Краткая характеристика кислот, применяемых при обработке ПЗП

21.11.2020

Неорганические кислоты


Соляная кислота (HCl)

Соляная кислота - раствор газа, имеющего плотность 1,639 кг/м3, точку кипения 84,9° С, хорошо растворимого в воде. Один объем воды растворяет при 20° С 450 объемов HCl. Процесс растворения кислоты в воде сопровождается выделением тепла в количестве 72,8 кДж/моль.

Из-за высокой растворимости HCl в воде при контакте газообразной соляной кислоты с парами атмосферы образуются мелкие капли в виде тумана. Водные растворы HCl имеют большую плотность, чем вода. Для приближенного определения концентрации раствора по его плотности существуют таблицы, а также эмпирические соотношения между плотностью и массовым содержанием HCl в растворе. Промысловым работникам, занятым проведением ОПЗ, следует запомнить, что содержание HCl в воде приближенно равно произведению десятых долей числа, соответствующего плотности, умноженному на два. Например, раствору кислоты плотностью 1,16 массовое содержание HCl будет соответствовать 16x2=32.

Для промышленного использования обычно поставляется 28 и 36 %-ной концентрации раствор соляной кислоты, что соответствует плотности 1140 и 1180 кг/м3 при 200°С. При низких температурах HCI может образовывать кристаллогидраты кислоты, стабильные только на холоде. В воде они сильно диссоциируют. Соляная кислота обладает высокой коррозионной активностью, поражает все металлы, за исключением платины и золота. Коррозионные процессы сопровождаются образованием солей (хлоридов). Например,

Вследствие высокой коррозионной активности концентрированные растворы соляной кислоты не могут транспортироваться или храниться в металлических сосудах без добавления ингибиторов коррозии (формальдегид, гексаметилентетрамин, амин и т.д.). Обычно для хранения используются резиновые емкости или сосуды из стекла, пластических масс, полистирола, армированных стекловолокном. В промысловых условиях кислота должна храниться в гуммированных емкостях.

В основе использования соляной кислоты для обработки скважин лежит характерная реакция между HCl и CaCO3:

Известно, что 1 м3 раствора 15 %-ой HCl растворяет 220 кг известняка; при этом образуется 245 кг CaCh, 0,040 м3 воды и 49 м3 CO2. Истощенный (прореагированный) кислотный раствор представляет собой раствор 29 %-го CaCl2. При использовании 1 м3 28 %-го раствора HCl растворяется 440 кг известняка. Истощенный кислотный раствор представляет собой 28 % раствор CaCl2. Из приведенных примеров видно практическое преимущество использования более концентрированных растворов. Поэтому при решении некоторых проблемных вопросов (предотвращение коррозии, изменение скорости реакции и т.д.) имеется перспектива использования кислот большей концентрации для очистки ПЗП от загрязнений, кавернообразования и других технологических операций.

Плавиковая кислота (HF)

Плавиковая кислота - это раствор бесцветного газа, имеющего острый запах. Промышленный кислотный раствор чаще всего содержит 40 % и имеет плотность 1130 кг/м3. Эта кислота дымится на воздухе. Растворение плавиковой кислоты в воде сопровождается выделением тепла.

Фтористоводородная кислота получается путем обработки фтористого кальция серной кислотой:

Кислота в виде раствора реагирует со всеми металлами, кроме серебра, золота, платины, иридия, родия. Хранят и транспортируют кислоту в полиэтиленовых сосудах. Фтористоводородная кислота в газообразном виде и в растворе реагирует со стеклом и двуокисью кремния.

Для кислотных обработок терригенных пластов применяют плавиковую кислоту в смеси с соляной кислотой. Известно, что 1 м3 3%-ой HF и 12%-й HCl растворяет 60 кг глинозема и 650 кг CaCO3.

Фтористоводородная кислота используется для ОПЗ не иначе как в смеси с HCl. Это обусловлено ее высокой стоимостью, а также вероятностью осаждения фтористого кальция. Плавиковая кислота может применяться и в смеси с органическими кислотами, такими как муравьиная и уксусная. Эти растворы менее агрессивные, чем смесь с соляной кислотой. HF более активно действует на карбонатные породы, чем на глины, и еще менее активно на силикаты SiO2. При реакции с CaCO3 образуется нерастворимый фтористый кальций CaF2, который может снизить проницаемость породы. Однако в породах с умеренным содержанием известняка нет опасности закупоривания пор фтористым кальцием.

Высокая активность плавиковой кислоты требует осторожного обращения с ней. В газообразном виде или в виде водных растворов вызывает труднозаживляемые ожоги, является раздражителем для глаз и дыхательных путей. Поэтому с растворами HF необходимо работать в защитном снаряжении: очки, рукавицы, фартук, сапоги. He применяются жирные мази для защиты кожи, так как они способствуют проникновению кислоты в организм. Эффективны покрытия, содержащие окись кальция, молочнокислую соль или глюконат кальция, которые нейтрализуют плавиковую кислоту.

К неорганическим кислотам относятся также фосфорная кислота H3PO4; серная кислота H2SO4 и др. Для кислотных обработок призабойной зоны пласта они не нашли широкого применения, а поэтому не будем останавливаться на их характеристике.

Органические кислоты


Органические кислоты менее активны при воздействии на породы по сравнению с HCl и HF. Применение их предпочтительнее при проведении геолого-технических мероприятий в условиях повышенных температур в ПЗП, так как они вызывают значительно меньшую коррозию оборудования и могут легко ингибироваться. Применяют их и в операциях, требующих продолжительного контакта кислоты с металлом труб, например, при перфорации, при наличии в составе подземного оборудования алюминиевых и хромированных деталей. Для этой цели могут быть использованы различные органические кислоты, но наибольшее применение нашли лишь две кислоты: уксусная и муравьиная.

Уксусная кислота

Пищевую уксусную кислоту 3-5 % концентрации получают при окислительной ферментации растворов, разбавленных алкоголем. Для промышленных целей она малопригодна из-за малой концентрации и высокой стоимости. Промышленную уксусную кислоту 75-80 % концентрации получают при сухой дистилляции древесины (древесный уксус). Есть и другой способ получения уксусной кислоты путем синтетического производства, при котором получают 97 % уксусную кислоту, которую называют ледяной уксусной кислотой в связи с тем, что она затвердевает уже при 16° С.

Уксусная кислота смешивается с водой в любых пропорциях и применяется в больших количествах при кислотных обработках скважин. Наиболее часто используют 10 % уксусную кислоту. При реакции с породой пласта продукты реакции (уксусно-кальциевые или уксусно-магниевые соли) растворимы в отработанном кислотном растворе. Применение уксусной кислоты является более дорогостоящим, поэтому ее используют в смеси с другими кислотами для стабилизации рабочей жидкости и замедления скорости реакции кислотного раствора с породой пласта. Последнее требуется для более глубокой обработки ПЗП.

В водных растворах уксусная кислота слабо диссоциирует, имея при 25° С константу ионизации K= 1,75*10-5;

Поэтому она реагирует не полностью, сохраняя равновесие между продуктами реакции и системой реагентов. Это свойство уксусной кислоты (как и других органических кислот) и позволяет использовать ее в качестве замедлителей реакции при кислотных обработках.

Муравьиная кислота

Среди органических кислот имеет самую малую молекулярную массу. В водных растворах диссоциирует сильнее уксусной и слабее соляной кислот. По сравнению с уксусной кислотой труднее ингибируется для предотвращения коррозии. При кислотных обработках песчаных отложений применяется в смеси с HCl или HF. Эта смесь менее коррозионноактивная, чем HCl + Н, особенно при высоких температурах.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна