井下-酸化

8.1酸化增产原理8.2酸液及添加剂8.3酸化作业工序第八讲酸化第八讲酸化酸化是油、气、水井增产的措施之一。其原理是利用酸液能溶解岩层中某种矿物质或地层孔隙、裂缝内堵塞物的特性，达到提高近井地带油层的渗透率，增加油、气井的产量和水井的注入量为目的的工艺措施。8.1酸化增产原理图5-1酸液与砂岩作用形成的孔道图5-2酸压酸蚀裂缝第八讲酸化8.1.1酸化分类1、酸洗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。注酸车作用：清洗井筒、射孔孔眼方式：正洗、反洗2、基质酸化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。注酸车封隔器方式：油管注液环空注液第八讲酸化3、压裂酸化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。注酸车封隔器压开裂缝张开裂缝酸刻蚀裂缝高导流能力裂缝第八讲酸化8.1.2碳酸盐岩地层的盐酸处理碳酸盐地层：储集空间为孔隙、裂缝。矿物成分：方解石(CaCO3)和白云石[CaMg(CO3)2]第八讲酸化1、盐酸与碳酸钙的化学反应（以CaCO3为例说明其反应过程）2HCl+CaCO3==CaCl2+H2O+CO273100111184432043848679193(kg)1m3体积28%浓度的盐酸溶液可溶解438kg碳酸钙，生成486kg氯化钙、79kg水和193kg二氧化碳，而被溶解的碳酸钙，相当于0.162M3体积。由此可见，与1m3体积28%浓度的盐酸反应后的地层能增加0.162M3空间，这是很可观的。2、反应生成物的状态如果反应生成物都沉淀在孔隙里或裂缝里，或者即使不沉淀，但粘度很大，在现有工艺条件下排不出来，那么，即使岩石被溶解掉了，但对于地层渗透性的改善仍是无济于事的。1）氯化钙：假设反应生成物氯化钙全部溶解于水，则此时氯化钙的重量浓度为35%2）CO2193kg的CO2在标准状态下的体积为98m3。设地层温度为75℃，地层压力为20MPa，则1m3残酸液中只能溶解5m3的CO2(标准)，剩下93m3(标准)则仍为气态,在该地层条件下，约为0.59m3，主要呈小气泡分散在残酸水中。48679)(3201140(486%35水重）第八讲酸化当温度为30℃时，氯化钙的溶解度为52%，此值大大超过了35%。因此生成的氯化钙全部溶解在水中不会沉淀3、反应生成物对渗流的影响1）生成物氯化钙：全部溶解于残酸中，其密度和粘度都比水高。这种粘度较高的溶液有利携带固体微粒的能力较强，能把酸处理时从地层中脱落下来的微粒带走，防止堵塞；不利：流动阻力增大，对渗流不利。2）CO2气泡：从相渗和饱和度来作具体分析。3）其他：残酸液一般都具有较高的界面张力，有时残酸液和地层油还会形成乳状液。这种乳状液有时相当稳定，对地层渗流非常不利。油气层中含有Al2O3，Fe2O3，FeS等杂质，在盐酸与碳酸盐反应的同时，也会生成AlCl3,FeCl3。再经过水解反应产生Fe(OH)3，Al(OH)3沉淀，这些胶状物是很难从地层中排出来的，形成了所谓二次沉淀，堵塞地层裂缝，对渗流极为不利。第八讲酸化8.1.3砂岩地层的土酸处理第八讲酸化砂岩组成：砂粒+粒间胶结物砂粒：石英和长石胶结物：硅酸盐类和碳酸盐类。砂岩地层的酸处理，就是通过酸液溶解砂粒之间的胶结物和部分砂粒，或者溶解孔隙中的泥质堵塞物，或其它结垢物以恢复、提高井底附近地层的渗透率。砂岩地层的酸处理多采用土酸进行处理。土酸：由10%～15%浓度的盐酸和3%～8%浓度的氢氟酸与添加剂按不同比例所组成的混合液。土酸中的氢氟酸(HF)是强酸，HF对砂岩中的一切成分(石英、粘土、碳酸盐)都有溶蚀能力，但不能单独用氢氟酸，而要和盐酸混合配制成土酸，其主要原因有下述两个方面：氢氟酸与碳酸钙的反应为：OHCOCaFCaCOHF22223第八讲酸化氢氟酸与硅酸钙铝(钙长石)的反应为：O8H2SiF2AlFCaFSiOCaAl16HF243232对CaF2，当酸浓度高时，处于溶解状态、当酸浓度低时，处于沉降状态。做法：酸液中包含有HCl时，依靠HCl维持酸液较低的pH值，以提高CaF2的溶解度。因此当HF进入砂岩地层后大部分HF首先消耗在与碳酸盐的反应上，不仅浪费了大量价值昂贵的HF，并且妨碍了它与泥质成分的反应。因此土酸中的盐酸成分可先把碳酸盐类溶解掉，从而能充分发挥氢氟酸溶蚀粘土和石英成分的作用。第八讲酸化总之依靠土酸液中的盐酸成分溶蚀碳酸盐类，并维持酸液较低的pH值，依靠氢氟酸恢复和增加近井地带的渗透率,溶蚀石英和泥质成分。氢氟酸与砂岩中各种成分的反应速度：碳酸盐硅酸盐石英但是HCl～碳酸盐HF～碳酸盐第八讲酸化氢氟酸与石英的反应为反应生成的氟硅酸(H2SiF6)在水中可解离为H+和SiF62-，而后者又能和地层水中的Ca++、Na+、NH4+等离子相结合。生成的CaSiF6易溶于水，不会产生沉淀，而Na2SiF6为不溶物质会堵塞地层。O2HSiFHSiO6HF2622做法：在酸处理过程中，应先将地层水顶替走，避免与氢氟酸接触。8.2酸液及添加剂8.2.1常用酸液种类及性能1、盐酸盐酸是一种强酸，它与许多金属、金属氧化物、盐类和碱类都能发生化学反应。由于盐酸对碳酸盐岩的溶蚀力强，反应生成的氯化钙、氯化镁盐类能全部溶解于残酸水，不会产生沉淀；酸压时对裂缝壁面的不均匀溶蚀程度高，裂缝导流能力大，成本较低。缺点: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;盐酸会坑蚀金属成许多麻点斑痕，腐蚀严重;H2S含量较高的井，盐酸处理易引起钢材的脆性断裂。第八讲酸化2、有机酸常用的有机弱酸是甲酸和乙酸，它们在水中只有一小部分离解为氢离子和酸根离子，即离解常数很低。因此，它们的反应速度比同浓度的盐酸要慢几倍到十几倍，有效作用距离长，对金属设备和管线腐蚀弱。缺点:溶蚀力小，与碳酸盐作用生成的盐类，在水中的溶解度较小。因此，酸处理时采用的浓度不能太高，以防生成甲酸或乙酸钙镁盐沉淀堵塞渗流通道。一般甲酸的浓度不超过10%，乙酸液的浓度不超过15%。第八讲酸化第八讲酸化4、乳化酸:一般以油为连续外相，酸为分散相所组成的油包酸型体系。特点：粘度较高，滤失少。当乳化酸进入地层时，被油膜包围的酸液不会立即与岩石结触，因此，乳化酸可增大酸的有效作用距离。另外，由于油膜的存在，使得酸在注入过程中基本不与金属设备和井下管柱直接接触，很好地解决了缓蚀问题。其缺点是摩阻较大，从而排量受到了限制。3、多组分酸多组分酸是一种或几种有机酸与盐酸或氢氟酸的混合物。盐酸或氢氟酸先反应，然后甲酸或乙酸才反应。原理：盐酸或氢氟酸井壁附近，近井地带甲酸或乙酸深井地带，远离井壁可以得到较长的有效距离。5、稠化酸稠化酸是在盐酸中加入增稠剂或胶凝剂，使酸液粘度增加，降低酸至裂缝壁面的传递速度。特点：它具有粘度高、滤失小、穿透距离深、溶蚀性能好、可携带不溶的细小颗粒及残渣。6、泡沫酸泡沫酸是用少量起泡剂将气体分散到酸液中形成一种均匀的细小的气泡分散体系的酸液。特点：密度小(300～800)、粘度大等特点。因此缓速、低滤失、反排能力强、用液量少。适用于重复酸化的老井和液体滤失性大的低压油层处理。第八讲酸化7、其它酸液氨基磺酸：是一种缓速酸，它与碳酸盐岩反应慢，作用时间长，价格便宜，处理效果好废硫酸：腐蚀性小，溶解能力较高，与地层反应速度慢，能有效地处理井附近及远离井的油层地带。它适用于高温灰岩油层和一般灰岩油层的处理。化学缓速酸的特点是缓速而不增高粘度和固体含量。活性酸：其中的活性剂可吸附在岩石表面，通过控制酸与岩石表面的反应以达到缓速的目的。第八讲酸化8.2.2酸液的添加剂酸处理时要在酸液中加入某些化学物质，以改善酸液的性能和防止酸液在地层中产生有害物质，这些化学物质统称为添加剂。第八讲酸化常用添加剂的种类有：缓蚀剂稳定剂表面活性剂粘土稳定剂互溶剂第八讲酸化(1)缓蚀剂缓蚀剂是指那些加到酸液中能大大减少金属腐蚀的化学物质。其缓蚀机理是将缓蚀剂通过物理吸附或化学吸附而吸附在金属表面，从而把金属表面覆盖，避免直接与酸接触，使其腐蚀得到抑制。常用的缓蚀剂包括有机缓蚀剂和无机缓蚀剂。使用结果表明，有机缓蚀剂比无机缓蚀剂效能高。(2)稳定剂为了减少氢氧化铁沉淀，避免发生堵塞地层的现象而加入的某些化学物质，称为稳定剂。稳定剂能与酸液中的离子结合成能溶于水的六乙酸铁络离子，减少产生沉淀的机会。第八讲酸化(3)表面活性剂酸液中加入表面活性剂，其作用主要是降低界面张力，改变地层润湿性，加速返排，防止残渣形成。加入表面活性剂时必须保证它们与缓蚀剂及其它添加剂配伍。根据其作用，主要包括减阻剂、破乳剂、缓速剂、悬浮剂等。(4)粘土稳定剂防止粘土膨胀的添加剂，主要有羟基铝、氯氧化锆、阳离子有机聚合物、聚胺、聚季胺等。(5)互溶剂互溶剂的主要作用是减少亲油性表活剂在地层固相颗粒的吸附，缓解酸化后因相对渗透率的改变或固相稳定乳化作用可能引起的减产。8.3酸化作业工序预置保护膜挤前置液酸挤顶替液关井反应排酸油水分离装置8.3.1施工准备1、施工（1）根据井史资料和目前生产状况，进行油井正确分析，制定合理处置方案（2）根据处理方案，编写施工设计（3）按设计要求进行备料。酸化施工前必须探人工井底（4）洗井管柱下到酸化层以下1～2m，使用清水正洗井1.5～2周，洗井排量不少于30m3/h。分层处理的油井要保证套管完好，层间不串槽。高凝油层应用50-60℃热水洗井（5）酸化管柱下到酸化层顶部或中、上部（6）井口装采油（气）树，其最大耐压值应为预计最高施工压力的1.2～1.5倍。采油（气）树应装油、套压力表第八讲酸化2、井场和容器要求（1）标准化井场，井场达到“三通一平”；（2）备12m3玻璃钢池子两个；（3）配液；（4）车辆与管理。第八讲酸化8.3.2施工步骤1、配置酸液；2、洗井，使用清水洗井正常；3、按施工设计要求，将管柱下至预定位置，装好井口4、连接好地面注酸管线。关总闸对地面管线试压，采油（气）树、酸化管线用清水试压，压力应比预计施工压力高３～５ＭＰａ，稳压3min采油（气）树、管线不刺不漏为合格；5、替酸6、挤酸7、顶替，排量、泵压按设计要求量顶替。8、关井反应，按设计要求时间关井。第八讲酸化8.3.3排酸1、视关井压力或放喷情况装油嘴放喷；2、非自喷井，停喷后应立即采取抽吸、气举、混排等措施迅速排液；3、排出液量不得少于挤入地层液量的1.5倍，或排除残酸浓度小于2%为排液合格；4、排酸开始、中间和末尾各取一个残酸样（不少于500ml），做以下分析：（1）残酸浓度；（2）固体杂质的含量和类型；（3）总的含铁量；（4）形成的沉淀物；（5）存在的各种乳化液。第八讲酸化8.3.4起出酸化管柱，下入生产管柱并录取资料分析总结、投产。8.3.5施工中安全技术要求第八讲酸化应录取井号、井段、厚度、层位、岩性、施工日期、工作液配方、体积、施工方式，管柱结构及下入深度，泵压、排量、施工中出现问题、关井反应时间，排酸时间、方式、排出液量、残酸分析数据以及酸化前后效果对比等。施工人员分工明确，各负其责，协作配合；配酸人员要穿戴防护用品，准备好苏打水；施工完关好总闸门，放压后才能拆卸管线；排出的残酸要妥善处理，严防污染。