|
ادامه مطالب...
اسيد هاي معدني ديگر،
کاربرد زيادي در اسيد کاري ندارند. به طور مثال اسيد سولفوريک ( ) باعث تشکيل سولفات هاي
غير قابل حل مي شود با اسيد نيتريک ( ) توليد گاز هاي سمي مي
کند. استفاده از اسيد سولفاميک به علت خاصيت خورندگي کم آن پيشنهاد مي شود. اما
استفاده از آن به علت خوررندگي فلز کروم و قيمت بالاي آن محدود مي گردد.
2-2-2- اسيد هاي آلي
از اسيد هاي الي به علت
خورندگي کمتر فلزات در دما هاي بالا در عمليات انگيزش چاه ها استفاده مي شود.
هنگامي که زمان تماس اسيد با لوله ها زياد باشد، مثلاً اگر اسيد به عنوان سيال جا
به جا کننده در عمليات سيمان کاري استفاده شود و يا اين که سطوح فلزي از جنس
آلومينيوم، منيزيم ويا کر مي باشد پيشنهاد مي شود از اين اسيد ها استفاده مي شود. همچنين از اين اسيد
ها ( خصوصاً اسيد سيتريک ) مي توان به عنوان عامل کنترل کننده آهن براي ساير سيستم
هاي اسيدي استفاده نمود.
غالباً چهار نوع اسيد آلي
در عمليات اسيد زني استفاده مي گردد که عبارتند از: اسيد استيک، اسيد سيتريک، اسيد
ايندريد و اسيد فورميک.
اسيد استيک()
متداول ترين نوع اسيد آلي
که براي تحريک چاه ايستفاده مي شود، اسيد استيک است. اين اسيد در آب و اکثر حلال
هاي آلي به هر نسبتي حل مي شود. و معمولاً با غلظت هاي 5/7 تا 10 درصد در سازند
هاي آهکي و دولوميتي استفاده مي گردد.
اسيد استيک نسبت به اسيد
کلريدريک دو مزيت دارد: يکي اثر خوردگي کمتر که باعث مي شود بر محفظه فلزي اثر
نکند، دوم ضعيف تر بودن آن که باعث مي شود عمل خوردگي سنگ مخزن با تأني بيش تري
انجام شده و فرصت تماس با قسمت هاي بيش تري را داشته باشد.
همچنين از مزاياي ديگر آن
مي توان به کاهش آسيب سازند، کاهش تورم و آماس رس ها و خوردگي کم کم در مقابل
فلزات اشاره نمود. اين اسيد گرانتر از اسيد کلريدريک و اسيد فورميک مي باشد.
معمولاً از آن در حجم هاي کم و يا به صورت مخلوط با Hcl به عنوان کند کننده واکنش و يا اسيد ضعيف شده
استفاده مي شود.
واکنش شيميايي آن با سنگ
هاي کربناته به صورت زير مي
باشد:
(2-7)
(2-8)
اسيد استيک کاربرد هاي
خاص ديگري هم دارد. مي توان آن را به عنوان حلال آروماتيکي . يک حلال جانبه و با
متانول، براي از بين بردن بلوک هاي آبي و شکستن امولسيون ها به کار برد.
اسيد انيدريداستيک
اين اسيد به علت نقطه انجماد پايين تر نسبت به اسيد استيک (170-)، در مناطق با آب و هواي سرد کاربرد دارد. خصوصيات آن مشابه
اسيد استيک بوده و تنها تفاوت آن ميزان حجم مصرفي آنهاست. مقايسه نشان داده مي دهدکه قدرت که قدرت يک گالن اسيداندريد که
با 113/0گالن از آب مخلوط شده برابر با 127/7 گالن از اسيد استيک مي باشد.
اسيد فورميک(HCooH )
تنها اسيد آلي که کاملاً
با آب امتزاج است، اسيد فورميک مي باشد. اين در حالت مايع قوي تر از اسيد استيک
است. ولي از Hcl ضعيف تر است. در تحريک طبقات در چاه ها ي داراي
حرارت زياد، اين اسيد را به صورت مخلوط با اسيد کلريدريک و به عنوان اسيد تاخيري
ضعيف شده مورد استفاده قرار مي گيرد. در چنين شرايطي معمولاً نسبت اختلاط 8 تا 10
درصد مي باشد. واکنش اين اسيد با کربنات ها به صورت زير مي باشد.
جلوگيري از خوردگي در
اسيد فورميک بسيار آسان است. البته اين جلوگيري در دماهاي بالا و زمان هاي طولاني
تماس به اندازه اسيد استيک موثر نخواهد بود.
اسيد سيتريک( )
هنگامي که Hcl
به تراشه و براده هاي آهن حاصل از لوله و ادوات حفاري و نيز کاني هاي آهن
در خود طبقات برخورد مي کند، کلريد آهن توليد مي شودکه با افزايش PH اسيد به صورت رسوب غير قابل حل
هيدروکسيد آهن در مي آيد. اين رسوب گذاري مي تواند منجر به کم شدن تراوايي سازند و
کم شدن قابليت تزريق پذيري گردد. از
اسيد سيتريک مي توان جهت رفع مشکل خرده هاي آهن و جلوگيري از رسوب ترکيبات آهن در
محلول اسيد کلريدريک استفاده نمود.
ميزان مصرف اسيد سيتريک
بستگي به درصد آهن داشته و معمولاً هر 50 پوند اضافه شده به 1000 گالن اسيد به
منظور جلوگيري از رسوب ppm
2000 آهن در محلول مي باشد.
2-2-3- اسيد هاي پودر شده
و يا کريستالي
اين دسته از اسيد ها، از
نظر عملکرد ضعيف تر از اسيد هاي معدني و آلي هستند، ولي از آن جا که به صورت پودر
يا کريستال هستند حمل و نقل آن ها راحت تر مي باشد. اين اسيد ها را مي توان در محل
مورد نظر به راحتي در آب حل کرده و مورد استفاده قرار داد. مسئله مهم در مورد اين
دسته از اسيدها، درجه حرارت است. اين اسيد ها در دماي بالاتر از180 تجزيه شده و خواص خود را از دست مي دهند. به همين دليل استفاده
از آن ها در دماهاي بالاي 160 توصيه نمي گردد.
2-2-4- هيبريداسيدها
هيبراسيد ها مجموعه اي از اسيد هاي آلي و معدني
هستند که به منظور بهره گيري از خواص هر دو دسته به کار گرفته مي شوند. به طور
مثال چون سرعت اسيد کلريدريک زياد و دوام کم آن کم است ، به منظور افزايش عمر
اسيد، مي توانيم از اسيد استيک يا اسيد فرميک استفاده کنيم. در اين حالت اسيد هاي
معدني ابتدا اثر مي کنند و مادامي که خاصيت اسيدي آن ها از بين نرفته است، اسيد
هاي آلي همچنان به صورت فعال باقي مي مانند و بعد از اسيد معدني شروع به عمل مي
کنند.
به کار بردن اين مجموعه اسيد باعث مي شود که
عمق نفوذ اسيد در سنگ مخزن افزايش يابد.
2-3- اسيد کاري ماتريسي در طبقات کربناته
در اسيد کاري سنگ هاي کربناته اسيد هاي مورد
استفاده عموماً Hcl با فشار و سرعت کمي براي جلوگيري از
ايجاد شکاف در سنگ کافي باشد، تزريق مي گردد. مي توان به منظور مينيمم کردن مشکلات
خوردگي در دماهاي بالاتر از 400، به جاي Hcl از اسيد هاي آلي استفاده نمود. هدف اسيد کاري با
Hcl ، کنار گذر کردن آسيب با ايجاد کانال
هاي هدايتي (سوراخ هاي کرمي) يا خوردن قسمت هاي بسته شده شکاف ها در سازند هاي
شکاف دار با نفوذ پذيري کم است. عموماً اسيد کاري کربناته، اعداد پيوسته منفي را
نتيجه مي دهد و دليل آن هم باز شدن مجدد کانال هاي طبيعي و ايجاد سوراخ با نفوذ
پذيري بالا در محدوده ي نزديک چاه است.
بعد از تزريق اسيد،
معمولاً يک عمليات شستشو با آب يا هيدروکربن انجام مي گيرد تا تمام اسيد را از
لوله ها و چاه تميز نموده و خارج نمايند.
2-3-1- مکانسيم حمله اسيد
هنگامي که اسيد به داخل
سازند کربناته پمپ مي گردد، اسيد ابتدا به سمت بخش با نفوذ پذيري بالا مي رود.
يعني به سمت شکاف ها و درز و ترک هاي موجود حرکت مي کند. واکنش اسيد در بخش با
نفوذپذيري بالا، باعث ايجاد کانال ها ي جريان با تراوايي و رساناي زياد مي شود.
آزمايشات روي مغزه هاي خطي، نشان مي دهند ايجاد سوراخ هاي کرمي به سرعت تزريق
اسيد، هندسه کانال ها و مقدار اسيد بستگي دارد.
در شکل(2-2) تشکيل يک
سوراخ کرمي در يک حفره آهکي تحت تزريق Hcl
نشان داده شده است.
شکل (2-2) ايجاد يک Wormhole
در اثر تزريق Hcl در
يک حفره آهکي ( L=5in , D = 1.5 in)
در اولين تماس اسيد با
سنگ، چند شکاف بزرگ تشکيل مي شود.بعد از مدتي شکاف ها کاهش يافته و به چند تا از
آن ها که تمام اسيد را قبول مي کنند، محدود مي گردد. سوراخي که در شکل (2-2) ديده
مي شود تقريباً تمام اسيد را پذيرفته و تشکيل يک سوراخ کرمي را داده است که در
سرتاسر طول چاه گسترش مي يابد. نتايجي که از
تست هاي آزمايشگاهي و تئوري هاي اسيد کاري ماتريس به دست آمده نشان مي دهد
که Hcl داراي واکنش بالايي در شرايط مخزن
بوده و ميل دارد تعدادي محدود سوراخ کرمي را تشکيل دهد. البته اگر هيچ آزمايشي و
تحقيقي تا کنون نتوانسته است تعداد، اندازه و يا طول اين سوراخ ها را پيش بيني
نمايد، اما اگر نرخ واکنش اسيد شديد باشد تئوري ها پيش بيني مي نمايند که تعداد
کمي سوراخ تشکيل مي شود. اگر نرخ واکنش کم باشد تعداد بيش تري با قطر کم تشکيل مي
شود.ولي در اغلب واکنش ها يک سوراخ ايجاد مي گردد.
سوراخ کرمي را مي توان به
اين صورت توضيح داد که روزنه هاي بزرگتر تمايل به دريافت اسيد بيش تري دارند که هم
ناحيه تاثيرشان را گسترش دهند . هم مسافت بيش تري حرکت کنند. اين تاثير مداوم، يک
کانال بزرگ در سنگ ايجاد مي کند. شاخه
شاخه و منشعب شدن پديده سوراخ کرمي، به سرعت تزريق بستگي دارد. هنگامي که سرعت
تزريق افزايش پيدا کند، يک شبکه متراکم و نازکتر از کانال ها به وجود مي آيد.
همچنين گسترش اين انشعابات به افزايش دما و قدرت اسيد نيز بستگي دارد.
طول سوراخ ها، اساساً با
کاهش نرخ هرزروي سيال افزايش مي يابد. براي اين منظور بايد از افزودني هاي ضد هرزروي
استفاده شود. نوع و غلظت اين افزودني ها بايد به دقت انتخاب گردد. البته استفاده
از مقادير زياد اين افزودني ها مي تواند باعث گير کردن در خلل وفرج سازند و جلوگيري از کامل شدن عمليات گردد.
همين طور مقدار کم اين افزودني ها نيز موثر نخواهد بود.
معمولاً افزودني هاي موثر
مثل پليمر هايي که در اسيد متورم مي شوند با اسيد هاي امولسيوني شده به علت
ويسکوزيته بالاي آن ها نتيجه بهتري نسبت به استفاده ار اسيد هاي تنها مي دهند.
همان طور که قبلاً بحث
شد، افزايش توليد در اسيد کاري ماتريسي معمولاً محدود به جا به جايي آسيب هاي
سازند مي باشد. بدون مواد جلوگيري کننده از هرزروي عمق نفوذ اسيد معمولاً به چند
فوت محدود مي گردد. حداکثر انگيزشي که از اسيد کاري ماتريسي بدون مواد هرزروي بدست
مي آيد 5/1 برابر قبل از خروج آسيب است. با يک افزودني ضد هرزروي مناسب طول سوراخ
کرمي مي تواند از 10 فوت تجاوز نمايد و
نيز نرخي هاي انگيزش مي توانند از 2 برابر تجاوز کنند.
البته لازم به ذکر است که
نرخ انگيزش حقيقي حاصل از اسيد کاري قالبي را در سنگ هاي کربناته نمي توان پيش
بيني نمود چون تعداد و موقعيت سوراخ ها قابل پيش بيني نيستند.
2-3-2 اسيدهاي مورد
استفاده
همان طور که بيان شد
معمولاً Hcl به عنوان اسيد براي اسيد کاري سنگ
هاي کربناته استفاده مي شود. در بعضي موارد و فرآيند ها به نظر مي رسد که Hcl اسيد مناسبي براي استفاده نباشد، در اين موارد
از مواد فرعي و ثانوي ديگر نظير اسيد استيک و اسيد فورميک استفاده مي شود. طبيعت
ضعيف، واکنش تاخيري، قابليت استفاده دردما هاي بالا و نيز قابليت حب کنندگي در
طبقات ناخالص و آلوده، از دلايل استفاده از اين نوع اسيد ها مي باشد. البته بايد
توجه نمود که قيمت اسيد هاي آلي زيادتر بوده و توانايي تاثير و انتقال سنگ هاي
آهکي را به اندازه Hcl دارا نمي باشد. .در جدول (2-1) مقدار و زمان
واکنش اين اسيدها مقايسه شده است. اسيد هاي ضعيف نظير اسيد استيک با سيستم اسيد
هاي کند کار، بيش تر تمايل دارند سوراخ هايي ايجاد کنند که داراي انشعاب و شاخه
باشند. اين امر مطلوب مي باشد، اما اين مطلوبيت در صورتي که اين انشعاب ها تا
محدود و مورد نظري گسترش داشته باشند. (شکل2-3)
شکل ( 2-3 ) چگونگي
عملکرد اسيد استيک و Hcl در
طبقات
جدول2-1- مقايسه اسيد
کاري کربنات ها
زمان نسبي واکنش*
ترکيب شده به وسيله 1000گالن
اسيد ( lb )
نوع و غلظت اسيد ( % )
7/0
1
6
12
5
12
18
6
12
18
890
1840
3670
4860
910
710
1065
2420
2380
1700
Hcl 5/7
Hcl 15
Hcl 28
Hcl 36
Formic 10
Acetic 10
Acetic 15
Formic
5/7
Hcl 14
Acetic 10
Hcl 14
Formic
8
Acetic 14
·
اين نسبت برابر قدرت واکنش اسيد نسبت به مدت واکنش اسيد Hcl با غلظت 15 درصد مي باشد.
به علت اين که واکنش Hcl در برخورد با سنگ هاي دولوميت و
کلسيت سريع است، اخيراً روش هايي ارائه شده است که نرخ واکنش را کاهش مي دهند و
بدين وسيله اجازه مي دهند اسيد نفوذ عمق تري را در سازند داشته باشد و يا به صورت
يکنواخت در اطراف چاه واکنش انجام دهد. تکنيک هاي پيشنهادي را مي توان به دو بخش
طبقه بندي نمود:
1- روش اول اين تکنيک ها
ضعيف و کند کار نمودن Hcl مي باشد. مواد جديد زيادي توسط شرکت هاي سرويس
دهنده اسيد کاري توليد شده است که به نحو موثري Hcl را کند کرده و واکنش را کند مي
نمايد. اين مواد و طرز استفاده از آنها را مي توان با مراجعه به دستورالعمل کمپاني
هاي سرويس دهنده بدست آورد.
2- روش ديگر، تزريق يک سري
مواد شيميايي ديگر به طبقه است که واکنش آرامي داشته و به يک مقدار کنترل شده اي
اسيد توليد مي نمايد. سپس اين اسيد هاي توليد شده مي تواند با کاني هاي سنگ مخزن
واکنش انجام دهد. اين فرايند ها نرخ واکنش را به وسيله توليد اسيد برجا در يک نرخ
کنترل کننده محدود مي کنند. از فوايد اين روش برحذر بودن از مسئله خوردگي است، چون
که مواد شيميايي که به چاه تزريق مي شوند، داراي درجه خوردگي بسيار کمتري نسبت به
اسيد مي باشند.
2-4- فاکتور هاي موثر در اسيد کاري
براي انجام يک طراحي
مناسب اسيد کاري، بايد کليه عوامل تاثير گذار مورد توجه قرار گيرندو اين عوامل
عبارتند از:
فشار
جهت بررسي اين فاکتور،
دوباره واکنش اسيد کلريدريک و سنگ کربنات کلسيم را در نظر مي گيريم؛
(2-10)
اگر مجموعه فوق در حالت
سکون باقي بماند، انجام واکنش پس از مدتي باعث رکود آن خواهد شد. آزمايش هاي عملي
نشان داده است که سرعت فعل و انفعال در اتمسفر در مقايسه با مقدار مربوط به تئوري
تجزيه مولکول ها، تا حدود 20 درصد افزايش
خواهد داشت. به ايم دليل که در فشار اتمسفر، حرکت گاز و خروج آن از محيط، باعث
به حرکت در آمدن مجموعه باقيمانده شده و حالت سکون را از بين مي برد و تماس يون
هاي هيدروژن با سنگ آهک را ساده تر مي کند. بنابراين مي توان گفت که هر چه فشار بر
مجموعه کمتر باشد، شدت فعل و انفعالات
بيش تر خواهد بود.
غلظت اسيد
انجام آزمايش هاي عملي و
همچنين تئوري هاي جديد، وجود رابطه زير را در مورد اثر Hcl بر سنگ آهک، را اثبات کرده اند:
(2-11)
که در آن،
: شدت فعل و انفعال H (.secmol/
)
: ضريب فعاليت Hcl
C : غلظت اسيد (mol/L )
: قدرت اسيد
K : ضريب شدن فعل و انفعال
اين فرمول نشان مي دهد که بر خلاف تصور هاي قبلي، اثر اسيد
در فعل و انفعال، رابطه چندان مستقيمي با غلظت اسيد ندارد.
دما
در فرمول (2-11) ضريب شدت فعل و انفعال(K ) در75 به ميزان محاسبه گرديده است.
آزمايشات نشان داده است که هر چه درجه حرارت بيش تر باشد، مقدار ضريب فوق نيز
افزايش مي يابد. اين افزايش تا دماي خاصي ادامه داشته و بعد از آن ثابت باقي مي
ماند. در مورد واکنش Hcl با سنگ آهک، اين مقدار در دماي 150اتفاق مي افتد.
بنابراين
با افزايش درجه حرارت، شدت فعل و انفعال بيش تر مي گردد و فقط محدوديت در حرکت و
خروج گاز است که عامل هاي ديگر مانند فشار در آن موثر است. شکل هاي (2-3) و (2-4)
سرعت هاي نسبي واکنش اسيد کلريدريک 15 درصد را با سازند هاي آهکي در فشار هاي
مختلف نشان مي دهد.
شکل (2-4) سرعت هاي نسبي واکنش Hcl با
سازند هاي آهکي در 75
شکل (2-5) سرعت هاي نسبي واکنش Hcl با
سازند هاي آهکي در 140
نوع
اسيد
نوع
اسيد و قدرت آن بستگي به قابليت جدا شدن يون هاي دارد.
(2-12)
غلظت تعادلي مجموعه را مي توان به قرار زير تعريف کرد:
(2-13)
ثابت تفکيک اسيد HA مي
باشد. هر چه مقدار آزاد شده بيش تر باشد، افزايش خواهد يافت و در
نتيجه اسيد قوي تر خواهد بود.( جدول 2-2 )
نوع اسيد
وزن مولکولي
ثابت تفکيک اسيد
نتيجه
اسيد کلريدريک
47/36
بزرگ تر از 10
اسيد قوي
اسيد فورميک
03/46
اسيد ضعيف
اسيد استيک
05/60
اسيد ضعيف
اسيد کلرواستيک
5/94
اسيد ضعيف
جدول 2-2 – مقايسه اسيد ها از نظر ثابت تفکيک
تعادل شيميايي
به طور کلي يک فعل و انفعال شيميايي تا زماني ادامه مي کند
که مواد موجود در مجموعه، به حالت تعادل برسند، بنابراين بايد شرايط را به گونه اي
فراهم کرد که مدت زمان رسيدن به تعادل افزايش يابد و فرصت بيش تري به اسيد داده
شود، تابتواند از تمامي قدرت خود استفاده کند( مثلاً با افزايش دما و کاهش فشار
.)به طور کلي در يک مجموعه Hcl و
سنگ آهک، پس از به وجود آمدن آب، و نمک محلول، فعل و انفعال
به حال تعادل مي رسد. و حتي با وجود داشتن اسيد و سنگ آهک موجود در مجموعه، ديگر
فعل و انفعال صورت نخواهد گرفت، در اين حالت اگر گاز را به نحوي از مجموعه خارج
کنيم، مجدداً اسيد و سنگ آهک واکنش داده تا دوباره به حالت تعادل در آيند.
با مطالعاتي که بر روي مقادير مساوي اسيد هاي
مختلف در مجموعه هاي مشابه انجام گرفته، درصد اسيد مصرف شده، بعد از رسيدن به
تعادل شيميايي محاسبه شده است و در جدول (2-3) ارائه گرديده است.
نوع اسيد
درصد اسيد مصرف شده
اسيد کلريدريک
5/99
اسيد فرميک
5/84
اسيد استيک
46
جدول (2-3) درصد مصرف بعد از رسيدن به تعادل شيميايي
نسبت سطوح تمام سنگ مخزن به حجم اسيد مصرفي
در اکثر بررسي ها و مطالعاتي که صورت گرفته، موضوع نسبت سطح
تمام مخزن نسبت به حجم اسيدي که در نظر گرفته مي شود از فاکتور هاي بسيار مهم
بشمار مي آيد و ثابت شده که هر چه اين نسبت بيش تر باشد، انجام فعل و انفعال سريع تر و راحت تر صورت مي گيرد و در
شکل ( 2-6 ) مقايسه اي از اين نسبت ها براي ترکيب اسيد کلريدريک 15 درصد و سنگ آهک
آورده شده است.
غلظت اوليه اسيد ها در شروع فعل و انفعال 3 مول در ليتر
بوده است.
شکل (2-6) – منحني هاي مصرف اسيد نسبت به زمان براي نسبت
سطح به حجم اسيد هاي مختلف
( نسبت سطح به اسيد مصرفي براي A,B,C به ترتيب برابر 88:1 ، 32:1، 4:1 مي
باشند )
جنس و مشخصات مخزن
هر گاه اسيد به داخل سنگ مخزن پمپ مي گردد، يقيناً قسمت
هايي را مورد تهاجم قرار مي دهد که با آن ها در تماس باشد. آزمايشات متعدد نشان
داده است که اثر اسيد بر سنگ به صورت يکنواخت نيست. اين بدين دليل است که تمام
قسمت هاي سنگ مخزن داراي خواص يکساني نيستند. بديهي است که در يک مسير که خلل و
فرج موجود در سنگ به همديگر مرتبط باشند، اسيد از آن راحت تر عبور کرده و بر آن
قسمت بهتر اثر مي کند.
به طور خلاصه، جنس و نوع سنگ مخزن، خلل و فرج موجود در آن
ها، شيار ها و فشردگي هاي آن تاثير مهمي در عمليات اسيد زني خواهد داشت.
2-5- افزايه هاي سيالات اسيد کاري
انتخاب يک سيال مناسب در موفقيت عمل اسيد کاري ماتريسي، نقش
اساسي را ايفا مي کند. اين سيال ها به
گونه اي طراحي شده اند که به طور موثر آسيب را از بين برده و يا اين که آن
را کنارگذر کنند. حال آن که افزايه ها به منظور جلوگيري و عدم تشکيل لجن و
امولسيون، جلوگيري از رسوب آهن، پاکيزه سازي و پوشش دهي منطقه ... مورد استفاده
قرار مي گيرند.
همچنين در پيش شوينده ها و پس شوينده ها به منظور تثبيت
کردن رس ها و پراکنده کردن پارافين ها و آسفالتين ها از افزايه ها استفاده مي شود.
در اين بخش عملکرد تعدادي از افزايه ها به طور مختصر مورد بحث قرار مي گيرد.
2-5-1- بازدارنده هاي خوردگي
از مهم ترين و بيش ترين افزايه هاي اسيدي، مواد محافظت
کننده در برابر خوردگي هستند.اين افزايه ها نه تنها بخش مهمي از هزينه هاي اسيد
کاري را به خود اختصاص مي دهند ( خصوصاً اگر دماي ته چاه بالا باشد و يا زمان
زيادي براي تماس اسيد با لوله ها پيش بيني شده باشد ) بلکه در بعضي موارد انتخاب
نوع و نحوه ي عمليات خود تحت انتخاب روش ارزان تر و اقتصادي تر براي جلوگيري قرار
مي گيرد.
2-5-1-1- مکانيسم بازدارنده خوردگي
در خوردگي به وسيله اسيد، سلول هاي الکتروليتي بر روي سطح
فلز تشکيل مي شوند. همانطور که در شکل (2-7) نشان داده مي شود، آهن از سمت آنيونيک
به داخل محلول مي رود و الکترون از سمت کاتديک آزاد مي شود و يون هاي هيدروژن تبديل به هيدروژن گازي مي
شوند. براي موثر بودن بازدارنده خوردگي بايد واکنش را در الکترودکاتد يا آند يا هر
دوي آن ها کم نمود.
شکل ( 2-7) – يک سطح فلزي
مرکب از مکان هاي آندي و کاتدي
دو نوع از بازدارنده ها مي توانند مفيد واقع شوند. يکي از
آن ها نوع آنيوني است و بدين صورت عمل مي نمايد که الکترون هاي مولکول بازدارنده
با سطح فلز در سمت آند مشترک مي شوند. اين سطح باعث خاتمه واکنش در آن الکترود مي
شود. نوع دوم کاتيوني است. اين بازدارنده ها يک فيلم و پوشش نازک محافط از
بازدارنده ها تابعي از توانايي هاي آن ها
در ايجاد و نگهداشتن فيلم نازک روي سطح فلزي مي شود. در دماي بالا نرخ خوردگي اسيد
افزايش مي يابد و توانايي بازدارنده ها براي جذب بر روي سطح فلز کم مي گردد. به
همين دليل بازدارنده هاي خوردگي جهت دماهاي بالاتر از 250 و نيز اسيد هاي قوي، بسيار گران است.
مواد
بازدارنده تجاري که موجودند معمولاً مخلوطي از مواد آلي هستند. اين مواد بسيار
گسترده بوده ولي اکثراً انحصاري هستند. ميزان تاثير بازدارنده هاي خوردگي تنها از
راه آزمايش مشخص مي شود. کاربر بايد از راه تست هاي آزمايشگاهي مقدار بسنده و کاني
اين مواد را با کمترين قيمت انتخاب نمايد.
2-5-1-2-
ارزيابي آزمايشگاهي بازدارنده ها
روش
معمول اندازه گيري سرعت خوردگي اسيد با تزريق يک قطعه فلز قبل و بعد از ترکيب تحت
شرايط درون چاه ( دما و فشار بالا بدون حضور اکسيژن ) صورت مي گيرد. کاهش وزن
درانتهاي آزمايش بر حسب مشخص و پس از يک روز اندازه گيري، معدل آن گرفته مي شود.
از آن جا که سرعت خوردگي اسيد طبق روال معيني صورت نمي گيرد، لذا جدول زماني مشخصي
را نمي توان بر اساس يک مقدار قابل محاسبه بدست آورد.
مسئله
ديگري که بايد مورد توجه قرار گيرد، ميل خوردگي اسيد به خوردگي آبله اي است که يک
هجوم منطقه اي بوده و باعث توليد چاله و چوله در سطح فلز به جاي خوردگي يکنواخت مي
شود.
گاهي
در اسيد هاي حاوي بازدارنده هم خورنده، ممکن است در نتيجه نابودي بازدارنده غير
کافي بودن بازدارنده و با ناخالصي هاي فلزي اتفاق بيفتد.
فاکتورهاي
زيادي بر روي نرخ خورندگي تاثير مي گذارد. بعضي از مهم ترين آن ها عبارتند از:
-
درجه
آشفتگي
-
نوع
فلز
-
زمان
تماس
-
دما
-
نوع و
غلظت اسيد و بازدارنده
-
نسبت
حجمي فلز به اسيد
-
فشار
( ترکيب گاز )
-
وجود
ساير افزودني ها نظير مواد سطحي و حلال هاي دوگانه
2-5-1-3- انتخاب
بازدارنده ها
انتخاب
نوع و غلظت بازدارنده ها تنها پس از انتخاب و تعيين جزئيات زير و شرايط چاه بايد
انجام گيرد:
1- نوع و غلظت اسيد
2- نوع لوله و وسايلي که بايد در معرض اسيد قرار
گيرند.
3- حداکثر دماي لوله
4- مدت زمان تماس با لوله
معمولاً
با اين جزئيات کمپاني هاي سرويس دهنده مي توانند بازدارنده مناسب را جهت ايجاد
محافط لازم انتخاب کنند. مسئله مهم و قابل توجه ديگر اين است که به چه درجه و سطحي
از محافظ نياز داريم. اطلاعات اغلب کمپاني
هاي سرويس دهنده بيش تر بر مبناي اين فرض قرار گرفته که از بين رفتگي فلز در هنگام
انگيزش چاه، بدون حضور خوردگي آبله اي تا 02/0 قابل تحمل است. باز
داري از خوردن در دماهاي بالاتر از 250 براي 8 ساعت يا بيش تر يکي از مشکل ترين مسائل اسيد زني چاه
هاي عميق است. در گذشته از بازدارنده هاي آرسنيکي براي کاربرد در دما هاي بالا استفاده مي شد.
دليل اين امر موثر بودن و هزينه پايين آن هاست. البته اين بازدارنده ها داراي
معايبي هم هستند که عبارتند از:
-کاتاليست هاي سمي آرسنيکي، در پالايش نفت
ايجاد مشکل مي کنند.
- ترکيبات آرسنيک با حضور سولفيد هيدروژن موثر
نيستند.
- در Hcl بالاتر از 17 درصد بي تاثير مي شوند.
- آرسنيک ماده سمي و
آلوده کننده است و سيالات بازگشته از چاه پس از عمليات اسيد کاري، براي محيط زيست
فوق العاده خطرناکند.
خوشبختانه تحقيقات در مورد بازدارنده ها منجر به توليد
بازدارنده هاي آلي شده است که اگر به اندازه آرسنيک موثر نمي باشند ولي در دماهاي
بالاتر از 250 مفيداند.
بعضي
موقع موادي مورد نياز است که به ان ها تقويت کننده بازدارنده ها گفته مي شوند که
معمولاً نمک هاي غير آلي مثل يديد پتاسيم هستند که عمل بازدارنده را بهبود مي
بخشند. اين مخلوط ها که از نظر قيمت هم بسيار گرانند، مي تواننددر دماهايي بالاتر
از 400 بکار برد.
اگر
هزينه بازدارنده گران باشد، مي توان با طراحي دقيق و مناسب عمليات، آن را تعديل
نمود. پيش سرد کردن لوله ها با تزريق مقدار زيادي آب پيش شوينده دما را تا حدي
کاهش داد. بدين ترتيب مي توان از بازدارنده هاي معمولي و ارزان تر استفاده نمود.
استفاده از اسيد فورميک به جاي Hcl ، تا حد زيادي مشکل خوردگي را کاهش
خواهد داد. همچنين کاهش زمان تماس اسيد، نياز به بازدارنده را مي کاهد.
2-5-2- مواد موثر سطحي
در اسيد کاري، مواد فعال سطحي براي شکستن امولسيون هاي نا
مطلوب، کاهش سطح با کاهش کشش بين دو سطح، تغيير تر شوندگي، پاکيزه سازي سريع،
پراکنده سازي افزايه ها و اجتناب از تشکيل لجن به کار مي رود.
موضوع مهم در انتخاب مواد موثر سطحي اين است که اين مواد
حتماً با بازدارنده ها و ساير افزايه ها سازگاري داشته باشند. انتخاب ماده فعال
سطحي بدون کار هاي آزمايشگاهي مي تواند
منجر به نتايجي مغاير با نتيجه مورد نظر گردد و عدم موفقيت انگيزش را باعث شود.
اغلب عوامل ضد امولسيون که در عمليات اسيد زني طبقات آهکي و
کربناته استفاده مي شوندبراي جلوگيري از تشکيل امولسيون بين اسيد و نفت خام طبقه
به کار مي روند. اسيدي که محتوي عوامل ضد امولسيون است تحت عنوان اسيد NE نام برده مي شود.
مواد فعال سطحي خواص خود را به دليل ترکيب دو قطبي خود دارا
هستندو مولکول ماده فعال سطحي، شامل يک گروه قابل حل در آب ( آبدوست ) و يک گروه
قابل حل در نفت ( چربي دوست ) است که با وجود باند شيميايي کووالانسي قوي اتصال
دهنده، از يکديگر مجزا هستند. آمينه هاي آلي و ترکيبات آمونيوم کواترنري از اين
دسته مواد مي باشند.
هميشه تمايل به تشکيل امولسيون در ذرات با قطر کم بيشتر
است. استفاده از گليکول اتر به عنوان حلال دوگانه کمک مي کند تا از تشکيل اين
امولسيون ها جلوگيري گردد(احتمالاً بوسيله جلوگيري از چسبيدن بازدارنده هاي نفت
خيس بروي جامد).
بعضاً عاملهاي موثر سطحي به اسيد اضافه مي شوند تا اسيد با
کشش سطحي کم (LST) بدست آيد. اما استفاده از اين اسيد
در سالهاي اخير کاسته شده است. کشش سطحي بين اسيد يا اسيد مصرف شده و فاز نفتي
باعث کم شدن خاصيت موئينگي سيال در طبقه مي شود.
با وجود اينکه کم کردن کشش سطحي در آزمايشگاه کار بسيار
ساده اي است ولي نظريه ي هال اينست که به علت چسبيدن عوامل مؤثر سطحي به طبقه و
مواد موجود در نزديکي چاه و کم نمودن تأثير اين مواد، کم کردن کشش سطحي در مخزن
بسيار مشکل است. و همين طور اعلام کرده است که وجود حلالهاي دوگانه در سيال عمق
نفوذ اين مواد مؤثر سطحي در طبقه را مي توانند افزايش دهند.
استفاده از آنتي اسلاجها براي اسيد کاري مؤثر در مياديني که
نفت سنگين آسفالتي دارند لازم است. اسلاج هايي که بر اثر برخورد و تماس اسيد و نفت
ايجاد مي شوند بعد از اجراي عمليات، طبقه را مسدود کرده وتوليد را محدود نمايند.
افزودن مواد فعال سطحي کاتيوني و آنيوني مي تواند با جذب سطحي و ايجاد يک لايه
پيوسته براي محافظت در سطح مشترک اسيد و نفت، توليد لجن را کاهش دهد. نوع و مقدار
آنتي اسلاج که بايد استفاده شود، معمولاً در آزمايشگاه بايد تعيين گردد. اين
آزمايش با نفت خام و اسيدي که در که در عمليات انگيزش از آن استفاده مي شود، انجام مي گيرد.
مواد موثر سطحي که
براي عمليات اسيد شکافي پيشنهاد مي شوند کند کننده نرخ واکنش اسيد است. براي اين
منظور مواد موثر سطحي انتخاب مي شوند تا به سطح سنگ بچسبند و آن را نفت خيس
نمايند. بدين وسيله ديواره اي ايجاد مي
شود تا اسيد بتواند به راحتي در داخل شکاف حرکت کند.
2-5-3- حلال هاي دو گانه
کاربرد حلال هاي دوگانه، به حداقل رساندن جذب عامل هاي موثر
سطحي نفت خيس کننده بر روي جامدات و مواد سازند مي باشد. اين عمل پتانسيل محدود
نمودن توليد را پس از عمليات اسيد کاري که به علت توليد امولسيون ها و يا دگرگون
شدن تراوايي انجام مي گيرد، کم مي نمايد.
حلال هاي دوگانه موادي هستند که قابليت حل شدن قابل توجهي
هم در آب و هم در نفت را دارا هستند. تعداد زيادي از مواد شيميايي نظير الکل ها و آلوئيد ها واترها داراي اين خاصيت
هستند. اما در زمينه کاربرد در صنعت نفت منظور گليکول اتر مي باشد . آن هايي ترجيح
داده مي شوند که محتواي بوتيل يا گروه هايي با وزن مولکولي بيش تر باشد.
به طور مثال اتيلن گليکول
مونو بوتيل با نام اختصاري EGMBE قادر است تا نفت را در آب حل نموده و
مانند يک پاک کننده عمل نمايد. همچنين مواد نفت تر از سطح طبقه دور کرده و آن را
آب تر مي کند و در نهايت عمل مواد سطحي و ضد امولسيون ها را بهبود مي بخشد.
گادلي گزارش داده است که قابليت توليد چاه هاي نفت که در
عمليات پس شوي آن، 10 درصد EGMBE به
گازوئيل اضافه شده، پنج تا شش برابر بيش تر شده است.
2-5-4- کاهنده
هاي اصطکاک
در يک عمليات اسيد کاري مطلوب اين است که اسيد با حداکثر
سرعت و مقدار ممکنه و با کمترين فشار سطحي پمپ گردد. اين عمق عمر اسيد و عمق نفوذ
پذيري را هم افزايش مي دهد.
به مواد شيميايي که در سيال حل شده و فشار اصطکاکي سيال را
در طول لوله ها و چاه کاهش مي دهد، کاهنده اصطکاک گفته مي شود. اين مواد معمولاً
پليمر هاي مواد آلي هستند که سيال را از حالت نيوتني ( ويسکوزيته ثابت به ازاء
تمام مقادير برشي ) به حالت غير نيوتني ( ويسکوزيته غير متغير به ازاء مقادير
مختلف برش ) تبديل مي کنند.
امروزه پليمر هايي که مصرف مي شوند حداقل افت فشار را در
غلظت هاي 1 تا 20 پوند بر هر 1000 گالن سيال به وجود مي آيد. اين پليمر ها به منظور
بهبود هرزروي سيال هم به کار برده مي شوند که بايد در غلظت هاي 50 تا 200 پوند بر
هر 1000 گالن از آن ها استفاده شود.
اين نکته قابل ذکر است که تاثير پليمر ها داراي محدوديت است
چرا که در اسيد خاصيت خود را از دست مي دهد.
2-5-5- عامل هاي هدايت کننده
به منظور به دست آوردن حداکثر انگيزش از عمليات اسيد کاري
ماتريسي و يا اسيد کاري شکافنده، لازم است که همه منطقه توليد انگيزش شود. در اسيد
کاري ماتريسي عوامل هدايت کننده بدين منظور طراحي مي گرددند، که خلل و فرج طبقه را
مسدود نمايند و همانند مواد ضد هرزروي در اسيد کاري شکافنده عمل نمايد. اين مواد
شامل رزين ها، اسيد هاي آلي جامد، جامدات
شکل پذير، مخلوط هاي واکس و پليمر هاي محلول در نفت، پليمر هاي آماس پذير اسيد،
مخلوط هاي جامد خنثي ( سيليکافور، کربنات سديم، سنگ آهک و صمغ هاي محلول در نفت )
و يا يک پليمر قابل حل در آب نظير گوار، سلولز، پلي اکريل آميد و ... هستند.
اين مواد ابتدا وارد زوني مي شوند که بيش تري حجم جريان را
داراست و باعث کم شده جريان در آن زوم مي شوند. مقدار مصرفي ايده آل هدايت کننده
ها بايد به حدي باشد که فقط قابليت تزريق به زون با تراوايي زياد کم نمايد تا حدي
که با مقدار قابليت تزريق پذيري زون کم تراوا برا بر گردد. اگر از مقدار زياد اين
افزايه استفاده گردد قابليت تـزريق پذيـري تـمـام زون ها به طور مـوثـري کاهش مي
يـابد و امکان دارد فـشار تزريق بالا تر از حد شکستگي
سنگ برسد و باعث
کاهش تاثير عمليات توليد و زياد آب و گاز بعد از عمليات گردد.
مطالعات مشابه و
جمع آوري نتايج از آزمايشات را مي توان به صورت پيشنهادات ذيل خلاصه و بيان نمود:
1- جامدات خنثي و سخت
معمولاً به تنهايي عامل هدايت کننده خوبي نيستند و آن به دليل اين است که ماده اي که بتواند فاصله و منافذ باقيمانده
بين اين جامدات و طبقه را پر کند وجود ندارد.
2- مخلوط اجزا سخت و نرم مي
تواند يک عامل هدليت کننده مناسب و موثر باشد. به طور مثال مي توان به مخلوط واکس
صمغ هاي قابل حل در نفت اشاره نمود که شامل اندازه و سختي هاي مختلف هستند.
3- پليمر هايي که با بر خورد
با اسيد متورم مي شوند نيز عامل هدايت کننده موثري اند. ولي بايد مراقبت شود که
استفاده بيش از اندازه از اين افزودني ها صورت نگيرد.
4- عامل ها و مواد قابل حل
در اسيد معمولاً تا ثير زيادي ندارند، چون به سرعت در اسيد حل شده، و اثر
مسدودکنندگي را از دست مي دهند.
5- استفاده بيش از حد اين
افزودني ها ممکن است قابليت تزريق پذيري را تا حد زيادي کاهش داده و خروج و انتقال
آنها را بعد از عمليات با مشکل مواجه نمايد.
2-5-6-
افزايه هاي کنترل آهن
وقتي مقدار قابل ملاحظه اي از آهن در حالت يونيزاسيون ( يون هاي فرو ) در مقابل
يون ( يون هاي فريک) که هر دو
در اسيد حل شده اند، قرار بگيرد، آهن رسوب مي کند و مي تواند باعث کاهش تراوايي
گردد.
منبع
آهن در چاه عبارتند از:
1- محصولات ناشي از خوردگي وسايل داخل چاه
2- خرده و تراشه هاي موجود در لوله ها
3- وجود آهن به صورت کاني در
سازند طبقه
نسبت به ميزان رسوب را تعيين مي
کند. آهن فريک در PH حدود2/2 رسوب مي کند در حالي که آهن
فرو در PH حدود 6 که ته نشين مي شود. از آن
جايي که PH اسيد مصرف شده به ندرت به 6 مي رسد
بنابراين رسوبات آهن فرو مشکلي محسوب نمي شود. اما رسوب يون فريک يکي از مشکلات
عمومي در عمليات اسيد کاري مي باشد.
2-5-6-1- روش هاي کنترل آهن
سه شيوه رايج براي نگه داشتن آهن به صورت محلول وجود دارد
که عبارتند از: کنترل PH ، عوامل جداکننده و عوامل کاهنده. با توجه به
منبع آهن مقدار قابل انتظار حل شده از آن مي تواند از موارد فوق را به تنهايي يا
در کنار يکديگر به کار برد.
کنترل PH
با افزودن يک اسيد ضعيف مثل اسيد استيک، PH بعد از مصرف Hcl پايين نگه داشته مي شود.(PH پايين از رسوب آهن جلوگيري مي کند.)
عوامل جداکننده
عوامل جداکننده به آهن متصل مي شوند و آن را به گونه اي در
محلول نگه مي دارند که رسوب نکند. اسيد سيتريک، اسيد اتيلن دي آمين تترااستيک (EDTA ) و اسيد نيتريلوتري استيک (NTA ) از عوامل بازدارنده اي هستند که به
طور معمول استفاده مي شوند.
عوامل کاهنده
عوامل کاهنده، يون را به تبديل مي کنند. اسيد
اريتوريک و اريتوربات سديم از اين عامل مي باشند. البته اسيد اريتوريک در Hcl داغ ناپايدار است و تفکيک شده و رسوب
غير قابل حل تشکيل مي دهد. اگر چه اين مسئله واقعيت دارد ولي فرآيند تفکيک آهسته
بوده و مدت زمان زيادي صرف مي شود تا رسوب اتفاق بيفتد.
مطالعات Smith نشان مي دهد که ترکيبات مختلفي از اين عوامل مي
توانندموثر باشند و عواملي به عنوان بهترين عامل براي تمامي عمليات ها وجود ندارد.
جدول (2-4)افزايه هاي کنترل آهن را مقايسه کرده و مزايا و معايب آن ها همچنين
مقدار مورد نياز از هر کدام را در 1000 گالن اسيد کلريدريک 15 درصد براي جدا کردنppm 5000 از آهن فريک در دماي 150 براي حد اقل دو روز نشان مي دهد. ايمن ترين روش براي جلوگيري
از آسيب مخزن به وسيله هيدروکسيد آهن رسوب کـرده، تميز کردن يا اسـيد شويي لوله ها
با اسيد، قبل از اسيد کاري سازند است.اسيد
بايد
حاوي مقادير زيادي از افزايه هاي کنترل آهن باشد و بايد به جاي اين که درون سازند
پمپ شود، در چاه چرخانده شود.
عامل
کنترل کننده
مزايا
معايب
مقدار(lb )
اسيد
سيتريک
تا دماي 400 کار آمد است
اگر
مقادير اضافي ( بيش ازlb10
در 1000گالن) از آن مصرف شود، به صورت سيتريک کلسيم رسوب مي کند
175
مخلوط
اسيد سيتريک و اسيد استيک
در دماي خيلي پايين
تر خيلي کارآمدتر است
کارآمدي آن در دماهاي
بالاي 150
سرعت کاهش مي يابد
50 و87
اسيد
لاکتيک
مقادير اضافي آن،
شانس کمي براي تشکيل لاکتيک کلسيم وجود دارد
در دماي بالاتر از 100
خيلي کارآمد نيست
190
اسيد
گلوليک
احتمال کمي براي رسوب
گلوکانت کلسيم دارد
فقط تا دماي 150 کارآمد است و گران قيمت هم مي باشد
350
اسيد
نيتريلوتري استيک
تا دماي 400 کارآمد بوده و در اسيد بيش از EDTA قابل حل مي باشد. از EDTA
ارزانتر مي باشد
150
ارتيربات
سديم
مقدار کمتر از آن
مورد نياز است.
تا دماي کارآمد است
در HF نبايد استفاده شود
23
جدول 2-4 مقايسه
عوامل مختلف کنترل کننده آهن
2-5-7- افزودني هاي تميز کاري
هنگامي که مشکل در انتقال اسيد مصرف شده از سنگ مخزن ايجاد
مي گردد، افزودن نيتروژن، آهک ها و يا مواد موثر سطحي به اسيد مورد توجه قرار مي
گيرد.
تحقيقات تانيچ نشان داد که هنگامي که فشار چاه کاهش مي يابد
گاز نيتروژن منبسط شده، به گاز يا سيال مخزن کمک مي کند تا سيال عملياتي را از چاه
خارج کند.
الکل ها معمولاً جهت کم نمودن کشش سطحي بين اسيد مصرف شده و
سيالات طبقه و نيز به منظور کم کردن فشار بخار اسيد مصرف شده به کار مي رود. اضافه
کردن الکل به اسيد در مخزن هاي شيلي با تراوايي بسيار پايين که در آن ها آب به
سختي ازماتريکس سنگ قابل انتقال است، بسيار مفيد است. همچنين از آن به منظور خارج
کردن بلوک هاي آبي، بهبود و باز يافت سيال، کند کردن واکنش اسيد و کاهش آب محتوي
استفاده مي شود. متداول ترين آن ها در اسيد کاري، ايزوپروپانول و متانول مي باشد.
همان طور که قبلاً هم ذکر شد بعضي اوقات جهت کم کردن کشش
سطحي اسيد، عامل هاي فعال و موثر سطحي را به آن اضافه مي کنيم تا سرعت ،فرايند
بازيابي افزايش يابد. استفاده از اين مواد به علت اين که اين مواد به سطح طبقه
چسبيده و اين امر باعث کاهش تاثير آن ها مي شود،کاهش يافته است.
2-5-8- سازگاري افزايه ها
بايد همه افزايه ها در آزمايشگاه مورد بررسي قرار گيرند،
تست کردن سازگاري افزايه ها با سيالات سازند، ضروري است. نمي توان هيچ افزايه اي
را يافت که براي تمام مشکلات سازندي مناسب باشد، بنابراين نيازمند استفاده از
افزايه ها در تلفيق با يکديگر هستيم. در چنين شرايطي بايد پتانسيل ناسازگاري
افزايه ها و سيالات سازند را شناسايي کرد و قبل از اسيد کاري به اصلاح آن ها پرداخت.
2-6- محاسبات و طراحي اسيد کاري ماتريسي
طراحي برنامه اسيد کاري ماتريسي شامل انتخاب يک اسيد و
افزايه هاي مناسب، حجم و مقدار آنها و حداکثر نرخ تزريق و فشاري است که مي توان
مورد استفاده قرار داد بدون اين که در سازند شکاف ايجاد گردد.
2-6-1- تعيين مقدار و نوع اسيد
براي محاسبه حجم تزريق دقت خيلي زيادي لازم نمي باشد. علت
اين امر قابل رويت نبودن اثر اسيد در سنگ مخزن است. که خود باعث مي گردد بعضي از
مجهولات لاينحل بماند گواي اين که آزمايش هايي در سطح زمين و بر روي نمونه هاي سنگ
هاي مختلف صورت گرفته است. مسئله مهم در اين حالت وضع خلل و فرج موجود در سنگ است.
مي توان گفت حجم اسيد با توجه به ضريب تخلخل و در نظر گرفتن حجم سازند آسيب ديده
سنگ در حين عمليات هاي مربوط به چاه مشخص مي گردد.
اگر شعاع منطقه آسيب را ft 2 در نظر بگيريم، سطحي معادل 12 در ارتفاعي بربر با ft
1 خواهيم داشت. در اين حالت با در نظر گرفتن
تخلخل 35 درصد ، براي پاک کردن آن ها تا عمق ft 2 حجمي معادلgal/ft 40 لازم است. براي اطمينان بيش تر از
عمليات اسيد کاري، معمولاً gal/ft
200-100 در نظر گرفته مي شود. معمولاً در
چاه ها با دماي بالاتر و همين طور در چاه هايي که آسيب عميق تري دارند،
مقدار بيش تري اسيد مصرف مي شود.
پس از پمپ کردن اسيد، مايعي با جرم حجمي کمتر به داخل چاه
پمپ مي گردد ( معمولاً گازوئيل ) تا اسيد باقيمانده در داخل چاه را به داخل سنگ
مخزن براند. حجم اين اين سيال معمولاً کمي بيش تر از ظرفيت داخلي چاه در نظر گرفته
مي شود تا مطمئن شوند که تمامي اسيد به داخل مخزن نفوذ کرده است. حدود يک ساعت بعد
از اسيد زدن، چاه به منظور تميز شدن باز مي شود.
2-6-2- محاسبه دبي و فشار تزريق
سرعت پمپ کردن، با فشار ترک خوردن محدود مي شود. به منظور
فشار ترک خوردن، نياز به داشتن گراديان شکنندگي است. بايد گراديان و حد شکست را از
عمليات قبلي اسيد کارس شکافنده و يا رابطه تقريبي ذيل به دست آورد:
(2-14)
در اين رابطه، مقداري است ثابت بين 33/0 تا 5/0 که بستگي
به نوع سنگ مخزن دارد و با آزمايش اندازه گيري مي شود. گراديان فشار لايه هاي
فوقاني بوده که براي عمق هاي کمتر از ft10000 برابر Psi/ft 1 و براي عمق هاي بيشتر برابر 1 تا Psi/ft 2/1 مي باشد. نيز فشار مخزن و H
عمق مخزن مي باشد.
در مرحله بعد براي پيش بيني حداکثر نرخ و مقدار تزريق به
نحوي که شکستگي در طبقه ايجاد نگردد از رابطه زير که از رابطه ي (2-4 ) بدست آمده،
استفده مي شود:
( 2-15 )
در اين رابطه،نفوذ پذيري متوسط سازند است که مربوط به
زدن آسيب ديده مي باشد. برابر با شعاع ريزش و برابر با شعاع چاه مي
باشند. نيز ضخامت طبقه مورد
انگيزش است. در اين فرمول نفوذپذيري بر حسب md فشار بر حسب Psi ويسکوزيته بر حسب cp و ضخامت و فاصله ها بر حسب ft مي باشد. با اعمال اين آحاد واحد بر حسب شبکه در دقيقه ( bbl/min )
خواهد بود.
بايد در نظر داشت که نرخ تزريق جهت اجتناب از ايجاد شکست
بايد از کوچک تر باشد، به عنوان يک
قانون تجربي آن را حدود 10 در صد پايين تر از پيشنهاد مي کنند.
مرحله
بعد طراحي حداکثر فشار سطحي براي سيال که بدون ايجاد شکست در سازند تزريق گردد.
براي اين منظور مي توان از رابطه ي ذيل استفاده نمود.
(
2-16 )
در اين رابطه، گراديان هيدرواستاتيکي
اسيد مي باشد.
در طول عمليات فشار سطحي بايد از مقدار کمتر باشد. اگر تزريق با
فشار پايين تر از اين حد امکان نداشته باشد، مي تواند در ابتدا فشار را کمي بالا
برد، ولي با شروع تزريق بايد فشار را در سطحي پايين تر از نگه داشت.
فصل سوم
3-1-
کاهش توليد آب با اسيد کاري هوشمند
تکنولوژي جديدAPT (Associative polymer Technology) با دور نمودن اسيد تزريقي ازنواحي
توليد کننده آب و هدايت آن به سمت قسمت هاي توليد کننده هيدروکربن، امکان انجام
اسيد کاري هوشمند را فراهم مي کند.
عمليات هاي اسيد کاري غير موثر را مي توان با استفاده از افزايه هاي شيميايي که
باعث کاهش نفوذ پذيري سنگ مخزن در قسمت هاي آبده مي شوند تا حدود زيادي بهينه کرد.
علي رغم اين که تعداد زيادي از سيستم هاي هدايت کننده (divertors ) سال هاست با موفقيت مورد استفاده
قرار گرفته و افزايش توليد آب نيز پس از انجام عمليات در آن مشاهده نشده است. اما
شرکت هاليبرتون با توسعه سيستم APT (
تزريق اسيد همراه با پليمر ) باعث بهبود نفوذ پذيري نسبي RPM( Relative permeability Modifier ) شده و براي هدايت اسيد به نواحي توليدي
هيدروکربن همانند يک سيستم راهنمايي ليزري عمل کرده است. اين تکنولوژي ما را قادر
به هدايت اسيد به نواحي مورد نظر براي افزايش برداشت از مخازن نفتي و کاهش توليد آب
( با توجه به کاهش نفوذ
پذيري در قسمت آبده ) خواهد کرد که علاوه بر صرفه جويي در هزينه ها و زمان، کاهش
توليد آب مخزن و تخريب محيط زيست را کاهش خواهد داد.
3-2- روش هاي فعلي اسيد کاري بدون استفاده از APT
اسيد کاري موفق سنگ مخزن بستگي به قرار دادن دقيق اسيد در
اطراف دهانه چاه براي برطرف کردن آسيب هاي سازندي آن دارد. مخازن سيليکاتي نفوذ
پذيري متغيري دارند. در اسيد کاري سنگ مخزن، (Acid Matrix ) اسيد تمايل بيش تري به نفوذ در
نواحي داراي نفوذ پذيري بيش تر را دارد. در نتيجه نواحي با نفوذ پذيري کمتر که
داراي آسيب سازندي بيش تر نيز هستند اسيد کاري نخواهد شد و در برخي موارد مشکل
توليد آب از لايه هايي که داراي نفوذ پذيري بيش تر است اتفاق مي افتد. بنابراين
اسيد تزريقي بديل دارا بودن نفوذپذيري نسبي بهتر، وارد قسمت هاي مذکور مي شود. در
مخازن کربناته که داراي قابليت حلاليت بيش تري در اسيد هستند تزريق اسيد باعث
ايجاد کانال هاي حلزوني شکل مي گردد که در نتيجه بهبود نفوذ پذيري اطراف چاه و دور
زدن مناطق آسيب ديده اتفاق مي افتد. بسته به در صد اشباع سازند مي توان تصور کرد
که به جاي توليد نفت شرايط توليد آب بهتر شود.
به منظور انجام اسيد کاري انتخابي در مخازن هيدروکربني چند
لايه اي، از روش هاي مختلفي مي توان استفاده کرد که روش مطمئن تر استفاده از روش
مکانيکي Isolation Device ( مانند Straddle Packers ) است که باعث تامين شرايط تزريق در قسمت هاي
انتخابي است. اما به دليل هزينه زياد آن اغلب مورد استفاده قرار نمي گيرد.
امروزه با توجه به توزيع نفت در قسمت هاي مختلف سازند
استفاده از اين روش اجتناب ناپذير و گفتني است که استفاده از اين روش بدون استفاده
از Packer و عوامل هدايت کننده اسيد، ( مانند Foams, Ball, Sealers viscous fluids, Degradable,
particulates ) امکان پذير است. اين روش ها اگر چه با موفقيت مورد استفاده قرار
گرفته اند اما داراي معايبي نيز هستند که احتمال افزايش توليد آب را موجب مي شوند.
3-3- کاهش نفوذ پذيري نسبت به آب
يکي از روش هاي کنترل توليد آب استفاده از تکنولوژي تزريق
پليمر همراه اسيد ( APT )
و محلول پليميري مذکور براي کاهش نفوذ پذيري نسبي آب است که با مبحث Relative
Permeability Modifier ( RPM )ارتباط دارد و مکانيزم اين سيستم بر
اساس جذب پليمر درون ديواره حفره هاي سازند در مسير جريان صورت مي گيرد.
3-4- چگونگي کار کرد APT
APT (Associative polymer Technology)
به عنوان سيستم دفع آب مورد استفاده قرار مي گيرد که علاوه بر حفظ ويژگي
هاي پليمري خود براي دفع آب،باعث کاهش نفوذ پذيري نسبي آب مي شود. مخلوط کردن
پليمر مذکور به افزايه هاي مناسب، کيفيت و توزيع Monomer حلقه پليمري، مقدار نفوذ، وسعت، نوع و مقدار دفع
کنندگي سيستم در برابر آب کنترل مي شود. زماني که اين پليمر به داخل سازند رانده
مي شود، با توجه به خصوصيات منحصر به فرد آن در مسير جريان و بر روي سنگ مخزن مي
چسبد . نفوذ پذيري سنگ در قسمت هاي توليد کننده آب کاهش مي يابد.در نتيجه حرکت آب
در ميان خلل و فرج آن غير ممکن و اسيد تزريقي از قسمت هاي توليدي آب به سمت فواصل
توليدي نفت هدايت مي شود.
3-5- مزاياي استفاده از APT
عمليات اسيد کاري موفق به شناخت رژيم جريان درون سازند و
استفاده از يک سيستم اسيد کاري مناسب بستگي دارد و لازم است بدانيم سازند ماسه اي
است يا کربناته؟ توليد از ماتريکس صورت مي گيرد يا از طريق شکاف؟
اين پارامترها محدوديت هايي است که براي انجام عمليات موفق
لازم است مورد بررسي قرار گيرند. روش هاي مختلف اسيد کاري سيستم APT مي تواند صرف نظر از نوع سنگ به
عنوان هدايت کننده (Divertor) سيالات
عمل کند و براي هر نوع اسيد کاري به صورت تناوبي مورد استفاده قرار گيرد. اين
سيستم غالباً وارد طبقات با نفوذ پذيري
بيش تر مي شود و با توجه به خاصيت دفع آب به کاهش نفوذ پذيري موثر در فواصل حاوي
آب کمک مي کند( به منظور هدايت اسيد به
طبقات حاوي هيدروکربن ). اين سيستم مي تواند بهترين هدايت کننده اسيد بدون استفاده
از ژل باشد.روش ياد شده خلل و فرج را پر نخواهد کرد و بيش ترين تاثير را در کاهش
نفوذ پذيري اسيد تزريقي در قسمت هاي آب گرفته و حداقل تاثير را در نفوذ پذيري قسمت
هاي حاوي هيدروکربن ايجاد مي کند. استفاده از اين سيستم ساده است و نيازي به
ايزوله کردن قسمت هايي از سازند ندارد.
با تزريق از سر چاه و يه صورت تناوبي از اسيد و Divertor امکان پذير است. اين سيستم نيازي به
ويسکوزيته براي کمک به هدايت آن در طبقات مورد نظر سازند ندارد. چون واکنش آن با
سنگ مخزن سريع است، به بستن چاه نيز نياز نيست. غلظت پليمر بستگي به دما دارد و
معمولاً در سازند هايي که دماي آن ها حداکثر 350 در جه فارانهايت (167 در جه سانتي
گراد) با شد موفقيت بيش تري متحمل است.
3-6- نتايج آزمايشگاهي
پليمر مذکور در آزمايشگاه بر روي دو مغزه ماسه سنگي يکي با
نفت و ديگري با آب اشباع امتحان و اسيد تزريقي باعث افزايش نفوذپذيري هر دو مغزه
شد. وقتي عامل APT جلو تر از اسيد تزريق شد ( در هر دو
مغزه ) نفوذ پذيري نفت نسبت به آب افزايش يافت. شکل ( 3-1 ) و ( 3-2 ) سيستم APT
در چاه هاي مناطق خشکي ايالت متحده، مکزيک، ونزوئلا و آنگولا با موفقيت
مورد استفاده قرار گرفته و امروزه بيش از 40 روش اسيد کاري استفاده مي شود. به
عنوان مثال، در يکي از چاه هاي مکزيک باعث 34 درصد افزايش توليد نفت و کاهش توليد
آب از 21 به 17 درصد شده است. در حالي که، در اسيد کاري هاي قبلي و بدون استفاده
از اين روش، توليد آب بيش تر از توليد نفت و در نهايت با توجه به وزن هيدرواستاتيک
ستون، چاه کشته مي شد. نتايج هر دو نوع آزمايش در آزمايشگاه و ميدان نشان داده است
که سيستم APT
عامل حياتي براي مخازن قديمي محسوب مي شود و کاهش توليد آب زايد و صرفه جويي
و کاهش آلودگي در محيط زيست بسيار اهميت دارد.
شکل ( 3-1 ) نتايج آزمايش هدايت کننده اسيد بر روي دو مغزه
ماسه سنگي با نفوذ پذيري متفاوت
شکل (3-2) مغزه هاي کربناتي نفتي و آبي بعد از اسيد کاري
هوشمند در آزمايش جرياني مغزه هاي موازي
مراجع و مآخذ
1- مهندسي مخازن نفت و گاز مولف:
محمد رضا رياضي
2- مطالعه ميزان تر شوندگي مخازن ايران مولف: عباس انصاري
3- مهندسي بهره برداري
مولف: مجيد لياقت
4- مقالات اينترنتي لاتين و فارسي
5- نشريه اکتشاف و توليد
نشريه فني – تخصصي شرکت ملي نفت
ايران
+ نوشته شده در شنبه بیست و یکم مرداد ۱۳۹۱ساعت 1:16 توسط آیت کاوسی مقدم
|
|
|
