Research testing of "soft acidizing" treatment in geothermal injection wells

W trakcie eksploatacji złóż geotermalnych systemem otworów pracujących w "dublecie geotermalnym" występują często problemy związane z zatłaczaniem wody po odzysku energii lub wykorzystaniu jej do innych celów (rekreacja, balneoterapia). Jednym z takich problemów jest spadek chłonności na skutek procesów chemicznych oraz kolmatacji filtra i strefy okołofiltrowej. Filtr i część warstwy chłonnej w pobliżu filtra należą do najbardziej newralgicznych obszarów, w których zachodzą zjawiska mające decydujący wpływ na charakter pracy otworu chłonnego. W celu poprawy chłonności otworów ujmujących wodę geotermalną, przede wszystkim ze złóż w skałach węglanowych oraz piaskowcach o spoiwie węglanowym, stosuje się zazwyczaj zabieg kwasowania. Konwencjonalne kwasowanie wymaga jednak zazwyczaj użycia urządzenia wiertniczego, co czyni je dość kosztownym, stąd też stosowane jest głównie przy eksploatacji węglowodorów. Alternatywą dla konwencjonalnego kwasowania jest tzw. "miękkie kwasowanie" (ang. soft acidizing). W niniejszym artykule omówiono przebieg badawczych testów miękkiego kwasowania wykonanych w testowej instalacji geotermalnej. Badania w ramach projektu pn: "Opracowanie wytycznych projektowych poprawy chłonności skal zbiornikowych w związku z zatłaczaniem wód termalnych w polskich zakładach geotermalnych" przeprowadzi) zespół Pracowni Odnawialnych Źródeł Energii Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN we współpracy z Geotermią Mazowiecką S.A. Do badań wykorzystano nieeksploatowane wcześniej otwory geotermalne Skierniewice GT-1 i Skierniewice GT-2. W trakcie prac badawczych wykonano łącznie osiem testów miękkiego kwasowania. W trakcie sześciu z nich ciecz kwasująca o ściśle dobranym składzie podawana była przez przewód zabiegowy (ang. coiled tubing) bezpośrednio nad strefę złożową w otworze Skierniewice GT-2 na głębokość 2765 m. Natomiast w czasie dwóch testów ciecz kwasującą podawano bezpośrednio do obiegu wody złożowej. W artykule opisano przebieg jednego wybranego testu. Szczegółowe wyniki wszystkich badan opisane zostały w pracach Bujakowskiego i in. (2011) oraz Kępińskiej, Bujakowskiego [red. nauk.] i in. (2011). Do głównych przyczyn spadku chłonności otworu Skierniewice GT-2 należy zaliczyć zjawiska korozji i wytrącania wtórnych substancji mineralnych. Z analizy zmienności parametrów hydrodynamicznych wynika, że zabiegi stymulacji metodą miękkiego kwasowania dla odwiertu i skał zbiornikowych w Skierniewicach udrażniały w pewnym zakresie odwiert i strefę przyodwiertową, powodując wzrost chłonności. Ich efekty były jednak mniejsze i mniej trwałe niż efekty wywołane ciągłą korozją orurowania odwiertu i wtórnym wytrącaniem substancji mineralnych z wody geotermalnej, która ma wysoką mineralizację (ponad 100 g/dm3).During the exploitation of geothermal systems operating in the wells doublet scheme, problems are commonly encountered with water injection after energy extraction from geothermal water or its use for other purposes (recreation, spas). One such problem is the drop in injectivity due to chemical processes and clogging of the filter and near-filter zone. The filter and part of the injection near-filter layer are the most critical areas in which the occurring phenomena have a decisive influence on the performance of an injection well. Acid treatment is the procedure generally used to improve the injectivity of wells exploiting geothermal water primarily from carbonate rocks and sandstones with carbonate binders. Conventional acid, however, usually requires the use of drilling equipment, which makes it quite expensive. It is used mainly in the exploitation of hydrocarbons. An alternative to conventional acid treatment is so-called "soft acidizing". This article discusses the research process of soft acidizing treatment tests performed on a test geothermal installation. Research done under the project entitled: "Development of design guidelines to improve injectivity of reservoir rocks in relation to injection of geothermal waters in Polish geothermal installations" was conducted by a team from the Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences in collaboration with the Geotermia Mazowiecka S.A. During the project, previously unexploited geothermal wells, Skierniewice GT-1 and Skierniewice GT-2, were used. In total, eight tests of soft acidizing treatment were carried out during the research. During six of the tests acidizing fluid of a closely matched composition was injected by a coiled tubing just above the reservoir zone in the Skierniewice GT-2 well to a depth of 2,765 meters. During two other tests acidizing fluid was added directly into the geothermal water stream at the wellhead. This article describes one of the selected tests. The detailed results of all tests are described in the works by Bujakowski et al. (2011) and Kępińska, Bujakowski [sc. eds.] et al. (2011). The main reasons for the drop in injectivity of the Skierniewice GT-2 well include corrosion and precipitation of secondary minerals. These processes depend, among other things, on the flow rate and duration of injection of geothermal water. The analysis of the level of changes in the hydrodynamic parameters shows that stimulation procedures using a soft acidizing treatment for borehole and reservoir rocks in Skierniewice increased to some extent the injectivities of borehole and near-borehole zones. Their effects, however, were smaller and less persistent than the effects of the continuous well casing's corrosion and precipitation of secondary minerals from geothermal water (which has a high mineralization of ca. 110 g/dm3)