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酸化技術,井下作業(yè)公司技術研發(fā)中心2009年03月,井下作業(yè)公司技能培訓講座,提綱,一、酸化技術概述,二、砂巖酸化技術,三、碳酸鹽巖酸化技術,四、酸化實驗研究評價技術,,一、酸化技術概述,1.酸化歷史回顧,1、1895，赫曼?佛拉施(HermanFrasch)發(fā)明2、早期的除垢處理，吉普石油公司，鹽酸作為除垢劑3、1932，酸化新時代：普爾石油公司與道化學公司的磋商,HCl正式用于油氣井處理，酸化形成正常應用的技術－－酸化作業(yè)公司的形成5、1933，Wilson與印第安那標準石油公司申請HF處理砂巖工藝專利6、1940Dowell公司，土酸的首次工業(yè)性應用7、20世紀70、80年代，酸化理論深入研究，實驗手段加強（1976年，F(xiàn)ogler，旋轉(zhuǎn)圓盤裝置）8、至今，全面工業(yè)化應用,酸液種類及用途,2.酸化原理,酸液類型,碳酸鹽巖油氣層的酸化主要用鹽酸，有時也用甲酸、醋酸、多組分酸和氨基磺酸等酸液。為了延緩酸的反應速度，也采用油酸乳化液、稠化鹽酸液、泡沫鹽酸液等。砂巖油氣層的酸化主要用土酸。,酸液類型,2.酸化原理,鹽酸處理的主要優(yōu)點：①屬于強酸，與許多金屬、金屬氧化物、鹽類和堿類都能發(fā)生化學反應；②由于鹽酸對碳酸鹽巖的溶蝕力強，反應生成的氯化鈣、氯化鎂鹽類能全部溶解于殘酸水，不會產(chǎn)生化學沉淀；③反應生成的CO2部分溶于殘酸，部分呈小氣泡狀態(tài)分布于殘酸中，對酸化效果影響較小；④酸壓時對裂縫壁面的不均勻溶蝕程度高，裂縫導流能力大；⑤成本較低。,酸液類型,2.酸化原理,鹽酸,工業(yè)鹽酸標準,高濃度鹽酸處理的優(yōu)點：①酸巖反應速度相對變慢，有效作用范圍增大；②單位體積鹽酸可產(chǎn)生較多的CO2，利于廢酸的排出；③單位體積鹽酸可產(chǎn)生較多氯化鈣、氯化鎂，提高了廢酸的粘度，控制了酸巖反應速度，并有利于懸浮、攜帶固體顆粒從地層中排出；④受到地層水稀釋的影響較小。,酸液類型,2.酸化原理,鹽酸,鹽酸處理的主要缺點：①與石灰?guī)r反應速度快，特別是高溫深井，由于地層溫度高，鹽酸與地層作用太快，因而處理不到地層深部；②鹽酸會使金屬坑蝕成許多麻點斑痕，腐蝕嚴重。③對H2S含量較高的井，鹽酸處理易引起鋼材的氫脆斷裂。,酸液類型,2.酸化原理,鹽酸,甲酸和乙酸都是有機弱酸，反應速度比同濃度的鹽酸要慢幾倍到十幾倍。甲酸或乙酸與碳酸鹽作用生成的鹽類，在水中的溶解度較小。一般甲酸液的濃度不超過10％；乙酸液的濃度不超過15％。甲酸比乙酸的溶蝕能力強，售價便宜。適用于鹽酸液的緩速和緩蝕問題無法解決的高溫深井碳酸鹽巖層,酸液類型,2.酸化原理,甲酸和乙酸,甲酸又名蟻酸(HCOOH)，是無色透明的液體，熔點8.4℃，有刺激性氣味。易溶于水，水溶液呈弱酸性。我國的工業(yè)甲酸濃度為90％以上。乙酸又名醋酸(CH3COOH)，我國工業(yè)乙酸的濃度為93％以上，因為乙酸在低溫時會凝成象冰一樣的固態(tài)，故俗稱為冰醋酸。,鹽酸與甲酸、乙酸的溶蝕能力、反應速度比較表,酸液類型,2.酸化原理,甲酸和乙酸,注意：甲酸或乙酸與碳酸鹽作用生成的鹽類，在水中的溶解度較小。所以，酸處理時采用的濃度不能太高，以防生成甲酸或乙酸鈣鹽沉淀堵塞滲流通道。一般甲酸濃度不超過10％，乙酸液的濃度不超過l5％。,多組分酸是一種或幾種有機酸與鹽酸的混合物。多組分酸有緩速作用:酸巖反應速度依據(jù)氫離子濃度而定。多組分酸中的氫離子數(shù)主要由鹽酸的氫離子數(shù)決定。根據(jù)同離子效應，極大地降低了有機酸的電離程度，當鹽酸活性耗完后，有機酸才離解起溶蝕作用。所以，鹽酸在井壁附近起溶蝕作用，有機酸在地層較遠處起溶蝕作用，混合酸液的反應時間近似等于鹽酸和有機酸反應時間之和，因此可以得到較大的有效酸化處理范圍。,酸液類型,2.酸化原理,多組分酸,乳化酸即為油包酸型乳狀液，其外相為原油，或在原油中混合柴油、煤油、汽油等石油餾分，或為柴油、煤油等輕餾分。其內(nèi)相一般為15～31％濃度的鹽酸，或有機酸、土酸等。,酸液類型,2.酸化原理,乳化酸,油酸乳化液的粘度較高，用油酸乳化液壓裂時，能形成較寬的裂縫，減少了裂縫的面容比，有利于延緩酸巖的反應速度。油酸乳化液存在的主要問題是摩阻較大，使施工注入排量受到限制。,乳化酸微粒,稠化酸是指在鹽酸中加入增稠劑，使酸液粘度增加。特點：①降低了氫離子向巖石壁面的傳遞速度，起到了緩速的作用。②高粘度的稠化酸與低粘度的鹽酸溶液相比，酸壓時還具有能壓成寬裂縫、濾失量小、摩阻低、懸浮固體微粒的性能好等特性。③稠化酸在地層溫度條件下，經(jīng)過一定時間，即自動破膠，便于返排。④目前使用的增稠劑在地層溫度較高時，會很快在酸液中降解，從而使稠化酸變稀。,酸液類型,2.酸化原理,稠化酸,泡沫酸是用少量泡沫劑將氣體(一般用氮氣)分散于酸液中所制成。特點：①在酸壓中濾失量低，相對增加了酸液的溶蝕能力；②排液能力大，減了對油氣層的損害；③粘度高，在排液中可攜帶出對導流能力有害的微粒；④有降低粘土不利影響方面的作用。,酸液類型,2.酸化原理,泡沫酸,酸液類型,2.酸化原理,變粘酸,LCA濾失控制酸(變粘酸)，是引進DOWELL的專利產(chǎn)品,TCA溫度控制變粘酸，是一種在地層溫度條件下變粘的酸液體系，在地面條件下與膠凝酸相當，但是在地層高溫(>70℃)條件下具有較高的峰值粘度，具有降濾緩速的作用，是一種理想的深度酸壓工作液體系。,地面交聯(lián)酸是一種在地面采取特殊方法使酸液交聯(lián)的酸液，類似于壓裂液的基液和凍膠的作用方式。地面交聯(lián)酸在不加交聯(lián)劑的情況下與膠凝酸相當，通過交聯(lián)劑的添加可以有效控制酸液的起粘時間、粘度及有效保持具有較高的峰值粘度，具有降濾緩速的作用，是一種理想的深度酸壓酸液體系。,DCA清潔轉(zhuǎn)向酸作為一種變粘度、緩速且自轉(zhuǎn)向深度酸壓工作液體系，在長井段酸化時具有優(yōu)勢。,酸液類型,2.酸化原理,清潔轉(zhuǎn)向酸,土酸:10％～15％濃度鹽酸和3％～8％濃度的氫氟酸與添加劑所組成的混合酸液。土酸中的氫氟酸是一種強酸，對砂巖中的一切成分(石英、粘土、碳酸鹽等)都有溶蝕能力，但不能單獨用氫氟酸，由于氫氟酸與碳酸鈣和鈣長石(硅酸鈣鋁)等反應生成氟化鈣沉淀，與地層水接觸生成氟硅酸鈉和氟硅酸鉀堵塞地層。因此要與鹽酸混合配制成土酸使用。,酸液類型,2.酸化原理,土酸,添加劑：酸化時要在酸液中加入某些物質(zhì)，以改善酸液性能和防止酸液在油氣層中產(chǎn)生有害影響。常用添加劑種類：緩蝕劑、表面活性劑、穩(wěn)定劑、緩速劑，有時還加入增粘劑、減阻劑、暫時堵塞劑及破乳劑等。,2.酸化原理,添加劑類型,緩蝕劑主要作用在于減緩局部的電池的腐蝕作用。其機理有三方面：①抑制陰極腐蝕；②抑制陽極腐蝕；③于金屬表面形成一層保護膜。國內(nèi)外使用的鹽酸緩蝕劑分為兩大類：無機緩蝕劑，如含砷化合物(亞砷酸鈉、三氯化砷等)；有機緩蝕劑，如胺類(苯胺、松香胺)，醛類(甲醛)、喹啉衍生物、烷基吡啶、炔醇類化合物等。,2.酸化原理,添加劑類型,緩蝕劑,酸液與金屬設備及井下管柱接觸，溶解鐵垢和腐蝕鐵金屬，使酸液含鐵量增多。油層本身含有二價鐵和三價鐵的氧化物，酸液進入地層以后，也會生成鐵離子。為防止氫氧化鐵沉淀，避免發(fā)生地層堵塞現(xiàn)象，而加入的某些化學物質(zhì)，稱為穩(wěn)定劑。常用的穩(wěn)定劑有醋酸、檸檬酸，有時用乙二胺四醋酸(EDTA)及氮川三乙酸鈉鹽(NTA)等。,2.酸化原理,添加劑類型,鐵離子穩(wěn)定劑,酸液中加入表面活性劑，可以降低酸液的表面張力，減少注酸和排出殘酸時的毛細管阻力，防止在地層中形成油水乳狀物，便于殘酸的排出。一般較多地采用陰離子型和非離子型表面活性劑。油層酸化時油層內(nèi)有乳化物生成時，可在酸中加入破乳劑，如有機胺鹽類，或季銨鹽類和聚氧乙烯烷基酚類活性劑。,表面活性劑,2.酸化原理,添加劑類型,典型砂巖礦物的化學組成,2.酸化原理,酸巖反應特性,2.酸化原理,酸化作業(yè)的典型化學反應,酸巖反應特性,2.酸化原理,酸巖反應特性,砂巖是由砂粒和粒間膠結(jié)物所組成，砂粒主要是石英和長石，膠結(jié)物主要為硅酸鹽類和碳酸鹽類物質(zhì)。砂巖的油氣儲集空間和滲透通道就是砂粒與砂粒之間未被膠結(jié)物完全充填的孔隙。砂巖油氣層的酸處理：就是通過酸液溶解砂粒之間的膠結(jié)物和部分砂粒，或孔隙中的泥質(zhì)堵塞物，或其它酸溶性堵塞物以恢復、提高井底附近地層的滲透率。,2.酸化原理,砂巖油氣層的土酸處理,酸巖反應特性,①氫氟酸與硅酸鹽類以及碳酸鹽類反應時，其生成物中有氣態(tài)物質(zhì)和可溶性物質(zhì)，也會生成不溶于殘酸液的沉淀，其反應如下：2HF+CaCO3=CaF2↓+CO2↑+H2O16HF+CaAl2Si3O8=CaF2↓+2AlF3+2SiF4↑+8H2O反應生成的CaF2，當酸液濃度高時，處于溶解狀態(tài)，當酸液濃度降低后，即會沉淀。酸液中包含有HCl時，依靠HCl維持酸液在較低的pH值，以提高CaF2的溶解度。,砂巖地層土酸處理原理,2.酸化原理,酸巖反應特性,砂巖油氣層的土酸處理,②氫氟酸與石英的反應:6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O反應生成的氟硅酸(H2SiF6)在水中可解離為H+和(SiF6)2-,而后者又能和地層水中的Ca+、Na+、K+、NH4+等離子相結(jié)合。生成的CaSiF6、(NH)2SiF6易溶于水，而Na2SiF6及K2SiF6均為不溶物質(zhì)會堵塞地層。因此在酸處理過程中，應先將地層水頂替走，避免與氫氟酸接觸，處理時一般用鹽酸作為預沖洗液。,,砂巖地層土酸處理原理,2.酸化原理,砂巖油氣層的土酸處理,酸巖反應特性,氫氟酸與碳酸鹽的反應速度最快，其次是硅酸鹽(粘土)，最慢是石英。當氫氟酸進入砂巖油氣層后，大部分氫氟酸首先消耗在與碳酸鹽的反應上，不僅浪費了大量的氫氟酸，并且妨礙了它與泥質(zhì)成分的反應。鹽酸和碳酸鹽的反應速度比氫氟酸與碳酸鹽的反應速度快，土酸中的鹽酸成分可先把碳酸鹽類溶解掉，從而能充分發(fā)揮氫氟酸溶蝕粘土和石英成分的作用。,砂巖地層土酸處理原理,③氫氟酸與砂巖中各種成分的反應速度各不相同。,總結(jié):依靠土酸液中的鹽酸成分溶蝕碳酸鹽類物質(zhì)，并維持酸液較低的pH值，依靠氫氟酸成分溶蝕泥質(zhì)成分和部分石英顆粒，從而達到清除井壁的泥餅及地層中的粘土堵塞，恢復和增加近井地帶的滲透率的目的。,2.酸化原理,砂巖油氣層的土酸處理,酸巖反應特性,為了進一步防止CaF2等不溶物的沉淀和充分發(fā)揮HF對泥質(zhì)成分的溶蝕作用，在土酸處理前應預先進行鹽酸處理，預處理的作用有：①鹽酸先溶蝕掉大部分碳酸鹽物質(zhì)，減少氫氟酸的消耗，減少CaF2的沉淀，充分發(fā)揮氫氟酸對泥質(zhì)和石英等成分的溶蝕作用；②鹽酸頂替地層水，避免氫氟酸與地層水接觸，防止生成氟硅酸鉀和氟硅酸鈉沉淀。,鹽酸預處理的作用,2.酸化原理,砂巖油氣層的土酸處理,酸巖反應特性,HCl-HF與巖石的反應,SiO2+4HF?SiF4+2H2OSiF4+2HF?H2SiF6粘土礦物+HF?SiF4+氟鋁化物如鉀長石(KAlSi3O8)與HF的反應：KAlSi3O8+(n+3m)HF+(16-n-3m)H+?K++AlFn(3-n)+3SiFm(4-m)+8H2O(0≤n≤6;4≤m≤6）,氫氟酸對硅質(zhì)成分具有強的溶解能力，對砂巖常常采用HCl-HF體系：,氫氟酸與砂巖的一次反應：,2.酸化原理,砂巖油氣層的土酸處理,酸巖反應特性,氫氟酸與砂巖的二次反應：,氫氟酸與砂巖的二次反應主要是指一次反應中生成的氟硅酸與粘土礦物的反應。與鉀長石的二次反應：SiF62-+6KAlSi3O8+18H++10H2O?6K++6AlF2++18H2SiO3+H4SiO4（硅膠沉淀）與伊利石的二次反應：SiF62-+KAl3Si3O10(OH)2+6H++4H2O?K++3AlF2++4H4SiO4（硅膠沉淀）,HCl-HF與巖石的反應,2.酸化原理,砂巖油氣層的土酸處理,酸巖反應特性,氫氟酸與砂巖的三次反應：,氫氟酸與砂巖的三次反應過程為F/Al降低的過程，直到土酸中活性HCl消耗完畢。AlF2++KAlSi3O8+4H++4H2O?K++2AlF2++3H4SiO4（硅膠沉淀）砂巖土酸酸化的幾點認識：（1）19FNMR譜證明AlFn(3-n)在溶液中存在局部平衡，n=0~6，即Al3+，AlF2+，…，AlF63-保持一定比例。（2）二次、三次反應產(chǎn)物容易沉淀，對儲層產(chǎn)生新的傷害。（3）氫氟酸與砂巖的化學反應很復雜，難于模擬。,,2.酸化原理,HCl-HF與巖石的反應,砂巖油氣層的土酸處理,酸巖反應特性,2.酸化原理,對石灰?guī)r：2HCl+CaCO3→CaCl2+H2O+CO2↑對白云巖：4HCl+MgCa(CO3)2→CaCl2+MgCl2+2H2O+2CO2↑,碳酸鹽巖儲層的鹽酸處理,碳酸鹽巖地層的主要礦物成分是方解石和白云石。,酸的有效作用時間：從新鮮鹽酸變成溶解能力很小的殘酸所經(jīng)歷的時間。酸的有效作用距離：酸濃度下降到很低而變成殘酸時,酸徑向穿透地層的深度。當注酸排量一定時,酸的有效作用距離就是酸液在酸的有效作用時間內(nèi)所走過的距離。酸的有效作用距離=酸液在地層中的平均流速?酸的有效作用時間,酸巖反應特性,酸沿地層徑向流動時的酸濃度下降情況示意圖,2.酸化原理,酸巖反應特性,巖石溶蝕量或酸接觸時間效應的示意圖,2.酸化原理,酸巖反應特性,3.酸化分類,按作業(yè)工藝分：酸洗(acidwashing)基質(zhì)酸化(matrixacidizing)酸壓(acidfracturing),按酸液類型分：普通酸酸化--常規(guī)鹽酸、土酸酸化緩速酸酸化,普通酸壓、前置液酸壓、交替注入酸壓、閉合酸壓、平衡酸壓等,混合酸酸化、泡沫酸酸化、乳化酸酸化、膠凝酸酸化、降阻酸酸化、指進酸酸化、延遲酸酸化等,3.酸化分類,酸化工藝的特點及適用情況對照表,酸洗----,清洗：井筒射孔眼,方式：正洗反洗,3.酸化分類,酸洗：清除井筒中的酸溶性結(jié)垢物，或疏通射孔孔眼的工藝。兩種方式：將酸液注入預定井段，讓其靜置反應，在無外力攪拌的情況下溶蝕結(jié)垢物或射孔孔眼中的堵塞物酸液通過正反循環(huán)，使酸液沿井筒、射孔孔眼或地層壁面流動反應，借助沖刷作用溶蝕結(jié)垢物或堵塞物。特點：酸液局限于井筒和孔眼附近，一般不進入地層或很少進入，地面不用加壓或加壓很小。不能改善地層滲流條件。,3.酸化分類,定義：低于地層破裂壓力下注酸，使酸液盡可能沿徑向流動，溶解巖石或外來固相顆粒，增加近井地帶的滲透率。增產(chǎn)原理：酸液與巖石發(fā)生化學反應，部分溶解巖石、礦物，生成可溶性的鹽和氣體，增大孔隙體積溶蝕孔壁或縫壁，增大孔隙體積，擴大裂縫寬度，改善流體滲流條件酸液溶蝕孔道或裂縫中的堵塞物，或破壞堵塞物的結(jié)構使之解體，然后隨殘酸液一起排出地層，起到疏通流道的作用，恢復地層原始滲透能力,3.1、基質(zhì)酸化及其增產(chǎn)原理,3.酸化分類,基質(zhì)酸化----,,酸化：地層,方式：油管注液套管注液環(huán)空注液,3.酸化分類,Muskat理論計算公式：,其中：Jo---無污染地層的產(chǎn)能Js----酸化處理后的產(chǎn)能Fk---污染地層和原始滲透率的比值，F(xiàn)k=ks/kok----地層原始滲透率，10-3?m2ks---污染帶等效滲透率，10-3?m2re---泄油半徑，mrs---污染帶半徑，m,封閉油藏污染井示意圖,污染程度、污染半徑對增產(chǎn)倍比的影響,污染地層：在污染半徑一定時，污染程度由輕到重，在酸化解除污染后，所獲得的增產(chǎn)倍比值也在逐漸增大。這說明基質(zhì)酸化對存在污染的井是極有效的。無污染地層：進行基質(zhì)酸化處理，效果甚微。地層沒有受到污染堵塞，一般不進行基質(zhì)酸化處理。,3.2、酸壓及其增產(chǎn)原理,定義：在高于地層破裂壓力下，將酸或酸的前置液擠入地層，形成裂縫并與裂縫壁面反應，非均勻刻蝕巖石形成凹凸不平或溝槽狀刻蝕縫。增產(chǎn)原理：酸溶蝕壓開的人工裂縫，形成大大高于地層原始滲透率的酸蝕裂縫，提高油氣滲流能力。酸蝕裂縫溝通高滲透裂縫帶，擴大泄流面積。酸液進入裂縫壁面孔隙或裂隙與巖石發(fā)生反應，溶蝕孔壁或微縫壁，改善流體向裂縫滲流條件。酸液溶蝕孔道或裂縫中的堵塞物，或破壞堵塞物的結(jié)構使之解體，疏通流道，恢復地層原始滲透能力。,3.酸化分類,,壓裂酸化----,酸化：地層,方式：油管注液套管注液環(huán)空注液,壓開裂縫張開裂縫酸刻蝕裂縫高導流能力裂縫,3.酸化分類,酸壓形成人工大裂縫,增產(chǎn)是酸壓主要目的解堵是酸壓的必然結(jié)果,注意：,酸壓原則上只適合于碳酸鹽巖儲層,3.酸化分類,砂巖儲層的膠結(jié)疏松，酸壓可能由于大量溶蝕，致使巖石松散，引起油井過早出砂；酸壓可能壓破地層邊界以及水、氣層邊界，造成地層能量虧空和過早見水、見氣；由于酸沿縫壁均勻溶蝕巖石，不能形成溝槽，酸壓后裂縫大部閉合，形成的裂縫導流能力低，且由于用土酸酸壓可能產(chǎn)生大量沉淀物堵塞流道。,砂巖儲層酸化通常不進行酸壓的原因,酸化與壓裂的區(qū)別,1、完全不同的兩種工藝（傳統(tǒng)增產(chǎn)措施）2、使用的液體不同3、形成高滲透裂縫的原理不同4、對地層的適應性不同（酸壓只用于碳酸鹽巖儲層）5、增產(chǎn)原理相似6、使用的施工工藝相似7、使用的設備相似,提綱,一、酸化技術概述,二、砂巖酸化技術,三、碳酸鹽巖酸化技術,四、酸化實驗研究評價技術,,二、砂巖酸化技術,酸化可以消除的傷害,1、酸化解除傷害的類型,1)酸化有高表皮系數(shù)的井，但是不存在傷害2)對沒有充分射孔的地層進行酸化3)使用錯誤的酸液類型去酸化4)使用不合適的酸用量或濃度5)不合理的施工步驟和組成6)使用不潔凈的水去配液7)沒有去清理酸罐和水罐8)添加劑過期和誤用9)地層被壓開10)返排前的關井時間過長，或排液速度太慢,2、砂巖酸化的注意事項,砂巖酸化時酸液應用指南,條件酸液,HCl溶解度>20%僅用HCl高滲透(100md以上)高石英(80%),低粘土(20%)13.5%HCl+1.5%HF(1)高粘土(>20%)6.5%HCl+1%HF(2)高鐵綠泥石粘土3%HCl+0.5%HF低滲透(10md或更低)低粘土6%HCl+1.5%HF(3)高綠泥石3%HCl+0.5%HF(4),注:(1)用15%HCL預沖洗(2)用螯合的15%HCl預沖洗(3)用7.5%HCl或10%醋酸預沖洗(4)5%醋酸預沖洗,,3、砂巖酸化液體配方策略,常規(guī)砂巖酸化用酸指南,3、砂巖酸化液體配方策略,基本施工推薦的液體用量(m3/m),前置液至少為HCl-HF用量的50-100%如果HCl的地層溶解率小于5%，前置液只需要HCl-HF用量的50%。如果HCl的溶解率在5-10%之間，前置液用量應當是HCl-HF用量的100%。在HCl溶解率大于10%的地層，前置液用量為HCl-HF用量的150%。在弱膠結(jié)地層，低滲透率地層和高粘土含量地層要使用較少的酸液用量。在低滲和高粘土含量地層采用過量的HF將因不溶性顆粒沉淀的嚴重堵塞。地層滲透率小于10mD的地層酸化必須小心。,4、砂巖酸化的液量策略,封隔器系統(tǒng)化學布酸技術堵球連續(xù)油管,5、砂巖酸化的布酸技術策略,典型砂巖酸化注液工序,洗井注前置液注處理液注后置液注頂替液,6、砂巖酸化的注液程序,各種工作液的作用,前置液：(1)頂替井筒中的原有積液到油套環(huán)空或排出地面；(2)頂替走近井帶的地層水，避免Na2SiF6、H2SiF6沉淀；(3)優(yōu)先溶解碳酸鹽類，減輕CaF2沉淀，并保持低pH值；同時，避免浪費較昂貴的HF等處理液；(4)降低井溫及地層溫度，避免添加劑高溫失效及降低酸巖反應速度。處理液：注入儲層的主體酸液，溶解地層礦物及膠結(jié)物、堵塞物等，改善地層滲透性后置液：??隔離處理液和頂替液；??加入添加劑可幫助處理液的返排，恢復地層固相及沉淀性酸反應生成物的親水性，提高原油的相對滲透率，防止乳化。頂替液：將井筒中早先注入液頂入地層。,6、砂巖酸化的注液程序,原理:利用酸液溶解砂巖孔隙及喉道中膠結(jié)物和堵塞物,改善儲層滲流條件,提高油氣產(chǎn)能關鍵技術:針對儲層物性及礦物特性選擇酸液體系酸化工藝參數(shù)優(yōu)選施工質(zhì)量保證,7、砂巖儲層酸化工藝,7.1、常規(guī)酸化工藝,1.洗井:用1－2m3HCl正替入油管后用清水正洗井目的：清除管壁臟物及鐵銹2.注前置液：鹽酸作預處理目的：?溶解碳酸鹽巖類礦物，防止CaF2??頂走地層水，防止Na2SiF6?、K2SiF6?清洗近井帶油垢?保持較低的pH值3.土酸液：HCl+HF作用：HCL溶解碳酸鹽類膠結(jié)物，并保持pH值，HF溶解石英長石及粘土礦物目的：溝通并擴大孔道，提高地層滲透性4.注后置液：油井柴油等或HCl,氣井用酸或氣(N2,天然氣)目的：恢復地層固相及沉淀性酸反應物的親水性，防止乳化生成5.注頂替液:活性水或NH4Cl溶液,常用工序,7、砂巖儲層酸化工藝,7.1、常規(guī)酸化工藝,原理:在酸液中加入暫堵劑,注酸時暫時堵塞高滲層,酸化低滲層,實現(xiàn)在多層油藏或大厚層油藏中沿縱向的均勻布酸,均勻解堵改善縱向出油剖面或吸水剖面。,7、砂巖儲層酸化工藝,7.2、暫堵酸化工藝,關鍵技術：據(jù)井層條件選擇酸液體系據(jù)井層條件選擇暫堵劑類型據(jù)儲層物性及孔喉大小選擇暫堵劑粒徑分布暫堵劑注入工藝。暫堵酸化工藝參數(shù)的優(yōu)化。,7.3、深部酸化技術,原理:由于酸在砂巖多孔介質(zhì)中的反應速度太快,酸化解堵半徑小,采用在地下生成鹽酸和HF技術，實現(xiàn)深部酸化目的。技術包括：?氟硼酸(粘土酸)酸化工藝技術；?地下自生土酸技術;?緩沖調(diào)節(jié)土酸技術;?多元酸酸化技術等。,7、砂巖儲層酸化工藝,氟硼酸酸化工藝技術,氟硼酸是一種單級化學處理法，即Single-stagechemicaltreatment又稱粘土酸法（clayacid）。粘土酸主要以氟硼酸為主體，其中加入添加劑構成。砂巖地層HBF4處理屬于深部酸化工藝，用土酸處理砂巖地層，要增加處理深度Le就要增大酸量，但由于HF與地層粘土等膠結(jié)物反應快，過量的HF將破壞地層骨架的結(jié)構，使井筒附近巖石強度受到損害，因此土酸酸化不能獲得較深的穿透。此外，土酸處理井往往初期增產(chǎn)而后期遞減迅速，因此受到限制。用HBF4處理可以克服酸化初期增產(chǎn)后期遞減快的普遍性問題。國內(nèi)外現(xiàn)場使用表明是一種較為有效的方法，當HBF4進入地層時能緩慢水解生成HF，因而在酸耗盡前可深入地層內(nèi)部較大范圍。此外還可以使任何不溶解的粘土微粒產(chǎn)生化學熔化，熔化后的微粒在原地膠結(jié)，使得處理后流量加大而引起的微粒移動受到限制，室內(nèi)試驗還表明：通過不相溶流體的接觸，用HBF4處理過的粘土敏感性下降，不易膨脹或分散。,7.3、深部酸化技術,7、砂巖儲層酸化工藝,7.3、深部酸化技術,7、砂巖儲層酸化工藝,HBF4的水解反應:HBF4在水溶液中發(fā)生水解反應，且是多級電離HBF4+H2O←→HBF3ＯH+HF(慢)氟硼酸羥基氟硼酸HBF3OH+H2O←→HBF2(OH)2+HF(快)HBF2(OH)2＋H2O←→HBF(OH)3+HF(快)HBF(OH)3+H2O←→H3BO3+HF(快)由于它的一級水解很慢，故為整個水解反應的控制步驟，它限制了酸液中HF生成速度，而因為HBF4在水溶液中任何時候都產(chǎn)生有限的HF，所以延長了反應時間，增加了HF的有效穿透距離。,技術優(yōu)勢,氟硼酸酸化工藝技術,HBF4對巖心抗壓強度的影響,常規(guī)土酸處理砂巖會嚴重降低巖石的抗壓強度，主要原因是酸液在進入巖芯時消耗太快破壞了水泥膠結(jié)。而粘土酸由于反應緩慢對巖石的完整性影響甚微。,技術優(yōu)勢,7.3、深部酸化技術,7、砂巖儲層酸化工藝,氟硼酸酸化工藝技術,美國道化學公司道威爾分公司（DowelldivisionofDowchemical）HBF4酸化處理的典型設計方案如下：（1）先用過濾淡水配制的3%NH4Cl確定注入速度。（2）注15%HCl，用量為每英尺地層50-100加侖左右，目的是在土酸處理之前予先溶解碳酸鈣。（3）每英尺地層注100-150加侖土酸，其配比為7份50%HCl加1份50%HF，用以清除井壁周圍的粘土損害。（4）用3%氯化銨溶液或柴油等頂替。（5）用粘土酸過分沖洗，以便溶解地層深部的粘土并使其穩(wěn)定。一般注入量為每英尺地層100-150加侖，酸化半徑可達3—5英尺。（6）用3%NH4Cl作隔離液以免粘土酸與土酸混合。（7）最后按規(guī)定時間關井以使酸液充分消耗并使地層粘土穩(wěn)定。,7.3、深部酸化技術,7、砂巖儲層酸化工藝,常用工序,氟硼酸酸化工藝技術,提綱,一、酸化技術概述,二、砂巖酸化技術,三、碳酸鹽巖酸化技術,四、酸化實驗研究評價技術,,三、碳酸鹽巖酸化技術,1、碳酸鹽巖酸化工藝技術,1.1、常規(guī)酸基質(zhì)酸化工藝技術,原理:利用酸液溶解地層巖石孔隙及裂縫中堵塞物,擴大油氣滲流通道.技術關鍵:蚓孔生長發(fā)育規(guī)律研究最佳注酸速度研究最佳注酸強度研究關井時間及返排速度研究孔隙型,裂縫型及復合型地層基質(zhì)酸化工藝技術研究.工作液：15％－20％鹽酸＋酸液添加劑工藝：簡單，連續(xù)注入酸液,1.2、普通酸壓工藝技術,1、碳酸鹽巖酸化工藝技術,原理:用酸液壓開并刻蝕裂縫,獲得高導流能力的人工裂縫,改善油氣滲流條件.關鍵技術:酸液濾失機理酸液有效作用距離研究酸蝕裂縫導流能力研究普通酸壓優(yōu)化設計方法,1、碳酸鹽巖酸化工藝技術,1.3、前置液酸壓工藝技術,原理:先用高粘前置液壓開儲層或延伸儲層原有裂縫，后注入酸液，改善儲層的導流能力，使油氣井增產(chǎn)。前置液作用?壓裂造縫?降溫?降濾降低反應速度，提高酸液效率，延長酸液有效作用距離技術關鍵:酸液濾失機理酸液有效作用距離研究酸蝕裂縫導流能力研究前置液酸壓優(yōu)化設計方法酸液和壓裂液的選擇:配伍,粘度比,破膠返排指進現(xiàn)象的產(chǎn)生和模擬--界面過渡帶處理,1、碳酸鹽巖酸化工藝技術,工作液：酸液：15％－28％鹽酸＋酸液添加劑，用量可由地層情況優(yōu)化得到，一般為刻蝕裂縫體積的2－3倍。前置液：羥丙基瓜膠，改性田箐，魔芋膠等。用量為整個注入量的1/3--1/2.工藝：前置液-->酸液(普通鹽酸，降阻酸，膠凝酸，泡沫酸，變粘酸等),1.3、前置液酸壓工藝技術,LG100井膠凝酸酸壓施工曲線,1、碳酸鹽巖酸化工藝技術,1.3、前置液酸壓工藝技術,前置液酸壓中的濾失情況,酸液指進示意圖,1.4、多級注入前置液酸壓工藝技術,1、碳酸鹽巖酸化工藝技術,原理:用不同流體粘度和反應特性差異,在交替注入過程中獲得非均勻刻蝕裂縫,降低酸液濾失,從而獲得較長的酸液有效作用距離和較高的酸蝕縫導流能力關鍵技術:酸液和壓裂液的選擇:配伍,粘度比,破膠返排蚓孔生長發(fā)育規(guī)律的研究--濾失控制機理指進現(xiàn)象的產(chǎn)生和模擬--界面過渡帶處理各級注入量的優(yōu)化組合,LG38井多級注入膠凝酸酸壓施工曲線,前置液酸壓,多級注入酸壓,1.4、多級注入前置液酸壓工藝技術,1、碳酸鹽巖酸化工藝技術,酸液在壓裂液中的指進、反指進現(xiàn)象,1、碳酸鹽巖酸化工藝技術,交替注入前置液酸壓中的濾失情況,1、碳酸鹽巖酸化工藝技術,1.5、降濾酸壓工藝技術,1、碳酸鹽巖酸化工藝技術,原理:在酸壓過程中隨酸液注入降濾劑或改變酸液濾失性,達到降低濾失,提高酸液效率的作用.關鍵技術:降濾劑的選擇及加入方法和加入量的確定泡沫降濾時,起泡劑和泡沫穩(wěn)定劑的選擇乳化降濾時,乳化劑和破乳劑的選擇相應的降濾工藝設計方法及優(yōu)化設計,1.6、延遲酸壓工藝技術,1、碳酸鹽巖酸化工藝技術,原理:針對高溫(120度以上)深井儲層或微裂縫酸化酸巖反應速度特快,很難達到深度酸化目的,使用延遲酸,讓其在地層某一溫度下才逐漸釋放酸液,實現(xiàn)在地層深部產(chǎn)生溶解反應,從而達到深度酸化目的,增大酸液有效作用距離.適用條件：深部酸化，可配合常規(guī)酸和膠凝酸聯(lián)合使用，用延遲酸解決深部酸化問題，用常規(guī)酸和膠凝酸解決淺部酸化，提高近井地帶裂縫導流能力。關鍵技術:據(jù)不同地層要求確定延遲劑類型及起始酸釋放溫度延遲酸液配方確定延遲酸化工藝技術參數(shù)優(yōu)化設計延遲酸化工藝與其他工藝技術的配合運用,1.7、閉合酸壓工藝技術,1、碳酸鹽巖酸化工藝技術,原理:酸壓形成一定長度的酸蝕裂縫后,降低注入壓力,使井底裂縫壓力低于閉合壓力下注酸,以提高近井帶裂縫導流能力.,適用范圍：均質(zhì)碳酸鹽巖地層對軟地層(如白堊Chalk地層)--酸蝕裂縫導流能力低,1.7、閉合酸壓工藝技術,1、碳酸鹽巖酸化工藝技術,關鍵技術:酸壓過程中閉合時間的確定閉合酸蝕裂縫長度的確定閉合酸化時泵壓及排量關系確定閉合段酸液類型及酸液配方確定,難以形成非均勻刻蝕被刻蝕的裂縫表面被酸軟化，凸起部分不能支撐裂縫地層巖石本身強度不夠,1.7、閉合酸壓工藝技術,1、碳酸鹽巖酸化工藝技術,閉合應力與導流能力關系曲線,1.8、平衡酸壓工藝技術,1、碳酸鹽巖酸化工藝技術,原理:先對處理層壓裂達到所需的幾何尺寸，然后注酸保持與裂縫壁面的漏失平衡，現(xiàn)場施工要將壓力控制在裂縫延伸壓力下，閉合壓力之上。目的在于加大近井帶溶蝕量，提高導流能力；防止裂縫閉合失去導流能力，防止裂縫穿層。關鍵技術：酸壓過程中濾失量的確定平衡酸壓時泵壓及排量關系確定平衡時酸液類型及酸液配方確定適用范圍：致密儲層，有氣頂、底水地層及低溫白云巖,1.9、復合酸壓工藝技術,1、碳酸鹽巖酸化工藝技術,通過酸壓與水力壓裂的結(jié)合，形成復合酸壓工藝，由于組合方式不同，可以有“先加砂-后酸壓”及“先酸壓-后加砂”。,TZ74井加砂壓裂＋酸壓裂復合改造,,,1、井筒外圍全是油氣儲集體2、底部明顯的是水體,1）、近井溝通型模式,2.1、碳酸鹽巖儲層酸化的基本模式,措施目標,2、碳酸鹽巖酸化工藝選擇策略,①儲層預測與實鉆比較接近；②鉆井命中靶點位置；③油井鉆井過程中有良好的油氣顯示；④測試已經(jīng)有低產(chǎn)油氣流；⑤有效儲層段鉆穿，底部已經(jīng)有出水顯示而就地完鉆。,現(xiàn)場實際情況：,酸化(壓)的目標是解除鉆井過程中的地層污染，降低油層生產(chǎn)壓差，近井地帶還有沒有與井筒有效溝通的油氣儲集體。,1）、近井溝通型模式,2.1、碳酸鹽巖儲層酸化的基本模式,措施目標,2、碳酸鹽巖酸化工藝選擇策略,①對于井外圍確認無水患、需要連通更多的儲集體的井，可以采取中、小規(guī)模的酸壓措施，工藝采用前置液酸壓即可。②已經(jīng)測試建產(chǎn)的井層，以解除表皮污染，降低生產(chǎn)壓差為目標的，可以采用中、小規(guī)模的解堵酸化。③對于底部明顯是水層、上部有有效儲層及外圍有有效儲集體的井層，可以考慮采用打水泥塞回填井底的措施，盡可能的提高酸壓施工井段與水層段的距離。同時必須注意優(yōu)化施工規(guī)模和施工作業(yè)參數(shù)。④特例：井眼鉆遇的深度段內(nèi)，在下部發(fā)現(xiàn)大的充填溶洞時，為了避免充填溶洞對酸液的大吃大喝，應考慮將下部充填溶洞頂以上3－5m至井底的段落打水泥塞回填；對于上部發(fā)育的充填溶洞，需要保留下部井段進行酸壓時，應考慮在酸壓井段之上下尾管完井。,工藝實施措施,1）、近井溝通型模式,2.1、碳酸鹽巖儲層酸化的基本模式,2、碳酸鹽巖酸化工藝選擇策略,2.1、碳酸鹽巖儲層酸化的基本模式,,,1、井筒外圍全是油氣儲集體,2）、遠部改造溝通型模式,措施目標,2、井筒外圍有由裂縫連通的底部(遠部)水體,2、碳酸鹽巖酸化工藝選擇策略,①儲層預測與實鉆差異較大；②鉆井偏離靶點位置太遠；③油井鉆井過程中顯示較差；④近井地帶沒有大的有效儲集體發(fā)育，根據(jù)地震解釋成果預測遠井地帶有有效儲集體發(fā)育。,酸壓的目標需要通過遠距離酸壓溝通才能使油井有效投產(chǎn)。,1）、遠部改造溝通型模式,措施目標,2、碳酸鹽巖酸化工藝選擇策略,2.1、碳酸鹽巖儲層酸化的基本模式,現(xiàn)場實際情況：,這樣的情況下，就必須考慮較遠距離的溝通，以酸蝕作用距離盡可能的連通近井地帶的儲集體，以及通過儲集體間的裂縫通道連通更遠的更多的有效儲集體。施工工藝上可以考慮多級注入酸壓，乳化酸酸壓，變粘酸酸壓等深穿透的酸壓工藝。該模式酸壓具有較大的地質(zhì)風險，包括酸蝕有效距離的長度能否溝通遠部有效儲集體、是否會壓裂溝通底水或遠部水體。對于具有底部水體的井層必須注意優(yōu)化施工規(guī)模和施工作業(yè)參數(shù)。,1）、遠部改造溝通型模式,2、碳酸鹽巖酸化工藝選擇策略,2.1、碳酸鹽巖儲層酸化的基本模式,工藝實施措施,輪古碳酸鹽巖儲層酸壓的最佳用液規(guī)模,在輪古酸壓施工中，較高見效率的用液規(guī)模在400-600m3之間，其中以400-500m3之間的用液規(guī)模是最佳的,3、碳酸鹽巖酸化施工規(guī)模策略,塔里木盆地,輪古碳酸鹽巖儲層酸壓的最佳用酸量,在輪古酸壓施工中，較高見效率的用酸量在150-250m3之間，其中以200m3左右的用酸量是最佳的。,3、碳酸鹽巖酸化施工規(guī)模策略,塔里木盆地,輪古碳酸鹽巖儲層酸壓的酸液-壓裂液使用配比,在輪古酸壓施工中，盡管在單一施工井的工藝設計上，酸液：壓裂液的配比有一定差異，但統(tǒng)計匯總的資料反應出壓裂液液酸壓的施工配比為0.91：1，目前中石化西北分公司塔河油田酸壓施工中酸液與壓裂液的配比也為1：1。,3、碳酸鹽巖酸化施工規(guī)模策略,塔里木盆地,3、碳酸鹽巖酸化施工規(guī)模策略,結(jié)合儲層特征，分析酸后表皮系數(shù)，結(jié)果表明有3井次酸后污染得到了有效解除，恢復了氣井的自然產(chǎn)能，有5井次污染未得到有效解除，影響了酸后效果。污染解除徹底的井次用酸強度介于3.2~4m3/m之間，污染解除不徹底的井次其用酸強度介于2.1~2.5m3/m之間，從統(tǒng)計分析初步斷定龍崗構造的長興、飛仙關組氣藏欲解堵徹底，其用酸強度應大于3m3/m,四川龍崗構造,龍崗構造用液及效果分析,酸液在整個井段的合理置放是酸化成功的關鍵。對不同滲透率和傷害程度的厚層或多油層油藏酸化時，酸液流入高滲層，并產(chǎn)生高注入能力的油層，使酸液不流入酸化段的其它部分。5種主要的轉(zhuǎn)向技術可用來改善碳酸鹽巖酸化時酸液的置放:◎封隔器◎堵塞球◎顆粒轉(zhuǎn)向劑◎泡沫轉(zhuǎn)向◎自轉(zhuǎn)向酸最近，自轉(zhuǎn)向酸的使用在增多。在長井段（如水平井），這些技術中的部分可與連續(xù)油管組合使用（Thomas和Milne1995）。,4、碳酸鹽巖酸化酸液置放策略,控制酸化效果的因素,有效作用距離,裂縫導流能力,酸液濾失,,,,,降濾劑,粘度,,酸巖反應速度,,,,酸濃度,酸類型,巖石類型,酸液流速,,,,溫度,面容比,同離子效應,,,5、影響酸化效果的因素分析,提綱,一、酸化技術概述,二、砂巖酸化技術,三、碳酸鹽巖酸化技術,四、酸化實驗研究評價技術,,四、酸化實驗研究評價技術,酸化是油氣井投產(chǎn)、增產(chǎn)的主要技術措施之一，酸化室內(nèi)試驗是實施酸化工藝的重要技術保障。酸化室內(nèi)試驗研究就是從基礎著手，優(yōu)選酸液體系和酸化工藝，它比直接在現(xiàn)場實施酸化試驗來選擇酸液體系和酸化工藝要全面、準確、省時、低耗（低成本）。因此，針對具體的油氣層，酸化作業(yè)前開展酸化室內(nèi)試驗研究，用具體的儲層巖石、流體來模擬儲層條件下開展酸化試驗，可以較為方便準確地弄清酸巖反應機理，優(yōu)選酸液配方體系和酸化工藝。,1、概述,2、酸化實驗評價技術路線,3、酸化主要實驗項目,01.酸液對巖石的溶蝕性試驗02.酸液的配伍性試驗03.酸液的破乳性試驗04.酸液表面張力測定試驗05.鐵離子穩(wěn)定劑評價試驗06.防膨劑評價試驗07.酸液緩速性能評價試驗08.酸化緩蝕性能評價試驗09.酸渣含量測定試驗10.敏感性評價試驗11.砂巖酸化效果試驗12.酸巖反應動力學試驗13.前置液酸壓酸液指進試驗,4、酸化主要實驗儀器裝備,FYKS-3型高溫覆壓孔滲測定儀,LDY50-180型巖心流動試驗儀,4、酸化主要實驗儀器裝備,酸蝕裂縫導流儀,酸巖反應旋轉(zhuǎn)巖盤儀,4、酸化主要實驗儀器裝備,短巖心流動試驗儀,長巖心流動試驗儀,4、酸化主要實驗儀器裝備,RS600控制應力流變儀,M5500型流變儀,FS-Ⅱ高溫高壓動態(tài)腐蝕儀,4、酸化主要實驗儀器裝備,K100C表面張力測試儀,NP-03型頁巖膨脹儀,微電腦閉口閃電試驗器,立式壓力蒸汽滅菌器,,謝謝！,