2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University AIJSIT pmi-16270 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16270 Геотехнология и инженерная геология Geotechnical Engineering and Engineering Geology Study of wormhole channel formation resulting from hydrochloric acid treatment in complex-type reservoirs using filtration and X-ray computed tomography methods Изучение образования каналов-червоточин в результате соляно-кислотной обработки в коллекторах сложного типа по данным фильтрационных и цифровых рентгенотомографических исследований Аbrosimov Andrei A. Абросимов А. А. Аbrosimov Andrei A. abrosimov.aa@inbox.ru 0000-0001-7120-8405 РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М.Губкина (Москва, Россия) National University of Oil and Gas “Gubkin University” (Moscow, Russia) 25 02 2025 2025 271 63 73 25 06 2023 07 11 2024 25 02 2025 © 2025 А. А. Абросимов © 2025 Andrei A. Аbrosimov 2025 А. А. Абросимов Andrei A. Аbrosimov Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16270

Основная функция соляно-кислотной обработки (СКО) – создание максимального числа высокопроводящих каналов в призабойной зоне пласта для восстановления ее проводимости и увеличения гидравлической связи между незатронутой частью пласта и скважиной. Цель статьи – физическое моделирование СКО на образцах керна Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения, а также изучение влияния такого воздействия на структуру фильтрационно-емкостного пространства горных пород, относящихся к сложному типу коллектора. Сложность строения фильтрационно-емкостного пространства горных пород и низкая проницаемость пластов составляют особенность объекта исследования. По этой причине СКО является повсеместно применяемым методом для интенсификации добычи, в связи с чем возникает необходимость нативной проверки темпов закачки кислоты, где критерий успешности – факт формирования высокопроводящих каналов фильтрации (червоточин) в призабойной зоне, позволяющих существенно увеличить область дренирования скважин и тем самым вовлечь в разработку дополнительные участки пласта. Исследованы особенности развития каналов фильтрации, образующихся в результате воздействия кислоты, а их структура охарактеризована и изучена с использованием технологии рентгеновской компьютерной томографии. По результатам комплексного исследования подтверждена правильность подбора темпа закачки, а также даны практические рекомендации к увеличению эффективности СКО.

The primary function of hydrochloric acid treatment (HAT) is to create the maximum number of high-conductivity channels in the near-wellbore zone of the reservoir to restore its permeability and enhance hydraulic connectivity between the undisturbed part of the formation and the well. The objective of this study is to physically model HAT on core samples from the Orenburg oil and gas condensate field and to research the impact of such treatment on the structure of the pore space of rocks related to complex-type reservoirs. The complexity of the rock's pore space and the low permeability of the formations are distinguishing features of the study object. For this reason, HAT is a widely applied method for production intensification, necessitating the verification of acid injection rates, where the success criterion is the formation of high-conductivity filtration channels (wormholes) in the near-wellbore zone. These channels significantly expand the drainage area of wells, thereby bringing additional reservoir sections into development. The study examined the characteristics of filtration channel development resulting from acid treatment. Their structure was characterized and analyzed using X-ray computed tomography. The complex study confirmed the accuracy of the selected injection rate and provided practical recommendations for enhancing the efficiency of HAT.

 Ключевые слова компьютерная томография соляно-кислотная обработка фильтрационно-емкостное пространство фильтрационно-емкостные свойства карбонатный коллектор червоточина Keywords X-ray tomography hydrochloric acid treatment pore space reservoir properties carbonate reservoir wormhole Рамазанов Р.Р., Харламов К.А., Летко И.И., Марценюк Р.А. Анализ эффективности геолого-технических ме-роприятий // Нефтяное хозяйство. 2019. № 6. С. 62-65. DOI: 10.24887/0028-2448-2019-6-62-65 Ramazanov R.R., Kharlamov K.A., Letko I.I., Martsenyuk R.A. Efficiency analysis of geological and technical measures. Oil Industry Journal. 2019. N 6, p. 62-65 (in Russian). DOI: 10.24887/0028-2448-2019-6-62-65 Иктисанов В.А., Сахабутдинов Р.З. Оценка технологической эффективности методов интенсификации добычи нефти и увеличения нефтеотдачи при помощи анализа динамики добычи // Нефтяное хозяйство. 2019. № 5. С. 72-76. DOI: 10.24887/0028-2448-2019-5-72-76 Iktissanov V.A., Sakhabutdinov R.Z. Evaluation of effectiveness of EOR and bottomhole treatment technologies using rate transient analysis. Oil Industry Journal. 2019. N 5, p. 72-76 (in Russian). DOI: 10.24887/0028-2448-2019-5-72-76 Борхович С.Ю., Пчельников И.В., Натаров А.Л. Формирование критериев подбора скважин для проведения геолого-технических мероприятий // Нефтяное хозяйство. 2018. № 4. С. 80-83. DOI: 10.24887/0028-2448-2018-4-80-83 Borkhovich S.Yu., Pchelnikov I.V., Natarov A.L. Developing criteria of wells selection for geological and engineering operations. Oil Industry Journal. 2018. N 4, p. 80-83 (in Russian). DOI: 10.24887/0028-2448-2018-4-80-83 Frasсh H. Patent № US 556669. Increasing the flow of oil wells. Publ. 17.03.1896. Frasсh H. Patent N US 556669. Increasing the flow of oil wells. Publ. 17.03.1896. Ахмерова Э.Э., Шафикова Е.А., Апкаримова Г.И. и др. Подбор эффективного кислотного состава для обработки карбонатного коллектора // Башкирский химический журнал. 2018. Т. 25. № 3. С. 86-92. DOI: 10.17122/bcj-2018-3-86-92 Akhmerova E.E., Shafikova E.A., Apkarimova G.I. et al. Selection of effective acid compound for carbonate collector treatment. Bashkir chemistry journal. 2018. Vol. 25. N 3, p. 86-92 (in Russian). DOI: 10.17122/bcj-2018-3-86-92 Шумахер М.Ю., Коновалов В.В., Хафизов В.М. Исследование основных технологических характеристик соляно-кислотных составов различного типа и их сравнительная оценка // Экспозиция Нефть Газ. 2020. № 5 (78). С. 44-48. DOI: 10.24411/2076-6785-2020-10101 Shumakher M.Yu., Konovalov V.V., Khafizov V.M. The study of the main technological properties of hydrochloric acid compositions of different types and their comparative assessment. Exposition Oil Gas. 2020. Iss. 5, p. 44-48 (in Russian). DOI: 10.24411/2076-6785-2020-10101 Новиков В.А., Мартюшев Д.А. Опыт применения кислотных составов в карбонатных отложениях нефтяных место-рождений Пермского края // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Гео-логия. Нефтегазовое и горное дело. 2020. Т. 20. № 1. С. 72-87. DOI: 10.15593/2224-9923/2020.1.7 Novikov V.A., Martyushev D.A. Experience in acid treatments in carbonate deposits of Perm Region fields. Perm Journal of Petroleum and Mining Engineering. 2020. Vol. 20. N 1, р. 72-87. DOI: 10.15593/2224-9923/2020.1.7 Бриков А.В., Маркин А.Н., Андреев А.Б., Кулаев Э.Г. Технологии проведения соляно-кислотных обработок для уда-ления солеотложений с поверхности внутрискважинного оборудования // Нефтепромысловое дело. 2019. № 6 (606). С. 65-71. DOI: 10.30713/0207-2351-2019-6(606)-65-71 Brikov A.V., Markin A.N., Andreev A.B., Kulaev E.G. Technologies for mineral scale removal form well equipment with hydrochloric acid. Oilfield engineering. 2019. N 6 (606), p. 65-71 (in Russian). DOI: 10.30713/0207-2351-2019-6(606)-65-71 Калинин В.Ф. Критерии выбора оптимальной технологии повышения продуктивности скважин физико-химическими методами в карбонатных коллекторах // Недра Поволжья и Прикаспия. 2022. Вып. 105. С. 4-42. DOI: 10.24412/1997-8316-2022-105-4-42 Kalinin V. Criteria for choosing the optimal technology to increase well productivity by physical and chemical methods in carbonate reservoirs. Nedra Povolzhya i Prikaspiya. 2022. Iss. 105, p. 4-42 (in Russian). DOI: 10.24412/1997-8316-2022-105-4-42 Равелев К.А. Технико-экономическое обоснование выбора технологии проведения соляно-кислотной обработки на месторождении Пермского края // Московский экономический журнал. 2020. № 7. С. 34-44. DOI: 10.24411/2413-046X-2020-10512 Ravelev K.A. Technical and economic substantiation of the choice of technologies for hydrochloric acid treatment at the deposit of the Perm Krai. Moscow Economic Journal. 2020. N 7, p. 34-44 (in Russian). DOI: 10.24411/2413-046X-2020-10512 Lufeng Zhang, Jiayuan He, Haibo Wang et al. Experimental investigation on wormhole propagation during foamed-VES acidizing // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021. Vol. 198. № 108139. DOI: 10.1016/J.PETROL.2020.108139 Lufeng Zhang, Jiayuan He, Haibo Wang et al. Experimental investigation on wormhole propagation during foamed-VES acidizing. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021. Vol. 198. N 108139. DOI: 10.1016/J.PETROL.2020.108139 Dawei Zhu, Yunjin Wang, Mingyue Cui et al. Effects of spent viscoelastic-surfactant acid flow on wormholes propagation and diverting performance in heterogeneous carbonate reservoir // Energy Reports. 2022. Vol. 8. P. 8321-8332. DOI: 10.1016/j.egyr.2022.06.056 Dawei Zhu, Yunjin Wang, Mingyue Cui et al. Effects of spent viscoelastic-surfactant acid flow on wormholes propagation and diverting performance in heterogeneous carbonate reservoir. Energy Reports. 2022. Vol. 8, p. 8321-8332. DOI: 10.1016/j.egyr.2022.06.056 Alarji H., Clark S., Regenauer-Lieb K. Wormholes effect in carbonate acid enhanced oil recovery methods // Advances in Geo-Energy Research. 2022. Vol. 6. № 6. P. 492-501. DOI: 10.46690/ager.2022.06.06 Alarji H., Clark S., Regenauer-Lieb K. Wormholes effect in carbonate acid enhanced oil recovery methods. Advances in Geo-Energy Research. 2022. Vol. 6. N 6, p. 492-501. DOI: 10.46690/ager.2022.06.06 Alarji H., Alazman A., Regenauer-Lieb K. The impact of effective tortuosity on carbonate acidizing and the validation of Damköhler and Péclet dimensionless phase space // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2022. Vol. 212. № 110313. DOI: 10.1016/j.petrol.2022.110313 Alarji H., Alazman A., Regenauer-Lieb K. The impact of effective tortuosity on carbonate acidizing and the validation of Damköhler and Péclet dimensionless phase space. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2022. Vol. 212. N 110313. DOI: 10.1016/j.petrol.2022.110313 Kiani S., Jafari S., Apourvari S.N., Mehrjoo H. Simulation study of wormhole formation and propagation during matrix acidizing of carbonate reservoirs using a novel in-situ generated hydrochloric acid // Advances in Geo-Energy Research. 2021. Vol. 5. № 1. P. 64-74. DOI: 10.46690/ager.2021.01.07 Kiani S., Jafari S., Apourvari S.N., Mehrjoo H. Simulation study of wormhole formation and propagation during matrix acidizing of carbonate reservoirs using a novel in-situ generated hydrochloric acid. Advances in Geo-Energy Research. 2021. Vol. 5. N 1, p. 64-74. DOI: 10.46690/ager.2021.01.07 Мазаев В.В., Томчук Н.Н., Шабаловская Е.А., Шахматов И.С. Лабораторные исследования эффективности кислотного воздействия на породы низкопроницаемых терригенных коллекторов // Нефтепромысловое дело. 2020. № 2 (614). С. 41-47. DOI: 10.30713/0207-2351-2020-2(614)-41-47 Mazaev V.V., Tomchuk N.N., Shabalovskaya E.A., Shakhmatov I.S. Laboratory studies of acid impact efficiency on rocks of low-permeable terrigenous collectors. Oilfield engineering. 2020. N 2 (614), p. 41-47 (in Russian). DOI: 10.30713/0207-2351-2020-2(614)-41-47 Томчук Н.Н., Филатова Е.А., Мазаев В.В. Оптимизация рецептур кислотных составов для ОПЗ коллекторов нефти среднеюрских отложений месторождений Западной Сибири // Нефть. Газ. Новации. 2022. № 1 (254). С. 75-80. Tomchuk N.N., Filatova E.A., Mazaev V.V. Optimization of acid compositions for the bottomhole zone treatment of oil reservoirs in Middle Jurassic deposits in Western Siberia. Neft. Gas. Novacii. 2022. N 1 (254), p. 75-80 (in Russian). Karimi M., Shirazi M.M., Ayatollahi S. Investigating the effects of rock and fluid properties in Iranian carbonate matrix acidizing during pre-flush stage // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2018. Vol. 166. P. 121-130. DOI: 10.1016/j.petrol.2018.03.002 Karimi M., Shirazi M.M., Ayatollahi S. Investigating the effects of rock and fluid properties in Iranian carbonate matrix acidizing during pre-flush stage. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2018. Vol. 166, p. 121-130. DOI: 10.1016/j.petrol.2018.03.002 Ivanov E., Korobkov D., Varfolomeev I. et al. Digital Core Analysis as an Efficient Tool for Acid Treatment Optimization // E3S Web of Conferences. 2023. Vol. 366. № 01002. DOI: 10.1051/e3sconf/202336601002 Ivanov E., Korobkov D., Varfolomeev I. et al. Digital Core Analysis as an Efficient Tool for Acid Treatment Optimization. E3S Web of Conferences. 2023. Vol. 366. N 01002. DOI: 10.1051/e3sconf/202336601002 Piyang Liu, Chaoping Huang, Lijing Jia et al. Numerical Simulation of the Wormhole Propagation in Fractured Carbonate Rocks during Acidization Using a Thermal-Hydrologic-Mechanics-Chemical Coupled Model // Water. 2022. Vol. 14. Iss. 24. № 4117. DOI: 10.3390/w14244117 Piyang Liu, Chaoping Huang, Lijing Jia et al. Numerical Simulation of the Wormhole Propagation in Fractured Carbonate Rocks during Acidization Using a Thermal-Hydrologic-Mechanics-Chemical Coupled Model. Water. 2022. Vol. 14. Iss. 24. N 4117. DOI: 10.3390/w14244117 Gaofan Yue, Xi Zhu, Guiling Wang, Feng Ma. Mineral Reaction Kinetics during Aciding of the Gaoyuzhuang Carbonate Geothermal Reservoir in the Xiong’an New Area, Northern China // Water. 2022. Vol. 14. Iss. 19. № 3160. DOI: 10.3390/w14193160 Gaofan Yue, Xi Zhu, Guiling Wang, Feng Ma. Mineral Reaction Kinetics during Aciding of the Gaoyuzhuang Carbonate Geothermal Reservoir in the Xiong’an New Area, Northern China. Water. 2022. Vol. 14. Iss. 19. N 3160. DOI: 10.3390/w14193160 Хасанов М.М., Мальцев А.А. Моделирование кислотной обработки полимиктового коллектора // Записки Горного института. 2021. Т. 251. С. 678-687. DOI: 10.31897/PMI.2021.5.7 Khasanov М.М., Maltcev А.А. Modeling the acid treatment of a polymictic reservoir. Journal of Mining Institute. 2021. Vol. 251, p. 678-687. DOI: 10.31897/PMI.2021.5.7 Бурнашев В.Ф., Хужаёров Б.Х. Математическое моделирование кислотного воздействия на ПЗП газовых месторо-ждений с карбонатными коллекторами с учетом трещиноватости породы // Проблемы вычислительной и прикладной мате-матики. 2017. № 4 (10). С. 10-18. Burnashev V.F., Khuzhayorov B.H. Mathematical modeling of acid injection into near-wellbore zone of gas reservoirs with carbonate fractured collectors. Problems of Computational and Applied Mathematics. 2017. N 4 (10), p. 10-18 (in Russian). Хузин Р.А., Хижняк Г.П. Моделирование многократных кислотных обработок карбонатных коллекторов с учетом комплексного строения околоскважинной зоны пласта // Перспективные направления развития современной науки: Сборник научных работ 61-й Международной научной конференции Евразийского Научного Объединения, март 2020. Евразийское Научное Объединение, 2020. С. 421-426. Khuzin R.A., Khizhnyak G.P. Modeling of Multiple Acid Treatments of Carbonate Reservoirs Considering the Complex Structure of the Near-Wellbore Zone. Perspektivnye napravleniya razvitiya sovremennoi nauki: Sbornik nauchnykh rabot 61-i Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii Evraziiskogo Nauchnogo Obedineniya, mart 2020. Evraziiskoe Nauchnoe Obedinenie, 2020, p. 421-426. Дорфман М.Б., Сентемов А.А. Моделирование кислотной обработки карбонатных пластов с разными коллекторскими свойствами // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2021. № 4. C. 24-30 (in English). DOI: 10.21440/0536-1028-2021-4-24-30 Dorfman M.B., Sentemov A.A. Modeling acidizing of carbonate formations with different reservoir properties. Minerals and Mining Engineering. 2021. N 4, p. 24-30. DOI: 10.21440/0536-1028-2021-4-24-30 Nugroho A., Amanah N.L., Kamal H.P., Angkasa S. Acid Treatment on Carbonate Rock: An Effect of HCL Concentration on Rock Properties and Fluid Flowrates // Journal of Emerging Supply Chain, Clean Energy, and Process Engineering. 2022. Vol. 1. № 1. P. 7-18. DOI: 10.57102/jescee.v1i1.2 Nugroho A., Amanah N.L., Kamal H.P., Angkasa S. Acid Treatment on Carbonate Rock: An Effect of HCL Concentration on Rock Properties and Fluid Flowrates. Journal of Emerging Supply Chain, Clean Energy, and Process Engineering. 2022. Vol. 1. N 1, p. 7-18. DOI: 10.57102/jescee.v1i1.2 Маннанов И.И., Таипов К.С., Гиля-Зетинов А.Г., Ганиев Д.И. Оптимизация подходов к выбору кислотных составов и выбора режима закачки на основе фильтрационных экспериментов при моделировании кислотного воздействия на образцы керна // Нефтяная провинция. 2022. № 1 (29). С. 223-237. DOI: 10.25689/NP.2022.1.223-237 Mannanov I.I., Taipov K.S., Gilya-Zetinov A.G., Ganiev D.I. Optimizing approach to selecting acid systems and injection conditions based on core acidizing experiments. Neftyanaya provintsiya. 2022. N 1 (29), p. 223-237 (in Russian). DOI: 10.25689/NP.2022.1.223-237 Xiangdong Qiu, Aidagulov G., Ghommem M. et al. Towards a better understanding of wormhole propagation in carbonate rocks: Linear vs. radial acid injection // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2018. Vol. 171. P. 570-583. DOI: 10.1016/j.petrol.2018.07.075 Xiangdong Qiu, Aidagulov G., Ghommem M. et al. Towards a better understanding of wormhole propagation in carbonate rocks: Linear vs. radial acid injection. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2018. Vol. 171, p. 570-583. DOI: 10.1016/j.petrol.2018.07.075 Al-Arji H., Al-Azman A., Le-Hussain F., Regenauer-Lieb K. Acid stimulation in carbonates: A laboratory test of a wormhole model based on Damköhler and Péclet numbers // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021. Vol. 203. № 108593. DOI: 10.1016/j.petrol.2021.108593 Al-Arji H., Al-Azman A., Le-Hussain F., Regenauer-Lieb K. Acid stimulation in carbonates: A laboratory test of a wormhole model based on Damköhler and Péclet numbers. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021. Vol. 203. N 108593. DOI: 10.1016/j.petrol.2021.108593 Hyunsang Yoo, Youngmin Kim, Wonsuk Lee, Jeonghwan Lee. An experimental study on acid-rock reaction kinetics using dolomite in carbonate acidizing // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2018. Vol. 168. P. 478-494. DOI: 10.1016/j.petrol.2018.05.041 Hyunsang Yoo, Youngmin Kim, Wonsuk Lee, Jeonghwan Lee. An experimental study on acid-rock reaction kinetics using dolomite in carbonate acidizing. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2018. Vol. 168, p. 478-494. DOI: 10.1016/j.petrol.2018.05.041 Абросимов А.А. Применение рентгенотомографии для изучения фильтрационно-емкостных систем коллекторов нефти и газа // Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина. 2015. № 4 (281). С. 5-15. Abrosimov A.A. X-ray tomography for study of oil and gas reservoir systems. Proceedings of Gubkin University. 2015. N 4 (281), p. 5-15 (in Russian). Reedy C.L., Reedy C.L. High-resolution micro-CT with 3D image analysis for porosity characterization of historic bricks // Heritage Science. 2022. Vol. 10. № 83. DOI: 10.1186/s40494-022-00723-4 Reedy C.L., Reedy C.L. High-resolution micro-CT with 3D image analysis for porosity characterization of historic bricks. Heritage Science. 2022. Vol. 10. N 83. DOI: 10.1186/s40494-022-00723-4 Yazynina I.V., Shelyago E.V., Abrosimov A.A., Yakushev V.S. New Method of Oil Reservoir Rock Heterogeneity Quantitative Estimation from X-ray MCT Data // Energies. 2021. Vol. 14. Iss. 16. № 5103. DOI: 10.3390/en14165103 Yazynina I.V., Shelyago E.V., Abrosimov A.A., Yakushev V.S. New Method of Oil Reservoir Rock Heterogeneity Quan-titative Estimation from X-ray MCT Data. Energies. 2021. Vol. 14. Iss. 16. N 5103. DOI: 10.3390/en14165103 Абросимов А.А., Шеляго Е.В., Язынина И.В. Обоснование репрезентативного объема данных фильтрационно-емкостных свойств для получения статистически достоверных петрофизических связей // Записки Горного института. 2018. Т. 233. С. 487-491. DOI: 10.31897/PMI.2018.5.487 Abrosimov А.А.,Shelyago E.V., Yazynina I.V. Justification of Representative Data Volume of Porosity and Permeability Properties for Obtaining Statistically Reliable Petrophysical Connections. Journal of Mining Institute. 2018. Vol. 233, p. 487-491. DOI: 10.31897/PMI.2018.5.487 Saxena N., Hows A., Hofmann R. et al. Estimating Pore Volume of Rocks from Pore-Scale Imaging // Transport in Porous Media. 2019. Vol. 129. Iss. 1. P. 403-412. DOI: 10.1007/s11242-019-01295-x Saxena N., Hows A., Hofmann R. et al. Estimating Pore Volume of Rocks from Pore-Scale Imaging. Transport in Porous Media. 2019. Vol. 129. Iss. 1, p. 403-412. DOI: 10.1007/s11242-019-01295-x Бембель С.Р., Александров В.М., Пономарев А.А. и др. Оценка фильтрационно-емкостных свойств сложнопостроенных пород-коллекторов с использованием результатов микротомографии керна // Нефтяное хозяйство. 2019. № 8. С. 86-88. DOI: 10.24887/0028-2448-2019-8-86-88 Bembel S.R., Aleksandrov V.M., Ponomarev A.A. et al. Evaluation of filtration-capacitive properties of complex reservoir rocks using the results of core microtomography. Oil Industry Journal. 2019. N 8, p. 86-88 (in Russian). DOI: 10.24887/0028-2448-2019-8-86-88