ПРИМЕНЕНИЕ СИЛИЦИДОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО УЛУЧШЕНИЯ СМАЧИВАЕМОСТИ В КАРБОНАТНЫХ КОЛЛЕКТОРАХ
USE OF ALKALI METAL SILICIDES FOR HIGH TEMPERATURE WETTABILITY IMPROVEMENT IN CARBONATE RESERVOIRS

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка испрашивает приоритет даты предварительной заявки на патент США № 61/892222, поданной 17 октября 2013 г., во всей полноте включаемой в настоящий документ путем ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системам и способам изменения смачиваемости поверхности карбонатных коллекторов с целью увеличения количества сырой нефти, добываемой из этих коллекторов. Изобретение также относится к системам силицидов щелочных металлов и к способам повышения нефтеотдачи и увеличения количества сырой нефти, которое может быть добыто из карбонатного коллектора.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
КАРБОНАТНЫЕ ПЛАСТЫ
Сообщается, что нефтеносные карбонатные пласты содержат более 50% известных углеводородсодержащих ресурсов. Эти пласты образованы, преимущественно, из кальцита и доломита с вкраплениями другого минералогического состава. Пористость этих пластов определяется такими особенностями макроструктуры, как трещины, пустоты и залежи брекчия, а также особенностями микроструктуры. Тогда как микропористые элементы характеризуются довольно малой проницаемостью с точки зрения движения флюидов, макроструктурам может быть свойственная проницаемость от 1 до 10 дарси (D) или более.
Запасы тяжелой нефти в карбонатных пластах, вообще, труднее всего поддаются разработке и добыче. Ярким примером является геологическая формация Grosmont в Alberta, Канада. Разработка месторождения первичными методами посредством естественного давления в коллекторе позволяет извлечь только небольшую часть всех имеющихся запасов. Неудовлетворительность разработки первичными методами вызвана как вязкой природой углеводородов, эффективной добыче которых препятствуют капиллярные силы, так и параметрами смачивания карбонатов, характеризующихся высокой смачиваемостью нефтью. Из-за высокой вязкости вторичные методы добычи за счет заводнения неосуществимы, так что компании вынуждены сразу переходить к третичным методам, включающим использование пара, кислот и/или растворителей. Поверхности карбонатов имеют тенденцию становится смачиваемыми нефтью по мере того, как определенные нафтеновые кислоты преобразуют карбонат в кальциевую соль, которая образует нерастворимые отложения на поверхности карбоната. Что касается проблем, связанных с вязкостью, часто применяют термические способы, например, с использованием пара, которые стимулируют увеличение подвижности нефти и вызывают ее течение, однако, смачиваемость нефтью карбонатов все же препятствует свободному высвобождению нефти, тем самым, ограничивая возможности добычи. Подвижность нефти имеет существенное значение для развития достаточной приемистости скважины в случае применения вторичных методов добычи за счет заводнения. Хотя подвод тепла посредством пара может увеличить смачиваемость вмещающей породы водой благодаря процессу реминерализации, этот процесс идет медленно, так как растворимость кальцита и доломита при высоких температурах снижается. Большую часть этой сырой нефти можно классифицировать как «непродуктивную» из-за того, что в ней содержится мало, если вообще есть, растворенного газа, который является естественным источником энергии, способствующей добыче, особенно во время и после разработки первичными методами.
ПРОБЛЕМЫ ДОБЫЧИ НЕФТИ ИЗ КАРБОНАТНЫХ ПЛАСТОВ
Когда первичные и вторичные методы добычи уже исчерпаны, или когда сам пласт не позволяет осуществлять добычу первичными методами, в некоторых пластах для извлечения дополнительного количества нефти могут быть применены способы повышения нефтеотдачи (enhanced oil recovery - EOR). Пласты с карбонатной вмещающей породой образованы раздробленными и закарстованными доломитовыми породами. Карбонатные коллекторы, состоящие из кальцита и доломита, представляют особые трудности для добычи вторичными методами, так как часто они обнаруживают диапазон свойств от смачиваемости нефтью до смешанной смачиваемости. Термин «смачиваемость» описывает предпочтительное состояние твердого тела при контакте с одной или другой текучей средой и влияет на относительную проницаемость, профиль насыщения, заводнение, наступление фронта водоносного слоя в коллекторе и другие свойства пласта. «Смачиваемые водой» пласты предпочтительнее вступают в контакт с водой (а не с нефтью), тогда как «смачиваемые нефтью» пласты предпочтительнее вступают в контакт с нефтью (а не с водой). Смачиваемые водой поверхности характеризуются большим молекулярным притяжением воды, чем сила сцепления между самими молекулами воды. Смачиваемые нефтью поверхности характеризуются большим молекулярным притяжением нефти, чем сила сцепления между самими молекулами нефти. Смачиваемость может быть выражена количественно через угол смачивания, который образует жидкость с поверхностью контакта. Например, если в качестве рабочей жидкости используют воду, она вытесняет нефть с твердой поверхности в смачиваемой водой системе, но проходит над нефтью в смачиваемой нефтью системе. Термин «смешанная смачиваемость» описывает материалы, характеризующиеся негомогенным смачиванием, включающим некоторый спектр предпочтительного смачивания. «Смешанная смачиваемость» (со спектром предпочтительного смачивания) отличается от «нейтральной смачиваемости» (с отсутствием строгого предпочтительного смачивания).
Диапазон свойств от смачиваемости нефтью до смешанной смачиваемости карбонатных пластов является результатом химизма, сформировавшегося в течении геологического времени, который затрудняет высвобождение тяжелой нефти/битума с поверхностей. Коллекторы представляют собой сложные структуры, часто включающие несколько типов минералов. Каждый минерал может характеризоваться особым предпочтительным смачиванием, из-за чего трудно описать общий характер составной горной породы и трудно спланировать эффективные работы по добыче на этом участке. Многие карбонатные коллекторы по своей природе являются трещиноватыми геологическими формациями с низкой общей пористостью и, при этом, гетерогенным распределением проницаемости. Из-за высокой проницаемости трещин и малого объема пор в сети трещин имеет место преждевременный прорыв закачиваемых жидкостей в действующую скважину и далеко не оптимальное извлечение углеводородов из этих пластов. В результате, очень немногие методы EOR эффективны в отношении трещиноватых смачиваемых нефтью карбонатов.
В значительной степени дело обстоит так в нефтеносных районах Канады, где тяжелая нефть залегает в карбонатных пластах и характеризуется кислотностью от умеренной до высокой. Некоторые кислотные компоненты этой сырой нефти, такие как нафтеновые кислоты, вступают в реакцию с кальцием или магнием карбонатного коллектора с образованием соли этой кислоты – нафтената, которая характеризуется малой растворимостью в воде. Нафтенаты подобны хорошо известной нерастворимой мыльной пене, образующейся из моющихся средств в жесткой воде. Нерастворимые соли нефтяной фазы образуют потенциальные участки присоединения нефти к поверхности карбоната, делая карбонат предпочтительно смачиваемым нефтью (предпочитающим нефть). С другой стороны, нафтенаты натрия или калия выступают в роли поверхностно-активных веществ, способствуя уменьшению натяжения на поверхности раздела (interfacial tension–IFT) и высвобождению нефти с поверхности. Эти растворимые формы являются естественным следствием щелочного заводнения и обеспечивают смачиваемую водой (предпочитающую воду) поверхность.
ИЗМЕНЕНИЕ СМАЧИВАЕМОСТИ В КАРБОНАТНЫХ ПЛАСТАХ
2+
2+
Было показано, что различные щелочные соли, такие как силикаты, изменяют смачиваемость к более смачиваемому водой состоянию при низких температурах, однако, в большинстве своем, имеют недостаток, заключающийся в большой норме расхода при повышенных температурах, когда щелочные химические осадки быстро расходуются до распространение вглубь карбонатного пласта. Такой расход является результатом реакций осаждения щелочи ионами жесткости (Са, Mg и т.д.), образуемыми известняком/меловыми породами в коллекторе/пласте.
3
4
Увеличение температуры (например, паром или заводнением горячей водой) может вызвать изменение смачиваемости от смачивания нефтью к более предпочтительному смачиванию водой, так как минералы, содержащие Mg, Са, СО или SO, склонны растворяться и повторно осаждаться в форме свежих поверхностей в зависимости от химического равновесия, которое изменяется как функция температуры. Следовательно, смачиваемость регулируется силами, способствующими растеканию, и силами адгезионного взаимодействия на этих новых поверхностях. Однако, этот процесс часто сопряжен с длительным инкубационным периодом до того, как действительно установятся условия смачивания водой.
Были предложены другие способы изменения смачиваемости, такие как нагнетание диоксида углерода, диоксида серы и/или диоксида азота с целью образования кислотных жидкостей или паров, растворяющих минералы, и сдвига равновесия. Будучи соединенными с водой или паром и закачанными в ходе работ по добыче из пласта, кислотные жидкости и/или пары изменяют смачиваемость от смачивания нефтью к смачиванию водой. В других способах для изменения смачиваемости и, тем самым, улучшения высвобождения нефти используют пошаговое увеличение минерализации или разбавленные поверхностно-активные вещества.
2
Предложены и другие способы, направленные на повышение эффективности добычи нефти из нефтеносных карбонатных пластов, однако, большие объемы углеводородов все еще остаются в богатых нефтью пластах после применения вторичных и третичных методов добычи. В настоящее время в реальных условиях применяются многочисленные вторичные методы добычи, в том числе, включающие термодинамические, химические и механические процессы вытеснения. Нагревание нефти паром часто снижает вязкость захваченной нефти при условии, что имеется беспрепятственной доступ пара, а с потерями тепла можно справиться. Легко смешивающиеся химические материалы, такие как СО и углеводородные растворители, также вызывают разбухание нефтяной фазы, что снижает ее вязкость, но чаще всего их используют для более легкой сырой нефти. Другие химические системы, содержащие щелочи, поверхностно-активные вещества и/или полимеры, используют меньше, часто из-за стоимости и быстрого расходования.
Даже при наличии этих способов добычи нефти извлечение нефти из карбонатных пластов и коллекторов еще не достигло предела возможного. Необходимы усовершенствованные способы, позволяющие сделать доступным и подвижным большее количество захваченной сырой нефти в подобных месторождениях тяжелой нефти, которое могло бы стать частью извлекаемых ресурсов. Известные системы и способы повышения продуктивности нефтяных скважин не оправдали ожиданий. В данной области техники все еще существует потребность достижения эффективной добычи нефти из карбонатных пластов и коллекторов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В заявленном изобретении предложено трансформировать карбонаты в нефтеносном карбонатном пласте с целью изменения параметров смачивания карбонатного коллектора, таких как смачиваемость поверхности. В результате изменения параметров смачивания улучшается смачивание коллектора водой, что позволяет нефти более свободно течь к добывающей скважине.
В способе заявленного изобретения для изменения параметров смачивания карбонатного пласта с целью стимулирования добычи нефти используют силициды щелочных металлов. Один примерный способ включает выбор нефтеносного карбонатного пласта, закачивание в этот карбонатный пласт дисперсии силицида и осуществление реакции закачанного силицида с целью изменения параметров смачивания карбонатного пласта. Силициды щелочных металлов, подобные описанным в опубликованной заявке на патент США № 2041/196896 А1 (которая во всей полноте включается в настоящий документ путем ссылки), обладают свойствами, позволяющими эффективно использовать химические, с применением несмешивающегося газа, способы и термозаводнение, благодаря чему они могут быть использованы в качестве агентов в контексте способов повышения нефтеотдачи (EOR).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Данный патент или комплект материалов заявки содержит, по меньшей мере, один чертеж, выполненный в цвете. Копии патента или публикации заявки на патент с цветным(и) чертежом(ами) предоставляются Патентным ведомством по требованию и при внесении установленной платы.
Фиг. 1 представляет собой схему примера порядка силицидного заводнения;
На фиг. 2 представлены результаты измерения угла смачивания образца керна карбонатного коллектора для трех типов сырой нефти до и после внесения силицида с разным расходом;
На фиг. 3 представлены изображение, полученное методом сканирующей электронной микроскопии (Scanning Electron Microscopy–SEM), и данные, полученные методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy–EDS), для полированного карбонатного керна до какой-либо обработки;
На фиг. 4 представлены изображение и данные, полученные теми же методами, выдержанного в тяжелой нефти образца керна после обработки 15 г дисперсии силицида в течении 5 часов при 200°С;
На фиг. 5 представлены изображение и данные, полученные теми же методами, выдержанного в тяжелой нефти образца керна после обработки 30 г дисперсии силицида в течении 5 часов при 200°С;
На фиг. 6 представлены изображение и данные, полученные теми же методами, выдержанного в тяжелой нефти образца керна после обработки искусственной морской водой при 200°С;
На фиг. 7 представлен пример способа заканчивания силицида, аналогичного фиг. 1, с выделенным карбонатным пластом;
На фиг. 8А показан отполированный образец карбонатного керна;
На фиг. 8В показано полученное методом SEM изображение поверхности карбоната при увеличении;
На фиг. 8С показано полученное методом SEM изображение, отражающее реминерализацию карбоната после обработки силицидом в соответствии с изобретением;
На фиг. 8D показана капля нефти на реминерализованной смачиваемой водой поверхности кальция-кремния;
На фиг. 9А показана свежеотполированная поверхность карбоната, смачиваемая водой;
На фиг. 9В показана выдержанная поверхность карбоната, которая становится смачиваемой нефтью;
На фиг. 9С показана поверхность карбоната после применения силицида натрия, когда поверхность карбоната снова смачивается водой.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Изобретение относится к способам изменения параметров смачивания карбонатного пласта с целью стимулирования добычи нефти. Способ состоит в выборе нефтеносного карбонатного пласта; нагнетании в этот карбонатный пласт силицидной дисперсии; и осуществлении реакции силицидной дисперсии с целью изменения параметров смачивания карбонатного пласта. В ходе реакции в пласте образуются аддукты кремний-кальций, которые лучше смачиваются водой, чем карбонаты карбонатного пласта до реакции.
2
7
4
4
4
4
В соответствии с изобретением используется силицид щелочного металла (например, как описанный в патенте США 7811541, который во всей полноте включается в настоящий документ путем ссылки), который при контакте с водой быстро образует существенное количество тепла, газообразного водорода и раствор силиката щелочного металла. Такое сочетание продуктов реакции обеспечивает значительную гибкость способам повышения нефтеотдачи. В примерных вариантах осуществления заявленного изобретения используются силициды щелочного металла из группы, состоящей из лития (Li), натрия (Na) и калия (К). Например, в способах настоящего изобретения могут быть использованы некоторые примерные композиции, включающие силицид лития (LiSi), силицид натрия (NaSi) и силицид калия (KSi). В ходе реакции с водой силицид щелочного металла образует силикат щелочного металла и газообразный водород с выделением тепла. Хотя в дальнейшем описании в качестве иллюстративных примеров в центре внимания находятся системы и способы, в которых используются натриевые формы композиции силицида щелочного металла, силициды других щелочных металлов (а также силициды других металлов) также могут быть эффективным образом использованы в соответствии с изобретением в реальных условиях в нефтеносных карбонатных пластах и включаются в объем заявленного изобретения. В качестве силицида щелочного металла в соответствии с изобретением могут быть использованы смеси силицидов щелочных металлов. В них включаются как сочетания силицидов щелочных металлов, так и смешаннометаллические силициды щелочных металлов. То есть, щелочной металл в составе силицида щелочного металла может быть индивидуальным металлом (например, Ca, Na, K), либо этот металл может представлять собой сочетание щелочных металлов (например, Ca и Na; Na и K; Ca, Na и K), образующее смешаннометаллический силицид щелочного металла. Могут быть использованы смеси всех подобных силицидов щелочного металла.
Силициды щелочного металла заявленного изобретения используют в контексте способа обработки запасов углеводородов путем изменения смачиваемости поверхности карбонатных коллекторов с целью увеличения извлекаемости тяжелой нефти или битума из карбонатных скважин и коллекторов. Силициды щелочного металла заявленного изобретения используют с целью регулирования канализирования флюидов в карбонатных коллекторах и изменения смачиваемости карбонатных пород. Примерные варианты способов заявленного изобретения могут быть применены к смачиваемым нефтью вмещающим породам коллектора и смачиваемым водой месторождениям углеводородов с целью повышения извлекаемости остаточного битума и создания или увеличения подвижности тяжелых углеводородов.
Силициды щелочных металлов могут быть использованы в нефтеносном пласте на любой глубине, поскольку единственным ограничивающим фактором является наличие воды или любой участвующей в реакции текучей среды. После подачи в скважину либо в форме водостойкой твердой фазы с покрытием с задержкой высвобождения, либо в форме дисперсии в углеводородной жидкости-носителе, реакция начинается внутри пласта в точке реакции при контакте с пластовой или одновременно закачиваемой водой вблизи карбонатных поверхностей, образующих пласт. Помимо изменения смачиваемости карбонатного пласта, продукты реакции силицида щелочного металла, образовавшиеся в точке реакции, создают давление, выделяют тепло и образуют поверхностно-активные вещества (ПАВ), изменяющие смачиваемость поверхности и снижающие натяжение на поверхности раздела (IFT) нефтеносного пласта до того, как они израсходуются. Все эти продукты реакции вносят свой вклад в изменение смачиваемости карбоната и способствуют извлечению нефти из карбонатного пласта.
4
4
2
2
5
Силициды щелочных металлов, соответствующие заявленному изобретению, включают силициды натрия (Na), калия (К) и лития (Li). Эти материалы могут быть изготовлены в виде свободнотекучих гранул или порошков, стабильных и удобных в обращении в сухом воздухе. Силициды щелочных металлов не вступают в реакцию непосредственно с кислородом и не воспламеняются, однако, вступают в реакцию с водой, содержащейся в атмосфере. Как видно из нижеследующего уравнения (1) для натриевой формы (NaSi) силицидов щелочных металлов, силициды щелочных металлов вступают в реакцию с водой с образованием газообразного водорода, соответствующего силиката щелочного металла (NaSiO) и существенного количества тепла.
4
4
2
2
2
2
5
NaSi(т)+10НО(ж)→10Н(г)+2NaSiO(т)+1,654 кДж (1)
4
4
LB
В одном из вариантов осуществления изобретения силицид щелочного металла, предназначенный к использованию в соответствии со способом настоящего изобретения, готовят в форме масляной дисперсии в дизельном масле с максимальным размером частиц, примерно, от 20 до 25 мкм. Значительная доля частиц имеет размер менее микрометра. Для приготовления этой дисперсии слитки силицида натрия, NaSi, подвергают сухому дроблению, затем мокрому измельчению до достижения заданной степени измельчения частиц, используя известные в данной области способы измельчения. Затем эта дисперсия может быть еще разбавлена дополнительным количеством дизельного масла и либо неионогенного ПАВ, либо модификатора вязкости с целью ослабления тенденции к осаждению и стимулирования повторного диспергирования. Могут быть использованы известные в данной области неионогенные ПАВ и модификаторы вязкости, однако, они должны быть совместимы с силицидом щелочного металла. Другими известными в данной области факторами, влияющими на выбор конкретного неионогенного ПАВ или модификатора вязкости являются растворимость в диспергирующем веществе, температура плавления, величина H и т.д. Теперь материал готов для закачивания в скважину.
При использовании в качестве агента изменения смачиваемости в нефтеносном карбонатном пласте, силицид щелочного металла вводят непосредственно в скважину, где, при контакте с водой, присутствующей в пустотах, трещинах и поровом пространстве карбонатного пласта, он вступает в реакцию. В ходе этой реакции силицида быстро выделяется газообразный водород, тепло, и образуется силикат щелочного металла. Именно это сочетание продуктов реакции делает силициды особенно выгодными при использовании как непосредственно, так и в сочетании с другими традиционными способами при извлечении тяжелой сырой нефти из нефтеносного карбонатного коллектора.
2
Реакция силицида идет быстро при любой температуре и давлении и не нуждается в катализаторе. Выделяющиеся тепло и водород обеспечивают энергию и давление, необходимые для эффективного вытеснения более тяжелой нефти, а также вносят свой вклад в изменение смачиваемости. Изучение реакционной способности показало, что силицид приводит к образованию наибольшего количества водорода в молях и характеризуется наивысшей скоростью реакции по сравнению с другими химическими веществами, генерирующими водород, например, металлическим натрием в воде, металлическим алюминием в щелочи или металлическим кремнием в щелочи, высвобождая водород со скоростью до 1,49 л/мин/см. Скорость реакции является функцией площади поверхности силицида, контактирующей с водой, поэтому быстрее всего вступают в реакцию тонкодисперсные порошки с большей площадью поверхности.
В одном из вариантов осуществления заявленного изобретения, в качестве формы силицида щелочного металла может быть использован силицид натрия. Силицид натрия использован в примерах настоящей заявки, ходя также могут быть использованы и дают хорошие результаты другие силициды щелочных металлов. Например, силицид калия может быть предложен для случая, когда в нефтеносном пласте присутствуют разбухающие глины группы смектита, такие как монтмориллонит и иллит. Ионы натрия вызывают набухание этих глин, тогда как ионы калия имеют более слабый потенциал набухания и, тем самым, лучше сохраняют проницаемость коллектора и приемистость/продуктивность. Выбор определенного силицида щелочного металла может осуществляться на основании стоимости, варианта применения, экологических соображений и т.п.
ВЛИЯНИЕ СИЛИКАТА ЩЕЛОЧНОГО МЕТАЛЛА
Одним из побочных продуктов реакции силицида является соответствующий силикат щелочного металла. Силикат увеличивает нефтеотдачу путем изменения смачиваемости (предпочтительного контакта с одной жидкостью или газом, а не с другой) и облегчает регулирование подвижности внутри нефтеносного пласта. Силицид, который преобразуется в силикат, обеспечивает щелочность, достаточную для омыления кислот сырой нефти (как правило, >10,5 рН), и, при этом, реминерализацию карбонатных поверхностей в коллекторе. Силикат также может вступать в реакцию с естественными кислотами сырой нефти с образованием натриевых солей ПАВ, которые понижают IFT нефти. Образующиеся ПАВ понижают натяжение на поверхности раздела (IFT) нефть/вода, в результате чего капли сырой нефти легче деформируются и текут по узким поровым каналам к добывающей скважине. Типичный 1%-ный раствор силиката натрия с молярным отношением 2,0 имеет рН, приблизительно, 11,8 и достаточную щелочность для образования ПАВ на месте.
4
4
2
2
Силикаты, образовавшиеся в результате реакции силицида, в отличие от других химических веществ, широко используемых в ходе EOR, таких как гидроксид натрия, ортосиликат натрия, карбонат натрия и т.п., также в некоторой степени осуществляют модификацию профиля, улучшают вытеснение и благоприятно воздействуют на параметры смачивания; все это способствует эффективному высвобождению сырой нефти с поверхностей карбонатов и песка и перемещению в точку отбора. Силикаты представляют собой диапазон соединений от очень щелочных до высококремнистых. Силикат, образующийся из силицида, характеризуется промежуточным молярным отношением диоксида кремния к щелочи. Вообще, при меньшем отношении – более щелочные силикаты, такие как ортосиликат (NaSiO) уже используют для щелочного заводнения, тогда как при меньшем отношении – менее щелочные силикаты (NaO:3,3SiO) используют для регулирования профиля и блокировки гелем. Обычно, менее щелочные силикаты в концентрации от 3 до 10%, будучи смешанными с кислотой с целью снижения рН до менее, чем 10, образуют высокопрочную гелевую структуру, которая может блокировать каналы потока. Кроме того, если в пластовой воде присутствует значительное количество ионов жесткости или многовалентных катионов, либо они ведены намеренно, как при щелочном заводнении с контролем за подвижностью флюидов, силикаты вступают в реакцию с этими ионами и образуют осадок, который может накапливаться в устьях пор, блокировать каналы потока при более низких концентрациях и приводить к более плавному выравниванию профиля приемистости и отклонению флюидов, уменьшающему образование языков. Эти реакции могут приводить к постепенному выравниванию профиля и меньшему образованию языков результате разности вязкостей в коллекторах тяжелой сырой нефти, увеличивая нефтеотдачу. Конкретный силикатный побочный продукт, образующийся из силицида, является в молярном отношении промежуточным между диоксидом кремния и щелочью и поэтому обеспечивает достаточную для реакции с кислотами сырой нефти щелочность, при этом, также обеспечивая некоторое отклонение потока и улучшение вытеснения посредством регулирования профиля.
При реализации способа настоящего изобретения на практике, реакция силицида – сама реакция и образующийся силикат – вызывает изменение смачиваемости поверхности карбонатного пласта, в результате чего пласт становится лучше смачиваемым водой (менее смачиваемым нефтью), чем до реакции. Смачиваемость при высокой температуре также улучшается, так как нагнетание пара не ослабляет изменение параметров смачивания нефтеносного карбонатного пласта. Улучшенные параметры смачивания в условиях высокотемпературного коллектора в значительной степени способствуют повышению нефтеотдачи этих пластов, так как нефть легче высвобождается и течет.
ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДА
2
2
2
2
2
Водород, образующийся в ходе реакции силицида, представляет собой нетоксичный газ, характеризующийся немного меньшей теплотворной способностью, чем природный газ. Он может быть сожжен на месте в качестве топлива или в факеле. В пласте с карбонатной вмещающей породой водород минимально растворим (примерно в 25 раз менее растворим, чем СО, согласно коэффициентам Оствальда) в сырой нефти, однако, вносит свой вклад в снижение вязкости и изменение поверхности. Например, измеренная растворимость Н в гудроне Athabasca составила от 0,021 моль Н/кг жидкости/МПа при 130°С до 0,034 моль Н/кг жидкости/МПа при 186°С. В воде растворимость водорода, как функция температуры и давления, также мала и составляет 0,0016 г Н/кг воды при 20°С и 1 атм. В результате этого масса образовавшегося водорода, в соответствии с системами и способами заявленного изобретения, остается в форме несмешивающейся газовой фазы, которая увеличивает исходный закачанный объем и является движущей силой для вытеснения флюидов; водород может быть использован, наряду с другими химическими веществами, вводимыми в пласт, для восстановления поверхности карбоната с целью ее подготовки к реакции с силикатным побочным продуктом реакции силицида щелочного металла для изменения смачиваемости. Быстрое образование водорода и одновременное образование силикатов на месте создает оптимизированную среду для изменения свойств поверхности карбонатов в сторону их превращения в более смачиваемые водой, что облегчает вытеснение и течение сырой нефти к точке добычи.
Было обнаружено, что при реакции силицида в ограниченном пространстве создается давление водорода, превышающее 10000 psi (69 МПа), так что скорость реакции ограничивается только доступностью воды. Поскольку 1 моль силицида образует 10 молей газообразного водорода, относительно небольшая, но концентрированная порция вводимого силицида может создавать значительный объем газа, обеспечивающий движущую силу и давление.
ВЛИЯНИЕ ТЕПЛА
В ходе реакции силицида выделяется также значительное количество тепла, которое вызывает увеличение степени модификации поверхности и уменьшение вязкости нефти. Вязкость сырой нефти снижается практически в логарифмической зависимости от температуры и зависит от плотности в градусах Американского нефтяного института (American Petroleum Institute–API) и других факторов. Вот почему часто оказываются эффективными заводнение с закачкой пара и другие термические способы. Хотя применение пара для добычи низкосортной тяжелой нефти, как правило, связано со сжиганием природного газа или других ценных углеводородов с целью получения пара, что сопряжено с выбросами парниковых газов, тепло и водород, выделяющиеся в ходе реакций силицидов щелочных металлов заявленного изобретения образуются без сжигания и не вносят вклада в выбросы парниковых газов. Реакции силицидов щелочных металлов заявленного изобретения открывают возможность создания намного более экологичных способов генерирования тепла в пласте. Способы, предусматривающие применение пара, имеют ограничения по глубине коллектора и давлению из-за отсутствия границ раздела фаз выше критической точки воды. Поэтому применение пара часто ограничено глубинами менее 5000 футов (1524 м). Кроме этого, в то время как заводнение с закачкой пара, как правило, предназначается для относительно толстых пластов, более 50 футов (15,24 м), чтобы свести к минимуму потери тепла в покрывающие и подстилающие породы, способы заявленного изобретения могут быть использованы в карбонатных пластах любой толщины.
Хотя количество тепла, выделяемого в ходе реакции силицида (при примерных нормах введения) намного меньше, чем могло бы потребоваться для типичного заводнения с закачкой пара, это тепло выделяется на месте, поэтому не теряется на поверхности или в колонне труб по пути в нефтеносный пласт. Все тепло выделяется в реакционной зоне внутри полостей, трещин и пор карбонатного пласта в ходе реакции силицида с водой, спиртом или кислотой. Хотя этого тепла может быть недостаточно для уменьшения вязкости до такого состояния в котором захваченная нефть течет свободно, то в сочетании с образовавшимся силикатом щелочного металла его достаточно для того, чтобы началась реминерализация поверхностей карбоната, обеспечивающая изменение смачиваемости. Последующая подача либо дополнительного тепла в случае термических способов, либо растворителей, либо и того, и другого, может усилить изменение поверхностей карбоната в коллекторе и сделать подвижной захваченную нефть, если только она отделится от поверхности карбоната. Если требуется дополнительное тепло, тепловой эффект может быть усилен почти в три (3) раза при одновременном нагнетании кислорода и самовоспламенении и горении водорода.
Кроме того, результатом выделения водорода и тепла может стать некоторое обогащение нефти посредством реакций гидрогенизации/крекинга. Гидрокрекинг происходит при температуре от 500 до 800°F (от 260 до 425°С) и давлении от 800 до 2500 psi (от 5,5 до 17,2 МПа) или более. Этот дополнительный механизм вызывает добавочное снижение вязкости тяжелой сырой нефти и может оцениваться в контексте того, что происходит в микромасштабе, где эти условия могут кратковременно достигаться в ограниченном поровом пространстве в присутствии глинистых минералов, выступающих в роли естественных катализаторов.
СПОСОБЫ ПОДАЧИ СИЛИЦИДА В КАРБОНАТНЫЕ ПЛАСТЫ
Изменение смачиваемости поверхностей в нефтеносном карбонатном пласте с целью улучшения смачивания водой (а также сочетание предусматриваемых химических, термических механизмов и влияния несмешивающегося газа) позволяет применять силициды щелочных металлов, соответствующие настоящему изобретению, для эффективной добычи различных типов сырой нефти (от умеренно до очень тяжелой, плотность в градусах API от 22 до 10) из карбонатных пластов. Более тяжелая, более вязкая сырая нефть часто характеризуется высоким естественным содержанием кислот (величиной общего кислотного числа (total acid number–TAN)), что позволяет извлечь максимальную пользу из применения тепла и щелочи. В таких ситуациях выгодно применение способа внесения силицида, соответствующего настоящему изобретению, когда силицид нагнетают в нефтеносные карбонатные пласты, где он вступает в реакцию с водой, спиртом или кислотой, изменяя смачиваемость поверхности месторождения углеводородов в сторону улучшения смачивания водой. После закачивания силицида щелочного металла в нефтеносный карбонатный пласт, силицид щелочного металла может вступить в реакцию с присутствующей в пласте водой или с закачиваемой водой, спиртом или кислотой. Закачиваемая вода, спирт или кислота может подаваться через ту же или другую скважину, что и закачиваемый силицид щелочного металла.
3
Силицид является твердым и характеризуется плотностью 1,7 г/см и твердостью по Моосу, приблизительно, 3,5. Следовательно, для закачивания и подачи силицида в породу-коллектор, его измельчают так, чтобы он мог эффективно проникать в пористую среду. Силицид щелочного металла может быть закачан в нефтеносный карбонатный пласт в форме порошка с покрытием или суспендированным в жидкости-носителе. Такие щелочнометаллические композиции описаны в опубликованной заявке на патент США № 2014/0196896 А1 (во всей полноте включаемой в настоящий документ путем ссылки). В одном из вариантов осуществления изобретения силицид щелочного металла, закачиваемый в соответствии с изобретением, диспергирован и/или суспендирован в надлежащей неводной среде с образованием дисперсии силицида щелочного металла. Силициды могут быть без труда измельчены сухим или мокрым способом до субмикронного размера механическими средствами. В качестве жидкости-носителя могут быть использованы недорогие углеводороды, в том числе минеральное масло, керосин, дизельное масло и нафта. Эти жидкости-носители, представляющие собой легкие углеводороды, являются предпочтительными, так как они также выполняют роль разбавителя тяжелых нефтей и битумов, снижая их вязкость и облегчая течение. Местная легкая и средняя нефть после обезвоживания также может быть использована из соображений снижения стоимости. Пригодные дисперсии, содержащие до 80% твердой фазы, были приготовлены в парафиновом минеральном масле, керосине, дизельном масле и легкой сырой нефти. Некоторые короткоцепные спирты неприемлемы, так как концевая –ОН группа может отщепляться силицидом подобно воде, хотя и с меньшей скоростью по сравнению с водой. Для обеспечения стабильности и суспендирования в разработанную дисперсию может быть добавлено небольшое количество неионогенного ПАВ или растворимого в углеводородах полимера с целью ослабления тенденции к осаждению и облегчения повторного диспергирования. Также могут быть добавлены загустители, такие как коллоидальный диоксид кремния, для повышения вязкости композиции и, тем самым, замедления осаждения. Такие добавки затем могут вносить свой вклад в снижение натяжения на поверхности раздела (IFT) и повышение подвижности в пласте.
В условиях карбонатного коллектора могут встречаться пласты с большей проницаемостью (>1 дарси), такие как несцементированные или трещиноватые карбонатные пласты с обладающими высокой проницаемостью пустотами (полостями) и каналами. В этом случае возможно нагнетание диспергированной твердой фазы без существенной закупорки поверхности забоя. В пластах, характеризующихся проницаемостью менее одного дарси, на поверхности скважины может происходить закупорка, когда твердый материал перекрывает поры и осаждается, вызывая с течением времени снижение приемистости. Естественные каналы и пустоты сильно трещиноватых карбонатных пластов являются идеальной траекторией для нагнетания дисперсии силицида вглубь пласта с целью изменения смачиваемости пласта, при этом нет необходимости в наличии узкого диапазона размеров частиц. Единственным ограничением количества силицида щелочного металла в дисперсии является пригодность дисперсии для закачивания в нефтеносный карбонатный пласт. Вообще говоря, могут быть использованы дисперсии силицида щелочного металла с концентрацией от, примерно, 15 до, примерно, 80% вес. В других вариантах осуществления изобретения могут быть использованы дисперсии 20–50% вес., или дисперсии 25% вес., 30% вес., 35% вес. или 40% вес.
ПРОЦЕСС РЕАКЦИИ СИЛИЦИДА И ДОБЫЧА НЕФТИ
Хотя изменение смачиваемости необязательно требуется в глубине пласта, для достижения максимальной нефтеотдачи, в некоторых примерных вариантах осуществления заявленного изобретения, значительная часть реакции силицида может быть отсрочена и происходить глубоко внутри продуктивного пласта, в непосредственной близости или в тесном контакте с карбонатными поверхностями, водой и находящейся там сырой нефтью. Чтобы повлиять на более глубокое проникновение силицида, закачиваемая порция силицида может включать дисперсию силицида в углеводородной жидкости-носителе и/или может содержать покрытие из воска или полимера, задерживающее начало реакции. Закачиваемая порция силицида воздействует на образование и перемещение нефтяного вала по мере того, как силицид вступает в реакцию с водой, кислотой или спиртом в скважине и с самим карбонатным пластом. Силицид может быть подан в карбонатный пласт или коллектор несколькими путями. Он может быть закачан в режиме заводнения через специальные нагнетательные скважины и добывающие скважины, после чего силицид вступает в контакт с карбонатным пластом, реакционной жидкостью и нефтью во вмещающей породе коллектора и ее каналах, полостях, трещинах и других пустотах, если они есть. Точно так же, силицид может быть закачан в добывающие скважины в циклическом режиме с периодами закачивания, впитывания и добычи, при этом, силицид вступает в контакт с водой (и/или кислотой или спиртом), нефтью и карбонатным пластом и во вмещающей породе коллектора, и в ее каналах, полостях, трещинах и других пустотах, если они есть.
Один из способов заявленного изобретения включает закачивание в ствол скважины дополнительной реакционной жидкости и реакцию закачанного силицида щелочного металла с закачанной жидкостью в нефтеносном карбонатном пласте. Кроме того, реакция закачанного силицида щелочного металла, направленная на стимулирование течения нефти в нефтеносном карбонатном пласте, может быть проведена в сочетании, по меньшей мере, с одной отдельной стадией нагнетания пара, нагнетания растворителя, термической обработкой нефтеносного пласта или химической обработкой нефтеносного карбонатного пласта.
На фиг. 1 схематично показан пример заявленного способа введения силицида в режиме заводнения, а также показано, как происходит реакция в коллекторе. Нагнетание силицида может быть осуществлено посредством нагнетания и добычи через разные скважины, как показано на фиг. 1. На фиг. 7 также представлен пример способа заканчивания силицида, аналогичного фиг. 1, с выделенным карбонатным пластом. Скважины могут быть вертикальными, как показанные на фиг. 1 и 7, или горизонтальными (отдельно не показаны). Как показано на фиг. 1 и 7, вода может присутствовать в стволе скважины и в непосредственной близости от целевого нефтяного вала 103 (в результате насыщения пласта водой, предшествующего закачивания воды или пара или других операций). Предварительная промывка легкими углеводородами может быть применена для вытеснения максимально возможного количества имеющейся воды. Например, может быть закачана небольшая порция от 1 до 3% PV (pore volume - объем порового пространства) углеводородной промывочной жидкости. Часто выполняют промывку чистыми углеводородами. См., например, ссылочный материал 105, в котором углеводороды проталкивают воду и нефтяной вал 103 к добывающей скважине. Такая предварительная промывка служит для «осушения» траектории перед закачиванием порции 101 силицида. Для более тяжелой нефти такая предварительная промывка 105 также служит приемлемым растворителем или разбавителем для дополнительного повышения текучести. За предварительной промывкой следует небольшая – от 3% до 5% PV – порция дисперсии силицида с размером частиц менее микрометра в углеводородной жидкости-носителе с концентрацией от 20 до 40% вес. (порция 101 силицида). Точно так же, в конце порции 101 силицида может быть закачана небольшая порция 113 заключительной промывки углеводородом (например, порция от 1 до 3% PV углеводорода), предназначенная для очистки ствола скважины от дисперсии силицида (содержащейся в закачиваемой порции 101 силицида) и для ее изоляции в максимально возможной степени от какой-либо рабочей жидкости на водной основе, такой как пар, и/или газовых растворителей 111, идущих следом. Как и в случае предварительной промывки, порция заключительной промывки также может представлять собой чистый углеводород. Таким образом, по мере продвижения порции 101 силицида в пласт, там будет происходить реакция как спереди 107, так и сзади 109 порции силицида, так как естественная дисперсия в пористой вмещающей породе создает возможность для контакта с водой. Углеводородная заключительная промывка 113 обеспечивает дополнительные положительные эффекты, так как быстро идущая в задней части реакция создает условия для быстрого продвижения непрореагировавшей порции 101 силицида и ускорения его контакта с водой 105 в передней части, вследствие чего он быстро расходуется за меньшее время с соответствующим всплеском давления и температуры. Планирование предварительной и заключительной промывки углеводородами имеет большое значение для отсрочки основной реакции силицида и высвобождения силиката с целью воздействия максимальным количеством на карбонатные поверхности пласта. Возможно закачивание нескольких порций силицида, перемежающихся паром и/или растворителями для укрепления и сохранения благоприятствующих смачиванию водой условий. Свабирование с целью удаления из ствола скважины стоячей воды может быть использовано в качестве альтернативы или в дополнение к промывке углеводородами.
Дисперсию силицида закачивают в скважину в карбонатном пласте при определенном давлении закачки и определенной температуре закачки. Выбранная температура закачки приблизительно равна температуре пласта (например, около 15°С, что типично для нефтяных месторождений западной Канады). Выбранное давление закачки должно быть больше давления в коллекторе и должно быть достаточным для создания потока силицида в коллектор и заполнения пористой вмещающей породы, трещин, пустот и полостей, а также, возможно, создания других разрывов в коллекторе пласта.
Пролонгированное высокотемпературное улучшение смачиваемости в карбонатных коллекторах
Применение силицидов не ограничивается только высокопроницаемыми нефтеносными карбонатными пластами. Они также могут быть применены в тех карбонатных пластах, где естественные сбросовые трещины и пустоты создают высокопроницаемые траектории для проникновения силицидной дисперсии в пласт и стимулирования добычи тяжелой нефти. Многие подобные карбонатные коллекторы считаются смачиваемыми нефтью или, в лучшем случае, характеризуются смешанной смачиваемостью, при этом, и то, и другое означает наличие трудностей в достижении эффективного высвобождения и извлечения этих ресурсов. Проведенные недавно испытания показали, что силикат, водород и тепло, выделяющиеся на месте в результате реакции дисперсии силицида с водой, делают карбонатные материалы лучше смачиваемыми водой, что позволяет нефти высвобождаться и течь более свободно. Без связи с какой-либо определенной теорией полагают, что реакция силицида щелочного металла внутри нефтеносного карбонатного пласта в соответствии с изобретением вызывает изменение параметров смачивания пласта в результате эффектов воздействия тепла на поверхность и/или эффектов воздействия щелочи на поверхность.
Для подтверждения этих наблюдений образцы кернов карбонатного коллектора очищали от нефти и полировали с одной стороны. После этого измеряли углы смачивания нефтью в качестве исходного состояния, как показано на фиг. 2. Сначала все образцы, как и ожидалось, были хорошо смачиваемыми водой, на фиг. 9А показана свежая поверхность. Затем отдельные карбонатные керны выдержали в трех разных образцах сырой нефти, представлявших легкую, среднюю и тяжелую сырую нефть, в течении двух недель при 65°С, чтобы сделать их естественным образом смачиваемыми нефтью. Свойства разных типов нефти (плотность, вязкость и общее кислотное число (TAN) приведены в таблице 1 ниже.
<b>ТАБЛИЦА 1</b>
Тип нефти
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
Вязкость, мПа∙с при 15°С
TAN, мг КОН/г
Легкая
820
3
0,40
Средняя
940
380
0,575
Тяжелая
980
20000
0,902
Образцы вынули из нефти после выдерживания и промыли толуолом для удаления избытка нефти, что не изменяло смачиваемости. Затем снова измерили угол смачивания нефтью. Процесс выдерживания привел к тому, что керны стали хорошо смачиваемыми нефтью независимо от плотности нефти и кислотного числа; на фиг. 9В показана выдержанная поверхность. Были проведены испытания для двух норм введения силицида, 15 г и 30 г, с использованием 30%-ной по весу дисперсии силицида в минеральном масле. Искусственную морскую воду с рН 7,82 и TDS (total dissolved salts - общая минерализация) 38500 мг/л использовали в качестве водной фазы. Это типично для естественной пластовой воды карбонатного коллектора. Количества дисперсии силицида, равного 30 г, вступающего в реакцию с водой, достаточно для самостоятельного увеличения температуры 90 г искусственной морской воды, порции дисперсии и автоклавируемого резервуара, примерно, до 70°С, однако, дополнительно производили нагревание извне до 200°С, что является более типичным для потенциальных реальных условий (особенно, если силицид применяют в сочетании с термическими способами, например, с использованием пара), которые могут быть достигнуты в ходе испытания, при котором автоклавируемый резервуар не выступает в роли значимого поглотителя тепла. Температуру в автоклаве выдерживали равной 200°С пять часов, после чего ему дали медленно остыть естественным образом. Увеличение давления из-за выделения водорода составило, примерно, 200 psig (1,39 МПа), однако затем оно возросло до более, чем 400 psig (2,76 МПа), в результате нагревания извне. Когда керны вынули из автоклава, снова измерили угол смачивания. Результаты измерения угла смачивания, приведенные на фиг. 2, показывают, что все керны снова стали смачиваемыми водой после применения дисперсии силицида, что также показано на фиг. 9С – образец керна после обработки дисперсией силицида натрия.
Это явление высокотемпературного изменения смачиваемости относят за счет быстрой реминерализации карбонатных поверхностей, являющейся результатом действия силиката и тепла – побочных продуктов реакции силицида, в виде новой фазы аддукта кремний-кальций. На фиг. 8А показан отполированный образец карбонатного керна. На фиг. 8В показано полученное методом SEM увеличенное изображение поверхности карбоната. На фиг. 8С показано полученное методом SEM изображение, отражающее реминерализацию карбоната после обработки силицидом в соответствии с изобретением. На фиг. 8D показана капля нефти на реминерализованной смачиваемой водой поверхности кальция-кремния.
СРАВНЕНИЕ ОТПОЛИРОВАННЫХ КАРБОНАТНЫХ КЕРНОВ ПОСЛЕ ОБРАБОТКИ
На фиг. 3 представлены изображение, полученное методом сканирующей электронной микроскопии (SEM), и данные, полученные методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS), для полированного карбонатного керна до какой-либо обработки. На фиг. 3 видно, что это поверхность карбоната кальция со следовыми количествами магния, чего и следовало ожидать для известняка.
На фиг. 4 представлены изображение и данные, полученные теми же методами, выдержанного в тяжелой нефти образца керна после обработки 15 г дисперсии силицида в течении 5 часов при 200°С. На этом изображении видна реминерализованная поверхность, которая теперь содержит обогащенную кальцием-кремнием (на что указывает высокое отношение количества кремния к количеству кальция) фазу пектолита с некоторыми следовыми количествами калия и магния. Пектолит обычно встречается вблизи гидротермальных жерл и обладает подобными пластинчатыми или игольчатыми особенностями формы. Результатом реминерализации является кристаллизация, при которой поверхность насыщается пластинчатыми структурами, гидрофильными по своей природе, благодаря чему поверхность становится смачиваемой водой.
На фиг. 5 представлены изображение и данные, полученные теми же методами, выдержанного в тяжелой нефти образца керна после обработки 30 г дисперсии силицида в течении 5 часов при 200°С. Здесь также видна полностью реминерализованная поверхность пектолита. Аналогичная реминерализация наблюдалась и на образцах керна, выдержанных в сырой нефти со средней и малой плотностью.
2
На фиг. 6 представлены изображение и данные, полученные теми же методами, выдержанного в тяжелой нефти образца керна после обработки в течении 5 часов при 200°С искусственной морской водой без обработки силицидом. В состав образца входят гидроксиды и/или карбонаты и/или силикаты магния и кальция и, в меньшем количестве, сульфат кальция и хлорид натрия. В данном случае магний доминирует над минеральными формами кальция, что отражает состав искусственной морской воды. Источником наблюдаемого диоксида кремния может быть либо второстепенная фаза образца керна, либо соли, использовавшиеся для моделирования морской воды, плюс, как одна из возможностей, некоторое выщелачивание резервуара из пирекс-стекла, используемого для хранения искусственного раствора солей. Химический анализ искусственной морской воды показал концентрацию кремния 7,2 мг/л (15,4 мг SiO/л). В этом случае отношение кремния к кальцию было немного меньше единицы. Хотя отработка образца керна при повышенной температуре в искусственной морской воде без силицида также приводит к наличию смачиваемой водой поверхности, ее минеральный состав и внешний вид существенно отличаются.
Силикат, который образуется по реакции силицида, быстро расходуется вследствие явления реминерализации на карбонатных поверхностях в условиях высокой температуры, увеличивающейся благодаря реакции силицида. Однако, образование силиката зависит от присутствия воды. При надлежащим образом спланированной предварительной промывке углеводородом, дисперсия силицида может глубоко проникать в пласт до начала реакции и высвобождать силикат там, в отличие от непосредственного нагнетания нагретого пара или обработки щелочным силикатом в горячей воде, который может быстро расходоваться в области вблизи ствола скважины. Силикат, образующийся по реакции силицида, высвобождается в течении более длительного периода и на большей площади, воздействуя на смачиваемость более значительной зоны реакции, а не только вблизи точки закачивания. Как и при заводнении с обработкой силицидом, выделение тепла и образование водорода имеет те же последствия, что и в песчаном пласте, в отношении увеличения подвижности нефти, поэтому применение силицида является целесообразным способом увеличения добычи тяжелой нефти из высокотемпературных карбонатных пластов.
Закачивание силицида натрия в карбонатную породу-коллектор может вызывать изменение смачиваемости пласта и открывать возможность максимального извлечения начальных геологических запасов нефти. Прирост возможен за счет значительных изменений смачиваемости от состояния смачиваемости нефтью до смачиваемости водой в результате образования реминерализованных поверхностей, содержащих обогащенную кальцием-кремнием (на что указывает высокое отношение количества кремния к количеству кальция) фазу пектолита с некоторыми следовыми количествами калия и магния. Результатом реминерализации является кристаллизация, при которой поверхность насыщается пластинчатыми структурами, гидрофильными по своей природе, благодаря чему поверхность становится смачиваемой водой.