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 Li – Th. 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 X’TRA с медным катодом.

 

 

 

 

Таблица 1

Результаты исследований химического состава

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

 

 

            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

 

 

            Генеральный директор Кероглу Андрей Халыкович