سیالات حفاری

معماری فرهنگ قوم لر حفاری وسیالات حفاری تمدن لرستان

 
واکنش اسید با سنگ
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ۱:۱٧ ‎ق.ظ روز ۱۳٩۱/۱/۱٧
 

واکنش اسید با سنگ:

- واکنش اکسید هیدروکلریک (HCL)

1) آب + دی اکسید کربن+ کلرید کلسیم → کربنات کلسیم + اسید هیدروکلریک

 

2) آب+ دی اکسید کربن + کلرید منیزیم + کلرید کلسیم → دولومیت + اسیدهیدروکلریک

 

3) واکنش نمی دهد → ماسه + اسیدهیدروکلریک

واکنش نمی دهد  → HCL+Sio2

- واکنش اسیدهیدروفلوریک (HF)

1) آب + دی اکسید کربن + بی فلورید کلسیم + کربنات کلسیم + اسیدهیدروفلوریک

 

2) آب+ اسید فلوسیلیسیک → ماسه + اسید هیدروفلوریک

 

3) هیدروژن + سیلیکات سدیم → سدیم + اسید فلوسیلیک

 

4) آب + اسید فلوآلومینیک + اسید فلوسیلیسیک → زس بنتونیتی + اسید هیدروفلوریک

 

- واکنش اسید استیک

آب + دی اکسید کربن+ استات کلسیم→ کربنات کلسیم + اسید استیک

 

- واکنش اسید فرمیک

آب + دی اکسید کربن + فرمات کلسیم   کربنات کلسیم+ اسید فرمیک

 

 

افزودنی­ها در اسیدکاری:

- مقدمه:

انتخاب صحیح در دستیابی به موفقیت در مراحل اسیدزنی فوق­العاده حائز اهمیت است. در صورتی که از افزودنی­های صحیح استفاده نشود روش ارائه شده به شکست می­انجامد. سیال مورد استفاده به گونه­ای باید تهیه شود که اثرات مخرب را از بین ببرد و اشکالات به وجود آمده را برطرف نماید، مواد افزوده شده باید از خوردگی زیاد، تشکیل امولسیون ته نشینی آهن و واکنشهای ته­نشینی جلوگیری نمایند و در ضمن تمیزکاری را بهبود ببخشند. مواد افزودنی عموماً برای پایداری و ثبات­رس و پخش پارافین و آسفالت استفاده می­شوند. این موضوع بصورت مختصر در این بخش مورد بحث و بررسی قرار خواهد گرفت.

در سرتاسر این فصل به نقایص مواد افزودنی در ارتباط با سازند اشاره می­شود Schechter مقاله مهمی را در سال 1992 در خصوص خواص خواص شیمیایی تأثیر متقابل سیال و خواص شیمیایی سازند و تأثیر آن بر سیال ارائه نمود. کانی رس بعلت سطح وسیع آن و بارهای الکتریکی روی آن حائز اهمیت است. اگرچه به میزان جزئی اما، بعضی از بارهای الکتریکی در نتیجه جانشینی یونی و شکست ساختمانی حاصل می­شوند.

برای نمونه جانشینی Al3+ به جای Si4+در سیستم تتراهدرال یا mg2+ یا Fe2+ به جای Al3+ در سیستم او کتاهدرال سبب ایجاد بارهای منفی در شبکه شماتیک می­گردد.

اکسیدسیلیکون و آلومینیوم جزء خواص عمده و مهم ماسه سنگ و خاک­رس می­باشند. بنابراین، بارهای سطحی دارای رفتار آمفوتریک می­باشند این مینرالها به PH محلولی که در تماس با آنها می­باشند، بستگی دارد. در صورتی که PH محلول افزایش یابد بارهای سطحی از مثبت به منفی تغییر می­یابند. نقطه­ای که در آن نقطه بارهای سطحی حالت خنثی دارند، «نقطه بار صفر» (PZC) نامیده می­شود.

بنابراین، تأثیر متقابل بین مواد افزودنی و مخزن به PH وابسته است. در شرایط معمولی هنگام اسیدزنی ماسه سنگ، PH اسید باید از PZC اجزاء تشکیل دهنده مخزن کمتر باشد، که سبب می­گردد مواد سازند دارای بار مثبت باشند. این موضوع مهمی است که می­باید در حافظه خود نگه دارید.

- بازدارنده­های خوردگی (مواد ضدخوردگی)

مهمترین مواد افزودنی به اسید، مواد ضدخوردگی می­باشند. این مواد (بازدارنده خوردگی) یک ماده شیمیایی است که خوردگی ناشی از اسید را روی لوله حفاری، لوله تولید و دیگر فلزاتی که در حین عملیات در تماس با اسید می­باشند کنده می­نماید.

توضیح مختصری در مورد مکانیزم خوردگی، بازدارنده­های خوردگی و روشهای ارزیابی در این بخش آورده شده است.

1- خوردگی فلزات

در سطح هر فلزی یک مدار کوتاه الکتریکی موجود است. مادامی که فلزات خشک باقی می­مانند، جریانهای داخلی و خوردگی قابل مشاهده نیست. اما وقتی فلز در معرض آب نمک، الکالی یا محلول اسید قرار گیرد، پیلهایی بوجود می­آیند که سبب تغییرات شیمیایی و در نتیجه خوردگی در آنها (فلزات) می­گردد.

2- خوردگی اسید در استیل

همه اسیدهایی که با مواد ضدخورنده آمیخته نیستند، بتدریج باعث خوردگی استیل می­شوند. تأثیر اسید بر روی استیل با جدا شدن یون هیدروژن در محلول اسیدی آغاز می­شود. این نتیجه اکسیداسیون و تجزیه آهن در سطح فلز در بخش آندی است، که با کاهش یون هیدروژن و هیدروژن سازند در بخش کاتدی همراه است.

واکنش آندی بصورت زیر است (اکسیداسیون):

 

الکترون یون آهن        آهن

و واکنش کاتدی (کاهش)

 

هیدروژن               الکترون    یون هیدروژن

این دو واکنش می توانند بصورت زیر ترکیب شوند:

 

واحد اندازه گیری مورد استفاده جهت تعیین میزان خوردگی  است.

حد نهایی مورد قبول برای خوردگی آلیاژ استیل که دامنه قابل قبول بین 9 -2:  از سطح فلز است. این محدوده به زمانی و درجه حرارت وابسته است. اسیدها در درجه حرارت بالا، بصورت یکنواخت فاسد می­شوند (با حفرات کمی) ممکن است در بیشترین درجه حرارت بیشترین خوردگی بوجود آید اما تغییر شکل لوله های حفاری و وسایل تولید واقعاً ناچیز است.

 

 

3- انواع حفرات ناشی از خوردگی

در محلولهای آمیخته نشده با بازدارنده­ها معمولاً خوردگی استیل یکنواخت است. جابجایی یکنواخت بین سطوح آندی و کاتدی سبب می­گردد که خوردگی بصورت کاملاً یکسان تمام سطح فلز را در بر گیرد. در اسیدهای دارای بازدارنده، وجود حفرات در سطح فلزات ناشی از تجزیه بازدارنده، نامناسب بودن بازدارنده یا ناخالصی فلز است.

تجزیه بازدارنده

خوردگی حفره مانند روی استیل که ناشی از اثر یک بازدارنده نامرغوب در معرض اسید است، معمول نمی­باشد. تمام مواد ضدخوردگی واقعاً پس از گذشت زمانی تجزیه می­شوند، که به عوامل مختلفی چون درجه حرارت، قدرت اسید و نوع فلز ارتباط دارد. هنگام رسیدن به این نقطه (تجزیه بازدارنده) یک بازدارنده نامرغوب ممکن است بوسیله desorbing در سطح فلز در نواحی محلی حفرات را گسترش دهد.

بازدارنده نامناسب:

بدون در نظر گرفتن کیفیت مواد ضدخورنده، حفرات ممکن است حتی بعلت مقدار ناکافی بازدارنده که باعث عدم پوشش موثر بر روی سطح فلز می­شود، بوجود آیند. سطوح استیل محافظت نشده به سرعت تحت تاثیر محلول اسید قرار می­گیرند و در نتیجه حفرات را موجب می­شوند.

 

 

ناخالصی فلزات:

از جمله شرایط دیگری که باعث گسترش حفرات می­شود وجود یا نفوذ ناخالصی­ها به داخل استیل است. برای مثال ممکن است مقدار کمی از ناخالصی در هنگام شکل گرفتن استیل در آن قرار گیرد یا عملیات گرمایی نامناسب و یا آب دادن استیل موجود ایجاد ناپیوستگی در ساختمان دانه­ای آن (استیل) گردد. این نقایص ممکن است با ساختمان استیل و همچنین گسترش اسید متناسب باشند.

4- شکنندگی هیدروژن

شکنندگی هیدروژن ناشی از تبدیل یون هیدروژن به عنصر هیدروژن در واکنش کاتدی است (که قبلاً شرح داده شد). عنصر هیدروژن در اثر عملیات اسیدکاری بوجود می­آید. عنصر هیدروژن adsorbed باعث کاهش خاصیت لوله­ای و در نتیجه شکسته شدن آن می­شود.

لوله­های تولدی و جداری Q125.P10.N80 جهت شکنندگی در عملیات اسیدزنی مستعد می­باشد. در نتیجه، در انتخاب نوع بازدارنده می­باید این موضوع را در نظر گرفت.

5- خوردگی بوسیله اسیدهای مختلف

میزان جدا شدن هیدروژن از مولکول اسید، با توجه به غلظت اسید، مقدار فعالیت یون هیدروژن را تعیین می­نماید. که مس تقیماً با خوردگی استیل متناسب است. میزان جدا شدن برای چند اسید معمولی بدین صورت است:

اسیداستیک > اسید فومیک > اسید کلروریدریک

بنابراین اسید کلروریدریک (HCl) بیشتر از اسید فومیک باعث خوردگی فولاد می­شود و به همین صورت اسید فومیک از اسید استیک بیشتر.

کاملاً منطقی است که بیشترین تاثیر یک اسید، بر روی فولاد است که جلوگیری از آن بشدت سخت است. بهرحال مکانیز تاثیر تمام اسیدهای مختلف یکسان است.

6- انواع بازدارنده­ها

وظیفه بازدارنده­ها بوسیله واکنشهای شیمیایی که در الکترودهای کاتدی با آندی خوردگی رخ می­دهد، انجام می­شود. بازدارنده­ها به دو نوع پایه، آلی و غیرآلی تقسیم می­شوند. در ضمن مواد کمکی بازدارنده­ها هم موجود می­باشند.

مواد ضدخوردگی غیرآلی

این دسته از بازدارنده­ها، شامل نمکهای روی، نیکل، مس، آرسنیک، آنتیموان و فلزات متنوع دیگر می­گردند. از بین اینها آرسنیک بیشتر از همه مورد استفاده قرار می­گیرد. وقتی این ترکیب­های آرسنیک به یک محلول اسید اضافه می­شوند، یک ورقه کاتدی در مقابل سطح فولاد قرار می­گیرد این روکش میزان مبادله یون هیدروژن را کاهش می­دهد، زیرا سولفید آهن بین فولاد و اسید یک مانع ایجاد می­کند. این یک عملیات دینامیکی است، در جائی که واکنش بین اسید و سولفید آهن بهتر از واکنش اسید و فلز صورت می­گیرد.

تعدادی از مزایای بازدارنده­های غیرآلی عبارتند از:

- برای یک مدت زمان طولانی در درجه حرارت بالا مؤثر می­باشند.

- هزینه کمتری از بازدارنده­های آلی دارند.

معایب بازدارنده­های غیرآلی عبارتند از:

- در اسیدهای قویتر از 17 درصد از HCL اثر خود را از دست می­دهند.

- واکنش با سولفید هیدروژن H2s در برابر سولفید آهن که ممکن است رسوب غیرقابل حلی چون سولفید آرسنیک را بوجود آورد.

- آلوده کردن پالایشگاه به Catalysts (مانند پلاتین).

- ممکن است گاز آرسنیک سمی بعنوان محصول فرعی خوردگی آزاد شود.

- حمل دستی آن ایمن نیست و به سختی مخلوط می­شوند.

مواد ضدخوردگی آلی

دارای خاصیت متقارن یا قطبی بازدارنده­های آلی از ترکیبات مغناطیسی تشکیل   شده­اند که می­توانند جذب سطح فلز گردند، بدین وسیله یک پوشش محافظی را بصورت یک مانع بین فلز و محلول اسید ایجاد می­نماید. آنها (بازدارنده آلی) اغلب با محدود کردن تحریک یون هیدروژن در الکترود کاتدی عمل می­نمایند. بازدارنده­های آلی از ترکیبات پیچیده­تری تشکیل شده­اند (با یک یا تعداد بیشتری از گروههای قطبی سولفور، اکسیژن یا نیتروژن ساخته شده­اند)

 

 

تعداد از مزایای بازدارنده­های آلی عبارتند از:

- می­توان از آنها در حضور H2s بدون رسوب نمکها مانند سولفید آرسنیک استفادهکرد (در محلی که مجراها بسته می­شوند)

- آلوده نکردن محل به فعل و انفعالات پالایشگاه

- در غلظت تمام اسیدها بطور موثر عمل می­نمایند

مضرات بازدارنده­های آلی عبارتند از:

- فعال و انفعالات شیمیایی در حضور اسید تنزل می­یابد و بنابراین نمی­توان به سهولت یک محافظ را برای زمان طولانی در درجه حرارت F˚200(C˚95) تدارک دید.

- از بازدانده­های غیرآلی پرهزینه­تر است.

 

 

مواد کمکی بازدارنده­ها

اگرچه این افزودنی­ها هیچگونه عملکردی در عملیات بازدارنده­ها ندارند، ولی آنها اثرات بازدارنده­ها را افزایش می ­دهند.

عمومی ترین مواد کمکی بازدارنده ها عبارتند از: یدیدپتاسیم، یدید مس، کلرید مس و اسید فرمیک افزودن این مواد به فرمول بازدارنده های موجود به میزان زیادی محدوده اثر کاربرد آنها را مخصوصاً در درجه حرارتهای بالا، افزایش می دهد.

- سازگاری با دیگر افزودنی ها

هر افزودنی که تمایل بازدارنده های خوردگی را در جهت جذب اصلاح می­کند، باعث تغییر در اثرات آن می گردد. برای مثال، سورفکتنت­هایی (Surfactant) که برای مقاصد گوناگون به اسید اضافه می­شوند ممکن است قابلیت حل شدن بازدارنده ها را تحت تاثیر قرار دهند و بدین وسیله تمایل بازدارنده ها را، جهت جذب در سطح فلز، کاهش می دهند. نمکهای غیرآلی و حلالهای دوطرفه نیز می توانند مانع جذب بازدارنده­ها شوند.

-کاهنده های کشش سطحی

عملگرهای سطحی یا مواد رویه کار در اسید کاری جهت شکستن امولسیونهای نا خواسته، کاهش سطح یا کشش داخلی، تغییر قابلیت خیس شدگی و سرعت تمیز کردن، پخش افزدنی ها و جلوگیری از گل شدن سازند به کار می روند. کاربرد عملگرهای سطحی نیاز به دقت زیادی در انتخاب نوع آنها دارد.

مخصوصادر طراحی مهمترین مراحل چاه، این مواد با مقدار ناچیزی از اطلاعات آزمایشگاهی انتخاب می شوند و بعضی اوقات بدون آگاهی کامل از خواص آنان در شرایط گوناگون به کار می روند. انتخاب نامناسب مواد رویه کار می تواند سبب نتایج معکوس و زیان آور گردد.

سورفکتنت ها خواصشان را مرهون ترکیب دو قطبی خود (dipolar)می باشند.

مولکول عمگرهای سطحی از یک گروه آب قابل حل (Hydrophilic)و یک گروه نفت قابل حل (Lipophilic)تشکیل شده اند. که آنها علیرغم آنکه توسط پیوندهای شیمیایی قوی کتوالانسی بهم متصل هستند اما از هم جدا می شوند. مولکولها بر پایه بارهای یونی به پنج دسته تقسیم می شوند:

- آیونیک                    Anionic

- کاتونیک                   Cationic

- غیر یونی                  Nonionic  

- آمفوتریک                  Amphoteric

- فلوروکربن                 Fluorocarbon

موازنه موادHydrophilic-Lipophilic(آب دوست) (HLB) به ترکیب آلی زنجیره آنها وابسته است، مثلا در جایی می تواند 100درصد نفت دوست (Olephilic) (مانند یک زنجیره آلکانی) یا از تعدادی اتم اکسیژن تشکیل شود. (مانند زنجیره اکسید اتیلن) و یا بیشتر آب دوست باشد. مقدارHLBسورفکتت مشخص می کند که به چه میزان زنجیره شان که به چه میزان زنجیرهشان می تواند نفت یک میزان را خیس کند.

- سورفکتنت های آنیونیک

سورفکتنت­های آنیونتیک عموما به سیالهای (حفاری)چاه اضافه می شوند. این مواد وقتی در یک محلول آبی یونیزه می شوند دارای یک بار منفی می شوند. و چون اکثر مخازن دارای بار منفی یا نزدیک به خنثی و PH بالا می باشند. سورفکتت های آنیونی به خوبی جذب می شوند. برای مثال تعدادی از سورفکتنت­های آنیونی عبارتند از:

سولفات              R-O-SO-3

سولفونات            R-SO-3

فسفات            R-O-SO-3

فسفونات             R-PO-3

که R نشان دهنده یک دسته آلی نفتی قابل حل است.

از بین اینها سولفات و سولفوناتها متعارف تر هستند. سورفکتنت­های آلی به یونهای چند ظرفیتی چون Ca+2و mg2+ حساس هستند. این مواد تمایل به رسوب سورفکتنت­های آنیونی دارند، اگرچه می­توان از این خاصیت با افزایش غلظت سورفکتنت­ها، جلوگیری کرد. سورفکتنت­ آنیونیک مانند عاملهای غیرامولسیونی، عامل­های تاخیر و عاملهای تمیزکننده در ابتدا استفاده می­شوند.

- سورفکتنت­های کاتیونیک

سورفکتنت­های کاتیونیک وقتی که در محلول آبی یونیزه می­شوند دارای بار مثبت می­گردند. سورفکتنک­های کاتیونیک به دو دسته متعارف تقسیم می­شوند:

اولین دسته داری زنجیره طولانی اولیه، ثانویه آمین می­باشند. این مواد تنها در محلولهای اسیدی قابل حل می­باشند، وقتی این مواد یونیزه می­شوند به یک زنجیره مثبت طولانی و نمک آنیونی ساده تبدیل می­شوند اولین دسته مهم از سورفکتنت­های کاتیونیک از ترکیبات اورانیوم کوارترنری تشکیل شده­اند. این مواد با یونیزه شدن، زنجیره­های بلند مثبتی را در دامنه­ای وسیع از PH محلول شکل می­دهند. آزمایش سورفکتنت­های کاتیونی نشان می­دهد که آنها نیز مانند کاتیونهای آنیونی به یونهای چند ظرفیتی یا افزایش غلظت جامدات حل شده حساس می­باشند، بنابراین باید در هنگام کاربرد آنها (سورفکتنت­های کاتیونی) به مانند سورفکتنت­های آنیونی عمل کرد. (مراجعه به سورفکتنت­های آنیونی)

سورفکتنت­های آنیونی و کاتیونی عموماً ناسازگارند. وقتی آنها با هم مخلوط می­شوند تمایل دارند که در محلول آبی رسوب نمایند.

- سورفکتنت­های غیریونی

سورفکتنت­های غیریونی نه در گروه آب دوست و نه در زنجیره بلند آلی (R) در گروه Lipophilic دارای بارالکتریکی نمی­باشند. گروه آبی قابل حل یک زنجیره پلی مری است که هم از اکسید اتیلن و هم از اکسید پروپین ساخته شده است. نوعهای دیگر شامل آمین آلکانول تغلیظ شده و اکسیدآمین می­شوند. فرمول عمومی برای این تولیدات بصورت زیر است:

سورفکتنت­های غیریونی، آب قابل حل مورد نیازشان را با پیوستن به یک زنجیره هیدروکربنی بزرگ با مولکولهایی با قابلیت حل زیاد مانند الکل پلی هیدریک، یا با واکنش با اکسید اتیلن، بدست می­آورند. بیشتر ترکیبات این طبقه­بندی استرواتر یا     استر-اتر می­باشند.

گروه Lipophilic احتمالاً از نفت طبیعی، روغن، روغن­های نفتی یا ترکیبات هیدروکربنی مشتق گردیده­اند. گروه آب دوست معمولاً الکل پلی هیدریک یا پلی­مر اکسیدالکلید است. این سورفکتنت­ها برای مواد غیرامولسیونی و عاملهای کف­کننده استفاده می­شوند.

- سورفکتنت­های آمفوتریک

سورفکتنت­های آمفوتریک یک گروه آب دوست دارند که می­توان با افزایش PH از حالت کاتدی به غیریونی یا آنیونی تبدیل شوند. به معنای دیگر، اگر محلول اسیدی باشد، سورفکتنت­های آمفوتریک مانند سورفکتنت­ کاتیونیک عمل می­نمایند، اگر محلول خنثی باشد، مانند یک سورفکتنت­ غیریونی عمل می­کند و اگر محلول بازی باشد بصورت یک سورفکتنت­ آنیونیک رفتار می­کنند این خواص از دو گروه بارهای مخالف روی سورفکتنت­ها ناشی می­شوند. آمفوتریک­ها معمولاً سولفونات آمین یا فسفات آمین می­باشند. فرمول عمومی آنها بصورت زیر است.

- سورفکتنت­های فلوروکربن

فلوروکربن دارای سطح انرژی کمتری از هیدروکربن­ها است. در نتیجه، سورفکتنت­های فلوروکربنی دارای کشش سطحی کمتری می­باشند. کشش­های سطحی در حدود 30 (سانتی­متر/ دین) می­تواند بوسیله سورفکتنت­هایی با یک دنباله هیدروکربنی بدست آید. ولی مقادیری در حدود 17 (سانتی­متر/دین) مربوط به سورفکتنت­های فلوروکربنی است. فلوروکربن­ها در بازار به حالتهای آنیونیک، کاتینیک و غیریونی موجود می­باشند.

 

 

 

- تثبیت کننده­های رس

مواد شیمیایی مورد استفاده برای پایداری و بهبود کارکرد رس یا بوسیله جذب الکتروستاتیکی یا تعویض یونی بر روی مینرال به کار می­روند. چون سیلیکات بالای مقدار PZC دارای بارمنفی است، موثرترین تثبیت کننده ها آنهایی می­باشند که دارای بار مثبت هستند (کاتیونیک) تثبیت­کننده­های رسی معمولی دارای بارهای به شدت منفی می­باشند، مانند سورفکنتن­های quaternary، پلی آمین­ها، Organosilane Polyquaternaryamin

- مواد دارای بارهای منفی

دو ماده به شدت کاتیونی که کاربرد بسیاری برای تثبیت کردن رس دارند، هیدروکسید آلومینیم Al6(OH)12+6 و زیر کونیوم Zr+4 اضافه شده به اکسی کلرید زیر کونیوم Zrocl2 نام دارند.

مزایای اولیه این روش عبارتند از:

کم هزینه بودن

روش مفید برای مهاجرت (migration) و باد کردن (swelling)

 می تواند بر روی مساخت زیادی از سنگ عمل نماید.

معایب آن عبارتند از:

هیدروکسیدآلومینیم در مقابل اسید مقاومت ندارد.

جهت پلی مریزه کردن به زمان نیاز داریم.

می تواند باعث بسته شدن روزنه­های و مجراها شود.

 در داخل شکافها به سختی می­توان از آنها استفاده کرد.

روش­های شبیه هیدروکسی آلومینیم می­تواند همچنین در مراحل تزریق آب در چاهها مورد استفاده قرار گیرد که برای پایداری سیلیکات و کم کردن اثر Plugging حاصل از ذرات کلوئیدی در مراحل تزریق آب استفاده می­شود.

- سورفکتنت­های کوارترنری

سورفکتنت­های کوارترنری بمانند تثبیت کننده های رس برای چاههای گازی خشک استفاده می­شوند. در شرایط بالای PZC، این مواد به سهولت توسط سیلیکاتهای دارای کشش الکتروستاتیکی، میان بار مثبت سورفکتنت­ و بار منفی رس جذب می­شوند. بارهای حاصل خنثی، ظرفیت یونی رس را کاهش می­دهند. در نتیجه، رس برای متورم شدن بوسیله جذب کاتیونهای هیدراته آماده نمی باشند.

سورفکتنت­های کوارترنری خاصیت Oil-wetting سیلیکاتها را بهبود می­بخشند، در حالی که تمایل آنها برای جذب بوسیله سیلیکات کاهش می­یابد. به هر حال اگر سیالات هیدروکربنی موجود باشد، سیلیکات می­تواند به سادگی دارای خاصیت نفت- تری باشد. البته، در این صورت نفوذپذیری نسبی سنگ برای هیدروکربن کمتر می­گردد. اگرچه رس بعلت ورود سیال به داخل شبکه­های ساختمانی آن متورم می­شود.

 

 

- پلی آمین­ها

پلی آمین­ها، پلی مرهای آلی می­باشند که دارای بیش از یک گروه آمین می­باشند. در این مبحث فقط پلی مرهای اولیه، ثانویه و ثالثیه بعنوان پلی آمین در نظر گرفته می­شوند. پلی آمین­ها در اسیدها دارای بار مثبت می­باشند. ساختمان عمومی آنها بصورت زیر است: که در آن R نماینده یک واحد هیدروکربنی، R می­تواند یک واحد هیدروکربنی یا یک اتم هیدروژن باشد و n هم تعدادی از واحدهای آمین در پلی مر است. چون پلی مرها دارای تعداد زیادی واحد آمین می­باشند. لذا آنها می­توانند به خوبی و با نقاط اتصال زیاد، جاذب سیلیکات شوند. دقت کنید که اگر نسبت بین کربن و نیتروژن 1:8 یا کمتر باشد، پلی­مرها خاصیت آب- تری سیلیکات را بهبود می­دهند. بعلاوه، طول مفید پلی­مرها نیز می تواند ارتباط پلی مریک میان ذرات سیلیکات را بهبود ببخشد.

اگر عملیات در حضور آب نمک انجام گیرد، پلی آمین­ها می­توانند بار مثبت خودشان را از دست بدهند. وقتی این حادثه روی می­دهد، که سیلیکات بیشتر تثبیت نشود. معایب پلی­آمین­ها عبارتند از:

طرز عمل ممکن است همیشگی نباشد.

آنها گران قیمت هستند.

 

 

رسوبات آهنی:

رسوبات آهنی مثل رسوبات کربناتی و سولفید آهن فوق­العاده مشکل است که آن را خارج و درمان نماییم. و هر دو مورد آنها در چاههای نفت و گاز مشاهده شده­اند و تمایل زیادی دارند که کلسیم کربنات را در رسوب نمودن آن تسریع نمایند. واکنش سولفور آهن به ساختار آن ارتباط دارند که کلسیم کربنات را در رسوب نمودن آن تسریع نمایند. واکنش سولفور آهن به ساختار آن ارتباط دارد. هفت نوع متفاوت سولفید آهن شناخته شده است که فقط دو نوع از اینها (سولفور آهن) بی­درنگ در اسید هیدروکلراید حل می­شوند (HCL)‌ وظیفه آهن باقی مانده به آرامی و به میزان کم حل می­شود و شاید قابل توجه دیگر نباشد.

 

 

- افزایه­های کنترل آهن

وقتی مقدار قابل ملاحظه­ای از آهن در حالت یونیزاسیون Fe3+ (یونهای فرو) در مقابل یون Fe2+ (یونهای فریک) که هر دو در اسید حل شده­اند، قرار بگیرد، آهن رسوب می­کند و می­تواند باعث کاهش تراوایی گردد.

منابع آهن در چاه عبارتند از:

1- محصولات ناشی از خوردگی وسایل داخل چاه

2- خرده و تراشه­های موجود در لوله­ها

3- وجود آهن بصورت کانی در سازند طبقه

نسبت Fe3+ به Fe2+ میزان رسوب را تعیین می­کند. آهن فریک در PH حدود 2/2 رسوب می­کند در حالی که آهن فرو در PH حدود 7 که ته­نشین می­شود. از آنجائیکه PH اسید مصرف شده به ندرت به 6 می­رسد بنابراین رسوبات آهن فرو مشکلی محسوب نمی­شود. اما رسوب یون فریک یکی از مشکلات عمومی در عملیات اسیدکاری می­باشد.

 

- روشهای کنترل آهن

سه شیوه رایج برای نگهداشتن آهن بصورت محلول وجود دارد که عبارتند از: کنترل PH، عوامل جداکننده و عوامل کاهنده. با توجه به منبع آهن و مقدار قابل انتظار حل شونده از آن می­توان هر کدام از موارد فوق را به تنهایی یا در کنار یکدیگر به کار برد.

 

 

کنترل PH

با افزودن یک اسید ضعیف مثل اسید استیک، PH بعد از مصرف HCL پایین نگه داشته می­شود. (PH پایین از رسوب ثانویه آهن جلوگیری می­کند.)

 

عوامل جداکننده

عوامل جداکننده به آهن متصل می­شوند و آنرا به گونه­ای در محلول نگه می­دارند که رسوب نکند. اسید سیتریک، اسید اتیلن دی آمین تترااستیک (EDTA) و اسید نیتریلوتری استیک (NTA)، از عوامل بازدارنده­ای هستند که بطور معمول استفاده می­شوند.

 

عوامل کاهنده

عوامل کاهنده، یون Fe3+را به Fe2+ تبدیل می کنند. اسیداریتوریک و اریتوربات سدیم از این عوامل می­باشند. البته اسید ارتیوریک در HCL داغ ناپایدار است و تفکیک شده و رسوب غیرقابل حل تشکیل می­دهد. اگرچه این مسئله واقعیت دارد ولی فرآیند تفکیک آهسته بوده و مدت زمان زیادی صرف می­شود تا رسوب اتفاق بیفتد.

مطالعات Smith نشان می­دهد که ترکیبات مختلفی از این عوامل می­توانند موثر باشند و عاملی به عنوان بهترین عامل برای تمامی عملیاتها وجود ندارد. افزایه­های کنترل آهن را مقایسه کرده و مزایا و معایب آنها همچنین مقدار مورد نیاز از هر کدام را در 1000 گالن اسید کلریدریک 15% برای جدا کردن ppm5000 از آهن فریک در دمای F˚150 برای حداقل 2 روز نشان می­دهد.

ایمن­ترین روش برای جلوگیری از آسیب مخزن به وسیله هیدروکسید آهن رسوب کرده، تمیز کردن یا اسید شویی لوله­ها با اسید، قبل از اسیدکاری سازند است. اسید باید حاوی مقادیر زیادی از افزایه­های کنترل آهن باشد و باید به جای اینکه درون سازند پمپ شود، در چاه چرخانده شود.

 

 

- افزودنیهای تمیزکاری

هنگامی که مشکل در مسئله انتقال اسید مصرف شده از سنگ مخزن ایجاد گردد، افزودن نیتروژن، الکلها و یا مواد موثر سطحی به اسید مورد توجه قرار می­گیرد.

تحقیقات «تانیچ» نشان داد که هنگامی فشار چاه کاهش می­یابد. گاز نتیتروژن منبسط شده، به گاز یا سیال مخزن کمک می­کند تا سیال عملیاتی را از چاه خارج کند.

 

جدول زیر مقایسه عوامل مختلف کنترل کننده آهن

عامل کنترل کننده

مزایا

معایب

مقدار (1b)

اسیدسیتریک

تا دمایF˚40کارآمد است

اگر مقادیر اضافی (بیش از (10l b/100gal آن مصرف شود، بصورت سیتریک کلسیم رسوب می­کند.

175

مخلوط اسیدسیتریک و اسید اسیتیک

در دمای پائین­تر خیلی کارآمد است

کارآمدی آن در دماهای بالای F˚150 بسرعت کاهش می­یابد

50,87

اسیدلاکتیک

مقادیر اضافی آن، شانس کمی برای تشکیل رسوب لاکتیک کلسیم وجود دارد.

در دمای بالاتر از F˚100 خیلی کارآمد نیست

190

اسیدگلوکونیک

احتمال کمی برای رسوب گلوکانت کلسیم دارد

فقط تا دمای F˚150 کارآمد است و گران قیمت هم می­باشد

350

اسیدنیترتلیوتری استیک

تا دمای F˚400 کارآمد بوده و در اسید بیش از EDTA قابل حل می­باشد از EDTA ارزانتر است

 

150

ارتیربات سدیم

مقدار کمتری از آن مورد نیاز است. تا دمای F˚400 کارآمد است.

در HF نباید استفاده شود

23

 

الکلها معمولاً جهت کم نمودن کشش سطحی بین اسید مصرف شده و سیالات طبقه و نیز به منظور کم کردن فشار بخار اسید مصرف شده بکار می­روند. اضافه نمودن الکل به اسید در مخازن شیلی با تراوایی بسیار پایین که در آنها آب به سختی از ماتریک سنگ قابل انتقال است، بسیار مفید است. همچنین از آن به منظور خارج کردن بلوک­های آبی، بهبود و بازیافت سیال، کند کردن واکنش اسید و کاهش آب محتوی استفاده می­شود. متداولترین آنها در اسیدکاری، ایزوپروپانول و متانول می­باشد.

همانطور که قبلاً هم ذکر شد بعضی اوقات جهت کم کردن کشش سطحی اسید، عاملهای فعال و موثر و سطحی را به آن اضافه می­کنیم تا سرعت فرآیند بازیابی افزایش یابد. استفاده از این مواد به علت اینکه این مواد به سطح طبقه چسبیده و این امر باعث کاهش تاثیر آنها می­شود، کاهش یافته است.

 

انتشار «سوراخ کرمی»­ها:

وقتی اسید داخل سازند تزریق می­گردد همچنین نکته در انتشار «سوراخ کرمی» این است که طول موثر سوراخ کرمی باید با افزایش سرعت تزریق و گذشت زمان افزایش یابد. و تاثیر پوسته­ای باید در ناحیه انتشار «سوراخ کرمی­ها» کاهش یابد. هانگ و همکارانش با استفاده از تعادل بین نفوذ اسید و هرزروی سیال در دیواره «سوراخ کرمی­ها» مدلی را برای انتشار سوراخ کرمی­ها ارائه دادند. که بیان کننده سرعت انتشار «سوراخ کرمی» بوسیله رسیدن مقداری از آن به انتهای سوراخ کرمی می­باشد:

 

فرمولهای دیگری نیز ارائه شده است که به قرار زیر است:

 

که در آن :

Pw: فشار ته چاه (pa)

PR: فشار متوسط مخزن (Pa)

Ct: ضریب فشردگی نفت مخزن (1/pa)

: ویسکوزیته سیال مخزن (kg/m-s)

qo: سرعت تزریق اسید m3/s))

: تخلخل مخزن

CR: ضریب هرزروی سیال (m/s1/2)

X: قدرت حلالیت اسید

L: طول سوراخ کرمی (m)

rwh: شعاع سوراخ کرمی (m)

K: تراوایی مخزن (m2)

- محاسبه نفوذپذیری

نفوذپذیری در مغزه را می­توان از طریق فرمول دارسی محاسبه کرد:

 

که در آن:

Q: میزان سرعت تزریق اسید (CC/Sec)

: گرانروی اسید (Cp)

: طول مغزه (cm)

A: سطح مقطع مغزه (Cm2)

: افت فشار در طول مغزه (bar)

K: تراوایی (darcy)

- محاسبه ضریب پوسته

اثر آسیب­دیدگی را که با S نشان داده می­شود، می­توان از طریق فرمول زیر محاسبه کرد:

 

که در آن:

KI: نفوذپذیری مخزن (md)

Kd: نفوذپذیری قسمت آسیب دیده (md)

rw: شعاع چاه (ft)

rd: شعاع منطقه آسیب دیده (ft)

S: ضریب پوسته

 

- محاسبه فضای خالی داخل مغزه

اگر مغزه­ای به شعاع rc و به ارتفاع hc داشته باشیم که در آن میزان تخلخل  باشد در این صورت حجم فضای خالی (PV)

 

می­توان تغییرات PV را با تغییر  و K در حین اسید کاری از طریق فرمول لامبرت بدست آورد.

 

: تخلخل جدید

K: تراوایی جدید (md)

Ko: تراوایی اولیه (md)

: تخلخل اولیه

 

و با جا گذاری در رابطه بین PV و BV داریم:

 

- فشار اصطکاکی

فشار اصطکاکی در واقع در موقع حرکت لوله بین سیال و دیواره چاه یا سطح دیواره لوله بوجود می­آید. برای طراحی یک اسیدکاری موفق داشتن فشار اصطکاکی ضروری     می­باشد.

فشار اصطکاکی برای اسید به صورت زیر بدست می­آید:

وزن مخصوص× طول لوله­ها× = فشار اصطکاکی برای اسید

 

- محاسبه بیشترین سرعت تزریق:

سرعت تزریق را می­توان از طریق فرمول زیر محاسبه کرد:

 

که در آن:

qmax: بیشترین سرعت تزریق (BPM)

S: ضریب پوسته

gf: گرادیان فشار (Psi/ft)

H: عمق عمودی حقیقی (ft)

h: ضخامت مخزن (ft)

K: تراوایی طبیعی (md)

KH: تراوایی افقی(mg)

v­: تراوایی عمودی (md)

P: فشار متوسط مخزن (Psi)

e: شعاع مخزن (ft)

r­­­: شعاع چاه (ft)

: گرانروی (Cp)

: فاکتور ایمنی (Psi 200-500)

 

- محاسبه بیشترین فشار پمپ در سطح:

برای تزریق اسید توسط پمپ بیشترین فشار را می­توان فرمول زیر محاسبه کرد:

 

که در آن:

s: فشار سطحی (Psi)

Ph: فشار هیدرواستاتیکی (psi)

Pf: فشار اصطکاکی(Psi)

 

- عملیات مخصوص  چاه گاز:

گاز نیتروژن خصوصاً در چاه­های گازی یک بیش­شوی موثر می­باشد. HCL       می­تواند در ترکیب با مواد شیمیایی دیگر برای عملیات­های مخصوصی بکار رود. این بخش خلاصه­ای از فرمولهای مورد استفاده HCL است. ترکیب الکل (متانول اصلی) و HCL برای عملیات چاه گازی بکار می­رود. الکل کشش سطحی را پایین می­آورد اما نه به مقداری که روکشنگر این کار را انجام می­دهد. اما آن به سنگ جذب نمی­شود و تا عمق نفوذ اسید به سازند نفوذ می­کند. همچنین فشار بخار اسید مصرفی را بالا می­برد این امر باعث تمیزی اسید مصرفی می­شود کاهش اشباع آب باقیمانده، تراوایی گاز را بهبود می­بخشد. و نفت را خیلی راحتتر از اسید شستشو می­دهد و تزریق اسید و برگشت جریان آسانتر صورت می­گیرد قابلیت نفوذ اسید در میکروامولسیونهای اسید در نفت در مقایسه با اسید معمولی اقلاً 2 درجه کمتر است. (هافنر و فانگلر 1985).  این نتایج بیشتر در سنگهای هموژنیز در آزمایشهای مغزه مشاهده گردید. که دو مرحله­ای بود.

اولاً اسیدکاری سنگهای کربناتی سخت در سرعتهای پایین امکان­پذیر می­شود که با شرایط حل شدن فشرده با اسید معمولی مطابقت می­کند. ثانیاً در سرعتهای بالاتر از «سوراخ کرمی»های بزرگ در سازند اجتناب می­کند که می­تواند برای خواص مکانیکی سازندهای نرم مثل گچ زیان­آور باشد.

علی­رغم این مزیت­هایش، میکروامولسیونها عموماً در عملیات فیلدی استفاده        نمی­شوند زیرا غلظت بالایی از روکشنگر را نیاز دارند که این چنین سیستمی گران و مراقبت از آن سخت است. و بعلاوه مشکلات پایدار سازی آنها هم بوجود می­آید. خیلی از مواقع نتایج مشابهی در ماکروامولسیون­ها نیز بوجود می­آید. اضافه کردن کمی الکل، واکنش اسید با سنگ را آهسته می­کند و کمی سرعت خوردگی را تسریع می­بخشد. حجم جزئی الکل بسته به کاربردش می­تواند از 20 درصد تا 67 درصد تغییر کند. ترکیب با 67 درصد متانول برای 250 درجه فارنهایت حالت پایداری دارد. با ترکیب یک حلال آروماتیکی و یک تثبیت کننده HCL به یک امولسیون حلال در اسید تبدیل می­شود. حجم جزئی اسید از 50 درصد تا 90 درصد تغییر می­کند. پایداری امولسیون به دما و غلظت حلال بستگی دارد. این فرمولاسیون برای حرکت دادن پارافین و آمیختن رسوبات بکار می­رود. همچنین HCL در ترکیب با یک روکنشگر و یک عامل ژلاتینی برای از بین بردن و حرکت دادن آسیب در مخازن کربناتی بکار می­رود. با ترکیب افزودنیها و یک پراکندگی موفقیت­آمیز می­توان به خوبی رس­ها را حرکت داده و آسیب را از بین برد. در سازندی که ناآمیختگی یا نااستواری وجود دارد.