Well stimulation by acid

كاتب التقرير : م.رشيد الخولي

منسق الموضوع : موقع بترولي .

طريقة الأتصال بالكاتب : twitter

Processing technology of oil wells by acids

تكنولوجيا معالجة الآبار النفطية بالحموض

1- مقدمة :

إن إنتاجية المكامن النفطية تنخفض باستمرار مع مرور الزمن , و يعود انخفاض هذه الإنتاجية لعدة أسبابٍ أهمها نقصان نفوذية الطبقة الخازنة .

ولزيادة إنتاجية الآبار تستخدم عدة طرق لزيادة نفوذية الطبقة المنتجة وخاصة المناطق المحيطة بالبئر ، والتي تتعرض للتلوث الذي يسبب نقصان نفوذيتها بشكل أكبر من غيرها من المناطق .

وتعد عملية التحميض الكيميائي من أقدم وأهم الطرق المستخدمة لتحسين الإنتاجية من خلال تحسين نفوذية الطبقة الحاملة وقد بدأ تطبيق هذه الطريقة منذ عام (1930 ) حيث عولجت الطبقة بحمض محقون إلى عمق معين عمل على إذابة بعض الصخور ، وكذلك أثر على إسمنت الترابط بين حبيبات الصخر .

أما استخدام الحمض لتنظيف جدران البئر من آثار سائل الحفر والمواد الملوثة الأخرى المتوضعة على الجدران فقد طبق منذ عام ( 1891) .

2- أنواع الحموض :

يوجد أربعة أنواع رئيسية من الحموض التي تستعمل في معالجة الصخور الكربونية وهي :

• حمض كلور الماء Hcl :

هو سائل مخرش يؤثر على الجلد لدى التلامس معه ويتفاعل معه , ويؤثر أيضاً على الأعضاء التنفسية عند استنشاقه , لذلك يجب التقيد بشروط السلامة المهنية عند التعامل مع هذا الحمض , وهو يتفاعل مع الصخور الكربوناتية ومع ملاط الترابط الكلسي بين الحبيبات الرملية في الصخور الرملية ويعطي أملاحاً منحلة في كلور الكالسيوم وكلور المنغنزيوم وغاز H2o Co2,.

ويتراوح تركيز هذا الحمض التجاري بين 30-34% ويستخدم في الخلطات الحمضية بتراكيـز أقل مثل (13 to 28 %) وهو معبـأ في عبوات بلاستيكية محكمة الإغلاق ويحتوي على شوائب أهمها أكاسيد الحديد – حمض الكبريت – أكاسيد الكبريت .

• حمض الفلور HF :

هو سائل سام مخرش ويجب التعامل معه وفق شروط السلامة المهنية , وهو يتفاعل مع الغضاريات , المعادن , الرمل ( الكوارتز Sio2 ) , الإسمنت والكربونات , إلا أنه يترك مع الكربونات راسباً هو فلور الكالسيوم وتركيز هذا الحمض التجاري ( 40-38% ) , ويستعمل بشكل أساسي لتحميض الصخور الرملية , ويمكن مزجه مع حمض كلور الماء أو مع أي حمض عضوي آخر والمزيج ( Hcl ، HF ) يسـمى حمـض الطفلة , ويكـون هنـا تــركيـز ( Hcl=12% ) وتركيز ( HF = 3% ) , ويمكن الحصول على هذا الحمض من أملاحه الصلبة مثل بيوفـلور الأمـونيوم ( NH₄ HF₂ ) الذي يمـزج مع ( Hcl )على السطح أو في الطبقة ليعطي حمض الفلور :

NH₄cl +₂HF →H Hcl+ NH₄HF₂

وهذه الطريقة أفضل بهدف التقليل من التأثير السلبي والتآكلي لهذا الحمض على العناصر التي تتعامل معه أو مع المعدات المعدنية .

• الحموض العضوية :

تستخدم في الآبار العميقة ذات الحرارة العالية لتحسين نفوذية هذه الطبقات , نظراً لأن سرعة تفاعلها مع الكربونات أقل من سرعة الحموض اللاعضوية وأهـم هذه الحمـوض هو حمض الخل ( CH₃ COOH ) الذي يصل تركيزه التجاري إلى ( 98% ) , ويكون بهذا التركيز ثلجي ويستخدم بتركيز( 3-2% ) مع حمض كلور الماء بتركيز ( 15% ) ومعروف أن الحموض العضوية أضعف من الحموض اللاعضوية وتتفاعل ببطء كبير وتظهر تـآكلاً أقل للمعدات .

تتفاعل الحموض العضوية المستعملة في المعالجة مع الصخور الكربوناتية وفق المعادلات التالية :

2CH₃-COOH + CaCO₃ → (CH₃-COO)₂Ca + H₂O + CO₂

2H-COOH + CaCO₃ → (H-COO)₂Ca + H₂O + CO₂

4CH₃-COOH + MgCa(CO₃)₂ → (CH₃-COO)₂Ca +

(CH₃-CO)₂Mg + 2H₂O + 2CO₂

4H-COOH + MgCa(CO₃)₂ → (H-COO)₂Ca + (H-COO)₂Mg + 2H₂O + 2CO₂

خلات ونملات الكالسيوم والمغنيزيوم تنحل بالماء وتبعد بسهولة من الطبقة .

• الحموض المركبة :

يمكن خلط ومزج حمض كلور الماء مع الحموض العضوية بهدف إطالة زمن التفاعل وذلك في الطبقات ذات التقبل تحت ضغوط عالية كحمض الخل أو حمض النمل للحصول على حمض بطيء التفاعل ( مثبط ) يدخل في الطبقة ويتفاعل معها ببطء .

ومن معالجة الطبقات الدولومايتية الشبه كتيمة كالطبقة قيد الدراسة ( الكوروشينا دولومايت ) حيث يتم إضافة حمض الفلور بنسب ضئيلة إلى حمض كلور الماء تتراوح هذه النسبة بين (2 to 3 l) لكل متر مكعب واحد من حمض كلور الماء .

وتستخدم هذه الخلطة أيضاً في معالجة طبقات المنتجة الحاوية على تداخلات غضارية .

الجدول التالي يبين محاليل الحموض المستعملة مع الصخور الكربوناتية بتراكيز مختلفة وزمن تفاعلها :

يعد مزج الحموض العمليات المهمة لتشكيل الحموض المثبطة , وذلك من أجل اختراق أعمق للطبقة وتحسين فعالية المعالجة الحمضية .

ويعرف الحمض المثبط : بأنه حمض ذو صفات فيزيائية وكيميائية وتركيز معين يمنحه فعلية لزمن أطول بـ 15% من حمض Hcl تحت نفس الظروف ويحقق اختراق أعمق .

مثال على ذلك الحموض العضوية ( حمض الخل , حمض النمل ) تتفاعل ببطء أكثر من محاليل حمض كلور الماء , ذلك بسبب تشردها الضعيف حيث :

ثابت التشرد لحمض النمل K = 1.77×10^-4

ثابت التشرد لحمض الخل K = 1.75×10^-5

وهذه الحموض يمنع زيادة تركيزها بهدف الحصول على زيادة معدل التفاعل لأنها وعند تركيز معين ( 15% لحمض الخل و 9% لحمض النمل ) تنتج خلات الكالسيوم وفورمات الكالسيوم الراسبة .

الحموض العضوية ملائمة وأكثر استعمالاً في الآبار ذات درجات الحرارة العالية فوق (200°F) .

وللحصول على نتائج إيجابية لحمض كلور الماء السريع التفاعل ولزيادة عمق اختراقه يخلط مع الحموض العضوية لتشكيل حمض مثبط لتأمين تفاعل سريع نسبياً لـ Hcl يشبه فيما بعد تفاعل بطيء للحمض العضوي .

وعلى الرغم من أن الحموض المثبطة لها زمن تفاعل أكبر من Hcl تحت نفس الظروف لكن ضمن الصخور الكربوناتية يختلف زمن تفاعلها ,حيث تدفق الحمض داخل الصخور الكربوناتية غير المتجانسة يؤمن محيط متبدل باستمرار من الأشكال الجريانية ومن أشكال التفاعل .

• حتى يكون الحمض المستخدم فعالاً وذا تأثير مقبول يجب أن يحقق الشروط التالية :

1- أن يتفاعل مع الكربونات أو مع الفلزات الأخرى أو الرواسب ليشكل محاليل سائلة .

2- أن لا يتفاعل بشدة مع الأجزاء المعدنية في البئر حتى لا يسبب تآكلها .

3- أن يكون سهل التداول وتكاليفه معقولة .

• وتطبق هذه الطريقة ( التحميض ) للأغراض التالية :

1- تنظيف الشوائب الموجودة على جدران البئر مقابل الطبقة المنتجة , أو تلك المتوضعة في القنوات التي تجري خلالها الموائع .

2- توسيع مساحات الصخور بجوار جدران البئر .

3- توسيع وتنظيف الشقوق الموجودة في الصخور .

4- تشكيل قنوات جديدة بنفوذية عالية وذات عمق كبير يصل البئر بالمنطقة المشبعة بالنفط .

5- توسيع قطر البئر .

6- تنظيف المنطقة الملوثة بجوار البئر .

3- العوامل المؤثرة على تفاعل الحمض مع الصخر :

إن معرفة العوامل المؤثرة على التفاعل بالإضافة إلى معرفة ميزات الصخر الخازن يمكن أن يساهم في اختيار نوع الحمض وكميته لتأمين نجاح عملية التحميض والعوامل الأساسية المؤثرة هي :

1-3- الضغط :

إن سـرعة التفـاعل بين الحمض والصخور الكربوناتية تتناقص مع زيادة الضغط ويمكن توضيح ذلك بالتفاعل التالي :

Ca CO₃ + 2Hcl ↔ Ca cl₂ + H₂ CO₃

H₂ CO₃ ↔CO₂ + H₂O

إن التفاعل يتم باتجاه اليمين في حال كون CO₂ بحالة غازية ويزداد انحلال الكلس , أما عندما ينحل CO₂ في الماء فإن التفاعل يتم باتجاه اليسار , أي يتوقف انحلال الكلس ويمكن أن يكون CO₂ بشكل سائل عند الضغط ) 55-70 at) ودرجة حرارة أقل من ( 30°C ) , وهذا نادراً ما نصادفه في الطبقات الحاملة للنفط لكن في كل الأحوال فغن CO₂ ينحل في السائل الحمضي المتفاعل ودرجة انحلاله تزداد بازدياد الضغط إذا سـرعة التفاعل تتناقص بازدياد الضغط .

2-3- الحرارة :

إن سرعة تفاعل الحمض تزداد بشكل مباشر بازدياد درجة الحرارة , ويتعادل الحمض في المجال القريب من البئر , وبذلك لا نستطيع ضخ كميات كبيرة من الحمض في الطبقة , وهنا يجب أن نأخذ بعين الاعتبار درجة حرارة الحمض المحقون ودرجة حرارة الصخر الخازن بالإضافة إلى درجة الحرارة المتحررة الناتجة عن التفاعل .

ويمكن تلافي تأثير الحرارة باستخدام مبطئات التفاعل أو عن طريق تبريد شديد للمنطقة القاعية باستخدام الآزوت السائل أو نضخ الحمض بمعدلات عالية .

3-3- تركيز الحمض :

عند استعمال سائل حمضي بتركيز قليل يجب ضخ كميات كبيرة من هذا السائل في الطبقة , حيث يدخل إلى أعماق كبيرة يصعب عندها إعادة سحبه عند انتهاء عملية المعالجة .

• أما عند استعمال سائل حمضي بتركيز كبير بعد انتهاء التفاعل تزداد كثيراً لزوجة السائل , بسبب انحلال نواتج التفاعل التي تؤثر على معدل التفاعل ينقص بسببها , وبسبب تناقص قوة الحمض بالإضافة إلى أن التركيز المرتفع ينشط عمليات تآكل المعدات المستخدمة .

• وقد تم التوصل نتيجة التجارب المخبرية إلى أن أفضل تركيز للحمض هو ( 10-15% ) وعادةً يستعمل تركيز كبير للصخور ذات النفوذية الضعيفة وتركيز قليل للطبقات ذات النفوذية العالية .

في الشكل (2) نلاحظ :

معدل التفاعل يزداد حتى تركيز ( 15-20% ) وهذه الزيادة تصل حد أقصى هو ( 24-25% ) , وفوق هذا التركيز فإن معدل التفاعل يتناقص فعلياً .

4-3 -سرعة التدفق :

إن سرعة تدفق السائل الحمضي داخل الصخور الكربوناتية , تؤثر على المسافة التي يقطعها السائل الحمضي في الطبقة , وبزيادة سرعة التدفق للحمض يزيد معدل التفاعل للحمض مع الصخر .

الشكل( 3 ) يوضح أنه عند سرعة تدفق محددة يزداد معدل التفاعل بنقصان عرض الشق .

تأثير سرعة تدفق الحمض على معدل التفاعل عند اختلاف عرض الشق

5-3- تركيب الصخر الخازن :

وهو العامل الأكثر أهمية الذي يتحكم بفعالية المعالجة الحمضية , حيث توجد اختلافات بين تفاعلات الحمض مع الأحجار الكلسية وبين تفعله مع الدولومايت , نتيجة الاختلاف في السمات الفيزيائية والكيميائية , ويجب عند وضع خطة المعالجة دراسة مواصفات الصخر الخازن دراسة مفصلة من حيث التركيب الكيميائي والتركيب المندالوجي – المسامية – النفوذية .

إن دراسة التركيب الكيميائي للصخور الكربوناتية يمكن أن يوحي لنا إلى استخدام نوع خاص من الحموض , أما معرفة الصفات الفيزيائية والخزنية فهي تحدد العوامل الأخرى مثل كمية الحمض والتقنية المستخدمة في المعالجة .

يؤثر حمض كلور الماء على الصخور الكربوناتية ( كلس – دولومايت) وفق المعادلات التالية :

2Hcl + Ca CO₃→ Cacl₂ + H₂O + CO₂

4Hcl + Ca,Mg (CO₃)₂ → Cacl₂ + Mg cl₂ + H₂O + CO₂

تنحل نواتج التفاعل ( Mgcl₂-cacl₂ ) في الماء ويمكن إبعادها بسهولة من الطبقة .

وعندما تحتوي الطبقة على الرمل نستعمل خليط من ( HF+ Hcl ) حيث يتفاعل Hcl مع ملاط الترابط الكلسي للحبيبات الرملية أما HF فيتفاعل مع الغضار والرمل وفق المعادلات :

Ca CO₃ + 2 Hcl →Ca cl₂ + H₂O + CO₂

Ca CO₃ + 2HF → CaF2 + H₂O + Co2

CaAl₂ Si₂ O₈+ 16F→CaF₂ + 2AlF₃+ 2siF₄ + 8 H₂O

Sio₂+ 4HF→SiF₄+ 2H₂o

6-3- نواتج التفاعل :

تلعب نواتج التفاعل دوراً هاماً في تحديد التفاعل وسرعته , وما يهمنا من نواتج التفاعل هو أن لا تكون راسبة , وتؤدي إلى تقليل نفوذية الطبقة مما يسيء إلى هدف عملية التحميض ، ومن النواتج التي نتجنب تشكلها : الترسبات المتشكلة نتيجة تفاعل الحمض مع بعض الشوارد الموجودة في المياه الطبقية مثل شوارد اللمنيوم التي تترسب على شكل ماءات الألمنيوم وكذلك شوارد الحديد التي تؤدي إلى تشكل ماءات الحديد وشوارد الباريوم التي تؤدي إلى ترسب كبريتات الباريوم .

7-3- تأثير النفط على عملية التحميض :

عندما يدخل السائل الحمضي في الطبقة يتفاعل مع الصخر وكذلك مع السوائل الموجودة في الطبقة ( نفط و ماء ) , وإن تفاعل الحمض مع النفط يؤدي إلى تشكيل مركبات غير منحلة تتوضع في مسامات وقنوات الطبقة مما يؤدي إلى التقليل من نفوذية الطبقة , هذه المركبات التي تقلل من نفوذية الطبقة هي الإسفلتيات والراتنجيات والبارافينات وبعض المشتقات الهيدروكربونية ذوات الوزن الجزيئي الكبير والتي تتوضع عند ارتفاع pH السائل الحمضي .

ويتم منع هذا التوضع بطريقتين :

1. استعمال سائل حمضي مستحلب معالج بمذيبات عطرية .

2. معالجة السائل الحمضي بمواد تمنع تشكل الأحماض القطرانية , مثل المواد المنشطة .

8-3- تأثير المياه الطبقية على عملية التحميض :

يؤدي تفاعل المياه الطبقية مع السائل الحمضي المحقون في الطبقة إلى تشكل بعض المركبات غير المنحلة مغلقةً بشكل جزئي وأحياناً بشكل كلي مسامات الطبقة المنتجة مما يؤدي إلى تقليل النفوذية الفعلية للطبقة وهذا التأثير متعلق بالتركيب الكيميائي للمياه الطبقية .

من الشوارد الموجودة في الماء والتي تؤثر على عملية التحميض نذكر :

• شوارد الحديد والألمنيوم التي تشكل مع الحمض ماءات الحديد والألمنيوم المترسبة .

• شوارد الباريوم التي تشكل مع شوارد الكبريتات كبريتات الباريوم غير المنحلة .

4- المواد المضافة للسائل الحمضي :

تضاف للسائل الحمضي مواد تقوم بمنع حدوث الظواهر السلبية الناجمة عن وجود الحمض في البئر وهذه المواد هي :

4 - 1- مبطئات التفاعل :

رمزه التجاري CD-574 يضاف بنسبة ( 5-10 L/m³ ) .

تعمل هذه المواد على الإقلال من سرعة التفاعل بين الحمض والصخر وذلك لزيادة نفوذية المنطقة المجاورة للبئر ولمسافة أكبر .

ويوجد نوعان رئيسيان من المبطئات – عضوية – غير عضوية .

4 - 2- مخفضات التوتر السطحي :

تستخدم من أجل تخفيض التوتر السطحي عند تلامس السائل الحمضي مع النفط ، ولتأمين دخوله إلى الطبقة بسهولة حيث تشكل هذه المواد عوامل مبللة كما تعمل هذه المواد على عودة المحاليل المعالجة وتساهم في التنظيف ، ومجالات التركيز لها 0.05-0.01% وزناً وهي الأكثر شيوعاً ، وتساهم هذه المواد في إزالة الترسبات من النفط الثقيل والإسفلت .

4 -3- المواد المضافة للتخثر ولمنع ضياع السائل المحقون :

هذه المواد هي بوليميرات اصطناعية ومواد صمغية طبيعية ، وهناك عدة أنواع منها بأسماء تجارية , وتستخدم البوليميرات الاصطناعية من النوع غير الشاردي الخيطي وبنسبة أقل من %2-0.1 وزناً .

4 -4 - الكحولات :

تستخدم أحياناً كحولات الميتيل أو الايزوبروبيك ، وعند تركيز 20-5% حجماً فإن فائدتها الرئيسية هي تحسين درجة التنظيف التي تلي المعالجة الحمضية . وهذا يكون مفيد بشكل خاص في الآبار الغازية الجافة .

أهم ما يميزها عن مخفضات التوتر السطحي أنها لا تمتز على سطح الصخر .

4 - 5 - مواد واقية :

وهي تقوم بدور تقليل أو منع تأثير السائل الحمضي على المعدات الموجودة في البئر وعلى السطح , وهذه المواد يجب أن تتصف بما يلي :

1 - أن تكون ذات ثبوتية جيدة عند الحرارة العالية .

2- أن لا تؤثر على فعالية الحمض مع الصخر .

3- أن تحافظ على خواصها بوجود نواتج التفاعل .

4- أن لا تؤدي إلى تشكيل مستحلبات بين النفط الماء .

4 - 6 - مواد مثبتة :

تعمل هذه المواد على إعاقة ترسب مركبات الحديد والألمنيوم الناتجة عن تفاعل الحمض مع أكاسيد الحديد والألمنيوم الموجودة في قعر البئر أو في الصخور الطبقية .

من هذه المواد حمض النمل وحمض الخل الذي يستخدم بتركيز %2-0.8 حجماً .

4 - 7 - مواد تمنع ترسب الجص :

من هذه المواد كلور الباريوم الذي يعالج به السائل الحمضي قبل ضخه .

4 - 8 - استخدام N2 و CO2:

تساهم هذه الغازات في التزويد بقدرة غازية كبرى لكي تساعد في إعادة الحمض المتبدد ووضع البئر في الإنتاج .

4 - 9 - مانع تآكل حمضي :

رمزه التجاري NcoRoL – AC ويضاف بنسبة (% 1-0.5) من أجل تقليل تآكل المواد المعدنية السطحية والجوفية .

4 - 10 - مانع استحلاب :

رمزه التجاري DEEMax- 500 ويضاف بنسبة 5L/m³ .

ويضاف بهدف منع تشكيل مستحلبات لزجة ما بين السائل الحمضي وسوائل الطبقة , ويقوم بوظيفة مبلل سطحي لتقليل التوتر السطحي بين السائل وصخور الطبقة .

5- أهداف عملية التحميض :

يستخدم التحميض من أجل ثلاثة أهداف هي :

1- تنظيف مسام البئر .

2- تحميض الطبقة .

3- التشقيق الحمضي .

1-5- تنظيف مسام البئر :

يتم غسل البئر عن طريق ضخ السائل الحمضي من خلال مواسير الإنتاج لتنظيفها أيضاً , ويترك الحمض في البئر لتنظيف مسام جدران البئر وقعره , وجدران المصفاة في حال كان البئر غير تام هيدروديناميكياً .

عن طريق هذه العملية يتم إزالة الرواسب المختلفة ( سائل الحفر – بارامينات ..إلخ ) وبذلك فإننا نخفف من تعادل السائل الحمضي داخل البئر وقبل دخوله الطبقة عند تفاعله مع هذه الرواسب الأمر الذي يؤدي إلى التقليل من فعالية التحميض . يتم التفاعل خلال عدة ساعات بعد ذلك تتم إزاحة السائل الحمضي من خلال مواسير الإنتاج لمنع حدوث تآكل في مواسير التغليف .

2-5- تحميض الطبقة :

هو حقن الطبقة بالسائل الحمضي تحت ضغط هيدروليكي بحيث يحدث الجريان بشكل أساسي من خلال الشقوق الطبيعية والمسامات , لذلك للنفوذية الطبيعية تأثير كبير على نجاح عمليات التحميض .

ويتم تنظيف الطبقة الملوثة بطريقتين :

أ-حل الشوائب نفسها .

ب-حل جزء من البنية الصخرية التي توجد فيها هذه الشوائب .

3-5- التشقيق الحمضي :

تهدف هذه العملية بشكل أساسي إلى تحقيق إنتاجية إضافية فوق قدرة الخزان الطبيعية , وذلك عن طريق فتح شقوق جديدة لتخليق ممرات جديدة إلى جزء من الطبقة الخازنة ويعتمد نجاح هذه العملية على :

• ناقلية الشق

• مدى الاختراق الفعال للخزان .

• شكل الشق .

6- المسافة التي يخترقها الحمض في الطبقة :

يدخل الحمض في الطبقة على شكلين :

1- متفاعلاً مع الطبقة حتى مسافة معينة بنصف قطر R₁.

2- غير متفاعل مع الطبقة يدخل حتى مسافة بنصف قطر R_i .

تعتمد المسافة العظمى التي يدخلها الحمض في الطبقة متفاعلاً معها على :

1- سرعة تقدم السائل الحمضي في مسامات الطبقة .

2- الزمن اللازم لتعادل السائل الحمضي مع الصخر t_r : وهو يساوي زمن تفاعل السائل مع الصخر ويعتمد على T-P و تركيز السائل الحمضي وكذلك على خواص الصخور .

يتحقق نصف القطر هذا عند تعادل أول كمية محقونة من السائل الحمضي تماماً مع الصخر .

من أجل تعيين R₁ :

نفرض أن حجم السائل المحقون يساوي حجم الفراغات الموجودة في الطبقة وحتى نصف القطر R_i أي :

Q_i . t_r = π ( R1² - rc² )h.m

ومن أجل سماكة m1 تصبح العلاقة :

q_i . t_r =π ( R1² - r_c² ) m

حيث :

R1 : نصف قطر المنطقة التي يدخلها السائل متفاعلاً مع الصخر ( m) .

Q_i : معدل الحقن ( m³/ s¹ ) .

q_i: معدل الحقن الخاص .

t_r: الزمن اللازم لتعادل السائل الحمضي .

h: سماكة الطبقة المعالجة ( m ) .

m: مسامية الطبقة % .

r_c: نصف قطر البئر ( m ) .

من العلاقة السابقة نجد أنه يمكن زيادة R₁ عن طريق :

1- تقليل سرعة التفاعل بين الصخر والسائل عن طريق استخدام مبطئات التفاعل .

2- ضخ السائل في البئر وبالتالي في الطبقة بمعدل كبير .

وإن حساب R_i يتم بنفس الطريقة لكن حسابه لا يهمنا لأن الحمض على هذه المسافة R_i يكون قد انتهى كحمض بعد نهاية التفاعل .

تحسب المسافة Ri من تساوي الحجم الكلي المحقون والفراغات في الطبقة :

Q_i . t_i = Π ( R1² - rc² )-h .m

ومن أجل h=1 نحسب R_i :

حيث t_i : الزمن الكلي لحق السائل الحمضي في الطبقة .

7- طرق التحميض :

يمكن أن يتم تحميض الآبار بعدة طرق ندرس منها :

1-7- التحميض باستعمال حمض كلور الماء المركز (Hcl) :

إن حمض كلور الماء الذي يستعمل في تحميض الطبقات المنتجة ذو تركيز يتراوح بين( 15-12% )، وبزيادة هذا التركيز إلى حد معين فإن ذلك يزيد من فعالية عملية التحميض، وبالتالي يزيد من إنتاجية الطبقة من خلال النتائج :

1. يؤمن تحقيق قنوات لجريان النفط من خلال إذابته للكربونات بعمق كبير في الآبار ذوات التشبع الكبير بالماء، لأنه يحافظ على تركيز كان عند اختلاطه مع المياه الطبقية.

2. يؤدي إلى الانقاص السريع للنسبة بين السطح النوعي للمسامات وشبكة القنوات وحجم الصخر.

3. نتيجة التركيز الكبير للسائل الحمضي فإن حجم ثاني أوكسيد الكربون الناتج عن تفاعل الحمض مع الصخور الكربونية هو كبير أيضاً، ويؤدي إلى إنقاص ملحوظ للزوجة النفط.

4. حجم ( CO₂ ) الحر كبير ويساهم في إعادة سحب السائل الحمضي من الطبقة .

لاستعمال السائل الحمضي المركز سيئة كبيرة وهي تأثيره على المعدات المعدنية داخل البئر وعلى السطح والتي تتطلب استعمال مواد عازلة ذوات فعالية كبيرة .

2-7- التحميض باستعمال حموض ضعيفة :

الاتجاه الحديث في التحميض هو باستعمال حموض ضعيفة من نوع حمض الكربون , وذلك بحقن CO₂ أو حمض الكبريتي من خلال حقن SO₂ .

وكذلك باستعمال غاز كلور الهيدروجين . أو مزيج حمضي ( Hcl+ HF) واستعمال حموض عضوية أو مزيج من (Hcl + حموض عضوية ) , واستعمال سوائل حمضية مستحلبة .

3-7- التحميض المتكرر للطبقات :

بعد عملية تحميض ناجحة للبئر فإن معدل الإنتاج منها يزداد ويستمر الإنتاج من هذا البئر بمعدل أكبر منه قبل التحميض لفترة معينة تختلف من بئـر إلى آخر ، حيث يتناقص هذا المعدل من جديد .

عند ذلك تجري عملية تحميض جديدة والتي تؤدي إلى زيادة للمعدل ولكن بدرجة أقل من الأولى , ويستمر هذا المعدل بدوره لفترة أخرى حتى يتناقص هو الآخر , وبالتالي يجب إعادة التحميض .

4-7- التحميض بمراحل :

يمكن زيادة فعالية التحميض للطبقات المنتجة فيما إذا حقن السائل الحمضي على مراحل في الطبقة 4-2 مراحل .

حجم كل مرحلة يعتمد على سماكة الطبقة ونفوذيتها وضغطها . الزمن بين مرحلة وأخرى يؤخذ مساوياً لزمن استهلاك السائل الحمضي ، حجم السائل الحمضي يزداد في كل مرحلة بحوالي ( 40-30% ) عن المرحلة السابقة ولزيادة فعالية التحميض ينصح بتنظيف الطبقة بعد كل مرحلة .

تطبق هذه الطريقة عند وجود احتمال حدوث ترسبات ثانوية في أثناء عملية التحميض , بعد انتهاء المرحلة الأولى تضخ الكمية من سائل لزج والذي يغطي الصخر بجوار البئر وتحميه من تأثير حمض المرحلة الثانية الذي يدخل إلى مسافة أكبر من الطبقة .

5-7- التحميض باستعمال حمض كلور الماء ( Hcl) المحضر في الطبقة:

وهي إحدى المحاولات الحديثة في التحميض وتهدف إلى زيادة المسافة التي يخترقها الحامض متفاعلاً مع الصخر .

يتم تحضير حمض كلور الماء في الطبقة بالحقن المنفصل لكل من كلور الأمونيــاك ( NH₄ cl ) ومحلول الدهيـدفورميكا ( CH₂-O ) بتركيــز ( 40-37 % ) حيث يتفاعلان مع بعضهما البعض معطين حمض كلور الماء حسب التفاعل :

6 CH₂ - O+ 4 NH₄cl → 4 Hcl + N₄C₆H₁₂+ 6H₂0

حمض كلور الماء الذي ينتج من تفاعل المادتين ذو تركيز قليل حوالي 5% , ونتيجة ذلك والتكاليف المرتفعة للمواد الأولية لتحضيره نسبة إلى Hcl الصناعي الذي يستعمل في التحميض فإن هذه الطريقة لم ينتشر استعمالها .

6-7- عملية التحميض فوق الباكر :

نلجأ إلى هذه الطريقة من التحميض عند وجود مجالين منتجين يختلفان بالخواص الفيزيائية , كأن تكون نفوذية المجال العلوي أقل من نفوذية المجال السفلي فنقوم عندها بعزل المجال السفلي مؤقتاً أثناء عملية التحميض فقط , وتنفذ عملية التحميض للمجال العلوي وذلك بإنزال تشكيلة . مواسير الإنتاج كما يلي :

وصلة مسدودة ثم عدد من مواسير الإنتاج بحيث تسمح للباكر بالتوضع بين المجالين ثم باكر تحميض ثم مواسير إنتاج عادية حتى أسفل المجال العلوي ثم مواسير إنتاج عادية حتى السطح وقبل البدء بتنفيذ العملية يتم فتح الباكر وتحقيق العازلية وكأنه قاع البئر أصبح هو حد فتح الباكر .

إن تنفيذ العملية يصبح على الشكل التالي :

إجراء دوران للتأكد من تعبئة البئر حيث سيخرج السائل من ثقوب مواسير الإنتاج إلى الفراغ الحلقي , ثم نقوم بضخ الخلطة الحمضية وسائل الإزاحة العملية كأنها عملية تحميض عادية .

في حالة التحميض فوق الباكر وأثناء الحقن نراعي ضغط الاختبار وليس مراعاة ضغط تحمل كواتشيك الباكر .

7-7- عملية التحميض تحت الباكر :

تعريفها :

عبارة عن نوع من أنواع عمليات التحسين التي تنفذ على الآبار النفطية بكمية محددة من الحمض عن طريق مواسير الإنتاج , وتحقن في الطبقة بضغط أعلى من ضغط اختبار البئر , ولا يتجاوز هذا الضغط ضغط تحمل كواتشيك الباكر .

مراحل تحضير العملية :

• تحضير البئر للعملية :

1. إنزال مواسير الإنتاج مع الباكر جديد ومشدودة الشرار مع بعضها البعض بشكل جيد , بحيث تنزل تحت الباكر 4-5 ماسورة حتى لا يتم إنزال الباكر ضمن المجال المثقب , ومن أجل غمر المجال المثقب بالحمض بشكل كامل

2. تحضير الحمض بالحجم والتركيز المطلوب .

3. تأمين سوائل الإزاحة والدوران العكسي .

4. أخذ معلومات كاملة عن البئر .

• مراحل التنفيذ :

1. يجب التأكد من إنزال مواسير الإنتاج بحيث تكون نهايتها ضمن المجال المثقب والباكر على بعد 15-20 م من قمة المجال المثقب , ونتأكد من أن الباكر محرر .

2. إجراء دوران مباشر بالماء واختبار الخطوط .

3. ضخ حمض بما يعادل حجم الإزاحة الأولية بالحمض في حال حجم الخلطة الحمضية أكبر من حجم الإزاحة الأولية والباكر محرر .

4. فتح الباكر وتطبيق عملية العزل .

5. التأكد من أن صمام مواسير التغليف مفتوح لمراقبة عملية عزل الباكر.

6. متابعة حقن الحمض في الطبقة وبضغط لا يتعدى ضغط تحمل الباكر .

7. عمل إزاحة نهائية بالماء .

8. انتظار فترة تفاعل .

9. تنفيس البئر ومعرفة الراجع .

10. تحرير الباكر وإجراء دوران عكسي بالماء لطرح نواتج التحميض .

8-7- عملية التحميض الرغوية :

• مقدمة :

إن عملية التحميض الرغوية هي إحدى الطرق المستخدمة في الآبار المنتجة من الطبقات الكربوناتية المتشققة وذات الضغوط القليلة , حيث تهدف هذه الطريقة إلى زيادة فعالية معالجة الطبقة بالحمض من خلال :

1. تناقص ذوبان الكربونات في الحمض الرغوي مما يساعد في زيادة عمق تغلغل الحمض في الطبقة , وبالتالي زيادة نصف قطر تفاعـل الحمض مع الطبقة .

2. إن الكثافة القليلة للحمض الرغوي التي تتراوح بين ( 0.4 to 0.8 g/cm³) واللزوجة العالية ( بسبب وجود طورين غير متجانسين هما الحمض والهواء ) يسمحان بانتشار الحمض على كامل مقطع الطبقة المنتجة , مما يترك منعكساً إيجابياً للتحسين بهذه الطريقة على الطبقات ذات الضغوط القليلة .

3. إن تنظيف الطبقة من نواتج التحميض عند استخدام هذه الطريقة أفضل من غيرها من الطرق , بسبب وجود الهواء والمواد المنشطة المضافة للخلطة الحمضية التي تقلل من التوتر السطحي وتحسن بالتالي حركة نواتج التفاعل باتجاه القاع .

• المعدات المستخدمة في عمليات التحميض الرغوية :

تتم العملية باستخدام صهريج لنقل الخلطة الحمضية وضاغط هوائي أو أكثر حسب حجم الهواء المطلوب ضخه وخلاط ( جهاز التحميض الرغوي ) يتوضع على السطح , ويربط مع شجرة الميلاد بأنابيب مع آلية الضخ , ويوصل مع الضاغط بخرطوم الضاغط , ويتألف الخلاط من أنبوبين متحدين مركزياً , الداخلي مغلق بقطر 2ً والخارجي بقطر ½ 3ً يوصل الداخلي مع الضاغط عبر صمام عدم رجوع يسمح للهواء بالدخول إلى الخلاط ولا يسمح له بالعودة إلى الضاغط فيدخل الهواء إلى الأنبوب الداخلي ويخرج بضغط أكبر إلى الفراغ الحلقي بين الأنبوبين ويتلامس مع الحمض المضاف إليه بشكل الرغوة فيحول هذا السائل الحمضي إلى سائل رغوي يتجه إلى البئر عبر مواسير الإنتاج ويوجد على خط طرد آلية الضخ موصولاً مع الجهاز صمام عدم الرجوع أيضاً ليمنع الهواء من العودة إلى مضخة الحمض العائدة لآلية الضخ ويقلل من فعاليتها .

إن نسبة حجم الهواء هي (15-25 m³/min) لكل متر مكعب من الحمض المضاف إليه مشكل رغوة بنسبة (0.1 to 0.2%) لكل متر مكعب من السائل ويجب أن تكون غـزارة آلية الضـخ حوالي ( 4 l/sec ) وغزارة الهـواء من (10-15m³/min).

• مراحل تنفيذ العملية :

1. إجراء دوران بالماء والتأكد من حصول الدوران , وفي حال عدم إمكانية حصول الدوران بسبب انخفاض الضغط الطبقي نقوم بضخ ماء على شكل رغوة بإضافة مشكل الرغوة للماء حتى حصول الدوران , على أن تكون غزارة السائل أقل ما يمكن , وبأكبر غزارة ممكنة للهواء .

2. إغلاق صمام مواسير التغليف والبدء بحقن الحمض على شكل رغوي وبغزارة (4l/sec) وغزارة هواء تساوي (14 m³/min) حتى حقن كامل الخلطة الحمضية .

3. حقن سائل الإزاحة النهائية من الماء بشكل عادي وليس رغوي والذي يساوي حجمه الداخلي لمواسير الإنتاج + حجم الفراغ الحلقي مقابل المجال المثقب دون أي توقف أثناء الحقن للخلطات الرغوية أو سائل الإزاحة لئلا تتحطم الرغوة ويفصل الحمض عن الهواء داخل البئر .

4. انتظار فترة تفاعل 2 ساعة للسماح للرغوة بالتحطم وانفصال الحمض عن الهواء داخل الطبقة .

5. إجراء دوران عكسي بماء رغوي وتنظيف البئر من نواتج التفاعل وحجم الماء حوالي ضعف الحجم الداخلي لمواسير الإنتاج .

6. تنفيس البئر من الهواء والمباشرة بإنزال معدات الإنتاج ويفضل سكب الماء في البئر لئلا يندفع أثناء رفع مواسير الإنتاج أو إنزال معدات الإنتاج الجوفية .

• ملاحظة :

بالنسبة للآبار التي يحصل فيها دوران عادي في الخطوة الأولى , وحتى نعرف أن الخلطة الرغوية وصلت إلى أعلى المجال المثقب , نقوم باستقبال الماء من الفراغ الحلقي إلى تلك الاكريكيت بحجم يساوي ( الحجم الداخلي لمواسير الإنتاج + حجم الفراغ الحلقي ) مقابل المجال المثقب بدءاً من نهاية مواسير الإنتاج حتى أعلى هذا المجال , ثم نغلق صمام الـ Cassing, ونتابع حقن الخلطة الحمضية المتبقية مع الهواء بشكل رغوي حتى انتهائها ومن ثم نتابع العملية كما في السابق .