Oczyszczanie studni kwasem: technologie i sprzęt

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Oczyszczanie studni kwasem jest jedną z technologii wykorzystywanych przy budowie studni i ich eksploatacji. Jego głównym celem jest oczyszczenie odwiertu w celu stymulowania napływu płynu ze zbiornika. Istnieje kilka modyfikacji tej technologii, w zależności od trybu stymulacji zbiornika i warunków geologicznych.

Cel i zasada

Oczyszczanie kwasem jest stosowane w wierceniu, obsłudze i konserwacji instalacji do produkcji ropy w celu rozwiązania następujących problemów:

• oczyszczanie strefy dennej podczas zagospodarowania odwiertu (w celu dopływu płynu złożowego po zakończeniu jego budowy);
• intensyfikacja (wzrost debetu);
• czyszczenie filtra i dna z zanieczyszczeń gromadzących się podczas pracy, po wtryśnięciu wody lub naprawie studni;
• usunąć osady w strunach osłonowych i innym sprzęcie podziemnym.

Kwasy wpompowane do studni rozpuszczają skały zawierające wapń (wapień, dolomit i inne), a także cząsteczki cementu, które pozostają w otworze dennym po zacementowaniu pierścienia.

Typy przetwarzania

W praktyce eksploatacji i konserwacji instalacji do produkcji ropy naftowej wyróżnia się następujące rodzaje obróbki kwasowej:

• matryca (wtrysk odczynnika pod ciśnieniem, którego wartość jest mniejsza niż szczelinowanie hydrauliczne);
• kąpiele kwasowe in situ (proste leczenie);
• pod wysokim ciśnieniem (podczas szczelinowania kwasem);
• ekspozycja interwałowa;
• termiczna obróbka kwasem.

Ten ostatni rodzaj technologii jest stosowany w sytuacjach, gdy pory zbiornikowe w strefie dennej są zatkane złożami parafiny, smołą i węglowodorami o dużej masie cząsteczkowej.

Kąpiele w studniach kwasowych są przeprowadzane głównie w następujących przypadkach:

• pierwotny rozwój (uruchomienie studni);
• czyszczenie otwartych filtrów;
• czyszczenie filtra zablokowanego przez rury osłonowe z materiałów rozpuszczalnych w kwasach.

Rodzaje odczynników

Podstawowe substancje stosowane w kwasowaniu odwiertów to kwas solny i kwas fluorowodorowy HF, a także ich mieszanina (kwas glinkowy). Rzadziej używane inne kwasy:

• octowy;
• sulfamic;
• mrówka;
• siarka;
• mieszaniny kwasów organicznych.

Jeżeli formacja geologiczna znajduje się w warunkach wysokiej temperatury, do formacji pompowany jest kwas octowy lub mrówkowy. Stosowanie kwasu amidosulfonowego jest uzasadnione w przypadkach, gdy zbiorniki składają się ze skał siarczanowych i węglanowych żelazonośnych, ponieważich reakcja z kwasem solnym powoduje wytrącanie gipsu lub bezwodnego siarczanu wapnia.

Roztwór roboczy odczynnika jest przygotowywany na komercyjnych zasadach kwasowych i transportowany w cysternach drogowych lub kolejowych, pomalowanych wewnątrz odporną emalią, powłoką gumową lub ebonitową.

Oczyszczanie kwasem odbywa się nie tylko w szybach naftowych, ale także w szybach wstrzykiwania wody (w celu utrzymania ciśnienia złożowego) oraz w studniach artezyjskich. Prace w studniach abisyńskich, na płytkich głębokościach, można wykonać za pomocą bailera do czyszczenia studni.

Główne parametry

Na wybór składu odczynnika wpływają następujące czynniki:

• Pękanie skały. Przy wysokiej wartości tego wskaźnika wskazane jest stosowanie zagęszczonych kwasów i pianek. Pomaga to zwiększyć zasięg formacji. W celu zagęszczenia kwasu dodaje się karboksymetylocelulozę (CMC).
• Zanieczyszczenie dolnego otworu zawiesinami mineralnymi i niska przepuszczalność porowatego zbiornika. W tym przypadku, aby poprawić penetrację odczynnika, preferowane są kwasy węglanowe, w których zmniejsza się napięcie powierzchniowe na granicy ze skałą. Do napowietrzania cieczy stosuje się powietrze, azot, dwutlenek węgla.
• Skład mineralny skał. Pokłady składające się z piasku, piaskowców i mułów są traktowane kwasem gliniastym.
• Temperatura dna. Tak więc stosowanie kwasu amidosulfonowego jest ograniczone faktem, że po podgrzaniu do 80 ° C rozkłada się on z wodą o 43%. W temperaturze powyżej 115 ° C, skoncentrowanykwas solny.

Wymagana ilość kwasu jest obliczana na podstawie wzoru i zależy od następujących czynników:

• grubość przedziału formowania zakwaszonego;
• porowatość skał;
• głębokość przetwarzania;
• promień studni.

Maksymalne ciśnienie wtrysku jest określane przez następujące kryteria:

• cele i metoda przetwarzania;
• wytrzymałość obudowy produkcyjnej;
• grubość pomostu między roboczym a sąsiednim interwałem formowania.

Czas trwania ekspozycji na kwas jest określany empirycznie - poprzez pomiar jego stężenia w roztworze przemieszczonym w głowicy odwiertu przez rurki. Średnia wartość tego parametru mieści się w ciągu 16-24 godzin.

Suplementy

W czystej postaci kwasy są rzadko używane. Następujące substancje są stosowane jako dodatki do nich w przemyśle naftowym:

• inhibitory korozji - zapobiegające uszkodzeniom obudowy, rur i innego sprzętu;
• kompleksujące związki, które zapobiegają tworzeniu się żelu lub wodorotlenku żelaza, który zatyka pory kolektora;
• azotan potasu do obróbki anhydrytów (siarczanów);
• stabilizatory utrzymujące produkty reakcji w stanie rozpuszczonym;
• kwas cytrynowy lub octowy do obróbki skał węglanowych zawierających żelazo;
• środki powierzchniowo czynne lub wzmacniacze (OP-10, OP-7 i inne) do poprawyzwilżalność skał i ułatwiają usuwanie produktów reakcji z odwiertu.

Kwas solny

W przypadku zakwaszania dołków przy użyciu HCl, jego optymalne stężenie wynosi 10-16%. Bardziej nasycone roztwory nie są używane z następujących powodów:

• zmniejszony współczynnik rozpuszczania;
• wzrost korozyjności;
• wzrost zdolności emulgowania;
• zwiększają wytrącanie soli po zmieszaniu z wodą tworzącą sól.

Podczas obróbki skał zawierających siarczany do płynu roboczego wprowadzane są dodatki z soli kuchennej, siarczany potasu lub magnezu oraz chlorek wapnia. Ta ostatnia substancja służy również jako opóźniacz neutralizacji kwasów w podwyższonych temperaturach przy dnie otworu.

Kwas fluorowodorowy

Kwas fluorowy ma silne działanie i jest używany do rozpuszczania następujących materiałów:

• związki krzemianowe w formacjach terygenicznych;
• zaczyn z gliny lub cementu wchłonięty podczas wiercenia lub obróbki studni;
• skorupa cementowa na dole.

Fluorek amonu-dwufluorek jest również używany jako substytut tego odczynnika, którego zużycie jest 1,5 raza mniejsze.

Proste traktowanie kwasem solnym

Proste zabiegi są wykonywane za pomocą pojedynczej pompy. Przed wstrzyknięciem kwasu studnię przepłukuje się wodą w celu wstępnego usunięcia cząstek szlamu i innych zanieczyszczeń. Jeżeli w otworze dennym i w przewodach (rurkach) znajdują się osady parafiny lub żywic, to wjako płyn do płukania stosuje się rozpuszczalniki organiczne - naftę, skroplony propan-butan i inne. Przetwarzanie na wyeksploatowanych polach można wykonać za pomocą dobrze czyszczącego bailera.

Działania wstępne obejmują również następujące operacje:

• montaż podziemnej jednostki naprawczej przy głowicy;
• usuwanie sprzętu wiertniczego (do obsługi studni);
• przewody schodzące do dolnych perforacji leczonego interwału:
• Wyposażenie głowicy odwiertu ze złączkami do orurowania i zaworem zwrotnym;
• orurowanie zespołu pompującego z przewodami, nośnikiem kwasu, cysternami z płynem wyporowym;
• hydrotestowanie rurociągów wtryskowych pod ciśnieniem 1,5 raza wyższym niż robocze.

Następnie do studni wpompowywany jest kwas w objętości równej wnęce rurki, po czym zawór pierścieniowy jest zamykany. Następnie wtryskuje się pozostałą część odczynnika i płynu wypierającego. Odgazowana ropa naftowa jest wykorzystywana jako ta ostatnia w odwiertach produkcyjnych. Jak wygląda proces kwasowania na poniższym obrazku.

Po przepompowaniu pełnej objętości zamknij zawór buforowy, odłącz pompę i inne wyposażenie. Kwas pozostaje w studni przez czas wymagany do rozpuszczenia, po czym produkty reakcji chemicznej są odzyskiwane przez pompę przez płukanie wsteczne.

Technologia interwałowa

Podczas otwierania zbiornika ropy i gazu z warstwami o różnychprzepuszczalność, prosta obróbka studni kwasem prowadzi do tego, że wpływa ona tylko na warstwę najbardziej przepuszczalną. W takich przypadkach wskazane jest użycie technologii interwałowej.

Aby odizolować każdą warstwę, w studni zainstalowane są 2 pakery. Przepływ roztworu kwasu przez pierścień jest uniemożliwiony poprzez jego cementowanie. Po przetworzeniu wybranego odcinka zbiornika przechodzą do następnego.

Kwasowe szczelinowanie i obróbka kwasem termicznym

Oczyszczanie kwasem odwiertów pod wysokim ciśnieniem odbywa się podczas eksploatacji i rozbudowy zbiorników o niejednorodnej przepuszczalności. W takich przypadkach zwykłe kąpiele kwasowe są nieskuteczne, ponieważ kwas „odchodzi” w dobrze przepuszczalnych warstwach, podczas gdy inne obszary pozostają odsłonięte.

Przed wstrzyknięciem odczynnika warstwy o wysokiej przepuszczalności są izolowane za pomocą pakerów (podobnie jak w poprzedniej technologii). Działania przygotowawcze są przeprowadzane zgodnie ze schematem prostej kwasowej obróbki studni. Sznur osłonowy jest chroniony przez zainstalowanie zakotwiczonego pakera na rurze.

Jako odczynnik roboczy stosuje się emulsję przygotowaną z roztworu kwasu solnego i oleju. Jak wygląda układ agregatu Azinmash-30A do wtrysku kwasu do zbiornika pokazano na poniższym rysunku.

To urządzenie jest wyposażone w wysokociśnieniowe trójnurnikowe pompy poziome. Czasami do przetwarzania wykorzystywane są 2 przepompownieinstalacja. Przemysł naftowy produkuje również inne jednostki - UNTs-125x35K, ANTs-32/50, SIN-32, produkowane na podwoziu KrAZ lub URAL. Typowy układ jednostek obejmuje podwozie kołowe terenowe, platformę montażową, na której zainstalowano główne urządzenia technologiczne, pompy wysokociśnieniowe, zbiornik do transportu i podawania odczynnika, kwasoodporny kolektor składający się z ciśnieniowego i ssącego rurociągi.

W przypadku obróbki kwasem termicznym końcówki reakcyjne są opuszczane do studni. Ich wnęka wewnętrzna jest wypełniona magnezem w postaci wiórków lub granulek, a powierzchnia zewnętrzna posiada perforowane otwory. Pod wpływem kwasu magnez uwalnia dużą ilość energii cieplnej.

Ochrona sprzętu przed korozją

Odczynniki stosowane w kwasowej obróbce studni są środowiskami korozyjnymi w stosunku do metali. Szybkość korozji części wykonanych ze stali St3 w temperaturze 20°C i stężeniu 10% HCl wynosi 7 g/(m²∙h), a dla mieszaniny 10 % HCl i 5% HF – 43 g/(m^{2∙h). Dlatego inhibitory są stosowane do ochrony metalu sprzętu:}

• formalina;
• katapina;
• urotropina;
• I-1-A inhibitor;
• unicol i inne.

Bezpieczeństwo studni kwasowania

Do zakwaszania formacji używane są substancje toksyczne i łatwopalne. W przypadku wycieku lub rozlania można spowodować duże szkodyśrodowisko.

Plan uzdatniania kwasu jest opracowywany i zatwierdzany przez głównego inżyniera OGPD. Prace prowadzone są zgodnie z pozwoleniem i przepisami technologicznymi. Obowiązują następujące środki bezpieczeństwa:

• Pozostałości chemikaliów i płynów myjących są gromadzone w specjalnych pojemnikach do późniejszej utylizacji.
• Stężenie oparów kwasu jest monitorowane za pomocą analizatora gazów.
• Urządzenia pompujące i zbiorniki są instalowane w odległości co najmniej 10 m od głowicy, kabiny samochodów znajdują się w przeciwnym kierunku.
• Podczas wstrzykiwania kwasów w pobliżu jednostek przebywają tylko ci pracownicy, których czynności są bezpośrednio związane z konserwacją sprzętu; wszystkie inne osoby są usuwane na bezpieczną odległość.
• Zabrania się wykonywania prac przy silnym wietrze, mgle oraz w nocy.
• Prace naprawcze i instalacyjne na rurociągach i urządzeniach procesowych nie są przeprowadzane do momentu zwolnienia ciśnienia w systemie.
• W celu ochrony przed działaniem kwasów stosuje się środki ochrony osobistej – odzież specjalną (gumowe fartuchy, buty), rękawice gumowe, okulary, maski, maski przeciwgazowe.

Pole powinno mieć również zapasy kombinezonów i środków chemicznych do neutralizacji kwasów (wapno, kreda, chloramina i inne). Cały personel operacyjny i inżynierski jest zobowiązany do okresowego szkolenia i certyfikacji w zakresie znajomości przepisów bezpieczeństwa zgodnie z harmonogramem zatwierdzonym przez kierownika przedsiębiorstwa.