Наиболее эффективным и широко используемым методом воздействия на призабойную зону пласта для увеличения или восстановления продуктивности добывающих и приемистости нагнетательных скважин является кислотная обработка скважины.
Важным и наиболее ответственным этапом проектирования технологии кислотной обработки является выбор технологической жидкости процесса. Успешность обработки продуктивного пласта во многом зависит от сочетаемости подобранной кислотной композиции и минералогического состава обрабатываемого интервала, так как химические реакции, лежащие в основе кислотной обработки терригенного коллектора, являются ключевым фактором данного геолого-технического мероприятия.
Наиболее широко применяемым кислотным агентом для обработки терригенных коллекторов и одной из самых старых систем является грязевая кислота, в литературе очень часто ее называют также глинокислота. Давайте разберемся есть ли между ними разница.
Грязевая кислота представляет собой смесь соляной (HCl) с плавиковой кислоты (HF) в различных соотношениях и используется для обработки скважин, призабойная зона которых представлена терригенными породами - песчаниками или алевролитами. Весьма ценной особенностью грязевой кислоты является способность растворять глинистые включения, что дает возможность использовать ее для обработки глинизированных песчанников, удаления глинистой корки со стенок скважины, а также фильтрата глинистого раствора, попавшего в пласт в процессе бурения. Необходимость содержания в данной химической смеси соляной кислоты объясняется тем, что при реакции плавиковой кислоты с кварцевым компонентом песчаника образуется фтористый кремний (SiF4) (1.1).
SiO2 + 4HF = SiF4 + H2O (1.1)
Образовавшийся тетрафторид кремния SiF4 может также реагировать с HF, бесполезно расходуя кислоту, с образованием гексафторкремниевой кислоты H2SiF6 по уравнению (1.2).
SiF4 + HF = H2SiF6 (1.2)
Далее гексафторид кремния SiF62- взаимодействует с водой по уравнению (1.3), при этом образуется коллоидный гидроксид кремния, который в нейтральной среде выпадает в осадок в виде студенистого геля.
SiF62-+ 4H2O = Si(OH)4↓ + 4HF + 2F- (1.3)
Плавиковая кислота также растворяет алюмосиликаты – полевые шпаты и глинистые минералы. [Соколова Т.А., Дронова Т.Я., Толпешта И.И. Глинистые минералы в почвах: учебное пособие. – Тула: Гриф и К, 2005. – 336 с., Харламов К.Н., Андреев О.В., Киселев К.В. Изучение химизма взаимодействия кислотных растворов с горной породой низкопродуктивных залежей нефти // Известия вузов. Нефть и газ. – 2005. – №1. – С. 19-24.]
Однако помимо образующихся в результате кислотных обработок осадков, блокирующих поры, может также происходить блокирование пор и поровых каналов нестабильными мигрирующими глинами. Некоторые пласты подвержены риску миграции глин в процессе агрессивных матричных обработок, приводящих к снижению добычи. Для решения данной проблемы применяются менее агрессивные составы для матричных обработок, а также обработки с применением, так называемой глинокислоты, стабилизирующей пластовые глины. Глинокислота образует особую пленку на поверхности породы, которая не дает частичкам глины отрываться от поверхности подавляя способность миграции. Глинокислота, также, как и грязевая кислота, реагирует с илами и глинами, однако за счет добавки борной кислоты и протекающих между ее компонентами реакций, глинокислота является более медленной кислотой, чем грязевая кислота. Также именно добавка борной кислоты приводит к образованию продуктов взаимодействия кислоты с породой, боросиликатов, создающих липкую пленку, предотвращающую миграцию глин. Глинокислоту выгодно применять только в случаях, когда необходима щадящая обработка коллектора, а также когда присутствует риск миграции частиц глины в результате обработки.
В случае необходимости проведения обработки в жестких пластовых условиях (высокая пластовая температура, повышенная тенденция к образованию эмульсий, проблема с миграцией глин и т.д.) или в пластах, где требуется щадящий режим обработки или существуют ограничения по технологическим параметрам оборудования (алюминиевые или хромированные трубы), в составе обычных грязевой и глинокислоты агрессивная соляная кислота может быть заменена на более мягкую органическую кислоту (муравьиную, уксусную). Органическая грязевая кислота (и глинокислота в том числе) менее коррозионоактивна в сравнении с обычным аналогом, ее скорость реакции приблизительно в 4 раза ниже, чем у обычной грязевой кислоты, также органические кислоты обладают пониженной тенденцией к образованию эмульсий, нефтешламов и осадков.
Недостатком применения составов, содержащих борофтористоводородную кислоту, является неглубокое проникновение кислоты в пласт в процессе кислотной обработки. Это объясняется тем, что борофтористоводородная кислота в растворе полностью диссоциирует с образованием аниона BF4-, который быстро гидролизуется до фтористоводородной кислоты, причем скорость гидролиза значительно увеличивается при повышении температуры и кислотности, кроме того, в результате реакции образуется осадок геля кремниевой кислоты [Kunze K.R., Shaugnessy C.M. Acidizing sandstone formations with fluoboric acid // SPEJ. – 1983. – Vol. 23. - №1. – P. 65-72. Zinov'ev A.M., Karpunin N.A. (2018). Features of acid treatment in conditions of high temperature collectors. The Eurasian Scientific Journal, [online] 6(10). Available at: https://esj.today/PDF/75NZVN618.pdf (in Russian].
Таким образом, грязевая кислота представляет собой смесь соляной и плавиковой кислот (смесь HF + НСl), является сильной и быстрореагирующей кислотой, характеризуя ее повышенную реакционную активность в начальный период реакции с породой вблизи ствола скважины. Из-за своей высокой реакционной активности грязевую кислоту рекомендуется использовать при умеренных температурах и невысоких рисках выпадения закупоривающих поры осадков. Глинокислота представляет собой смесь соляной, плавиковой и борной кислот (смесь HF + НСl + H3BO3), является более медленной, ее выгодно применять только в случаях, когда необходима щадящая обработка коллектора, а также когда присутствует риск миграции частиц глины в результате обработки.
