбонатты қабаттарда тұз қышқылымен өңдеудің әртүрлі түрлері кеңінен қолданылады. Карбонатты коллекторларды тұз қышқылымен өңдеудің мақсаты тау жыныстарының (кальцит — CaCO₃, доломит — CaMg(CO₃)₂, магнезит — MgCO₃ және т.б) матрицасын еріту есебінен жаңа өткізгіш жарықтарды құру жәнеде ескі жарықтарды кеңейту болып табылады. Карбонатты коллекторларда тұз қышқылмен өңдеуді дұрыс жоспарлау және жүргізу кезінде 40–60 % жағдайда қабат түбінде скин-факторды теріс мәнге дейін азайтып, ұңғымалардың өнімділігін арттыруға ықпал етеді.

Ұңғымаға айдалатын тұзды-қышқылды ерітінділердің құрамы мен көлемі ұңғыманың түріне (айдау немесе өндіру), өнімді коллектордың құрамына және қабаттың түп маңы аймағына әсер етудің таңдалған технологиялық тәсіліне байланысты болады. Тұзды-қышқылды өңдеу кезінде негізгі реагентке (тұз қышқылының ерітіндісіне) қосымша компоненттер міндетті түрде қосылады. Біріншіден, бұл металл бөлшектердің коррозиясын болдырмау немесе азайту үшін қажетті коррозия ингибиторлары. Екіншіден, сірке қышқылын, әсіресе айдау ұңғымалары үшін қосу ұсынылады. Сірке қышқылы CH₃COOH 4–5 % — ға дейінгі мөлшерде карбонатты жыныстармен немесе қоспалармен қышқыл ерітіндісін бейтараптандыру қарқынын баяулатады. Бұл белсенді яғни, толықтай реакцияға түспеген ерітіндіні, терең енгізуді қамтамасыз етеді. Сірке қышқылы темір тотығы гидраттарының түсуін болдырмайды. Бір мезгілде сірке қышқылы негізгі жұмыс агенті ретінде де әрекет етеді, бірақ тау-жынысын тұзды қышқылға қарағанда аз дәрежеде ерітеді. Бұдан басқа, тұрақты су-мұнай эмульсияларының түзілуін болдырмау үшін қышқыл композицияларының құрамына деэмульгаторлар енгізуге болады. Құрамында 10–20 % тұз қышқылы, 3–5 % сірке қышқылы, 0,5–1,0 % коррозия ингибиторы, 0,5–1,0 % деэмульгатор бар қышқыл ерітінділері өндірісте жиі қолданылады [1].

Өңдеу кезінде қышқыл ерітінділердің шығын нормалары қабаттардың өткізгіштігіне, өңделетін қабаттың қалыңдығына, оның табиғатын ескере отырып есептеледі. Ұңғыманы тұз қышқылы ерітіндісімен өңдеу кезіндегі шығын үлес көлемі коллектор-қабаттың 1 м қуатына аз кеуекті жыныстар үшін 0,4–0,6 м³, әдетте олар аз өткізгішті болып табылатын, жоғары кеуекті, жиі жоғары өткізгішті болып табылатын жыныстар үшін 0,6–1,0 м³ құрайды. Қайта өңдеу кезінде әсердің тиімділігін қолдау үшін үлес шығысын 1,4–1,6 есе арттыру ұсынылады [1].

Карбонатты коллекторларды тұзды-қышқылды өңдеу(ТҚӨ) терең зерттеуді және мұқият модельдеуді талап ететін өте күрделі химиялық-технологиялық процесс. Аталған процесті қолданудағы негізгі қиындық — карбонатты қаңқасы бар жыныстың қышқылмен жоғары жылдамдықпен реакцияға түсуі. Карбонаттардың коллекторлық қасиеттерінің өте күрделі құрылымы мен біртексіздігі, оларды белсенді қышқыл ерітіндісімен қамту дәрежесін азайтып ТҚӨ тиімділігі айтарлықтай төмендетеді [2]. Қабаттың түп маңы аймағын тұз қышқылымен қандай да бір жетілдірусіз өңдеу кезінде оның тау-кен жыныстарына барынша әсері қабаттың жақын аймағында (ұңғыма маңында) болады. Қышқыл қабатқа кіре берісте өз белсенділігінің көп бөлігін жоғалтады, ал қабаттың алыстағы аймағында жыныспен әсерге түспейді. Нәтижесінде мұндай қышқылдық әсер ету механизмі әрбір өңдеу кезінде ұңғыма маңындағы аймақта жаңа жарықтардың ең көп санын өте қарқынды қалыптасуына және ескілерін кеңейтуге әкеледі, ал қабаттың алыстағы аймағында жаңа жарықтардың қалыптасуы мен ескілерін кеңейту іс жүзінде болмайды. Зертханалық эксперименттер мен кәсіптік тәжірибелер қабатқа қышқылды айдау процесінде қышқыл өнімді қабаттың едәуір бөлігін әсер етпей, бір арналар мен жарықтар арқылы қозғалатынын растайтынын ескерсек, ТҚӨ тиімділігі бір ұңғымада жүргізілген қайта өңдеу санының өсуімен тез төмендейді. Бұл қышқылдың жылдам жұмсалуына және өнімді қабаттың төмен өткізбейтін аралықтарына жеткіліксіз әсер етуіне әкеледі, яғни бұл жүргізілетін жұмыстардың тиімділігінің төмен екенін көрсетеді. Сондықтан қазіргі таңда карбонатты коллекторлардағы қалдық және қиын өндірілетін қорларына әсер ету әдістерін жетілдіруге баса назар аударылуда.

Карбонатты коллектордағы ТҚӨ тиімділігін бақылайтын кешенді параметр ретінде Дамкеллер санын қолданады [3]. Дамкеллер саны (Da) — химиялық реакция жылдамдығының конвективті тасымалдау жылдамдығына қатынасы. Яғни, ТҚӨ тиімділігі реагенттің түсу жылдамдығының қатынасымен немесе қышқыл ерітіндісінің кеуекті ортаға айдалуымен және минералдар мен қолданылатын қышқылдың химиялық қасиеттерімен анықталады деген болжам жасалды. Эксперименттердегі Дамкеллер саны келесі формула бойынша есептеледі:

Da = ,

мұндағы: q — қышқыл ерітіндісін айдау қарқыны; тиісінше d және L- керн үлгісінің диаметрі мен ұзындығы; k_r-келтірілген тұрақты химиялық реакцияның мәні.

Келтірілген формула арқылы жүргізілген көптеген зертханалық сынақ нәтижелері бойынша мынадай қорытынды жасауға болады:

– Дамкеллер санының үлкен мәндерінде қышқыл көптеген кеуектік арналарға бірқалыпты еніп, оларды кеңейтеді. Реакция жылдамдығы өте үлкен болғандықтан, минералды қаңқаны толығымен бұзып карбонатты минералдар толығымен ериді, реакция тек ұңғыманың қабырғаларында және жақын ұңғыма аймағында ғана іске асырылады, кабаттың алыс аймақтарына енбейді;

– Дамкеллер санының аз мәндерінде әсердің жалпы тереңдігі өте үлкен емес, қышқыл толық шектелген, бірақ көп бос кеңістіктерге (арналарға) әсер етеді, жоғары өткізгіш арналарда күрделі тармақталған жүйе құрады. Қышқылдың түп маңы аймағына енуі Дамкеллер санының үлкен мәніне қарағанда сәл тереңірек;

– Дамкеллер санының оптимальді мәндері (0,1–1 аралығы) кезінде қабаттың тереңдігіне барынша алыс (айдау көлемі тең болған жағдайда) енетін салыстырмалы тік арналар-жарықтар пайда болады. Бұл жарықтар ұңғыма мен қабаттың арасында барынша мүмкін болатын гидравликалық байланысты қамтамасыз етеді.

Бұл дегеніміз тұз қышқылын барынша мүмкін болатын жылдамдықпен айдап, қабатпен диффузияға түсу жылдамдығын азайтса ТҚӨ тиімділігі бірнеше есеге артатыны сөзсіз. Отандық және шетелдік тәжірибеде диффузия жылдамдығын азайтуға бағытталған түрлі әдістер қолданылады. Мұндай әдістердің негізін ТҚӨ қоспаларының диффузия процесінің баяулауын тудыратын әртүрлі химиялық құрамдар құрайды. Оларды «баяулатқыштар» деп атайды. «Баяулатқыш» құрам тау-кен массасын еріту қабілетін сақтай отырып одан әрі қабатқа енеді. Сондықтан белсенді қышқыл фронтының тереңдеуі нәтижесінде қабатты қышқылмен қамту коэффициенті артады. Баяулатқыштардың әрекет ету принципі жүйенің тұтқырлығының өзгеруімен немесе қышқыл ерітіндісінің жыныс бетіне қол жетімділігін өзгертуге байланысты. Көбінесе баяулататын ерітіндінің негізгі компоненті жынысты қышқылдың әсерінен белгілі бір уакытқа қорғайтын, жыныс бетінде адсорбцияланатын төмен полярлы органикалық заттар болып табылады. Әсердің тиімділігін арттыру үшін БӘЗ және эмульгаторлар қосылады. Реагенттердің карбонат жынысымен қышқылдық реакция жылдамдығын баяулататын әсерлерін зертханалық зерттеу нәтижелері «ДН-9010М», «ЗСК-1» және «СНПХ-6501А» компоненттерінің жоғары тиімділігін көрсетті [4]. Карбонатты жыныстарды тұз қышқылымен еріту процесіне әсер етудің ең оптимальді параметрлеріне «ЗСК-1» реагенті ие. «ЗСК-1» құрамына полигликоль, деэмульгатор және БӘЗ кіреді. Қышқыл жұмыс ерітінділерінде» «ЗСК-1» реагентін қолдану аз еритін қосылыстар мен тұрақты эмульсиялардың түзілуін болдырмайды және экологиялық талаптарға сай.

Жүргізілген зерттеулер негізінде алынған мәліметтер бойынша ұсыныстар төменде келтірілген:

1. Қышқыл ерітіндісінің ұсынылатын құрамы келесідей: 12–15 % тұз қышқылы, 3–5 % сірке қышқылы, 0,5–1,0 % коррозия ингибиторы, 0,5–1,0 % деэмульгатор;
2. Өткізілетін эксперименттер кезінде ұсынылатын қышқыл құрамының қасиетін Дамкелердің оптимальді санына жеткізу.
3. Ерітіндіні айдаудың тиімді көлемі 1 м перфорацияланған қалыңдықта шамамен 0,7–2 м³ құрайды. Айдаудың бұл тиімді көлемі бойынша Ресей ғалымдарының дайындаған математикалық моделі ТҚӨ тиімділігі 10–15 % — ға артатынын көрсетті
4. Айдау ұңғымаларында ТҚӨ тиімділігін арттыру мақсатында карбонатты жыныспен қышқыл арасындағы реакцияны баяулататын арнайы құрамды пайдалану ұсынылады.

Әдебиеттер:

1. Чижов А. П., Андреев В. Е., Чибисов А. В.,Иванов Д. В., Андреев А. Е. Интенсификация притока из карбонатных коллекторов для условий Волго-Урала // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2016. —Вып.3 (105). —С. 35–42.
2. Андреев В. Е., Дубинский Г. С. Метотехнологический подход как научная методология решения проблем в нефтегазодобыче // Нефтегазовые технологии и новые материалы (проблемы и решения).Уфа: ООО «Монография», 2012. —Вып. 1 (16).С. 36–44.
3. Ле Вьет Хай, Велиев М. М. Повышение продуктивности добывающих скважин на основе некислотных компонентов с образованием кислотного состава на забое скважин // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефте продуктов. 2015. —Вып. 4 (102). —С. 52–59.
4. Чижов, А. П. Совершенствование соляно-кислотного воздействия в условиях карбонатов Волго-Урала [Текст] / А. П. Чижов, В. Е. Андреев, А. В. Чибисов, С. Л. Орловский, К. М. Федоров, Д. В. Иванов // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти нефтепродуктов. — 2017. — Вып. 4 (110). — С. 26–35.