酸化施工质量控制要点

一、酸化机理二、酸液及添加剂三、酸化工艺四、酸化设计五、酸化施工过程一、酸化机理酸化是油气井增产或注水井增注的重要措施，在油田生产中发挥了巨大作用，它是利用酸液的化学溶蚀作用及向地层挤酸时的水作用，解除油层堵塞，扩大和连通油层孔缝，恢复和提高油层近井地带的渗透率，从而增加油气井产量和注水井的注入量。常规酸化：当注酸压力小于油气层破裂压力，主要利用酸液的化学溶蚀作用，扩大与酸液接触的岩石的孔、缝、洞。压裂酸化或酸压：如用水力先将地层压开裂缝，然后再注酸或注酸时的压力超过地层的破裂压力都能起到压裂酸化的双重作用。普通酸自生酸复合酸缓速酸泡沫酸乳化酸胶凝酸降阻酸酸液类型1、酸化工艺及酸液类型2、油井产量下降的原因砂岩储层渗透率降低，往往是地层污染、堵塞造成的：钻井、作业过程中泥浆压井液进入地层造成的污染；层内粘土微粒在采油、注水过程中随液流移动对地层孔隙造成的堵塞；由于地层压力、温度变化造成的地层结垢；铁、钙等的化学沉淀造成的堵塞等。一、酸化机理3、砂岩酸岩反应机理砂岩地层由砂粒和粒间胶结物组成，砂粒主要成分是石英、长石，胶结物主要成分是粘土、碳酸盐矿物。成分矿物化学分子式成分矿物化学分子式石英SiO2碳酸盐方解石CaCO3长石正长石Si3AlO8K白云石CaMg(CO3)2钠长石Si3AlO8Na铁白云石Ca(Fe,Mg)(CO3)2斜长石Si2-3Al1-2O8(Na,Ca)菱铁矿FeCO3粘土高岭石Al4(Si4O10)(OH)8云母黑云母(AlSi3O10)K(Mg,Fe)3(OH)2伊利石Si4-xAlxO10(OH)2KxAl2白云母(AlSi3O10)KAl2(OH)2蒙脱石(1/2Ca,Na)0.7(Al,Mg,Fe)4(Si,Al)3O20(OH)4nH2O绿泥石(AlSi3O10)Mg5(Al,Fe)(OH)8硫酸盐石膏CaSO4·2H2O其它盐NaCl硬石膏CaSO4氧化铁FeO,Fe2O3,Fe3O4一、酸化机理盐酸与碳酸盐矿物反应：盐酸与铁质矿物反应方解石白云石菱铁矿砂岩酸化一般采用盐酸与氢氟酸的混合酸(土酸)，或其它能够生成氢氟酸的酸液：盐酸先同碳酸盐矿物、铁质反应，溶解碳酸盐和铁质；然后氢氟酸再与石英、粘土矿物反应，提高地层渗透率。一、酸化机理如果土酸中的盐酸量不够，不能完全溶解地层中的碳酸盐矿物，则氢氟酸将与碳酸盐矿物反应，生成CaF2沉淀，堵塞孔道。氢氟酸与石英、粘土矿物反应：石英钠长石沉淀沉淀沉淀一、酸化机理4、基质酸化增产原理低于地层破裂压力下注酸，使酸液尽可能沿径向流动，溶解岩石或外来固相颗粒，增加近井地带的渗透率。酸液与岩石发生化学反应，部分溶解岩石、矿物，生成可溶性的盐和气体，增大孔隙体积。溶蚀孔壁或缝壁，增大孔隙体积，扩大裂缝宽度，改善流体渗流条件。酸液溶蚀孔道或裂缝中的堵塞物，或破坏堵塞物的结构使之解体，然后随残酸液一起排出地层，起到疏通流道的作用，恢复地层原始渗透能力。一、酸化机理Muskat理论计算公式：sekwswekosrrFrrrrFJJlogloglog其中：Jo---无污染地层的产能Js----酸化处理后的产能Fk---污染地层和原始渗透率的比值，Fk=ks/kok----地层原始渗透率，10-3m2ks---污染带等效渗透率，10-3m2re---泄油半径，mrs---污染带半径，mrers,kskoPdPerw污染程度、污染半径对增产倍比的影响00.20.40.60.81051015202530rs=0.20mrs=0.5mrs=1.0m增产倍比Fkrw=0.12m,re=250m封闭油藏污染井示意图一、酸化机理计算结果表明：污染地层：在污染半径一定时，污染程度由轻到重，在酸化解除污染后，所获得的增产倍比值也在逐渐增大。这说明基质酸化对存在污染的井是极有效的。无污染地层：进行基质酸化处理，效果不大。一、酸化机理5、酸压增产原理酸压是在高于地层破裂压力下，将酸液挤入地层，形成裂缝并与裂缝壁面反应，非均匀刻蚀岩石形成凹凸不平或沟槽状刻蚀缝。酸溶蚀压开的人工裂缝，形成大大高于地层原始渗透率的酸蚀裂缝，提高油气渗流能力。酸蚀裂缝沟通高渗透裂缝带，扩大泄流面积。酸液进入裂缝壁面孔隙或裂隙与岩石发生反应，溶蚀孔壁或微缝壁，改善流体向裂缝渗流条件。酸液溶蚀孔道或裂缝中的堵塞物，或破坏堵塞物的结构使之解体，疏通流道，恢复地层原始渗透能力。一、酸化机理6、影响酸岩反应速度因素酸岩反应是在固液两相（酸液与岩石）间的界面上进行的复相反应。温度的影响：温度升高酸岩反应速度加快。压力的影响：低压下，压力对酸岩反应速度影响很大，压力升高，影响减弱，压力升高到5.0-6.0MPa后，压力影响很小。岩石类型的影响：低温下酸液与石灰岩要比白云岩反应速度快。面容比的影响：面容比越大，酸岩反应越快，常规酸化酸液有效作用距离只有几十厘米，酸压活性酸深入地层的距离可以达到几十米。一、酸化机理酸液类型与酸液浓度的影响：不同类型酸液的离解度相差很大，而酸岩复相反应速度与溶液内部H+浓度呈正比，采用强酸反应速度更快。流速的影响：酸岩反应速度随酸液流速增大而加快，尤其处于紊流状态时更为明显。但反应速度增加的倍比小于酸液流速增加的倍比，酸液来不及完全反应就已流入地层深处，因此，提高注酸排量可以增加活性酸深入地层的距离。同离子效应的影响：溶液中生成物浓度增加将抑制酸液正反应、减缓生成物扩散、增大H+传质阻力，因此，同离子效应减小酸岩反应速度。酸岩反应速度的快慢，决定了酸液有效作用距离的大小，反应速度越快，有效作用距离越短。一、酸化机理二、酸液及添加剂酸处理所用的酸液是由主酸液和适当的添加剂组成。酸化时必须针对施工井层具体情况选择适当的主酸液和添加剂。1、酸液选择原则能与油气层岩石反应并生产易溶的产物；加入化学添加剂后，配制成的酸液化学和物理性质能够满足施工要求。同地层矿物、流体配伍施工安全、方便酸液选择的原则很简单，即酸液必须有效消除伤害（包括二次伤害）且能增加渗透率。酸化沉淀物伤害主要取决于：(1)化学因素：沉淀物在后置液及油层天然流体中的溶解度。(2)结晶因素：沉淀物为非晶质还是晶质。(3)形态因素：关系到可以移动晶粒（从溶液中检出沉淀在孔隙空间）的形式。(4)浓度因素：是否高得足以引起孔隙系统堵塞。(5)油层因素：伤害与渗透率、孔隙大小和空隙形态等岩石特征有关。二、酸液及添加剂条件酸液配方HCl溶解度20%仅使用15%HCl高渗透率地层（100×10-3μm2）高石英（80%）低粘土（5%）12%HCl+3%HF①高长石（20%）13.5%HCl+(1～5)%HF①高粘土（10%）6.5%HCl+1%HF②高铁绿泥石3%HCl+0.5%HF②低渗透率地层（10×10-3μm2）6%HCl+1.5%HF③3%HCl+0.5%HF④低粘土（5%）高铁绿泥石注：①用15%HCl作前置液预处理②用螯合的5%HCl作前置液预处理③用7.5%HCl或10%的醋酸作前置液预处理④用5%醋酸作前置液预处理。Mcleod（1984）根据大量的现场实践提出了砂岩酸化时酸液的选择准则，如表所示。二、酸液及添加剂酸液优点缺点适用条件盐酸溶蚀力强，价廉，货源广反应速度快腐蚀严重广泛用于碳酸岩盐地层酸化和碳酸盐含量高于20%的砂岩地层的一般酸化甲酸，乙酸反应慢，腐蚀性小溶蚀能力弱成本高碳酸岩盐高温油井酸化土酸溶蚀力强反应快，腐蚀严重，残酸易产生污染砂岩地层常规酸化氟硼酸反应慢，处理范围大，增产期长水解反应速度受温度影响较大低渗砂岩地层深部处理常用酸液主要特点和适用条件2、常用酸液体系二、酸液及添加剂酸液优点缺点适用条件地下生成酸腐蚀性很小，反应慢，处理范围大地下生成的酸量有限高温地层酸化泡沫酸缓速效果好，滤失小，对地层污染小成本高低压、低渗、水敏性强的碳酸岩盐油气层酸化稠化酸缓速效果好，滤失小残酸不易排出碳酸岩盐地层酸化胶化酸缓速效果好，滤失小热稳定性差，处理后未破凝胶污染大碳酸岩盐地层乳化酸缓速效果好，滤失小摩阻大，排量有限碳酸岩盐地层多组分酸酸穿距离长成本高——二、酸液及添加剂适用条件：砂岩储集层的解堵酸化施工，恢复和提高近井地带渗流能力。典型配方：8～12％HCI+3～5%HF+2～3％缓蚀剂+2～3％表面活性剂+1～3％铁离子稳定剂+1～3%粘土稳定剂。（1）常规土酸体系名称品质含量铁含量硫酸含量砷含量盐酸指标，%≥31≤0.01≤0.070.00002氢氟酸指标，%≥40≤0.01≤0.02≤2盐酸、氢氟酸工业标准二、酸液及添加剂主要特点：•酸岩反应速度慢，活性穿透距离大，酸处理半径大。•能将粘土及其他微粒融合为惰性粒子，就地胶结，从而稳定粘土，防止微粒运移造成的伤害。•能抑制粘土矿物质的水敏性膨胀。•有利于储集层保护，有效增产期长。适用条件：砂岩油气层的深穿透酸化施工或高温井的酸化施工。（2）氟硼酸缓速体系氟硼酸由硼酸（H3BO3）和氟化铵（NH4F）和盐酸配置而成，酸化过程中，与地层反应，生成氢氟酸，水解速度较慢，对敏感性矿物有较好的抗失稳特性。二、酸液及添加剂将酯与氟化胺在井口混合后以较低的排量泵入地层，酯分解生成有机酸，有机酸再与氟化胺反应生成氢氟酸。理论上，该工艺可将酸注入地层很深的部位进行酸化。使用不同的脂类化合物可以满足不同储集层温度（40～107℃）的要求。（3）自生土酸（4）缓速酸在土酸中加入氯化铝，从而降低酸岩反应速度，但存在氟化铝、氟铝酸盐等伤害性产物过早沉淀的危险，应用于砂岩油层。二、酸液及添加剂（5）有机土酸有机酸甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）为弱离子型，慢反应的有机酸。有机土酸就是用部分分解的弱有机酸代替土酸中的部分盐酸和氢氟酸，延缓酸岩反应速度，适用于高温井，成本高。（6）硝酸采用粉末硝酸与其它添加剂有机结合形成强酸性和强氧化性液体，与地层反应生成可溶性硝酸盐，可有效解除油层堵塞，不产生二次伤害，反应生成的热还可降低原油和沥青质粘度，恢复油层渗透性。二、酸液及添加剂在常规酸液中加入一定数量的增稠剂，可使酸液粘度提高到10～40mPa·s,称为稠化酸。适用条件：碳酸盐岩地层酸压裂施工或天然裂缝发育地层的深穿透处理。主要特点：反应速度慢，作用距离远具有良好的降滤失性能具有一定的粘度，可造缝和携砂摩阻系数小，极大降低施工泵压典型配方：20～28％HCI+2％酸液增稠剂+2～3％缓蚀剂+2～3％表面活性剂+2～3％铁离子稳定剂。（7）稠化酸体系二、酸液及添加剂在常规酸液中均匀混入一种可交联的成胶剂后，再用配伍的交联剂将其交联成冻胶体系，常温下粘度可达100mPa·s以上，在储集层条件下的粘度受冻胶体的流变性控制。利用酸冻胶体系的高粘特性可使用带砂压裂，对地层进行深部处理，以达到降低缝壁应力，改善裂缝导流能力及基质渗透率目的。适用条件：具有较强返排能力的低渗碳酸盐岩的酸压裂，或天然裂缝发育但被伤害地层的深穿透酸化处理。典型配方：20～25％HCl+0.5～1.0％成胶剂+0.01～0.05％交联剂+1～3％缓蚀剂+2～3％表面活性剂+2～3％铁离子稳定剂+1～2％助排剂。（8）冻胶酸体系二、酸液及添加剂在常规酸液中加入一定比例乳化剂（多为一种特殊的表面活性剂）后，按规定的相比例(大多为W:O=7:3)混入原油或成品油，充分搅拌即可形成分散均匀的稳定乳化酸。当乳化酸达到地层一定深度后，油膜破裂，释放出盐酸与地层岩石反应，刻蚀并沟通较深部的孔、缝、洞，提高深部地层渗透率。适用条件：碳酸盐岩油层酸压裂。主要特点：酸岩反应速率低，作用深度大；具有亲油性，清洗、溶解地层中重质原油、石蜡、胶质、沥青质等；残液具有一定粘度，有利于携带和返排出地层中的胶质、沥青质以及酸不溶固体颗粒。典型配方：20％～25％HCI+1％～3％缓蚀剂+2％～3％铁离子稳定剂+1％～3％乳化剂+30％原油或成品油。（9）乳化酸二、酸液及添加剂使用一种或几种特殊的表面活性剂作起泡剂，使酸液与气体（一般多为氮气或二氧化碳气