بخشی از مقاله
مقایسه VESبا خواص رئولوژیکی بهبود یافته DiVES-350 با VES های متداول
چکیده
عوامل منحرف کننده به طور گسترده در طی عملیات اسیدکاري ماتریکس جهت توزیع یکنواخت محلولهاي اسید در نواحی هدف استفاده شدهاند. یکی از محبوبترین سیستمهاي انحراف بر پایه سورفکتانت ویسکو الاستیک (VES) میباشد که نتایج خوبی در تستهاي آزمایشگاهی و میدانی نشان داده است. خواص رئولوژیکی سورفکتانتهاي ویسکو الاستیک تابع پیچیدهاي از نوع و غلظت سورفکتانت، افزایهها، شوري، دما و نرخ برشی میباشد. در این مقاله اثر پارامترهاي بحرانی شامل: دما، افزایهها و آهن (III) بر ویسکوزیته ظاهري اسیدهاي مصرف شده بر پایه VES بررسی شده است. افزایههاي اسید شامل: بازدارنده خوردگی، سورفکتانت ضد امولسیون، عوامل کنترل کننده آهن و زداینده هیدروژن سولفید میباشد.
عملکرد ژل شدن سیستمهاي اسید بر پایه VES متداول در دماهاي بالا در حضور افزایههاي اصلی و آلودگی آهن به طور چشمگیري ضعیف میشود. این مطالعه به منظور معرفی سیستم جدید VES با نام DiVES-350 که میتواند در دماهاي بالا تا 300 °F ژل شود و ویسکوزیته موثر خود را حفظ کند، انجام شده است. مشخص شده که چندین افزایه میتوانند بدون اثر گذاشتن بر ویسکوزیته ظاهري اسید مصرف شده با DiVES-350 ترکیب شوند. سیستم اسید بر پایه
DiVES-350 کاملاً با بازدارنده خوردگی، عامل کنترل کننده آهن، زداینده H2S و حتی آلودگی زیاد آهن سازگار است.مقادیر کم DiVES-350 میتواند به طور قابل ملاحظهاي ویسکوزیته ظاهري سیال را افزایش دهد که منجر به کاهش هزینه عملیات میشود. مشابه با VES کنونی، استفاده از حلال دوگانه در پس تزریق به منظور کاهش ویسکوزیته سیال و حذف ژل از سازند توصیه میشود.
واژگان کلیدي: منحرف کننده، اسیدکاري، سورفکتانت ویسکوالاستیک (VES)، خواص رئولوژیکی.
-1 مقدمه
هدف عملیات اسیدکاري حذف یا کنار زدن آسیب سازند نزدیک دهانه چاه میباشد. موفقیت عملیاتهاي اسیدکاري ماتریکس به توزیع یکنواخت سیالات عملیات در سراسر دیواره تولیدي (یا تزریقی) بستگی دارد. روشهاي انحراف اسید نباید منجر به آسیب سازند شوند، باید با سیالات اصلی و آبهاي شور سازند سازگار باشند، در شرایط ته چاهی پایدار باشند و به راحتی و کامل تمیز شوند. در سال 1944 آقایان Hill و Rossen دو روش اصلی براي بهبود توزیع اسید ارائه کردند؛ روش مکانیکی که شامل: ایزوله کردن مکانیکی نواحی، گویچههاي مسدود کننده، لوله مغزي سیار و روش شیمیایی که شامل: کف، عوامل منحرف کننده ذرات ریز، اسیدهاي ویسکوز میباشد.[1] در سال Chang 2007 و همکاران نشان دادند که روشهاي مکانیکی نسبت به روشهاي شیمیایی هزینهبر تر و زمانبر تر هستند و اغلب در تکمیلهاي حفره باز کارآمد و موثر نیستند.[2] Nolte و Economides در سال 2000 نشان دادند که مواد جامد پل زننده با اینکه انحراف موثري ایجاد میکنند ولی میتوانند مشکلات عملیاتی به وجود آورند و استفاده بیش از حد آنها ممکن است باعث بسته شدن نواحی نزدیک دهانه چاه شود.[3]
سورفکتانت ویسکوالاستیک (ViscoElastic Surfactant) در صنعت به عنوان منحرف کننده جهت بهبود توزیع سیال اسیدکاري به کار میروند4]و.[5 خواص ویسکوالاستیکی VES با تشکیل ساختارهاي مایسلی میلهاي شکل به طور قابل توجهی ویسکوزیته ظاهري سیال بر پایه VES را افزایش میدهد.[6] بنابراین سیالات بر پایه VES میتوانند به منظور بهبود قابلیت انحراف سیال در عملیات تزریق اسید به کار روند. سیستم اسید بر پایه VES که به صورت در جا ژل میشود میتواند با اضافه کردن VES به سیستم اسید آماده شود. پس از این که اسید با سنگ کربناته واکنش دهد، pH افزایش یافته و غلظت کاتیونهاي دو ظرفیتی Ca+2) و (Mg+2 در اسید مصرف شده افزایش مییابد. وجود نمکها و افزایش pH باعث میشود مولکولهاي سورفکتانت مایسلهاي میلهاي شکل درازي تشکیل دهند که به طور قابل ملاحظهاي ویسکوزیته محلول را افزایش خواهند داد.
براي شکستن ژل باید مایسلهاي میلهاي به مایسلهاي کروي تبدیل شوند. اسید بر پایه VES میتواند به راحتی تمیز شود و نسبت به سیستمهاي اسید ژل شده متداول تراوایی مجدد بیشتري حاصل کند. ژل VES میتواند در هیدروکربن حل شود ولی اگر سیال مخزن نتواند به طور طبیعی و کامل ژل VES ایجاد شده در محل را بشکند عملیات پس تزریق با حلال دو طرفه به منظور حصول اطمینان از شکست کامل ژل و باز یافتن تراوایی توصیه میشود7]و.[8 آزمایشهاي زیادي مزایاي سیستم بر پایه VES را ثابت کردند. در سال Nasr-El-Din 2006 بیان کرد که خواص رئولوژیکی اسید بر پایه VES تابع پیچیدهاي از نوع و غلظت سورفکتانت، دما، افزایههاي دیگر، pH، نرخ برشی، شوري و روش مخلوط کردن است.[9]
عملیاتهاي میدانی که از اسیدهاي بر پایه VES براي انحراف استفاده کردهاند نتایج خوبی داشتهاند اگرچه گزارشاتی از عدم موفقیت آنها در سازندهاي دما بالا، محلولهاي اسیدي حاوي آهن و حضور برخی افزایهها داده شده است.
در این مقاله اثر چند عامل موثر بر ویسکوزیته ظاهري اسیدهاي مصرف شده بر پایه VES هاي متداول مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به محدودیتها و نگرانیهایی که در ارتباط با VES وجود دارد سیستم VES جدیدي با نام DiVES-350
معرفی شده است که در دماهاي بالا با غلظت کم سورفکتانت ویسکوزیته ظاهري مناسب ایجاد میکند و ژل تشکیل میدهند.
عملکرد سیستم DiVES-350 در شرایط مختلف (دما، آلاینده آهن فریک) و در حضور افزایههاي ضروري عملیات اسیدکاري
(بازدارنده خوردگی، کنترل کننده آهن، زداینده (H2S ارزیابی شده است.
-2 اثر افزایههاي اسیدکاري
اثر افزایههاي اسید بر ویسکوزیته ظاهري اسید مصرف شده بنا بر دلایل زیر مهم است:
اسید همواره با افزایههاي مختلف به منظور کاهش واکنشهاي جانبی اسید و کاهش پتانسیل واکنشهاي رسوبی مخلوط میشود.
افزایههاي اسید گونههاي شیمیایی مختلفی هستند که ممکن است در محلول با ساختار VES واکنش دهند.
اغلب VES هاي متداول مورد استفاده آمفوتریک هستند که در اسید زنده (مقادیر pH نزدیک صفر) بار مثبت دارند.
در این مقاله اثر چند افزایه مهم عملیات اسیدکاري بر ویسکوزیته ظاهري اسید مصرف شده بر پایه VES مورد بررسی قرار گرفته است.
-1-2 اثر بازدارنده خوردگی
مهمترین افزایه مورد استفاده در اسیدکاري که نمیتوان آن را از ترکیب اسید حذف کرد افزایه بازدارنده خوردگی میباشد.
بنابراین بررسی اثر بازدارنده خوردگی بر ویسکوزیته ظاهري اسید مصرف شده بر پایه VES بسیار حائز اهمیت است. ویسکوزیته ظاهري این اسیدها به نوع و غلظت بازدارنده خوردگی یا به طور دقیقتر به حلال مورد استفاده در تولید بازدارندههاي خوردگی و اجزاي کاتیونی که ایجاد میکنند بستگی دارد. بازدارندههاي خوردگی به کار رفته با اسید HCl همواره حاوي الکلهاي کوتاه زنجیر مانند ایزوپروپانول میباشند. این الکلها میتوانند اثرات منفی بر ویسکوزیته ظاهري محلولهاي VES داشته باشند.
بنابراین انتخاب بازدارنده خوردگی که حداقل اثر را بر ویسکوزیته ظاهري اسیدهاي مصرف شده بر پایه VES دارند بسیار مهم است.
عملکرد سه بازدارنده خوردگی مختلف در غلظتهاي مشابه ولی در دماهاي متفاوت مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به شکل 1 هنگامی که % 0/5 حجمی از بازدارندههاي خوردگی به محلول اسید مصرف شده بر پایه VES اضافه شد ویسکوزیته کاهش یافت. مشابه سیال بدون بازدارنده خوردگی، دو پیک ویسکوزیته مشاهده شد اگر چه ویسکوزیته و دما بسیار پایینتر بود.
این کاهش در ویسکوزیته نشان دهنده برهم کنش نامطلوب اجزاي بازدارنده خوردگی با ساختارهاي مایسلی درون محلول میباشد.[10-14]
شکل .1 اثر 0/5 درصد حجمی بازدارنده خوردگی بر ویسکوزیته ظاهري اسید مصرف شده بر پایه VES در 10 s-1 به عنوان تابعی از دما.
-2-2 اثر عوامل کنترل کننده آهن
اثر متداولترین عوامل کنترل کنندهي آهن که شامل سیتریک اسید، لاکتیک اسید و اتیلن دي آمین تترا استیک اسید
(EDTA) میباشد بر ویسکوزیته اسید مصرف شده بر پایه VES مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به شکل 2 به وضوح
میتوان مشاهده کرد که افزودن هر یک از این سه نوع عامل کنترل کننده آهن به اسید مصرف شده بر پایه VES، ویسکوزیته ظاهري را کاهش میدهد.
در سیستم اسید مصرف شده Ca+2 میتواند توسط عوامل کنترل کننده آهن کیلیت شود بنابراین غلظت کمتري از Ca+2
جهت تشکیل مایسلهاي میلهاي مانند در دسترس خواهد بود که منجر به کاهش ویسکوزیته ژل میشود. با توجه به این که لاکتیک اسید، سیتریک اسید و EDTA به ترتیب داراي 2، 4 و 6 گروه کیلیت کننده هستند، لاکتیک اسید بیشترین و EDTA
کمترین اثر مخرب را بر ویسکوزیته اسید مصرف شده بر پایه VES میگذارد11]و.[12
شکل .2 اثر 0/5 درصد حجمی از عوامل مختلف کنترل کننده آهن بر ویسکوزیته ظاهري اسید مصرف شده بر پایه VES به عنوان تابعی از دما.
-3-2 اثر عوامل ضد لجن، ضد امولسیون و زداینده هیدروژن سولفید
از دیگر افزایههاي اسید که بر ویسکوزیته ظاهري اسیدهاي مصرف شده بر پایه VES اثر میگذارند عوامل ضد لجن، ضد امولسیون و زداینده هیدروژن سولفید میباشند. عوامل ضد لجن که سورفکتانتهاي آنیونی هستند در pH هاي پایین میتوانند باعث کاهش ویسکوزیته ظاهري شوند. در pH هاي پایین VES هاي آمفوتري بار مثبت دارند که میتواند با بار منفی عامل ضد لجن خنثی شود. این امر میتواند پایداري مایسل و بنابراین ویسکوزیته ظاهري اسید مصرف شده بر پایه VES را کاهش دهد.[14] شکل 3 اثر عوامل زداینده هیدروژن سولفید و ضد امولسیون بر ویسکوزیته ظاهري اسید مصرف شده بر پایه VES را در گسترهاي از دما نشان میدهد. این نمودارها بیانگر این هستند که اجزاي اصلی زداینده هیدروژن سولفید و ضد امولسیون میتواند بر ساختار مایسلهاي میلهاي اثر بگذارد و شکل آنها را به حالت کروي تغییر دهد که منجر به کاهش ویسکوزیته میشود.[11]
شکل .3 اثر 0/5 حجمی از عوامل زداینده هیدروژن سولفید و ضد امولسیون بر ویسکوزیته ظاهري اسید مصرف شده بر پایه VES به عنوان تابعی از دما
- تمام محلولها حاوي بازدارنده خوردگی هستند.
-4-2 اثر حلال دوگانه
حلال دوگانه میتواند با تاثیر بر شکل و ساختار مایسلهاي ویسکوالاستیک، مایسلهاي میلهاي شکل را بشکند. با توجه به این موضوع براي حصول اطمینان از شکست کامل ژل VES میتوان از حلال دوگانه در پس تزریق استفاده کرد. شکل 4 نشان میدهد که ویسکوزیته ظاهري سیستم اسید مصرف شده بر پایه VES با افزایش حلال دوگانه به شدت کاهش مییابد. سیستم با %10 وزنی حلال دوگانه ویسکوزیته کمتري نسبت به سیستم با %5 وزنی حلال دوگانه دارد11]و.[13
شکل .4 اثر حلال دوگانه بر ویسکوزیته ظاهري اسید مصرف شده بر پایه VES به عنوان تابعی از دما - تمام محلولها حاوي بازدارنده خوردگی هستند.
-3 اثر دما
یکی دیگر از عوامل تاثیر گذار بر خواص رئولوژیکی سیستم اسید مصرف شده بر پایه VES دما میباشد. افزایش دما بر ساختار مایسلهاي میلهاي شکل اثر گذاشته و با تغییر و به هم ریختن ساختار آنها باعث کاهش ویسکوزیته میشود. در شکل
5 تغییرات ویسکوزیته به عنوان تابعی از دما براي دو نوع VES متفاوت نشان داده شده است. VES استفاده شده توسط Li و
همکارانش در سال 2010 بر پایه آمین اکسید و VES استفاده شده توسط Nasr-El-Din و همکارانش در سال 2008 بر پایه کربوکسی بتائین میباشد. همان طور که در نمودار مشاهده میشود این دو VES فقط یک پیک ویسکوزیته در دماهاي پایین داشتند11]و.[14
شکل .5 اثر دما بر ویسکوزیته ظاهري دو نوع مختلف VES در اسید مصرف شده در .10 s-1
-4 اثر یون آهن فریک
اسیدهاي مورد استفاده در عملیات اسیدکاري مستعد حل کردن آهن از تجهیزات هم زن سر چاهی و لولهها
