Экспериментальное исследование кинетики реакции соляной кислоты с карбонатными породами при термобарических условиях пласта

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Взаимодействие кислоты с карбонатными породами является основой процессов повышения продуктивности добывающих скважин и интенсификации добычи нефти из карбонатных коллекторов. Растворение карбонатов в условиях фильтрации раствора кислоты через пористую среду определяется конкуренцией процессов химической реакции и конвективного переноса кислоты. Исследование этих конкурирующих процессов проводится на двух основных установках: вращающемся карбонатном диске, омываемом потоком кислоты, и установке по фильтрации раствора кислоты через образцы карбонатного коллектора. В работе представлены результаты таких исследований с обсуждением и определением параметров кинетики реакции на образце конкретного месторождения. Рассчитаны значения диффузии и кинетики реакции, критической скорости образования червоточин в пористой среде при различных концентрациях соляной кислоты. Оценены значения основных безразмерных комплексов подобия: чисел Дамкелера, Пекле и растворяющей способности кислоты.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Р. М. Ганопольский

ФГАОУ ВО “Тюменский государственный университет”

Автор, ответственный за переписку.
Email: r.m.ganopolskij@utmn.ru
Россия, Тюмень

Б. Р. Гильмутдинов

ООО “Иркутская нефтяная компания”

Email: r.m.ganopolskij@utmn.ru
Россия, Иркутск

А. В. Жонин

ООО “АЛТИМ”

Email: r.m.ganopolskij@utmn.ru
Россия, Уфа, Республика Башкортостан

Т. М. Мухаметзянов

ООО “АЛТИМ”

Email: r.m.ganopolskij@utmn.ru
Россия, Уфа, Республика Башкортостан

К. М. Федоров

ФГАОУ ВО “Тюменский государственный университет”

Email: k.m.fedorov@utmn.ru
Россия, Тюмень

А. Е. Фоломеев

ООО “Иркутская нефтяная компания”

Email: r.m.ganopolskij@utmn.ru
Россия, Иркутск

Список литературы

  1. Ибрагимов Г.З., Хисамутдинов Н.И. Справочное пособие по применению химических реагентов в добыче нефти. М.: Недра, 1983.
  2. Schechter R.S. Oil Well Stimulation. Prentice Hall, Englewood Cliffs. 1993. Р. 436.
  3. Fredd C.N., Fogler H.S. Influence of Transport and Reaction on Wormhole Formation in Porous Media // AIChE Journal. 1998. № 44(9). Р. 1933. 10.1002/aic.690440902
  4. Dong K., Zhu D., Hill A.D. Theoretical and Experimental Study of Optimal Injection Rates in Carbonate Acidizing // SPE Journal. 2017. № 22(03). Р. 892. 10.2118/178961-PA.
  5. Mumallah N.A. Factors Influencing the Reaction Rate of Hydrochloric Acid and Carbonate // Proc. SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, Anaheim, California, 20-22 February. 1991. SPE-21036. 10.2118/21036-MS.
  6. Кристиан М., Сокол С., Константинеску А. Увеличение продуктивности и приемистости скважин. М.: Недра, 1985.
  7. Телин А.Г., Исмагилов Т.А., Ахметов Н.З. Комплексный подход к увеличению эффективности кислотных обработок скважин в карбонатных коллекторах // Нефтяное хозяйство. 2001. № 8. С. 69.
  8. Харисов Р.Я., Фоломеев А.Е., Коптяева Е.И., Телин А.Г. Манометрическая установка как инструмент выбора кислотных составов для стимуляции скважин в карбонатных коллекторах // V Всероссийская научно-практическая конференция “Нефтепромысловая химия”, посвященная 80-летию РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина и 50-летию кафедры технологии химических веществ для нефтяной и газовой промышленности. РГУ, 24-25 июня 2010 г. Москва: РГУ нефти и газа. С. 91.
  9. Wang Y., Hill A.D., Schechter R.S. The Optimum Injection Rate for Matrix Acidizing of Carbonate Formations. SPE-26578. 1993. 10.2118/26578-MS
  10. Panga M. K., Ziauddin M., Balakotaiah V. Two‐scale continuum model for simulation of wormholes in carbonate acidization // AIChE journal. 2005. № 51(12). Р. 3231. 10.1002/aic.10574.
  11. Monette M., Nguyen Q.P. An Experimental Study of Wormhole Morphology with a Novel Acid System in Ultra-High-Temperature Carbonate Reservoirs. Transport in Porous Media. 2023. № 149. Р. 625. https://doi.org/10.1007/s11242-023-01976-8.
  12. Fredd C.N., Fogler H.S. Optimum Conditions for Wormhole Formation in Carbonate Porous Media: Influence of Transport and Reaction. SPE Journal. 1999. № 4(3). 10.2118/56995-PA.
  13. Al-Arji H., Al-Azman A., Le-Hussain F., Regenauer-Lieb K. Acid stimulation in carbonates: A laboratory test of a wormhole model based on Damköhler and Péclet numbers // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021. 203. 10.1016/j.petrol.2021.108593.
  14. Daccord G., Touboul E., Lenormand R. Carbonate acidizing: toward a quantitative model of the wormholing phenomenon // SPEJ. 1989. V. 4. № 1. Р. 63.
  15. Gong M., El-Rabaa A.M. Quantitative Model of Wormholing Process in Carbonate Acidizing. 1999. SPE 52165.
  16. Мещеряков А.А., Галиев Н.А., Фоломеев А.Е. и др. Обоснование оптимальной рецептуры кислотного состава и параметров кислотного воздействия с использованием физико-математического моделирования // Нефтяное хозяйство. 2023. № 8. С. 104. 10.24887/0028-2448-2023-8-104-109.
  17. Lund K., Fogler H.S., McCune C.C. Acidizing-1. The dissolution of dolomite in hydrochloric acid. //Chemical Engineering Science. 1973. V. 28. № 3. P. 691.
  18. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика / В.Г. Левич. М.: Физматгиз, 1959.
  19. Дамаскин Б.Б. Введение в электрохимическую кинетику / Б.Б. Дамаскин, О.А. Петрий. М.: Высшая школа, 1975.
  20. Burton R.C., Nozaki M., Zwarich N.R., Furui K. Improved understanding of acid wormholing in carbonate reservoirs through laboratory experiments and field measurements. SPE-191625-RA. 2020. DOI: http://doi.org/10.2118/191625-PA.
  21. Akanni O.O., Nasr-El-Din H.A. The Accuracy of Carbonate Matrix-Acidizing Models in Predicting Optimum Injection and Wormhole Propagation Rates //SPE Middle East Oil & Gas Show and Conference. 2015. pp.SPE-172575-MS. https://doi.org/10.2118/172575-MS.
  22. Glasbergen G., Kalia N., Nalbot M. The Optimum Injection Rate for Wormhole Propagation: Myth or Reality. SPE 121464. 2009.
  23. Fredd C.N., Fogler H.S. The kinetics of calcite dissolution in acetic acid solutions // Chemical Engineering Science. 1998. № 53(22). Р. 3863. 10.1016/S0009-2509(98)00192-4.
  24. Гиматудинов Ш.К. Физика нефтяного и газового пласта. // Гиматудинов Ш.К., Ширковский А.И. М.: АльянС, 2021.
  25. Santos Lucas C.R., Neyra J.R., Araujo E.A, Silva D.N.N., Lima M.A., Ribeiro D.A.M., Aum P.T.P. Carbonate acidizing – A review on influencing parameters of wormholes formation // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2023. V. 220. 10.1016/j.petrol.2022.111168.
  26. Ghommem M., Zhao W., Dyer S., Qiu X., Brady D. Carbonate acidizing: Modeling, analysis, and characterization of wormhole formation and propagation // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2015. № 131. Р. 18. 10.1016/j.petrol.2015.04.021

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Компьютерная томография прокачки кислоты через карбонатный образец керна горной породы: (а) фронтальный режим; (б) сквозная червоточина; (в) объемный режим [3]. На фотографиях рентгеновской просветки образцов видны основные режимы выщелачивания карбонатов. Движение кислоты сверху вниз.

Скачать (456KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Фотография установки (а) и принципиальная схема реактора (б) для исследования кинетики растворения вращающегося карбонатного диска.

Скачать (398KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Фотография установки для исследования однофазной фильтрации ПИК АП-3000.

Скачать (543KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Экспериментальная зависимость скорости реакции от угловой скорости вращения доломитового диска (а) и теоретическая кривая (б) для карбонатов. J – удельная скорость растворения мкмоль/(см2∙с), W – угловая скорость вращения диска, рад/с.

Скачать (267KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Конфигурация реагирующей поверхности доломитового диска при различных скоростях угловой скорости (об/мин). Выделены три диапазона скоростей: полностью соответствующего теории Левича (+), влияния краевых условий (+/–) и соответствующих турбулентному режиму (?), в котором теоретические допущения несправедливы.

Скачать (368KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Результаты фильтрационных экспериментов по определению зависимости объема прокачки до прорыва, нормированного на поровый объем от скорости закачки для выбранных концентраций соляной кислоты.

Скачать (150KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025