采油工程第7章酸化处理.

1第七章酸处理技术主要内容：2.碳酸盐岩地层盐酸处理3.酸化压裂技术4.砂岩油气层的土酸处理1.酸液及添加剂5.酸处理工艺2酸化原理：通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙(裂缝)内堵塞物等的溶解和溶蚀作用，恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性。●酸洗●基质酸化●压裂酸化将少量酸液注入井筒内，清除井筒孔眼中酸溶性颗粒和钻屑及结垢等，并疏通射孔孔眼。在低于岩石破裂压力下将酸注入地层，依靠酸液的溶蚀作用恢复或提高井筒附近较大范围内油层的渗透性。在高于岩石破裂压力下将酸注入地层，在地层内形成裂缝，通过酸液对裂缝壁面物质的不均匀溶蚀形成高导流能力的裂缝。第七章酸处理技术?3第一节酸液及添加剂一、常用酸液种类及性能(一)盐酸高浓度盐酸处理的优点①酸岩反应速度相对变慢，有效作用范围增大；②单位体积盐酸可产生较多的，利于废酸的排出；③单位体积盐酸可产生较多氯化钙、氯化镁，提高了废酸的粘度，控制了酸岩反应速度，并有利于悬浮、携带固体颗粒从地层中排出；④受到地层水稀释的影响较小。4主要缺点：①与石灰岩反应速度快，特别是高温深井，由于地层温度高，盐酸与地层作用太快，因而处理不到地层深部；②盐酸会使金属坑蚀成许多麻点斑痕，腐蚀严重；③含量较高的井，盐酸处理易引起钢材的氢脆断裂。第一节酸液及添加剂一、常用酸液种类及性能(一)盐酸5(二)甲酸和乙酸有机弱酸，反应速度比同浓度的盐酸要慢几倍到十几倍，适用于高温深井。第一节酸液及添加剂(三)多组分酸多组分酸是一种或几种有机酸与盐酸的混合物，主要起缓速作用，可以得到较大的有效酸化处理范围。6(四)乳化酸乳化酸即为油包酸型乳状液，其外相为原油。要求：地面条件下稳定(不易破乳)和地层条件下不稳定(能破乳)。主要作用（或优点）：①粘度较高，能形成较宽的裂缝，减少裂缝的面容比，有利于延缓酸岩的反应速度。②酸滴不会立即与岩石接触，油酸乳状液可把活性酸携带到油气层深部，扩大了酸处理的范围。③酸液并不与井下金属设备直接接触，可很好地解决防腐问题。第一节酸液及添加剂主要缺点摩阻较大，施工注入排量受到限制7(五)稠化酸指在盐酸中加入增稠剂(或称胶凝剂)，使酸液粘度增加。主要作用：①降低氢离子向岩石壁面的传递速度；②由于胶凝剂的网状分子结构，束缚了氢离子的活动，从而起到缓速的作用。主要优点：能压成宽裂缝、滤失量小、摩阻低、悬浮固体微粒的性能好等特性。第一节酸液及添加剂8(六)泡沫酸用少量泡沫剂将气体(一般用氮气)分散于酸液中所制成。主要优点：①由于滤失量低而相对增加了酸液的溶蚀能力；②排液能力大，减少了对油气层的损害；③粘度高，在排液中可携带出对导流能力有害的微粒。(七)土酸泥质含量高，碳酸盐岩含量少，油井泥浆堵塞较为严重而泥饼中碳酸盐含量又较低的油井。适用范围第一节酸液及添加剂HCl与HF混合酸9二、酸液添加剂(一)缓蚀剂主要作用减缓局部的电池的腐蚀作用机理①抑制阴极腐蚀；②抑制阳极腐蚀；③在金属表面形成一层保护膜。第一节酸液及添加剂10(二)表面活性剂主要作用①可以降低酸液的表面张力；②减少注酸和排出残酸时的毛细管阻力；③防止在地层中形成油水乳状物④便于残酸的排出。第一节酸液及添加剂(三)稳定剂主要作用防止氢氧化铁沉淀，避免发生地层堵塞现象11(四)增粘剂和减阻剂主要作用①延缓酸岩反应速度，增大活性酸的有效作用范围②可使稠化酸的摩阻损失低于水的摩阻损失。(五)暂时堵塞剂主要作用堵塞高渗透层段孔道，溶蚀低渗透层段。第一节酸液及添加剂12第二节碳酸盐岩地层的盐酸处理碳酸盐岩地层主要成分：方解石和白云石目的：解除孔隙、裂缝中的堵塞物质，或扩大沟通油气岩层原有的孔隙和裂缝，提高油气层的渗流性一、盐酸与碳酸盐岩的化学反应2HCl+CaCO3→CaCl2+H2O+CO2↑4HCl+MgCa(CO3)2→CaCl2+MgCl2+2H2O+2CO2↑生成物状态：氯化钙、氯化镁全部溶于残酸中。二氧化碳气体大部分呈游离状态的微小气泡，分散在残酸溶液中，有助于残酸溶液从油气层中排出。13高浓度盐酸处理的优点：(1)浓度越高，其溶蚀能力越强，溶解一定体积的碳酸盐岩石所需要的浓酸体积较少，残酸溶液也较少，易于从油、气层中排出。(2)能解决酸化中的腐蚀问题，可获得较好的酸化效果。(3)高浓度盐酸活性耗完时间相对长，酸液渗入油气层的深度也较大，酸化效果好。第二节碳酸盐岩地层的盐酸处理14酸—岩反应系统示意图①酸液中的H+传递到碳酸盐岩表面；②H+在岩面与碳酸盐进行反应；③反应生成物Ca2+、Mg2+和CO2气泡离开岩面。酸岩反应速度：指单位时间内酸浓度降低值或单位时间内岩石单位反应面积的溶蚀量。表面反应表征盐酸溶蚀岩石过程快慢的指标二、影响酸岩反应速度的因素15扩散边界层的浓度分布溶液内部：没有离子浓度差边界层内部：存在离子浓度差由于边界层内存在离子浓度差，反应物和生成物在各自的离子浓度梯度作用下向相反的方向传递。这种由于离子浓度差而产生的离子移动，称为离子的扩散作用。酸液中H+的传递方式：对流和扩散H+的传质速度：H+透过边界层达到岩面的速度。影响反应速度因素：H+传质速度、H+反应速度和生成物离开岩面速度16二、影响酸岩反应速度的因素(一)酸岩复相反应速度表达式根据菲克定律，导出表示酸岩反应速度和扩散边界层内离子浓度梯度的关系式：yCVSDKCtCHn酸岩瞬间的反应速度H+的传质系数面容比酸液浓度梯度面容比：岩石反应表面积与酸液体积之比。17（二）影响酸岩复相反应速度的因素分析1.面容比面容比越大，反应速度也越快。2.酸液的流速酸液流动速度增加，反应速度加快。3.酸液的类型强酸反应速度快，弱酸反应速度慢。4.盐酸的质量分数盐酸质量分数对反应速度的影响左边：盐酸浓度增加，反应速度增加。24％～25％右边：盐酸浓度增加，反应速度反而降低。相同浓度条件下，初始浓度越大，余酸的反应速度越慢，因此浓酸的反应时间长，有效作用范围越大。185.温度温度升高，H+热运动加剧，传质速度加快，酸岩反应速度加快温度对反应速度的影响6.压力压力增加，反应速度减慢压力对反应速度的影响7.其它因素岩石的化学组分、物理化学性质、酸液粘度等提高酸化效果的措施：降低面容比，提高酸液流速，使用稠化盐酸、高浓度盐酸和多组分酸，以及降低井底温度等。（二）影响酸岩复相反应速度的因素分析19第三节酸化压裂技术酸化压裂：用酸液作为压裂液，不加支撑剂的压裂。作用原理：(1)靠水力作用形成裂缝；(2)靠酸液的溶蚀作用把裂缝的壁面溶蚀成凹凸不平的表面，停泵卸压后，裂缝壁面不能完全闭合，具有较高的导流能力，可达到提高地层渗透性的目的。酸压与水力压裂相比：相同点：基本原理和目的相同。不同点：实现其导流性的方式不同。20裂缝有效长度导流能力酸液的滤失特性取决于酸液对地层岩石矿物的溶解量以及不均匀刻蚀的程度酸压效果酸岩反应速度裂缝内的流速控制第三节酸化压裂技术21一、酸液的滤失滤失主要受酸液的粘度控制压裂液的滤失系数CI公式第三节酸化压裂技术22控制酸液的滤失常用的方法和措施第三节酸化压裂技术(1)固相防滤失剂硅粉：添满或桥塞酸蚀孔道和天然裂缝。刺梧桐胶质：在酸中膨胀并形成鼓起的小颗粒，在裂缝壁面形成桥塞，阻止酸蚀孔道的发展，降低滤失面积。大颗粒桥塞大的孔隙；亲油的树脂形成更小的颗粒，变形后堵塞大颗粒的孔隙，从而有效地降低酸液的滤失。粒径大小不等的油溶树脂：23控制酸液的滤失常用的方法和措施第三节酸化压裂技术(2)前置液酸压(1)采用前置液破裂地层形成裂缝，并在裂缝壁面形成滤饼，可以降低活性酸的滤失；(2)冷却井筒和地层，减缓酸液对油管的腐蚀，降低酸岩反应速度，增大酸液有效作用距离。24(3)胶化酸以某些表面活性剂作酸液的稠化剂，能够形成类似于链状结构的胶束稠化酸。(1)受剪切后胶束链能很快重新形成，稳定性好；(2)粘度大，在形成废酸前能有效地防止酸液的滤失。(4)乳化酸和泡沫酸控制酸液的滤失常用的方法和措施第三节酸化压裂技术25二、酸液的损耗影响酸沿碳酸盐岩地层裂缝行进距离的因素：酸液的类型酸液浓度温度及酸浓度与酸穿透距离关系浓度增加，穿透距离增加26二、酸液的损耗影响酸沿碳酸盐岩地层裂缝行进距离的因素：酸液的类型酸液浓度注入速率对酸穿透距离影响注入速率增加，穿透距离增加注入速度27裂缝宽度二、酸液的损耗影响酸沿碳酸盐岩地层裂缝行进距离的因素：酸液的类型酸液浓度注入速度裂缝宽度对酸穿透距离影响裂缝宽度增加，穿透距离增加28裂缝宽度二、酸液的损耗影响酸沿碳酸盐岩地层裂缝行进距离的因素：酸液的类型酸液浓度注入速度地层温度地层矿物成分等温度及酸浓度与酸穿透距离关系温度增加，穿透距离减小29三、酸岩复相反应有效作用距离残酸：当酸浓度降低到一定浓度时，酸液基本上失去溶蚀能力。活性酸的有效作用距离：酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距离。裂缝的有效长度：活性酸的有效作用距离内仍具有相当导流能力的裂缝长度。30(一)酸岩反应的室内试验方法简介静态试验动态试验恒温、恒压、恒面容比；静止反应；定时测量酸浓度和岩石溶蚀量流动模拟试验动力模拟试验模拟酸液在地下流动反应的情况岩心转动而酸液静止，利用相似模拟处理方法三、酸岩复相反应有效作用距离确定H+传质系数DH+31(二)裂缝中酸浓度的分布规律研究方法数学模拟求出裂缝中酸浓度分布的数学规律物理模拟确定H+传质系数DH+1.酸液在裂缝中流动反应的偏微分方程基本假设：①恒温恒压下，酸沿裂缝呈稳定层流状态；②酸液为不可压缩液体；③酸密度均一；④传质系数与浓度无关。22HyxyCDyCuxCu对流扩散偏微分方程：三、酸岩复相反应有效作用距离322.酸浓度分布规律及计算图的应用边界条件0yC0y,xCCy,xC0y2Wy00x裂缝入口端酸浓度为初始浓度C0裂缝壁面处，对盐酸与石灰岩反应来说，表面反应速度与传质速度相比，可视为无限大，故壁面上的酸浓度C=0裂缝中心位置且垂直于壁面的方向上，酸浓度梯度为零酸沿平板流动反应俯视示意图三、酸岩复相反应有效作用距离33有滤失情况下酸液有效作用距离计算图三、酸岩复相反应有效作用距离34图版应用方法：方法一：（已知断面位置x）1）根据物理参数计算皮克利特数NP2）根据给定裂缝中任意断面的位置x，计算相应的无因次距离LD3）利用计算图，两坐标位置的垂线相交，得到x位置的无因次酸浓度值，即可计算任意断面位置x的酸浓度C值。三、酸岩复相反应有效作用距离35图版应用方法：方法二：（已知C/C0）给定的C/C0值。根据皮克利特数NP。利用图版查出相应的无因次距离LD。从而算出酸浓度降至预定的C/C0时，活性酸的有效作用距离x值。三、酸岩复相反应有效作用距离36破裂地层后某一时间时活性酸有效作用距离的步骤：①由滤失系数C计算酸液平均滤失速度V；②计算时间t时的动态裂缝尺寸（长度L及平均缝宽W）；③根据排量Q、油层有效厚度h及缝宽W求裂缝入口端平均流速u0；④根据H+有效传质系数求皮克利特数NP；⑤根据图版查无因次距离数LD；⑥求酸液有效作用距离x。三、酸岩复相反应有效作用距离373.确定有效传质系数的物理模拟原理①物理模型的简化u0u0无滤失情况下酸沿裂缝流动反应示意图假设岩板不滤失对流扩散微分方程22H0yCDxCu三、酸岩复相反应有效作用距离383.确定有效传质系数的物理模拟原理三、酸岩复相反应有效作用距离②简化偏微分方程的解用分离变量法和傅立叶级数，得到x方向任一横断面上的平均酸浓度为：0nS)1n2(2202e)1n2(1C8xC20H2WuxDS令x=L，则0ns)1n2(2202e)1n2(18C)L(CH220H2DWQLhWuLDS裂缝出口酸浓度与入口酸浓度比值394.有效传质系数曲线图有效传质系数与雷诺数关系曲线图注意：各油气田应用本产层的岩心作流动模拟试验，作出有效传质系数与流动雷诺数关系曲线，其它油气田的试验结果只能作为参考。三、酸岩复相反应