Изучение влияния скорости закачки кислотных растворов на структуру каналов фильтрации

В наше время ключевым методом повышения количества добытой нефти из коллекторов, насыщенных нефтью, является соляно-кислотная обработка призабойной зоны скважины и пласта. Внедрение в разработку сложных месторождений Западной Сибири с карбонатами трещинно-кавернозно-поровой структуры зачастую не ведет к значительному эффекту от использования обычных кислотных композиций ввиду недостаточного опыта осуществления данных геолого-технических решений.

Одной из ключевых проблем также является доставка в нужном количестве опасной жидкой соляной композиции на промыслы, которые расположены на большом расстоянии от инфраструктуры для транспортировки крупных объектов. По этой причине перспективно использование следующих составов: кислотного состава с внедрением параформа и хлорида аммония, сульфаминовой кислоты, азотнокислой мочевины.

Одним из основных параметров эффективности кислотной обработки является образование червоточин - каналов высокой проводимости. В трудах Фредда, Фоглера и Хоэфнера установлено, что для любой кислоты, независимо от ее силы, возможен выбор определенных параметров фильтрации (концентрация, скорость закачки), при которых бы образовывались каналы с формой, определяющей максимальный приток флюида в скважину из пласта. Без осуществления лабораторных испытаний тяжело определить оптимальную скорость закачки кислоты в пласт для образования каналов нужной нам структуры.

Целью работы является определение оптимальных скоростей фильтрации кислотных составов через модель карбонатного коллектора для образования сквозных каналов вида червоточины [1,2].

Экспериментальная часть.

Эксперименты по осуществлению кислотной обработки карбонатного керна велись на установке ACRS-830Z при температуре 25 °С, всестороннем давлении обжима 27 МПа и внутрипоровом давлении 10 МПа. Сперва испытываемые образцы обладали пористостью 11–15 % и проницаемостью 0.069–0.183 мкм2. Основным параметром эффективности кислотной обработки было кратное увеличение относительной фазовой проницаемости по нефти для пластовой модели после осуществления кислотной обработки.

С целью решения задачи исследования были применены композиции кислот тех же концентраций, что и в работе 3: сульфаминовая кислота – 15% мас., соединение параформа и хлорида аммония – 40% мас., азотнокислая мочевина – 12% мас. Проведено 4 опыта фильтрационных исследований на карбонатах, отличающихся скоростью закачки кислотного состава (от 0.01 до 1 см3/мин).

После реализации кислотной обработки карбонатного коллектора устанавливается форма получившегося канала методом продольного распиливания или раскалывания породы.

Результаты и их обсуждение.

На начальном этапе фильтрации любого кислотного состава в модель пласта видно повышение перепада давления, объясняющееся уменьшением проницаемости породы по причине заполнения пор маленькими частицами карбонатов, отделяющимися от породы. По мере распространения кислоты в пластовой модели наблюдается увеличение в объеме и удлинение канала фильтрации, что приводит к резкому понижению перепада давления, проницаемость пластовой модели сильно повышается.

Основным при моделировании кислотной обработки коллектора было образование разветвленной структуры каналов (доминирующей червоточины) в обрабатываемых образцах керна. Несмотря на это, результаты первых фильтрационных исследований растворов кислот отразили то, что при скорости закачки кислотного раствора равной 0.25 см3/мин зачастую не формируются червоточины. Для определенного кислотного состава нужно экспериментами выбирать оптимальную скорость фильтрации.

Результаты исследований выявили то, что возможно получение структуры каналов, меняющейся от конической до разветвленной, посредством регулирования скорости фильтрации кислотной композиции. Зависимость между закаченными поровыми объемами раствора до прорыва скоростью закачки кислоты показана на рисунке 1. Прорывом кислотного состава являлась точка, где проницаемость образца карбонатного коллектора повышалась минимум в 100 раз к исходной [1].

Рисунок 1 - Зависимость числа закаченных поровых объемов до образования прорыва от скорости закачки кислоты

При фильтрации соляно-кислотной композиции со скоростью закачки 0.4 см3/мин необходимо наименьшее количество раствора для получения сквозного фильтрационного канала с формой червоточины; в данном случае тратится около 5.5 поровых объемов кислоты. Уменьшение скорости закачки (от 0.3 до 0.1 см3/мин и менее) ведет к повышению необходимого для прорыва кислоты объема, потому что растворение преобладает на торце образца, что соотносится с большой скоростью реакции кислоты с карбонатным коллектором. Повышение скорости фильтрации от 0.5 см3/мин и более тоже не ведет к уменьшению объема кислоты – в данном случае она фильтруется по доминирующей червоточине; наблюдается ее значительное расширение с формированием маленьких ответвлений [2].

На рисунке 2 показаны формы каналов, полученных при фильтрации соляной кислоты в смеси с параформом и хлоридом аммония.

Кинический Kut«Lt ристгтирения Q — 0.1 м’/яин

0,5% NaOHUHliCOC. 0,5% МЭА     PuJHtTfWt. ttTWblN KtiNTL T фор.чмс канючив Q — 0.2 с.ч3/.н№< Q — 0,5 см3/.чин

Рисунок 2 - Каналы растворения, образовавшиеся при фильтрации кислоты на основе параформа и хлорида аммония с разными скоростями:

1 - канал растворения; 2 - объем породы

Рисунок 3 - Зависимость константы скорости взаимодействия от оптимальной скорости закачки кислотного раствора

Получение конической формы канала связано с превышением скорости взаимодействия породы и кислоты в сравнении со скоростью нагнетания кислоты. Наблюдается значительное растворение торца модели пласта. При скорости взаимодействия породы и кислоты меньше скорости фильтрации получается канал с большим разветвлением. Оптимальная структура – червоточина – образуется при скорости закачки кислоты, близкой к скорости взаимодействия; в данном случае требуется наименьшее количество кислоты.

Реализованный ряд лабораторных исследований говорит о том, что повышение константы скорости реакции кислот с коллектором ведет к увеличению скорости оптимальной закачки кислоты для образования каналов со структурой червоточины (рисунок 3).

Исследования фильтрации кислотных растворов на моделях карбонатного коллектора сделали возможным определение оптимальной скорости нагнетания исследуемых кислот. Для соляной кислоты значение Qопт = 0,40 см3/мин, для сульфаминовой Qопт = 0,25 см3/мин, для параформа и хлорида аммония = 0,20 см3/мин, для азотнокислой мочевины = 0,10 см3/мин. При данных кинетических характеристиках кислотной обработки необходимо наименьшее количество кислотного раствора для получения сквозного канала и образуются червоточины, обеспечивающие максимизацию притока углеводородов из нефтяного коллектора [3].