اسید کاری در چاه های نفت

اسيدكاري اسيد به منظور تحريك طبقات توليد كننده نفت و گاز بدرون چاه تزريق مي گردد تا بخشي از طبقه را در خود حل نموده و مسيرهاي جديدي جهت توليد هيدرو كربورها ايجاد نمايد (در سازندهاي كربناته) و يا معابري كه دچار آسيب شده و مسدود گشته اند را باز نمايد (در سازندهاي ماسه سنگي) .
هدف از انجام عمليات اسيدكاري چاههاي نفت و گاز را مي توان مشتمل بر احياء كردن چاه، باز كردن خلل و فرج، افزايش توليد، افزايش ميزان نفوذ پذيري، تميز كاري چاه و شستشو، تميز سازي لوله ها، آزاد سازي لوله هاي حفاري و بطور كلي كاهش ضريب پوسته دانست.
در عمليات انگيزش چاهها عموما" از اسيد كلريدريك به تنهايي (در سازندهاي كربناته) و يا مخلوط با اسيد فلوريدريك (در سازندهاي ماسه سنگي) با توجه به مزيتهاي قابل توجه آن استفاده مي گردد. در شرايط بخصوص درون چاهي از ديگر اسيدهاي آلي مثل اسيد استيك و يا اسيد فرميك به تنهايي و يا همراه با اسيد كلريدريك استفاده مي گردد .
به منظور متعادل نگهداشتن و تغيير برخي خواص اسيد كلريدريك، افزودني هاي شيميايي خاصي به آن اضافه مي گردد، بعضي از اين افزايه ها شامل افزايه ضد خوردگي اسيد، افزايه كاهش دهنده كشش سطحي، افزايه ضد امولسيون، افزايه كنترل كننده يون آهن و ... مي باشند.
اسيد را مي توان از سطح زمين از مسيرهاي لوله جداري و آستري چاه (Bull head) و يا با استفاده از دستگاه لوله مغزي سيار(Coil tubing) به سنگ مخزن ناحيه توليدي رسانيد .
سيستم ها و افزايه هاي اسيدكاري
- اسيدكاري سازندهاي كربناتي
اكثر مخازن آهكي و دو لومايتي، نفت خود را از طريق يكسري مجرا توليد مي كنند . اسيد پس از تماس با طبقات كربناتي سريعا" شروع به تركيب كرده و رسانايي و عرض مجراها را افزايش مي دهد . بدليل بالا بودن سرعت واكنش اسيد با اين نوع سنگ مخزن، در شرايط خاص و در بهترين حالت امكان بوجود آمدن مجاري جديد و در نتيجه نفوذ پذيري بالاتر از نفوذ پذيري طبيعي مخزن وجود دارد .
از آنجا كه اسيد كلريدريك بسيار مقرون بصرفه بوده و معمولا" هيچ محصول واكنش نامحلولي بجا نمي گذارد، متداولترين اسيد مصرفي در عملياتهاي انگيزشي كربناته است . از اسيدهاي آلي مثل استيك و اسيد فرميك نيز هم بعنوان افزايه و هم بعنوان سيستم اسيد بكار گرفته مي شود. اين اسيدها معمولا" در دماهاي بالا و يا هنگاميكه سنگ مخزن يا سيال سازند با اسيد كلريدريك ناسازگار باشد، كاربرد دارند .
سنگهاي مخزن داراي تخلخل بالا مثل گچها تمايل به ايجاد فضاهاي خالي بزرگ با منافذ بسيار كوچك دارند و در اين موارد يك محلول اسيد رقيق تر (اسيد كلريدريك 10 الي 15 درصد) ترجيح دارد، چرا كه اسيد فقط بايد گلوگاهها را بزرگتر كند. واكنش سريع و انحلال سنگ مخزن مي تواند ساختار ماتريس را تخريب كرده و موجب ريزش سنگ مخزن گردد . در مواردي كه سنگ مخزن سخت، چگال و با تخلخل كم باشد (مثل دولوميت) كه اغلب داراي تخلخل بين دانه ای كمي هستند ، بايد تا اندازه اي چهار چوب دانه ها حل گردد تا تخلخل موثر افزايش يافته و بدينوسيله نفوذ پذيري زياد گردد . بنابراين محلول اسيدي غليظتر (اسيد كلريدريك 20 الي 28 درصد) ترجيح داده مي شود .
سيالات مخزن خصوصا" نفتهاي خام سنگين و يا نفت خامي كه داراي خاصيت توليد لخته و يا ايجاد امولسيون هاي پايدار باشد مي توانند در تماس با اسيدهاي غليظ مشكلات عديده اي ايجاد كرده و حتي باعث ايجاد آسيب هاي جدي به سازند توليدي گردند . در اين مواقع انتخاب صحيح و درصد مناسب افزايه هاي اسيد مي تواند به جلوگيري از ايجاد لخته يا امولسيون كمك نمايد . در دماهاي بالاي ته چاه، مشكلات خوردگي توسط اسيد مي تواند يكي از پارامترهاي اساسي طراحي باشد و در انتخاب حداكثر غلظت اسيد كلريدريك محدوديت ايجاد كند .
بدليل وجود افزايه هاي گوناگون و مختلف اسيدي، فرايند انتخاب افزايه مي تواند بسيار پر زحمت و وقت گير باشد . از اين بين دو افزايه حتما" بايد در هر عمليات اسيدكاري بكار گرفته شود: افزايه ضد خوردگي اسيد و افزايه كاهش دهنده كشش سطحي كه مي تواند بعنوان افزايه ضد امولسيون عمل كند . استفاده از افزايه كنترل كننده يون آهن نيز بدليل جلوگيري از مشكلات ناشي از رسوب يون آهن در سطح سنگ مخزن توصيه مي گردد .
- اسيدكاري سازندهاي ماسه سنگي
تفاوت اسيدكاري ماسه سنگي با اسيدكاري كربناتي در انحلال آسيبهاي كه خلل و فرج را مسدود نموده اند در حاليكه در اسيدكاري كربناتي علاوه بر آسيب، سنگ مخزن نيز توسط اسيد حل مي گردد . از آنجاكه سازند ماسه سنگي مي تواند ساختار كريستالي پيچيده اي داشته باشد و محصولات واكنش مختلفي با اسيد توليد كند، اين نوع اسيدكاري نياز به شناخت بيشتري دارد . عبارت "ماسه سنگ" از طبقه بندي زمین شناسی سنگ با ميزان کانی های سیلیکاته و كوارتز بالا نشات گرفته است . اكثر طبقات ماسه اي از ذرات كوارتز كه توسط مواد مختلف سيماني مانند كربناتها، سيليكا و خاك رس بهم متصل شده اند تشكيل گرديده اند. هنگام توليد نفت، فشار در ناحيه نزديك به چاه كاهش يافته و باعث رسوب كاني هاي محلول در آب سازند مي گردد، اين رسوبات در طولاني مدت منافذ و خلل و فرج را مسدود مي نمايد. ديگر عملياتها مثل حفاري، مشبك كاري، سيمانكاري و توليد عادي نيز موجب آسيبهاي سازندي مي گردند . اسيد، مواد آسيب زننده را همراه با كاني هاي سازند حل كرده و بنابراين شناخت شيمي اين واكنشها در انتخاب نوع اسيد و غلظت آن ضروري است .
بدليل عدم واكنش اسيد كلريدريك با ماسه سنگ از مخلوط فلوريدريك و اسيد كلريدريك در اسيدكاري اين نوع سازندها استفاده مي گردد . اسيد فلوريدريك بايستي با كاني هاي سازند و كاني هاي آسيب زننده سازگاري داشته باشد . از آنجاكه در واكنش اسيد فلوريدريك با كاني ها مقدار زيادي محصولات جانبي توليد مي شود و بعضي از اين محصولات احتمال رسوب دارند بايد قبل از تزريق HF از پيش شوي HCl استفاده تا از رسوب محصولات واكنش HF جلوگيري نمايد . اسيد فلوريدريك تنها اسيد معدني و ارزان است كه قادر به انحلال كاني هاي سيليسي مي باشد . متداولترين فرمولاسيون براي توليد HF، انحلال پودر آمونيوم بي فلورايد در اسيد كلريدريك و يا رقيق نمودن مخلوط HCl-HF غليظ مي باشد .
Diverting System
در بهترين حالت اسيدكاري، بايد كل ناحيه توليدي بطور يكسان تحت تاثير اسيد تزريقي قرار می گیرد . اين مساله در فواصل توليدي طولاني بيشتر نمود دارد و حتما" بايد مورد توجه قرار گيرد. بدين منظور از يكسري تكنيكهاي نشت بندي (منحرف كننده ها) استفاده مي گردد. منحرف كننده ها(diverter) بايستي بصورتي عمل كنند كه جريان در سراسر سازند با نفوذ پذيري هاي مختلف بصورت يكسان پخش شود. يك منحرف كننده ايده آل بايستي در سيال عملياتي حل شود و بدون نفوذ عميق بدرون سازند، يك سطح ناتراوا روي سطح سازند ايجاد كند و در انتهاي عمليات بر طرف گردد .
رزينهاي قابل حل در نفت و اسيد بنزوئيك پولكي داراي اين شرايط هستند . در جاهائيكه لوله هاي درون چاهي مشبك كاري شده اند، گويچه ها نشت بند نيز مي تواند بكار گرفته شود . اين گويچه ها توسط دستگاه تزريق كننده گويچه همراه با جريان اسيد بدرون چاه تزريق مي شوند .
زدودن رسوبات آلي
رسوبات آلي، هيدروكربنهاي سنگيني (پارافينها يا آسفالتها) هستند كه بر اثر كاهش دما يا فشار رسوب مي نمايند. اين رسوبات معمولا در لوله ها، مشبكها و يا سازند ته نشين ميگردند و شامل:
1- پارافينها
پارافينها هيدروكربنهاي ساده و خطي هستند كه فقط از اتمهاي كربن و هيدروژن تشكيل شده اند. طول زنجيره كربني ايجاد كننده رسوبات حداقل داراي 16 اتم كربن مي باشد.
دمايي كه اولين بلور پارافين جامد شكل مي گيرد، نقطه ابري ناميده مي شود. به منظور ممانعت از رسوب پارافينها مي توان دماي سيالات تكميلي را بالاتر از نقطه ابري طراحي كرد ويا از روشهاي شيميايي تصحيح كننده نقطه ابري استفاده نمود.
2- آسفالتها
آسفالتها موادي آلي هستند كه از تركيبات حلقوي آروماتيكي و نفتنيكي با وزن مولكولي چند صد تا چند هزار تشكيل شده اند. اين بخش از هيدروكربنها در حلالهاي آلي زنجيره – مستقيم نامحلولند. رسوبات آسفالتي عموما در يكي از سه فرم زير يافت ميشوند: الف) مواد شبه زغال سخت، ب) امولسيونهاي با پوسته سفت، د) مخلوط با پارافينها. آسفالتها معمولا بصورت سوسپانسيون كلوئيدي بصورت ذره اي با قطر 30 الي 65 آنگستروم يافت شده و بواسطه مولكولهاي مالتن در نفت پايدار مي شوند. رسوبات آسفاتي مي توانند تحت تاثير افت فشار، اغتشاش، اسيدها، دي اكسيد كربن محلول (كاهش pH)، خروج گاز دي اكسيد كربن و ديگر گازها، تزريق سيالات چگاليده، تزريق گاز، آميختن با نفتهاي ناسازگار و ... رسوب نمايند. يونهاي آهن همراه با اسيد در عملياتهاي اسيدكاري تمايل به ايجاد رسوبات آسفالتي را زياد مي كند.
3- قطران
قطران در حقيقت يك رسوب آسفالتي يا تركيبات سنگين نفتي است. اين رسوب را نميتوان با اسيد يا حلال دوگانه برطرف نمود. زدودن اين نوع رسوبات نياز به يك حلال آروماتيكي دارد.
آزمايشات حلاليت در دما وفشار درون چاهي به منظور دستيابي به مؤثرترين حلال جهت زدودن رسوبات آلي مورد نياز است. بطور نمونه رسوب پارافين، آسفالت و قطران در حلالهاي آروماتيكي مثل زايلين و تولوئن حل مي شوند. با اينحال در اغلب موارد رسوبات بصورت مخلوط بوده و به عملياتهاي تركيبي حلال آلي با اسيد و مواد كاهش دهنده كشش سطحي جهت افزايش خيسي رسوبات و بهبود ظرفيت حلاليت سيالات عملياتي نياز است. ديگر حلالها مانند حلال دوگانه و الكلها نيز ممكن است به رفع اينچنين رسوبات كمك نمايد.
شستشوي شيميايي صنايع
- مقدمه
رسوباتي كه حين عمليات عادي درون تجهيزات تشكيل مي شوند و بايستي ضمن شستشوي شيميايي بر طرف گردند به 3 دسته عمده تقسيم مي گردند :
1- رسوبات ناشي از آب
2-رسوبات ناشي از عمليات
3- رسوبات قبل از عمليات
رسوبات ناشي از آب از جامدات محلول و يا غير محلول و يا بر اثر خوردگي تشكيل مي گردد .
اين رسوبات با بكارگيري روشهاي متعدد به منظور تعيين تركيب آن، آناليز مي شود . چگالي رسوب با استفاده از روش وزن سنجي پس از انحلال در اسيد كلريدريك بدست مي آيد . با كاهش وزن رسوب در يك كوره ميزان هيدروكربنهاي موجود در رسوب تعيين گرديده و نياز به عمليات چربي زدايي قليايي مشخص مي شود .
شستشوي شيميايي عموما" مشتمل بر تركيبي از مراحل زير مي باشد :
- تميز سازي مكانيكي
- شستشو با آب
- شستشو با مواد قليايي
- تميز سازي با حلال
- خنثي سازي و غير فعال كردن
در مراحل تميز سازي مكانيكي و شستشو با آب رسوبات غير محكم را بر طرف مي نمايد . در مرحله شستشو با مواد قليايي روغن ها، گريس و كليه هيدروكربنهايي كه ممكن است مواد انحلال رسوبات توسط حلال اسيدي اختلال ايجاد كنند بر طرف مي گردد. يك نمونه از اين نوع شوينده مي تواند شامل فسفاتها بهمراه یک سورفكتنت بعنوان خيس كننده سطح باشد . انحلال در دماهاي بالاتر از ºc70 بهتر نتيجه مي دهد .
مرحله تميز سازي با حلال، فرايندي است كه اسيد همراه با ماده ضد خوردگي جهت زدودن رسوب بكار گرفته مي شود . هنگاميكه رسوب در مرحله قبل بر طرف گرديد سطح فعال فلز در معرض قرار مي گيرد . مراحل خنثي سازي و غير فعال كردن بايستي بصورتي طراحي گردند تا كليه اكسيدهاي آهن بجا مانده بر طرف شده و سطح فعال فلز، غير فعال گردد .
از آنجاكه تركيب رسوبات، مقدار و توزيع آن در فرآيندي مختلف بطور قابل ملاحظه اي تفاوت دارد بنابراين در هر مورد بايستي روش و مراحل خاصي انتخاب گردند تا بيشترين اثر را داشته تميز سازي ايمن تا حد استاندارد صورت پذيرد .
به منظور استقرار تجهيزات پمپاژ، مخازن و كوره به محلي با مساحت كافي احتياج است و لوله كشي هاي موقت بايد صورت گيرد .
ارزيابي و نظارت عملياتهاي اسيدكاري
بكارگيري كنترل كيفي و نظارت صحيح و مداوم در خلال كليه مراحل يك عمليات اسيدكاري مي تواند اختلافي به اندازه موفقيت و شكست داشته باشد. ارزيابي و نظارت ضمن عمليات اسيدكاري به تنهايي كافي نبوده و بايستي در مراحل برپايي تجهيزات و قبل از پمپاژ و بعد از آن طرح ريزي و انجام گردد.
بدين منظور مهندسين با تجربه اين امور بر كليه مراحل فوق نظارت داشته و در انتهاي عمليات گزارش خود را بهمراه درج كليه مشكلات و مسائل و برگه امتياز بندي تمام موارد اعم از تجهيزات، نفرات، زمان بندي، ايمن و زيست محيطي را بصورت مكتوب به ادارات اجرايي اعلام مي دارد.

.