5.2. Влияние температуры и давления на кислотную обработку скважин

Глубина проникновения кислоты в пласт зависит от скорости ее реакции с породой. Установлено, что скорость реакции зависит от химического состава пород, от объема кислоты, приходящейся на единицу поверхности пород, от пластовых температуры и давления.

С повышением температуры, например с 20 до 60^оС, скорость реакции, независимо от начальной концентрации кислоты, увеличивается в 1,5 - 8 раз. Следовательно, реакционная способность холодной кислоты гораздо меньше, чем теплой той же концентрации. Поэтому холодную кислоту можно закачать в пласт на большее расстояние, сохранив ее активность.

С повышением давления скорость взаимодействия кислоты с породой уменьшается. В пластовых условиях на основании опытных данных установлены следующие показатели уменьшения скорости взаимодействия кислоты с породами при различных давлениях.

1. При давлении 0,7 МПа время нейтрализации 15% кислоты увеличивается примерно в 6-10 раз по сравнению со временем нейтрализации при атмосферном давлении.

2. При давлении 0,7-1,0 МПа происходит скачкообразное уменьшение скорости взаимодействия. Время нейтрализации увеличивается в 30-35 раз.

3. При давлении 2-6 МПа скорость нейтрализации кислоты уменьшается приблизительно в 70 раз.

5.3. Термокислотная обработка скважин

В скважинах с отложениями в призабойной зоне парафиновых или асфальто- смолистых веществ (АСВ), кислотная обработка будет более эффективной, если забой скважины предварительно подогреть, чтобы расплавить эти вещества. Для этого скважину предварительно промывают горячей нефтью или производят термокислотную обработку. Это комбинированный процесс: в первой фазе осуществляется тепловая обработка забоя скважины раствором горячей соляной кислоты за счет экзотермической реакции кислоты с каким- либо веществом; Во второй фазе, следующей без перерыва за первой, производится обычная кислотная обработка.

Известно много веществ, вступающих в экзотермическую реакцию с HCl (карбид кальция, алюминий и др.) Однако наилучшим признан магний, так как при реакции с ним выделяется большое количество тепла, а продукты реакции полностью растворяются.

При взаимодействии соляной кислоты с алюминием, хотя и выделяется тепла больше, чем при реакции с магнием, продукты её в виде гидрата окиси алюминия выпадают в осадок и закупоривают поры пласта.

Mg + 2HCl + H₂O = MgCl₂ + H₂O + H₂ + 461 кДж

24,3+2(1+35,5)+(2+16) = (24,3+235,5)+(2+16)+2 - в грамм-молекулах.

Таким образом, при взаимодействии 73г чистой HCl с 24,3 грамм магния происходит полная нейтрализация раствора, при которой выделяется 461,4 кДж тепловой энергии. Очевидно, что при взаимодействии 1000г Mg выделится 18987 кДж тепла.

Определим количество 15% раствора HCl для растворения 1 кг магния.

х = 73 1000/ 24,3 = 3004г чистой HCl

Для растворения 1кг магния потребуется:

V = 3004/ 161,2 = 18,61литров 15% раствора HCl,

где 161,2 г содержание чистой HCl в 1л 15% раствора.

Необходимое количество 15% соляной кислоты на 1 кг Mg для получения различных температур дано в таблице.

Таблица 5.1

HCl, л	50	60	70	80	100
Т раств,оС	120	100	85	75	60
Ост. конц. HCl,%	9,6	10,5	11	11,4	12,2

Из уравнения баланса теплоты

Q = V C_v t (5.1)

следует, что при реализации всей выделившейся теплоты Q на нагрев V л. раствора, имеющего теплоемкость C_v (кДж / л ^оС) нагрев раствора составит:

t = Q/(VC_v) (5.1¹)

Принимая теплоемкость 15% раствора HCl равной теплоемкости воды C_v = 4,187 кДж/ л^оС получим:

t= 18987/(18,61 4,187) = 243,2^оС

На столько градусов увеличится температура раствора при полном использовании теплоты на нагрев только продуктов реакции.

Чтобы сохранить активность раствора кислоты для взаимодействия с породой, его количество на 1 кг магния надо брать больше, чем 18,61 литра. Однако и температура при этом получится ниже в соответствии с таблицей 6.1.

Существует два вида обработки.

1. Термохимическая обработка ПЗС - обработка горячей кислотой, при которой для растворения магния подается избыточное количество HCl для сохранения концентрации HCl 10-12% и растворения карбонатов породы.

2. Термокислотная обработка ПЗС - сочетание термохимической и непрерывно следующей за ней кислотной обработкой. Причем кислотная обработка может быть как обычной, так и под давлением.

Скорость прокачки раствора HCl должна быть такой, чтобы в течение всего процесса на выходе наконечника была одинаковая запланированная температура и постоянная остаточная кислотность раствора. Это условие трудно выполнимо.

С помощью опытных прокачек в поверхностных условиях определили , что при давлениях более 3 МПа, рекомендуется применять магний в виде стружки, причем чем больше давление, тем магниевая стружка должна быть мельче и тоньше. При давлениях ниже 3 МПа - в виде брусков квадратного и круглого сечения. Причем чем ниже давление, тем площадь поперечного сечения этих брусков может быть больше. Так при давлении до 1МПа используются бруски с площадью 10-15 см². При давлении от1 до 3 МПа площадь поперечного сечения брусков уменьшают до 1-5 см².

Термохимические солянокислотные обработки ПЗС эффективны в скважинах с низкими пластовыми температурами, в призабойной зоне которых наблюдается отложение твердых углеводородов (смолы, парафины, асфальты).

Для проведения термокислотной обработки применяется специальный реакционный наконечник , который спускается на НКТ до забоя скважины. Обычно используются наконечники, вмещающие от 40 до 100 кг магния, через которые прокачивается соответствующее количество HCl.

Р и с. 5.1. Схема реакционного наконечника.

1-муфта НКТ; 2-переводник; 3-верхняя труба наконечника; 4-пластина-решетка; 5-воронка -газоотборник;6-нижняя труба; 7-ниппели для выброса горячей кислоты; 8-термометр-самописец.

Верхняя труба 3 наконечника через переводник 2 крепится к муфте НКТ 1. Труба 3 заполняется стержнями магния, в ней происходит реакция между магнием и прокачиваемым раствором HCl. Нижняя труба 6, в которую из верхней трубы через пластину-решетку 4 поступает кислотный раствор, нагретый вследствие реакции с магнием, предназначена для выброса горячей кислоты на стенки скважины через ниппели 7, ввинченные в отверстия трубы. Эти отверстия расположены попарно в шахматном порядке через каждые 0,5 м длины трубы.

Для дегазации горячего раствора, поступающего в нижнюю трубу, в муфтовом соединении между верхней и нижней трубами установлена воронка- газоотборник 5. Для удаления освобожденного водорода в верхней части нижней трубы под муфтой просверливают 4-6 отверстий  3мм по окружности трубы.

В нижней части трубы 6 на шпильках устанавливается термометр-самописец 8 для записи температуры во время процесса. Для защиты от действия горячего раствора термограф помещают в железный кожух.