|
TYTUŁ: Wyznaczenie liczby Damköhlera i jej znaczenie w projektowaniu zabiegów matrycowego kwasowania / Determination of the Damköhler number and its importance in the design of matrix acidizing treatments
Autor: Marek Czupski
Recenzenci:
|
|
|
ISSN 2353-2718 Objętość monografii: 152 stron |
|
|
Streszczenie Podczas matrycowego kwasowania formacji węglanowych tworzone są kanały o dużej przepuszczalności zwane otworami robaczkowymi. Efektywność tego typu zabiegów zależy przede wszystkim od: struktury, geometrii i głębokości penetracji otworów robaczkowych poza strefę o uszkodzonej przepuszczalności. Powinien to zapewniać odpowiednio opracowany płyn kwasujący, którym w przypadku formacji węglanowych są najczęściej roztwory kwasu solnego oraz/lub kwasów organicznych, takich jak kwas octowy czy mrówkowy. Dodatkowo w przypadku formacji o wysokich temperaturach stosowane są dodatki zmniejszające szybkość reakcji pomiędzy kwasem a skałą złożową. Ważną wielkością wpływającą na model tworzonych otworów robaczkowych jest liczba Damköhlera (Da). Jest to stosunek szybkości reakcji pomiędzy kwasem a skałą do szybkości jego konwekcji wzdłuż otworu robaczkowego.Celem niniejszej pracy było wyznaczenie liczby Damköhlera dla czterech wybranych systemów ciecz kwasująca–skała i potwierdzenie, że struktura utworzonych otworów robaczkowych zależy od jej wartości. W ramach realizacji pracy wykonano testy reologiczne cieczy kwasujących żelowanych przy użyciu wiskoelastycznego surfaktantu. Badania szybkości reakcji przeprowadzono na rdzeniach cylindrycznych wyciętych z wapienia pińczowskiego oraz skały dolomitowej Guelph dolomite, charakteryzujących się względnie niskimi wartościami współczynników przepuszczalności i porowatości. W przypadku wapienia pińczowskiego współczynnik przepuszczalności wynosił od 9,11·10−15·m2 do 14,23·10−15·m2, a porowatość od 28,51% do 29,10%, natomiast dla dolomitu Guelph odpowiednio 3,69·10−15–7,48·10−15·m2 i 7,67–9,38%. Do wyznaczenia kinetyki reakcji tych skał z dwoma rodzajami cieczy kwasujących użyto metody wirującego dysku. Następnie wykonano badania przepływowe na rdzeniach cylindrycznych przy użyciu stanowiska AFS-300 dla tych samych typów skał i cieczy. się współczynnikiem przepuszczalności w zakresie od 9,65·10−15·m2 do 26,27·10−15·m2 oraz porowatości od 28,78% do 31,29%. Z kolei próbki skały dolomitowej Guelph dolomite miały współczynniki przepuszczalności od 7,48·10−15·m2 do 61,52·10−15·m2, natomiast porowatości były dużo mniejsze i wynosiły od 7,63% do 10,60%. Po testach przepływowych, na podstawie rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej rdzeni cylindrycznych połączonej z analizą parametrów geometrycznych, obliczono liczbę Damköhlera dla każdego ze zidentyfikowanych otworów robaczkowych. W części teoretycznej niniejszej publikacji opisano rodzaje struktur, które tworzone są w skałach węglanowych w wyniku matrycowego kwasowania, i ich wpływ na efektywność zabiegów. Opisano również siedem modeli kwasowania formacji węglanowych używanych do określania wpływu parametrów zabiegowych, takich jak właściwości cieczy, na efektywność procesu kwasowania danej formacji złożowej. Szczególną uwagę poświęcono teorii liczby Damköhlera, od wartości której zależy zjawisko tworzenia się otworów robaczkowych. Badania wykazały, że w temperaturze 80°C całkowita szybkość reakcji dla każdego z czterech układów ciecz kwasująca–skała była kontrolowana przez szybkość transportu masy. Stwierdzono, że żelowanie 15-proc. roztworu HCl przy użyciu wiskoelastycznego surfaktantu TN-16235 powoduje obniżenie całkowitej szybkości reakcji poprzez zmniejszenie szybkości transportu masy. W przypadku wapienia pińczowskiego 7,5-proc. dodatek surfaktantu TN-16235 spowodował zmniejszenie wartości De z 4,45·10−6 cm2/s do 3,53·10−6 cm2/s, a dla skały dolomitowej Guelph dolomite z 2,25·10−6 cm2/s do 1,97·10−6 cm2/s. Na podstawie badań przepływowych wyznaczono wartości objętości porowych niezbędnych do przebicia cieczy kwasującej przez rdzeń cylindryczny (PVbt). Najmniejsze wartości tego parametru dla wapienia pińczowskiego wynosiły: 0,26 dla 15-proc. roztworu HCl i prędkości przepływu równej 2,93 cm/min oraz 0,28 dla żelowanego 15-proc. roztworu HCl i prędkości przepływu równej 0,30 cm/min. Dla skały dolomitowej Guelph dolomite wynosiły one: 0,88 dla 15-proc. roztworu HCl i prędkości przepływu równej 3,68 cm/min oraz 0,25 dla żelowanego 15-proc. roztworu HCl i prędkości przepływu równej 1,00 cm/min. Żelowanie cieczy przy użyciu wiskoelastycznego surfaktantu TN-16235 umożliwia zatem efektywne matrycowe kwasowanie formacji węglanowych przy mniejszych wydajnościach tłoczenia. Stwierdzono również, że od wartości liczby Damköhlera zależy model rozpuszczania ośrodka porowatego przez daną ciecz kwasującą. Dla otworów robaczkowych utworzonych w rdzeniach wapienia pińczowskiego przy użyciu 15-proc. roztworu HCl wyliczone wartości liczby Da lokowały się w przedziale od 0,244 do 0,026 (optymalna wartość wyniosła 0,031), a dla żelowanego 15-proc. roztworu HCl w zakresie od 0,145 do 0,008 (optymalna wartość wyniosła 0,097). Za optymalną liczbę Da uznano jej wartość, dla której otwory robaczkowe penetrują całą długość rdzenia przy minimalnym wyczerpaniu cieczy kwasującej opisywaną przez PVbt. Natomiast dla otworów robaczkowych wytrawionych w skale Guelph dolomite przez 15-proc. Roztwór HCl obliczone wartości liczby Da były w przedziale od 0,104 do 0,030 (optymalna była równa 0,066), a przez żelowany 15-proc. roztwór HCl w zakresie od 0,188 do 0,030 (optymalna wartość wyniosła 0,069). Zaprezentowana w niniejszej pracy metodyka badań umożliwia wyznaczenie liczby Damköhlera dla systemów ciecz kwasująca–skała, a dzięki temu ułatwia przygotowanie technologii zabiegów matrycowego kwasowania formacji węglanowych w taki sposób, aby zabiegi te były jak najbardziej efektywne.
Słowa kluczowe: matrycowe kwasowanie, liczba Damköhlera, wiskoelastyczny surfaktant
|
|
|
Abstract The aim of the study was to determine the Damköhler number for four selected acidizing liquid–rock systems and to confirm that the structure of the wormholes depends on this variable. As part of the work, rheological tests of gelled acidizing liquids using a viscoelastic surfactant were conducted. The reaction rate tests were carried out on core plugs cut from Pińczów limestone and Guelph dolomite, which are characterized by relatively low permeability and porosity coefficients: 9.11–14.23 × 10−15m2 and 28.51%–29.10%, respectively, in the case of Pińczów limestone and 3.69–7.48 × 10−15m2 and 7.67%–9.38%, respectively, for Guelph dolomite. A rotating disk apparatus was used to determine the kinetics of the reaction of these rocks with two types of acidizing liquids. Then, core flow tests were performed on the core plugs using the AFS-300 system for the same types of rocks and liquids. The core plugs of Pińczów limestone used in these tests had a permeability coefficient ranging from 9.65 to 26.27 × 10−15m2 and a porosity coefficient ranging from 28.78% to 31.29%. On the other hand, samples of the Guelph dolomite had permeability coefficients of 7.48 to 61.52 × 10−15m2, while the porosity was much lower, ranging from 7.63% to 10.60%. After the core flow tests, the Damköhler number was calculated for each identified wormhole, using X-ray computed microtomography combined with an analysis of the geometric parameters. The types of structures that are formed in carbonate rocks as a result of matrix acidizing and their impact on the effectiveness of treatment are described in the theoretical part of this publication. Seven models of carbonate acidizing, which are used to estimate the influence of the parameters of the treatment and the properties of the liquid and rock on the efficiency of the acidizing process, are also discussed. Particular attention was paid to the theory of the Damköhler number, the value of which determines the formation of wormholes. The tests showed that at 80°C the overall reaction rate for each of the four acidizing liquid–rock systems was controlled by the mass transport rate. It was found that a gelled 15% HCl solution using TN-16235 viscoelastic surfactant reduced the overall reaction rate by reducing the mass transport rate. In the case of Pińczów limestone, the addition of 7.5% TN‑16235 surfactant reduced the De value from 4.45 × 10−6cm2/s to 3.53 × 10−6cm2/s; for Guelph dolomite De decreased from 2.25 × 10−6cm2/s to 1.97 × 10−6cm2/s. The values of the acidizing liquid pore volumes required to break through the core plug (PVbt) were determined based on the core flow tests. The lowest values of this parameter for Pińczów limestone were 0.26 for a 15% HCl solution and a velocity of 2.93 cm/min and 0.28 for a gelled 15% HCl solution and a velocity of 0.30 cm/min. For the Guelph dolomite rock, they were 0.88 for a 15% HCl solution and a velocity of 3.68 cm/min and 0.25 for a gelled 15% HCl solution and a velocity of 1.00 cm/min. Gelling a liquid with TN-16235 viscoelastic surfactant thus enables efficient matrix acidizing of carbonate formations with lower pumping rates. It was also found that the model of dissolution of the porous medium by a given acidizing liquid depended on the value of the Damköhler number. For wormholes created in the plugs of Pińczów limestone using the 15% HCl solution, the calculated values of Da were in the range of 0.244 to 0.026 (optimal value: 0.031); for the gelled 15% HCl solution it ranged from 0.145 to 0.008 (optimal value: 0.097). The optimal value for Da was considered to be the value for which wormholes were able to penetrate the entire length of the core with minimal acid spending described by PVbt. For wormholes etched in the Guelph dolomite rock by the 15% HCl solution, the calculated values of Da ranged from 0.104 to 0.030 (optimal value: 0.066), and for the gelled 15% HCl solution they ranged from 0.188 to 0.030 (optimal value: 0.069). The research methodology presented in this paper allows the Damköhler number to be determined for acidizing liquid–rock systems, and thus facilitates the preparation of technology for matrix acidizing of carbonate formations in such a way as to make these treatments as effective as possible. Keywords: matrix acidizing, Damköhler number, viscoelastic surfactant |
|
|
Cena egzemplarza: 60 zł netto (plus 5% VAT) Zamówienia prosimy składać e-mailowo: nafta-gaz@inig.pl lub telefonicznie 12 617 76 32. |
|
