اندازه‌گیری ویسکوزیته سیال شکافت اسیدی در مخازن نفت شیل

سینتیک واکنش اسید-سنگ و ارتباط آن با ویسکوزیته

مکانیسم واکنش اسید-سنگ به شدت تحت تأثیر ویسکوزیته سیال قرار دارد. سیستم‌های اسیدی کلاسیک به سرعت با کانی‌های کربناته واکنش می‌دهند، انحلال را در نزدیکی دهانه چاه متمرکز می‌کنند و عمق نفوذ را محدود می‌کنند. سیستم‌های اسیدی کندکننده، با استفاده از سورفکتانت‌های ویسکوالاستیک یا امولسیون‌های پلیمری-اسیدی، سرعت انتشار یون‌های هیدروژن را کاهش می‌دهند و سرعت کلی واکنش اسید-سنگ را کند می‌کنند. این امر اسید را قادر می‌سازد تا قبل از مصرف شدن، به عمق بیشتری در سازندهای با نفوذپذیری کم یا تخلخل کم نفوذ کند و باعث ایجاد حکاکی گسترده‌تر و شکستگی‌های طولانی‌تر شود.

تعدیل سرعت واکنش می‌تواند از طریق موارد زیر تنظیم شود:

• تنظیم نسبت‌های سورفکتانت/پلیمر برای تنظیم دقیق انتشار اسید.
• اسیدکاری متوالی - تزریق متناوب اسید با تأخیر و منظم - تعادلی بین حکاکی نزدیک چاه و حکاکی عمیق سازند ایجاد می‌کند، همانطور که در آزمایش‌های تزریق متوالی نشان داده شده است که در آن سیستم‌های اسید متناوب حکاکی درجه‌بندی شده و تحریک مخزن را بهبود می‌بخشند.

اثرات سینرژیک از ترکیبات زیر ناشی می‌شوند:

• پلیمرهای ترکیب‌شده با سورفکتانت‌های غیریونی، غلظت‌دهی قوی ایجاد می‌کنند و مقاومت حرارتی و مقاومت در برابر نمک را افزایش می‌دهند، که این امر با ارزیابی خواص رئولوژیکی و حمل شن در شرایط شبیه‌سازی‌شده مخزن تأیید شده است.
• مخلوط‌های قلیایی-سورفکتانت-پلیمر (ASP) و سیستم‌های نانوکامپوزیتی (مثلاً اکسید گرافن-پلیمر)، هم ویسکوزیته کنترل‌کننده سرعت و هم پایداری اسید را بهبود می‌بخشند، ضمن اینکه به کنترل پروفیل و حذف اسید باقیمانده نیز کمک می‌کنند - که برای بهینه‌سازی شکست اسیدی در کانال‌های نشت طبیعی ناهمگن و برای افزایش بازیابی از سازندهای با نفوذپذیری کم یا تخلخل کم حیاتی است.

آزمایش‌های میکرومدل شیشه‌ای و سیلاب‌زنی مغزه تأیید می‌کنند که این فرمولاسیون‌های سفارشی، زمان تماس اسید را افزایش می‌دهند، واکنش با مواد معدنی را کند می‌کنند، سطح حکاکی شده را بهبود می‌بخشند و در نهایت زهکشی مخزن نفت را گسترش می‌دهند که نشان‌دهنده رابطه عملی بین ترکیب سیال شکافت اسیدی، ویسکوزیته، سینتیک واکنش اسید-سنگ و راندمان کلی تحریک مخزن است.

تأثیر هندسه شکستگی بر نفوذ اسید و اثربخشی آن

هندسه شکستگی - به طور خاص طول، عرض (روزنه) و توزیع فضایی - به طور حیاتی نفوذ اسید و در نتیجه اثربخشی شکستگی اسیدی را تعیین می‌کند. شکستگی‌های بلند و پهن، توزیع گسترده اسید را افزایش می‌دهند، اما به دلیل "رخنه" اسید، که در آن اسید مصرف نشده به سرعت به نوک شکستگی می‌رسد بدون اینکه به طور کامل در طول مسیر واکنش نشان دهد، می‌تواند کارایی را کاهش دهد. تغییرپذیری روزنه، به ویژه شکستگی‌های کانالیزه یا با دیواره خشن که توسط اچینگ غیریکنواخت ایجاد می‌شوند، با فراهم کردن مسیرهای ترجیحی و کاهش اتلاف زودرس اسید، نفوذ بیشتر را افزایش می‌دهند.

• تنوع دیافراگم:سطوح کانالیزه شده که توسط اچینگ اسیدی ایجاد می‌شوند، رسانایی را تحت تنش حفظ می‌کنند و مسیرهای انتقال اسید ترجیحی را فراهم می‌کنند.
• قرارگیری مکانی:شکستگی‌های نزدیک به دهانه چاه، توزیع اسید یکنواخت‌تری را ممکن می‌سازند، در حالی که شکستگی‌های دور یا بسیار شاخه‌دار از تزریق اسید مرحله‌ای یا تزریق متناوب سیال اسید/خنثی بهره‌مند می‌شوند.
• تزریق چند مرحله‌ای:استفاده متناوب از اسید و مایعات فاصله دهنده می‌تواند حکاکی در امتداد سطوح شکستگی گسترده را احیا کند و منجر به نفوذ عمیق‌تر و بزرگ شدن مؤثرتر شکستگی‌های طبیعی و القایی شود.

بررسی‌های میدانی و آزمایشگاهی با استفاده از اسکن میکرو سی‌تی و مدل‌سازی عددی نشان می‌دهد که پیچیدگی هندسی و زبری، هم سرعت واکنش اسید-سنگ و هم میزان نهایی افزایش نفوذپذیری را کنترل می‌کنند. بنابراین، طراحی مناسب شکست اسیدی، خواص سیستم اسیدی و طرح‌های تزریق را به طور بهینه با هندسه‌های شکستگی خاص مخزن مطابقت می‌دهد و حداکثر رسانایی پایدار شکستگی و افزایش بازیابی نفت را تضمین می‌کند.

استراتژی‌های بهینه‌سازی برای شکست اسیدی مؤثر

انتخاب سیستم‌های اسیدی و افزودنی‌ها

بهینه‌سازی شکست اسیدی به شدت به انتخاب سیستم‌های اسیدی مناسب وابسته است. سیستم‌های اسیدی کندکننده، مانند اسیدهای ژلی یا امولسیونی، برای کاهش سرعت واکنش اسید-سنگ فرموله شده‌اند. این امر امکان نفوذ عمیق‌تر در امتداد شکستگی و حکاکی یکنواخت‌تر اسید را فراهم می‌کند. در مقابل، سیستم‌های اسیدی مرسوم - معمولاً اسید هیدروکلریک اصلاح نشده - به سرعت واکنش نشان می‌دهند و اغلب عمق نفوذ اسید و گسترش شکستگی را محدود می‌کنند، به خصوص در مخازن کربناته و شیل با دمای بالا. پیشرفت‌های اخیر شامل سیستم‌های اسیدی جامد، متناسب با مخازن با دمای بسیار بالا است که سرعت واکنش را بیشتر کند می‌کنند، خوردگی را کاهش می‌دهند و از طریق عملکرد طولانی مدت اسید و بهبود انحلال سنگ، اثربخشی را افزایش می‌دهند.

هنگام مقایسه سیستم‌های کندکننده در مقابل سیستم‌های مرسوم:

• اسیدهای عقب‌ماندهدر سازندهایی که مصرف سریع اسید در نزدیکی چاه، دسترسی و یکنواختی عملیات تصفیه را کاهش می‌دهد، ترجیح داده می‌شوند. نشان داده شده است که این اسیدها باعث تسهیل گسترش بهتر شکستگی‌ها توسط اسید و بهبود رسانایی پس از شکستگی و ناحیه تخلیه نفت می‌شوند.
• اسیدهای متعارفممکن است برای تصفیه‌های کم‌عمق یا مناطق بسیار نفوذپذیر که در آن‌ها واکنش سریع و حداقل نفوذ قابل قبول است، کافی باشد.

انتخاب اصلاح‌کننده‌های ویسکوزیته - مانند سورفکتانت‌های ویسکوالاستیک (سیستم‌های VCA) یا عوامل ژل‌کننده مبتنی بر پلیمر - به عوامل خاص مخزن بستگی دارد:

• دمای مخزن و کانی‌شناسی، پایداری شیمیایی و عملکرد اصلاح‌کننده‌های ویسکوزیته را تعیین می‌کنند.
• برای کاربردهای دمای بالا، ژل‌شکن‌های پایدار حرارتی مانند عوامل اکسیدکننده کپسوله‌شده یا کپسول‌های اسید اچینگ برای اطمینان از تجزیه اسید ژل‌شده و پاکسازی کارآمد پس از عملیات ضروری هستند.
• پروفیل ویسکوزیته ظاهری باید طوری تنظیم شود که سیال شکست اسیدی، ویسکوزیته خود را حفظ کند.ویسکوزیته کافیدر طول پمپاژ (افزایش عرض شکستگی و تعلیق پروپانت) با این حال می‌تواند توسط ژل‌شکن‌ها برای جریان برگشتی مؤثر به طور کامل تخریب شود.

انتخاب مناسب افزودنی، آسیب سازند را به حداقل می‌رساند، اچینگ اسیدی مؤثر برای بهبود شکستگی را تضمین می‌کند و بهبود در مخازن با نفوذپذیری کم و تخلخل کم را به حداکثر می‌رساند. کاربردهای میدانی اخیر نشان می‌دهد که فرمولاسیون‌های سیال شکست اسیدی مبتنی بر VCA، با ژل‌شکن‌های دقیق و منطبق، در مقایسه با سیستم‌های سنتی، باعث پاکسازی بیشتر، هدررفت کمتر سیال و تحریک بهتر مخزن می‌شوند.

پارامترهای عملیاتی مؤثر بر موفقیت تحریک اسیدی

کنترل عملیاتی در طول شکست اسیدی به طور چشمگیری بر نتایج تأثیر می‌گذارد. پارامترهای اصلی عملیاتی شامل نرخ پمپ، حجم اسید تزریقی و مدیریت پروفیل فشار است:

• نرخ پمپسرعت و هندسه انتشار شکستگی را تعیین می‌کند. سرعت بالاتر باعث نفوذ عمیق‌تر اسید و برهمکنش پایدار اسید-سنگ می‌شود، اما باید متعادل باشد تا از مصرف زودهنگام اسید یا رشد کنترل‌نشده شکستگی جلوگیری شود.
• حجم تزریق اسیدبر طول و عرض شکستگی‌های اسیدکاری شده تأثیر می‌گذارد. حجم‌های بزرگتر معمولاً برای سازندهای با نفوذپذیری کم مورد نیاز است، اگرچه بهینه‌سازی حجم اسید به همراه اصلاح‌کننده‌های ویسکوزیته می‌تواند استفاده غیرضروری از مواد شیمیایی را کاهش داده و در عین حال رسانایی را حفظ کند.
• کنترل فشاردستکاری فشار ته چاه و فشار سطح زمین در لحظه، باز ماندن شکستگی، جبران اتلاف سیال و هدایت اسیدپاشی در امتداد مناطق شکستگی مورد نظر را تضمین می‌کند.

در عمل، نشان داده شده است که برنامه‌های تزریق اسید مرحله‌ای یا متناوب - که در آن انواع اسید یا ویسکوزیته‌ها به طور متناوب تغییر می‌کنند - تشکیل کانال را افزایش می‌دهند، توسعه شکستگی منحنی را ارتقا می‌دهند و سطح زهکشی مخزن نفت را بهینه می‌کنند. به عنوان مثال، تزریق اسید متناوب دو مرحله‌ای می‌تواند کانال‌های عمیق‌تر و رساناتری ایجاد کند که از روش‌های تک مرحله‌ای در هر دو محیط آزمایشگاهی و میدانی بهتر عمل می‌کند.

تطبیق تکنیک‌های اسیدکاری با ناهمگنی مخزن حیاتی است. در مخازن شیل با کانی‌شناسی متغیر و شکستگی‌های طبیعی، از مدل‌سازی پیش‌بینی‌کننده و پایش بلادرنگ برای هدایت زمان‌بندی و توالی تزریق‌ها استفاده می‌شود. تنظیمات مبتنی بر ویژگی‌های شکستگی (مثلاً جهت‌گیری، اتصال، بهبود کانال نشت طبیعی) به اپراتورها اجازه می‌دهد تا پارامترهای عملیاتی را برای حداکثر تحریک و حداقل آسیب سازند تنظیم کنند.

مدل‌سازی پیش‌بینی‌کننده و یکپارچه‌سازی داده‌ها

طراحی مدرن شکست اسیدی اکنون مدل‌های پیش‌بینی‌کننده‌ای را که پارامترهای عملیاتی، خواص سیال شکست اسیدی و رسانایی پس از شکست را به هم مرتبط می‌کنند، ادغام می‌کند. مدل‌های پیشرفته موارد زیر را در نظر می‌گیرند:

• مکانیسم و ​​​​سرعت واکنش اسید-سنگو چگونگی تکامل مورفولوژی و حکاکی اسیدی در شرایط میدانی را به تصویر می‌کشد.
• عوامل خاص مخزنمانند تخلخل و نفوذپذیری، ناهمگنی کانی‌شناسی و شبکه‌های شکستگی از پیش موجود.

این مدل‌ها از داده‌های تجربی، نتایج آزمایشگاهی و یادگیری ماشینی برای پیش‌بینی چگونگی تأثیر تغییرات در ویسکوزیته، نرخ پمپاژ، غلظت اسید و پروفیل‌های حرارتی بر تکنیک‌های ایجاد شکستگی در شکست هیدرولیکی و بهینه‌سازی بلندمدت ناحیه زهکشی مخزن استفاده می‌کنند.

دستورالعمل‌های کلیدی در همسوسازی محدودیت‌های میدانی و طراحی عملیاتی عبارتند از:

• انتخاب ویسکوزیته و فرمولاسیون اسید بر اساس سینتیک واکنش اسید-سنگ مورد انتظار، پروفیل دمایی مورد انتظار و اهداف تکمیل (مثلاً به حداکثر رساندن نفوذپذیری سنگ با تخلخل کم یا حل مشکلات کانال نشت طبیعی ضعیف).
• استفاده از رویکردهای مبتنی بر داده برای تنظیم پویای برنامه‌های تزریق اسید، نرخ پمپاژ و دوزهای شکن، بهینه‌سازی اندازه شکستگی و بازیابی پس از عملیات.

نمونه‌هایی از استقرارهای میدانی اخیر نشان می‌دهد که این تکنیک‌های پیش‌بینی، رسانایی پس از شکست را افزایش داده و پیش‌بینی‌های تولید نفت را بهبود می‌بخشند و استراتژی‌های شکست اسیدی مؤثرتر و قابل اعتمادتری را در مخازن پیچیده شیل و کربناته امکان‌پذیر می‌سازند.

گسترش ناحیه زهکشی نفت و حفظ رسانایی شکست

رفع انسداد سازند و افزایش اتصال

اچینگ اسیدی یک مکانیسم اصلی در کاربردهای سیال شکست اسیدی برای غلبه بر چالش انسداد سازند، مانند تجمع میعانات و پوسته پوسته شدن مواد معدنی، در مخازن شیل است. هنگامی که اسید - معمولاً اسید هیدروکلریک (HCl) - تزریق می‌شود، با مواد معدنی واکنش‌پذیر مانند کلسیت و دولومیت واکنش می‌دهد. این مکانیسم واکنش اسید-سنگ، رسوبات معدنی را حل می‌کند، فضاهای منافذ را بزرگ می‌کند و منافذ قبلاً جدا شده را به هم متصل می‌کند و مستقیماً تخلخل و نفوذپذیری را در مخازن نفتی بهبود می‌بخشد. سرعت واکنش اسید-سنگ و همچنین فرمولاسیون خاص سیال شکست اسیدی مورد استفاده، بسته به کانی‌شناسی شیل و ترکیب انسداد متفاوت است.

در شیل‌های غنی از کربنات، غلظت‌های بالاتر HCl به دلیل واکنش سریع‌تر و کارآمدتر اسید-سنگ، باعث حذف برجسته‌تر و برجسته‌تر انسداد می‌شود. تنظیم ترکیب اسید با محتوای خاص کربنات و سیلیکات مخزن، فرآیند حذف را بهینه می‌کند، به طور موثر کانال‌های نشت طبیعی را بازیابی می‌کند و راه‌حل‌های ضعیف کانال نشت طبیعی را برطرف می‌کند. زبری سطح روی سطوح شکستگی موجود در نتیجه انحلال اسید افزایش می‌یابد که به طور مستقیم با رسانایی بهبود یافته شکستگی و کانال‌های جریان بادوام‌تر برای هیدروکربن‌ها مرتبط است. این مکانیسم با داده‌های تجربی که نشان دهنده بهبود قابل توجه در تولید گاز و شاخص تزریق‌پذیری پس از عملیات اسیدی مناسب در سازندهای با نفوذپذیری کم است، تأیید شده است.

رسانایی پایدار شکستگی برای بهره‌وری بلندمدت چاه‌های نفت شیل بسیار مهم است. با گذشت زمان، شکستگی‌های القایی می‌توانند به دلیل خرد شدن پروپانت، دیاژنز، فرورفتگی یا مهاجرت ذرات ریز، رسانایی خود را از دست بدهند. این فرآیندها مسیرهای باز ایجاد شده توسط فشار شکست هیدرولیکی را کاهش می‌دهند و به شدت بر بازیابی هیدروکربن‌ها تأثیر می‌گذارند. مدل‌سازی ریاضی و مطالعات آزمایشگاهی نشان می‌دهد که بدون مدیریت مناسب، تخریب پروپانت می‌تواند تولید را تا 80 درصد در طول 10 سال کاهش دهد. عواملی مانند فشار بسته شدن، اندازه پروپانت و خواص سطح شکستگی اولیه نقش‌های محوری ایفا می‌کنند. انتخاب پروپانت مناسب و مدیریت فعال فشارهای درون چاهی برای حفظ مسیرهای بزرگ شده ایجاد شده توسط اچینگ اسیدی برای جریان پایدار نفت و گاز ضروری است.

توسعه و نگهداری شبکه شکستگی

گسترش استراتژیک ناحیه زهکشی مخزن نفت به طراحی و استقرار مؤثر سیستم‌های اسیدی کنترل‌شده متکی است. این سیستم‌ها، سیستم‌های سیال شکست اسیدی مهندسی‌شده‌ای هستند که حاوی افزودنی‌هایی - مانند کندکننده‌ها، عوامل ژل‌کننده و سورفکتانت‌ها - برای تنظیم قرارگیری اسید، کنترل سرعت واکنش اسید-سنگ و به حداقل رساندن نشت سیال در طول عملیات هستند. نتیجه، یک فرآیند حکاکی هدفمندتر است که تکنیک‌های ایجاد شکستگی در شکست هیدرولیکی را به حداکثر می‌رساند و از انتشار شکستگی‌های اولیه و ثانویه (منحنی) پشتیبانی می‌کند.

سیستم‌های اسیدی کنترل‌شده، به‌ویژه اسیدهای ژلی و ژلی درجا، به مدیریت قرارگیری و طول عمر اسید در شکستگی‌ها کمک می‌کنند. این سیستم‌ها برهمکنش اسید-سنگ را کند می‌کنند، فاصله نفوذ را افزایش می‌دهند و امکان حکاکی اسید جامع‌تر برای بهبود شکستگی را فراهم می‌کنند. این رویکرد حجم سنگ تحریک‌شده را افزایش می‌دهد، ناحیه زهکشی مخزن نفت را گسترش می‌دهد و چالش‌های مربوط به راه‌حل‌های ضعیف کانال نشت طبیعی را در هر دو محیط کربناته و شیل برطرف می‌کند. موارد میدانی نشان می‌دهد که این تکنیک‌ها شبکه‌های شکستگی گسترده‌تر و متصل‌تری ایجاد می‌کنند و باعث بازیابی بیشتر هیدروکربن می‌شوند.

حفظ بهبود نفوذپذیری تحت تنش دینامیکی مخزن، یکی دیگر از ملاحظات کلیدی است. گسترش شکستگی در سنگ‌هایی که تحت تنش بسته شدن بالا قرار دارند، اغلب منجر به کاهش عرض شکستگی یا بسته شدن زودرس آن می‌شود و رسانایی را به خطر می‌اندازد. برای مقابله با این، چندین استراتژی به کار گرفته می‌شود:

• فناوری سوراخکاری کوپل شده با تنش:این روش امکان شروع و انتشار کنترل‌شده‌ی شکستگی‌ها را فراهم می‌کند و مصالحه بین ورودی انرژی تحریک و گسترش شبکه‌ی شکستگی را بهینه می‌سازد. به عنوان مثال، در فرورفتگی جیانگ، این فناوری انرژی مورد نیاز را ۳۷ درصد کاهش داد و در عین حال هم اتصال و هم پیامدهای زیست‌محیطی را بهبود بخشید.
• عملیات پیش از اسیدکاری:استفاده از سیستم‌های اسید پلی‌هیدروژن یا سایر سیالات پیش از اسیدپاشی می‌تواند فشارهای شکست شکستگی را کاهش داده و انسداد اولیه سازند را کاهش دهد و زمینه را برای ایجاد شکستگی کارآمدتر و بادوام‌تر فراهم کند.
• مدل‌سازی ژئومکانیکی:ادغاماندازه‌گیری استرس در زمان واقعیو پایش مخزن امکان پیش‌بینی و تنظیم پارامترهای عملیات اسیدی را فراهم می‌کند و به حفظ رسانایی شکست با وجود شرایط تنش درجا در حال تغییر کمک می‌کند.

این روش‌ها - همراه با افزودنی‌های سیال شکست هیدرولیکی بهینه‌شده و فرمولاسیون سیال شکست اسیدی - تضمین می‌کنند که افزایش نفوذپذیری حفظ شود. آن‌ها به اپراتورهای نفتی کمک می‌کنند تا شبکه‌های شکستگی را گسترش داده و حفظ کنند، نفوذپذیری سنگ‌های با تخلخل کم را افزایش داده و از استخراج بلندمدت منابع پشتیبانی کنند.

در مجموع، از طریق ترکیبی از شیوه‌های نوآورانه اسیدکاری، سیستم‌های اسیدکاری کنترل‌شده پیشرفته و استراتژی‌های شکست ژئومکانیکی، روش‌های مدرن تحریک مخزن اکنون بر به حداکثر رساندن مناطق زهکشی هیدروکربنی فوری و حفظ رسانایی شکست مورد نیاز برای عملکرد تولید مداوم تمرکز دارند.

نتیجه‌گیری

اندازه‌گیری و بهینه‌سازی مؤثر ویسکوزیته سیال شکست اسیدی، برای به حداکثر رساندن ایجاد شکستگی، راندمان اچینگ اسیدی و تخلیه بلندمدت مخزن نفت در سازندهای شیل، ضروری است. بهترین شیوه‌ها با درک دقیق از دینامیک سیالات در شرایط مخزن و همچنین ادغام داده‌های آزمایشگاهی و میدانی برای اطمینان از اهمیت عملیاتی، ارائه می‌شوند.