THE SELECTION OF ACID COMPOSITION BASE AND SOME SPECIAL ADDITIVES FOR BAZHENOV FORMATION TREATMENT

Фарманзаде А.Р.¹, Литвин В.Т.², Рощин П.В.³

¹Студент,

²Аспирант,

³Кандидат технических наук,

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

ПОДБОР ОСНОВЫ КИСЛОТНОГО СОСТАВА И СПЕЦИАЛЬНЫХ ДОБАВОК ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА БАЖЕНОВСКОЙ СВИТЫ

Аннотация

В работе представлены результаты исследования растворимости насыпки из керна пород баженовской свиты различными кислотами для выбора основы кислотного состава. Рассмотрено влияние некоторых реагентов на межфазное натяжение между кислотой и нефтью. В заключении представлены выводы по результатам исследований и направления дальнейшей деятельности, направленной на подбор кислотного состава для условий баженовской свиты.

Ключевые слова: сланцевая нефть, баженовская свита, межфазное натяжение, азотная кислота, соляная кислота.

Farmanzade A.R.¹, Litvin V.T.², Roschin P.V.³

¹Student,

²Postgraduate student,

³PhD,

National Mineral Recourses University (University of Mines)

THE SELECTION OF ACID COMPOSITION BASE  AND SOME SPECIAL ADDITIVES FOR BAZHENOV FORMATION TREATMENT

Abstract

There are the results of the study of acid solubility of milled Bazhenov’s formation core rock sample for the choice of acid composition base in this paper. Results of some reagents effect on interfacial tension between acid and oil have been distinguished. Some conclusions of study results for next investigations of bitumen deposits of Bazhenov formation are presented in the summary.

Keywords: shale oil, Bazhenov formation, interfacial tension, nitric acid, hydrochloric acid.

В течение нескольких десятилетий ученые «бьются» над проблемой освоения углеводородных ресурсов баженовской свиты (БС), а прогнозируемые колоссальные запасы нефти высокого качества только лишь подогревают интерес как у отечественных, так и у иностранных нефтяных компаний к этому объекту. Несмотря на столь длительное время, приемлемое решение для рентабельной разработки залежей нефти в отложениях баженовской свиты до сих пор не найдено.

Существуют попытки и планы освоения запасов БС, среди которых можно выделить бурение вертикальных скважин с кислотной обработкой и с использованием других методов интенсификации притока [1, 2], термогазовое воздействие (ТГВ) [4], бурение горизонтальных скважин (ГС) с многостадийным гидроразрывом пласта (МГРП).

Среди перечисленных технологий заслуживает внимания способ разработки залежей нефти БС путем бурения горизонтальных скважин с проведением многостадийного гидроразрывом пласта, по примеру освоения запасов сланцевой нефти в США. Как известно, пласты БС имеют относительно небольшие толщины 15-30 м и сложное геологическое строение [8]. Применение ГС, имеющих большую область дренирования по сравнению с вертикальными скважинами, увеличит удельную добычу нефти на одну скважину, а значит уменьшит общее количество скважин, с сохранением проектных показателей. Еще одним преимуществом ГС по сравнению с вертикальными является возможность связать несколько зон с повышенными фильтрационно−емкостными свойствами. Известно, что пласты БС отличаются резкой неоднородностью данного показателя [9]. Бурение ГС может значительно увеличить проектный коэффициент извлечения нефти (КИН), однако проведение ГРП не всегда эффективно. По данным разработки Средне-Назымского месторождения в 2008 г., проведение кислотной обработки пластов БС оказалось более чем в три раза эффективнее гидроразрыва пласта. Средний эффект от кислотной обработки составил 16,7 т/сут, а от гидроразрыва пласта – 5 т/сут.

Учитывая данный факт, а также технологическую простоту и высокую эффективность от проведения правильно подобранной технологии кислотной обработки продуктивных интервалов [1] авторы данной статьи предлагают использовать направленную кислотную обработку в горизонтальном стволе как основной метод воздействия на продуктивные пласты БС.

Целью дальнейших исследований стал подбор основы кислотного состава для условий залегания пластов БС.

Базовые составляющие рабочего агента выбираются исходя из минерального состава интервала, на который планируется воздействовать с целью восстановления и улучшения фильтрационно-емкостных свойств. Для облегчения данного процесса, в таблице 1 рассмотрены часто применяемые кислоты и их возможные реакции с минералами, которые содержатся в составе баженовской свиты.

Таблица 1 - Реакции распространенных кислот с породослагающими минералами баженовской свиты

Минерал Кислота	Пирит FeS2	Кальцит CaCO3	Доломит CaMg(CO3)2	Каолинит Al2Si2O5(OH)4	Кварц SiO2
Реакция с HCl	+	+	+	+-	-
Реакция с HF	+	+-	+	+	+
Примечание		↓CaF2
Реакция с HNO3	+	+	+	-	-
Реакция с H3PO4	+-	+-	+-	-	-
Примечание	↓FeHPO4	↓CaHPO4	↓CaHPO4 ↓MgHPO4
Реакция с H2SO4	+	+-	+-	-	-
Примечание		↓CaSO4	↓CaSO4 ↓MgSO4
Реакция с NH2HSO3	-	+	+	-	-
Реакция с CH3COOH	+	+	+	-	-
Реакция с С6H8O7	+	+	+	-	-

Как видно из таблицы, в качестве основы кислотного состава можно использовать соляную, азотную и уксусную кислоты. Эти кислоты при реакции с минералами не вызывают образования осадков, которые могут полностью закольматировать низкопроницаемые фильтрационные каналы. Использование сульфаминовой кислоты (NH₂HSO₃) не желательно, так как при повышенных температурах протекает интенсивный гидролиз, в результате которого происходит накопление ионов в кислотном составе [3].

Первым этапом исследований стала оценка растворяющей способности кислот. Для этого из интервала глинисто-карбонатно-кремнистых пород баженовских отложений отбирался непригодный для фильтрационных исследований керн. Он дробился до частиц размером менее 100 мкм и экстрагировался смесью различных растворителей. В баночку объемом 100 мл с термостойкой крышкой насыпалось три грамма навески, предварительно высушенной при 105 . Далее баночка с навеской помещалась в термошкаф и выдерживалась при пластовой температуре (100 ) в течение 60 мин вместе с плотно закрытой крышкой. После термостатирования в баночку с навеской помещался магнитный якорь со специальным покрытием. Надо заметить, что при изучении растворяющей способности кислот, авторами [6] отмечается большее влияние перемещения масс по сравнению с концентрацией кислоты для минералов с высокой реакционной способностью. Поэтому все работы проводились в динамике с использованием магнитной мешалки. Для обеспечения равномерного растворения минералов добавлялось 15 мл подогретой кислоты с помощью шприца. Этот объем обеспечивал покрытие как самой навески, так и магнитного якоря мешалки. Баночка плотно закрывалась и устанавливалась на одну из позиций мешалки. Для всестороннего прогрева, баночка покрывалась теплоизолирующим материалом из стекловолокна.  Температура эксперимента составляла 100 , время эксперимента 1 час – среднее время проведения кислотной обработки, без учета подготовительных работ. По истечению времени, навеска с кислотой переносилась на предварительно взвешенный бумажный фильтр типа «синяя лента», промывалась дистиллированной водой и высушивалась до постоянной массы при температуре 105 . Общая растворяющая способность кислоты определялась по формуле:

где  исходная масса навески в граммах, масса высушенного до постоянной массы фильтра с прореагировавшей навеской, масса фильтра.

Рис. 1 - Результаты растворения пород баженовской свиты кислотами в различных концентрациях

Как видно из рисунка 1, растворяющие способности азотной и соляной кислот значительно превосходят данный показатель у уксусной и лимонной во всех рассматриваемых концентрациях. Оптимальная концентрация HCl и HNO₃ равна 8% . Использование более высоких концентраций не приводит к значительному повышению растворяющей способности кислоты и увеличивает коррозионную активность.

Одним из больших преимуществ азотной кислоты является отсутствие вторичных осадков, однако она обладает более низкой реакционной способностью с карбонатами [3], а также большей коррозионной активностью по сравнению с HCl. Еще одним недостатком азотной кислоты является окисление нефти, вплоть до коксования (рис.2А).

Рис. 2 -  Коксование нефти в ходе теста на совместимость баженовской нефти с химически чистым 8% раствором азотной(А) и соляной(Б) кислот

Реакция же HCl с нефтью баженовской свиты протекает с образованием стойкой эмульсии (рис.2Б), что в очередной раз доказывает невозможность использования химически чистых кислот для проведения кислотных обработок.

Кислотный состав должен обладать хорошей проникающей способностью, а также пониженной реакционной способностью для облегчения процесса закачки кислоты и проникновения в глубь пласта. Поэтому, следующим этапом исследований стало изучение межфазного натяжения на границе кислота-нефть с добавкой к кислоте ПАВ и спирта.

В качестве агентов, понижающих межфазное натяжение, были протестированы такие распространенные добавки к кислотным составам, как изопропиловый спирт и поверхностно-активное вещество Нефтенол-К. На рис.3 приведены результаты экспериментов с добавлением к соляной и азотной кислотам ПАВ. При концентрациях Нефтенола-К в азотной кислоте свыше 1% происходит помутнение раствора; такие составы отбраковывались.

Рис. 3 - Результаты измерения межфазного натяжения на границе кислота-нефть с добавкой Нефтенола-К

 

Как видно из графика, добавление Нефтенол-К к соляной кислоте значительно уменьшает межфазное натяжение на границе с нефтью. Касательно азотной кислоты данный ПАВ в исследуемых концентрациях заметного результата не дал.

При добавление изопропилового спирта результат оказывается совершенно иным (рис.4).

Рис. 4 - Результаты измерения межфазного натяжения на границе кислота-нефть с добавлением изопропилового спирта

Изопропиловый спирт в концентрациях до 30 масс.% при добавке к азотной кислоте снижает межфазное натяжение на границе с нефтью баженовских отложений, а при добавке к соляной - увеличивает. Однако уже при 40% его содержания в кислотах происходит инверсия данных показателей.

Таким образом в качестве основы для кислотных составов рекомендуется использование соляной кислоты, обладающей достаточно высокой растворяющей способностью по отношению к породам баженовской свиты. Данные кислоты при реакции с баженовскими отложениями не образуют труднорастворимых осадков, что крайне важно в случае с низкопроницаемым коллектором.

Использование соляной кислоты является более предпочтительным. Как показали эксперименты, её водный раствор обладает более низкими значениями межфазного натяжения на границе с нефтью баженовских отложений в сравнении с азотной кислотой.

С целью облегченной доставки кислоты в пласт к соляной кислоте рекомендуется добавлять ПАВ. Спирт с данной задачей не справляется и даже наоборот будет увеличивать сопротивление при закачке кислотного состава.

Дальнейшие исследования будут направлены на подбор составляющих кислотного состава для непростых условий залегания баженовской свиты. Добавки должны обеспечить: хороший контакт кислоты с породой, за счет частичной очистки породы от тяжелых фракций углеводородов; допустимую степень коррозии по отношению к подземному оборудованию скважины; относительно низкую скорость растворения пород при высоких пластовых температурах, характерных баженовской свите. Придание вышеописанных свойств кислотному составу адаптированному к конкретным условиям позволит проводить обработки призабойной зоны пласта с невысокими экономическими рисками, в отличии от дорогостоящей технологии ГРП.

Литература

1. Алексеев А.Д. Природные резервуары нефти в отложениях баженовской свиты на западе Широтного Приобья: дис. канд. г.-мин. наук. –М., 2009.
2. Ахметов Р.Р., Лицкий В.П., Тепляков Е.А. Работы по интенсификации притоков в процессе ГРР по Территориальной программе на нераспределенном фонде недр ХМАО // Вестник Недропользователя. № 7.
3. Глущенко В. Н., Силин М. А. Нефтепромысловая химия: Изд. В 5-ти томах.–Т. 4. Кислотная обработка скважин //М.: Интерконтакт Наука. – 2010.
4. Кокорев В.И. Технико-технологические основы инновационных методов разработки месторождений с трудноизвлекаемыми и нетрадиционными запасами нефти: Автореф. дис. док. техн. наук. – М., 2010.
5. Красильщиков А.И. Действие минеральных кислот на железо//ЖОХ -1944 - Т. 14. №4-5. -С.261 – 269.
6. Кристиан М., Сокол С., Константинеску А. Увеличение продуктивности и приемистости скважин //М.: Недра. – 1985. – С. 46-47.
7. Степанов В.П., Ахапкин М.Ю., Табаков В.П. и др. Основные итоги и перспективы разработки баженовской свиты Салымского месторождения // Геофизика. №4. С.211-218.
8. Стрижнев К.В., Литвин В.Т. Повышение эффективности технологии интенсификации добычи нефти для коллекторов баженовской свиты // НефтьГазПромышленность. № 50.
9. Филина С.И., Корж М.В., Зонн М.С. Палеография и нефтеносность баженовской свиты Западной Сибири, М.: Наука, 1984, 36 с.

References

1. Alekseev A. D. Prirodnye rezervuary nefti v otlozheniiakh bazhenovskoi svity na zapade Shirotnogo Priobia: dis. kand. g. –min. nauk-M., 2009.
2. Akhmetov R. R., Litckii V. P., Tepliakov E. A. Raboty po intensifikatcii pritokov v protcesse GRR po Territorialnoi programme na neraspredelennom fonde nedr KhMAO// Vestnik Nedropolzovatelia. 2001. №7.
3. Glushchenko V. N., Silin M. A. Neftepromyslovaia khimiia: Izd. v 5-ti tomakh. T.-4. Kislotnaia obrabotka skvazhin// M.: Interkontakt Nauka.-2010.
4. Kokorev V. I. Tekhniko-tekhnologicheskie osnovy innovatcionnykh metodov razrabotki mestorozhdenii s trudnoizvlekaemymi i netraditcionnymi zapasami nefti: Avtoref. dis. dok. tekhn. nauk.- M., 2010.
5. Krasilshchikov A. I. Deistvie mineralnykh kislot na zhelezo// ZhOKh -1944 – T. 14. № 4-5. –S. 261 - 269.
6. Kristian M., Sokol S., Konstantinesku F. Uvelichenie produktivnosti i priemistosti skvazhin //M.: Nedra.- 1985.- s.46-47.
7. Stepanov V. P. Akhapkin M. U. Tabakov V. P. i dr. Osnovnye itogi i perspektivy razrabotki bazhenovskoi svity Salymskogo mestorozhdeniia// Geofizika. 2007. №4. s. 211-218.
8. Strizhnev K. V. Litvin V.T. Povyshenie effektivnosti tekhnologii intensifikatcii dobychi nefti dlia kollektorov bazhenovskoi svity// NeftGazPromyshlennost. 2013. №50.
9. Filina S.I. Korzh M.V. Zonn M.S. Paleografiia i neftenosnost bazhenovskoi svity Zapadnoi Sibiri, M.: Nauka, 1984, 36 s.