Úprava studní kyselinou: technologie a vybavení

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Kyselinové ošetření vrtů je jednou z technologií používaných při vývoji vrtů a jejich provozu. Jeho hlavním účelem je vyčistit spodní otvor, aby se stimuloval přítok tekutiny ze zásobníku. Existuje několik modifikací této technologie v závislosti na režimu stimulace nádrže a geologických podmínkách.

Účel a princip

Úprava kyselinou se používá při vrtání, provozu a údržbě zařízení na výrobu ropy k vyřešení následujících problémů:

• úprava zóny dna během vývoje vrtu (pro přítok kapaliny ze zásobníku po dokončení jeho výstavby);
• intenzifikace (navýšení debetu);
• čištění filtru a spodního otvoru od nečistot nahromaděných během provozu, po vstřikování vody nebo opravě studny;
• odstranění usazenin v pažnicích a dalších podzemních zařízeních.

Kyseliny čerpané do vrtu rozpouštějí horniny obsahující vápník (vápenec, dolomit a další), stejně jako částice cementových směsí, které zůstávají ve dně po cementování mezikruží.

Typy zpracování

V praxi provozu a údržby zařízení na výrobu ropy se rozlišují následující typy úpravy kyselinou:

• matrix (vstřikování činidla pod tlakem, jehož hodnota je menší než hydraulické štěpení);
• kyselé koupele in-situ (jednoduchá léčba);
• pod vysokým tlakem (kyselé lámání, zatímco dochází k lámání);
• intervalová expozice;
• tepelné ošetření kyselinou.

Posledně jmenovaný typ technologie se používá v situacích, kdy jsou póry nádrže v zóně dna ucpané parafínovými usazeninami, dehtem a uhlovodíky s vysokou molekulovou hmotností.

Kyselinové koupele se provádějí hlavně v následujících případech:

• primární vývoj (uvedení vrtů do provozu);
• čištění otevřených filtrů;
• čištění filtru zablokovaného pláštěm potrubí od materiálů rozpustných v kyselinách.

Typy činidel

Základními látkami používanými při kyselém čištění vrtů jsou kyseliny chlorovodíková HCl a fluorovodíková kyselina HF a také jejich směsi (kyselina jílová). Méně běžně používané jiné kyseliny:

• acetic;
• sulfamic;
• ant;
• sírová;
• směsi organických kyselin.

Pokud je geologická formace v podmínkách vysoké teploty, pak se do formace čerpá kyselina octová nebo mravenčí. Použití kyseliny sulfamové je odůvodněné v případech, kdy se nádrže skládají ze síranových a železo obsahujících uhličitanových hornin, protožejejich reakce s kyselinou chlorovodíkovou vede k vysrážení sádry nebo bezvodého síranu vápenatého.

Pracovní roztok činidla se připravuje na komerčních kyselých základech a přepravuje se v silničních nebo železničních cisternách, uvnitř je natřen odolným sm altem, pryží nebo ebonitovým povlakem.

Čištění kyselinou se provádí nejen v ropných vrtech, ale také ve vrtech pro injektáž vody (k udržení tlaku v nádrži) a také v artéských vrtech. Práce v habešských vrtech, v mělkých hloubkách, lze provádět pomocí bailera k čištění vrtů.

Hlavní parametry

Výběr složení činidla ovlivňují následující faktory:

• Rozlomení horniny. Při vysoké hodnotě tohoto ukazatele je vhodné používat zahuštěné kyseliny a pěny. To pomáhá zvýšit pokrytí formace. Pro zahuštění kyseliny se přidává karboxymethylcelulóza (CMC).
• Kontaminace spodního otvoru minerálními suspenzemi a nízká propustnost porézního zásobníku. V tomto případě, aby se zlepšila penetrace činidla, jsou výhodné kyseliny uhličité, ve kterých je povrchové napětí na hranici s horninou sníženo. Vzduch, dusík, oxid uhličitý se používají k provzdušňování kapalin.
• Minerální složení hornin. Sloje skládající se z písku, pískovců a prachovců jsou ošetřeny jílovou kyselinou.
• Teplota spodní díry. Použití kyseliny sulfamové je tedy omezeno skutečností, že při zahřátí na 80 ° C se rozkládá s vodou o 43%. Při teplotách nad 115 °C zahuštěnokyselina chlorovodíková.

Požadovaný objem kyseliny se vypočítá podle vzorce a závisí na následujících faktorech:

• tloušťka intervalu okyselené tvorby;
• poréznost hornin;
• hloubka zpracování;
• poloměr studny.

Maximální vstřikovací tlak je určen podle následujících kritérií:

• účely a způsob zpracování;
• pevnost produkčního pláště;
• tloušťka mostu mezi pracovním a sousedním intervalem formace.

Trvání expozice kyselině se určuje empiricky – měřením její koncentrace v roztoku vytlačeném z ústí vrtu hadičkou. Průměrná hodnota tohoto parametru je v rozmezí 16–24 hodin.

Doplňky

V čisté formě se kyseliny používají jen zřídka. V ropném průmyslu se k nim jako přísady používají následující látky:

• inhibitory koroze – zabraňují poškození pláště, potrubí a dalšího vybavení;
• komplexující sloučeniny, které zabraňují tvorbě gelu nebo hydroxidu železa, který ucpává póry kolektoru;
• dusičnan draselný pro úpravu anhydritů (síranů);
• stabilizátory pro udržení reakčních produktů v rozpuštěném stavu;
• kyselina citronová nebo octová pro úpravu karbonátových hornin obsahujících železo;
• povrchově aktivní látky nebo zesilovače (OP-10, OP-7 a další) ke zlepšenísmáčivost horniny a usnadnění odstraňování reakčních produktů ze spodního vrtu.

Kyselina chlorovodíková

Při acidifikaci jamek pomocí HCl je její optimální koncentrace 10-16%. Více nasycených roztoků se nepoužívá z následujících důvodů:

• snížená rychlost rozpouštění;
• zvýšení žíravosti;
• zvýšení emulgační schopnosti;
• zvýšení srážení solí při smíchání se slanou vodou.

Při zpracování hornin obsahujících síran se do pracovní tekutiny přidávají přísady z kuchyňské soli, síran draselný nebo hořečnatý a chlorid vápenatý. Tato látka také slouží jako zpomalovač neutralizace kyseliny při zvýšených teplotách spodního otvoru.

Kyselina fluorovodíková

Kyselina fluorová je vysoce účinná a používá se k rozpouštění následujících materiálů:

• silikátové sloučeniny v terigenních formacích;
• jíl nebo cementová kaše absorbovaná při vrtání nebo úpravě studny;
• cementová kůra na dně.

Fluorid-bifluorid amonný se také používá jako náhrada tohoto činidla, jehož spotřeba je 1,5krát menší.

Jednoduché ošetření kyselinou chlorovodíkovou

Jednoduchá ošetření se provádějí pomocí jediné pumpy. Před vstřikováním kyseliny se studna propláchne vodou, aby se předběžně odstranily částice kalu a další nečistoty. Pokud jsou na dně a v hadičce (hadice) usazeniny parafínu nebo pryskyřic, pak vjako proplachovací kapalina se používají organická rozpouštědla - petrolej, zkapalněná propan-butanová frakce a další. Zpracování na vyčerpaných polích lze provést dobře čistícím bailerem.

Přípravné činnosti zahrnují také následující operace:

• instalace podzemní opravárenské jednotky v ústí vrtu;
• odstranění hlubinného zařízení (pro provozní vrty);
• sestupová hadička ke spodním perforacím léčeného intervalu:
• zařízení ústí vrtu s armaturami pro potrubí a zpětným ventilem;
• potrubí čerpací jednotky s hadičkami, unašeč kyseliny, cisterny s výtlačnou kapalinou;
• hydrotestování vstřikovacích potrubí pod tlakem 1,5krát vyšším než je pracovní.

Poté se do vrtu načerpá kyselina v objemu rovném dutině hadičky, načež se uzavře prstencový ventil. Poté se vstříkne zbytek činidla a vytěsňovací kapalina. Surová odplyněná ropa se používá jako druhá v těžebních vrtech. Jak proces úpravy kyselinou vypadá, můžete vidět na obrázku níže.

Po vyčerpání plného objemu zavřete vyrovnávací ventil, odpojte čerpadlo a další zařízení. Kyselina zůstává ve studni po požadovanou dobu pro rozpuštění, po kterém jsou produkty chemické reakce regenerovány čerpadlem zpětným proplachem.

Intervalová technologie

Při otevírání zásobníku ropy a plynu s různými vrstvamipropustnost, jednoduché ošetření vrtů kyselinou vede k tomu, že postihuje pouze nejpropustnější vrstvu. V takových případech je vhodné použít intervalovou technologii.

K izolaci každé vrstvy jsou ve studni instalovány 2 pakry. Proudění kyselého roztoku skrz prstenec je zabráněno jeho cementováním. Po zpracování vybrané části nádrže pokračují k další.

Kyselinové štěpení a tepelné ošetření kyselinou

Kyselinové čištění vrtů pod vysokým tlakem se provádí při provozu a výstavbě nádrží s heterogenní propustností. Jednoduché kyselé koupele jsou v takových případech neúčinné, protože kyselina "odchází" v dobře propustných vrstvách, zatímco ostatní oblasti zůstávají nepokryté.

Před nástřikem činidla jsou vrstvy s vysokou permeabilitou izolovány pomocí pakrů (podobně jako u předchozí technologie). Přípravná opatření se provádějí podle schématu jednoduchého kyselého ošetření studní. Těleso pláště je chráněno instalací ukotveného pakru na potrubí.

Jako pracovní činidlo se používá emulze připravená z roztoku kyseliny chlorovodíkové a oleje. Jak vypadá uspořádání jednotky Azinmash-30A pro vstřikování kyseliny do zásobníku je znázorněno na obrázku níže.

Tato jednotka je vybavena vysokotlakými horizontálními čerpadly s trojitým pístem. Někdy se ke zpracování používají 2 čerpací staniceinstalace. Ropný průmysl vyrábí i další jednotky - UNTs-125x35K, ANTs-32/50, SIN-32, vyráběné na podvozku KrAZ nebo URAL. Typické uspořádání jednotek zahrnuje kolový terénní podvozek, montážní plošinu, na které je instalováno hlavní technologické zařízení, vysokotlaká čerpadla, nádrž pro přepravu a dodávku činidla, kyselinovzdorné potrubí sestávající z tlaku a sání potrubí.

V případě tepelné úpravy kyselinou jsou reakční špičky spuštěny do jamky. Jejich vnitřní dutina je vyplněna hořčíkem ve formě třísek nebo granulí a vnější povrch má perforované otvory. Když je hořčík vystaven působení kyseliny, uvolňuje velké množství tepelné energie.

Ochrana zařízení před korozí

Činidla používaná při kyselém ošetření jamek jsou korozivní prostředí s ohledem na kovy. Rychlost koroze dílů vyrobených z oceli St3 při teplotě 20 °C a koncentraci HCl 10 % je 7 g/(m²∙h) a pro směs 10 % HCl a 5 % HF – 43 g/(m^{2∙h). Proto se k ochraně kovu zařízení používají inhibitory:}

• formalin;
• catapine;
• urotropin;
• I-1-A inhibitor;
• unicol a další.

Bezpečnost pro acidifikační studny

Při okyselování útvaru se používají toxické a hořlavé látky. V případě úniku nebo rozlití může dojít k velkým škodámprostředí.

Vypracovává se plán úpravy kyselinou a schvaluje jej hlavní inženýr OGPD. Práce jsou prováděny dle povolení a technologických předpisů. Platí následující bezpečnostní opatření:

• Zbytky chemikálií a pracích kapalin se shromažďují ve speciálních nádobách pro následnou likvidaci.
• Koncentrace kyselých par je monitorována pomocí analyzátoru plynu.
• Čerpací zařízení a nádrže jsou instalovány ve vzdálenosti minimálně 10 m od ústí vrtu, kabiny automobilů jsou umístěny v opačném směru.
• Během vstřikování kyselin zůstávají v blízkosti jednotek pouze pracovníci, jejichž činnost přímo souvisí s údržbou zařízení; všechny ostatní osoby jsou odstraněny do bezpečné vzdálenosti.
• Je zakázáno provádět práce za silného větru, mlhy a v noci.
• Opravy a instalační práce na potrubích a procesních zařízeních se neprovádějí, dokud se tlak v systému neuvolní.
• K ochraně před účinky kyselin se používají osobní ochranné prostředky - speciální oděv (gumové zástěry, holínky), gumové rukavice, brýle, masky, plynové masky.

Pole by také mělo mít nouzovou zásobu kombinéz a chemikálií k neutralizaci kyselin (vápno, křída, chloramin a další). Veškerý provozní a technický personál musí absolvovat pravidelné školení a certifikaci znalosti bezpečnostních předpisů podle plánu schváleného vedoucím podniku.