главная / банк технологий / исследование скважин (ис) / химбиокомплект

Химический и минералогический анализ кернов продуктивного пластика как инструмент успешной реагентной обработки скважин


            Реагентная  обработка газовых, нефтяных, газоконденсатных, нагнетательных, а также водяных скважин, особенно большой глубины, представляет собой мощный и широко используемый метод увеличения их продуктивности за счет раскольматации призабойной зоны, повышения пористости продуктивного пласта и т.д.

 

            Тем не менее, при проведении реагентных обработок эксплуатационники часто сталкиваются с такими нежелательными эффектами, как вторичная кольматация призабойной зоны пласта, тампонаж поровой структуры за счет образования устойчивых коллоидов и пр. В качестве примера можно привести глинокислотные обработки, а также обработки фторидами. При наличии в породе продуктивного пласта кальция (в частности, в форме карбонатов СаСО3 . хН2О), выпадающий в ходе реакции раствора реагентов с породой пласта малорастворимый осадок фторида кальция CaF2 может вызвать вторичную кольматацию ПЗП, а при определенных значения рН, и тампонаж поровой структуры ПЗП за счет образования плотного геля. Вторичную кольматацию при таких обработках может вызвать и наличие натрия как в форме кислоторастворимых натриевых соединений в породе пласта, так и в виде иона Na+ в технологических и пластовых водах. Кольматационное воздействие при различных реагентных обработках также могут оказывать содержащиеся в породе соединения железа, бария, алюминия, серы, а также ряда других элементов, входящих в состав породы продуктивного пласта. Предотвратить такого рода нежелательные эффекты и призвано исследование химического и минералогического состава кернов продуктивных пластов.

 

            Одного знания химического состава породы пласта недостаточно: необходимо также знать, в виде каких именно соединений и в каких кристаллических модификациях существуют те или иные соединения, чтобы оценить их способность переходить в раствор при проведении реагентных обработок. С другой стороны, исследования минералогической структуры кернов рентгеновскими методами без проведения предварительного химического анализа нецелесообразно, поскольку при этом сложно определить как качественный состав из-за перекрывания брэгговских линий в рентгеновских дифракционных спектрах, принадлежащих, подчас, несуществующим в породе керна кристаллическим структурам, так и количественный состав, поскольку каждой структуре соответствует набор достаточно большого числа брэгговских линий, часто перекрывающихся, что сильно усложняет чисто математическую задачу интегрирования дифракционных спектров. Все это требует комплексного решения задачи – установления как химического, так и минералогического состава.

 

            С этой целью нами был разработан и успешно испытан алгоритм проведения полного химического и минералогического анализа породы с использованием современных инструментальных методов. Схема данного алгоритма приведена на рис. 1.

 

            На первой стадии образец породы керна растворяется в соответствующих растворителях в жестких условиях (концентрированные кислоты и щелочи, использование автоклава и пр.). Полученный раствор подвергается предварительному элементному анализу методом индуктивно связанной плазмы с масс-спектрометрическим детектированием (ICP-MS). Наша экспериментальная база позволяет с достаточной точностью определять элементный состав образца в диапазоне LiTh. В случае необходимости уточнения состава по определенным элементам, мы используем дополнительно методы атомно-абсорбционной спектрометрии (AAS), пламенной фотометрии, спектрометрии в УФ и видимой областях и пр.

 

            Нерастворившуюся часть образца подвергают анализу методом AAS с пламенным и графитовым атомизаторами, а в случае необходимости – другими спектральными, а также гравиметрическим методами.

 

            Одновременно часть образца подвергается рентгенофазовому анализу (ХРА) с помощью рентгеновской дифракционной установки. На основании данных элементного состава производится компьютерная обработка рентгеновского спектра с использованием уникальной базы данных, включающей спектры более чем 250 000 индивидуальных кристаллических соединений и минералов.

 

            Полученные результаты позволяют с достаточной точность определить как качественный, так и количественный минералогический состав.

 

            Использование предлагаемого нами метода можно проиллюстрировать на следующем примере. В качестве образца использовался керн, любезно предоставленный одной из нефтяных компаний ямальского региона. Химический состав образца, определенный и уточненный вышеизложенными методами представлен в табл. 1. Для удобства, содержание элементов приведено в пересчете на оксиды. В таблицу не включена связанная вода, а также соединения, присутствующие на примесном уровне.

 

            Для исследований использовались следующие приборы:

 

  1. Прибор индуктивно связанной плазмы с масс-спектрометрическим детектированием Thermo VG Scientific;
  2. Атомно-абсорбционный спектрометр Perkin-Elmer Analyst-100;
  3. Пламенный фотометр ПФМ;
  4. Фотометр КФК-2;
  5. Рентгеновская дифракционная установка ARL XTRA с медным катодом.

 

 

 

 

Таблица 1

Результаты исследований химического состава

(результаты приведены в форме оксидов и выданы на исходную пробу)

 

Определяемый компонент

Содержание, %

Оксид кремния SiO2

63,80

Оксид железа Fe2O3

3,35

Оксид натрия Na2O

3,90

Оксид калия К2О

2,80

Оксид алюминия Al2O3

13.20

Оксид кальция СаО

1,65

Оксид магния MgO

0,19

Оксид марганца MnO

0.03

Сера общая S

< 0,05

 

            После получения рентгеновского спектра образца, проводился его обсчет с поиском по базе данных рентгеновских спектров для определенных элементов и с использованием стандартных алгоритмов для определения количественного состава. Результаты такой обработки рентгеновского спектра представлены на рис. 2 и в табл. 2.

 

Следует отметить, что такой комплексный метод анализа, не будучи экспрессным, выполняется, тем не менее, достаточно быстро, по сравнению с подготовительным периодом перед реагентной обработкой скважины. Стоимость такого комплексного анализа невелика, и не превышает, как правило, 2 – 3 % от стоимости реагентной обработки. С другой стороны, экономия от проведения такого анализа может быть огромной, поскольку предложенный нами метод поможет избежать ошибок при обработках скважин, приводящих к существенному ухудшению их характеристик, что, в конечном итоге, может потребовать дорогостоящего ремонта.

 

Керны продуктивных пластов хранятся, обычно, в кернохранилищах добывающих компаний и легко могут быть подвергнуты анализу, тем более, что для этого требуется не более 5 – 10 г образца керна. В идеале – добывающим компаниям можно рекомендовать проведение паспортизации кернов продуктивных пластов действующих и вновь бурящихся скважин с точки зрения химического и минералогического составов, что, безусловно, поможет в дальнейшем принимать мотивированные решения при выборе того или иного способа реагентной обработки.

 

 

 

Рис. 2. Рентгеновский спектр образца керна

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.

Минералогический состав керна

 

Минерал и химический состав

Содержание, %

Кварц (тридимит c с примесью стешовита) SiO2

71.7

Гидроксиалюмосиликат железа Fe3.46(Al17.99Si8O45).(OH)3

2.4

Карбонат кальция (кальцит)

1,2

Глина (каолинит) (K0.22Na0.78).(AlSi3O8)

2,3

Натриевый шпат (альбит) Na(AlSi3O8)

2,8

Силикат магния (энстатит) Mg2(Si2O6)

0.1

На уровне примесей: сульфиды, сульфаты, минералы марганца и пр. в сумме

< 0.1

Остальное: аморфная глина, связанная вода и коксовые отложения после отжига образца

< 20,5

 

            Генеральный директор Кероглу Андрей Халыкович

 

Вступить в Ассоциацию! Члены Ассоциации
Все права защищены
© АсБур 2005-2015