酸压及酸化技术发展现状

酸压及酸化技术发展现状汇报提纲一、酸岩反应机理研究现状与发展二、酸压工艺技术现状与发展三、酸压优化设计软件发展现状四、砂岩酸化技术发展概况五、新世纪酸压技术发展展望一、酸岩反应机理研究现状与发展▲经典物理模型：旋转岩盘、空心岩心流动装置、平板裂缝流动装置等。一般采用旋转岩盘测定酸岩反应动力学参数，采用平板裂缝流动装置测定酸岩动态反应速度，并测定氢离子传质系数等。▲经典数学模型：扩散对流偏微分方程。▲现代数学模型：分形几何学为分析工具建立的数学模型。●酸岩反应机理研究现状与发展▲酸岩反应动力学实验研究进展酸岩反应的基本模式：——经典理论灰岩储层：受传质反应控制白云岩储层：两种模式，主要受温度控制T≤65℃，反应主要受表面反应控制T≥93℃，反应主要受传质反应控制●酸岩反应机理研究现状与发展有研究考察温度低至－7.2℃，这对实际储层没有实质意义，仅是理论研究。VanDomelenM.S的研究强调指出，在灰岩储层，液体的滤失速度才是影响酸压改造效果的主要因素。图1酸岩反应温度对有效酸蚀缝长的影响4050607080901001102030405060708090100110有效酸蚀缝长（m）酸岩反应温度（℃）灰岩，15%HCL灰岩，28%HCL白云岩，15%HCL白云岩，28%HCL温度敏感性与反应模式▲酸岩反应动力学实验研究进展灰岩普通酸单纯反应动力学研究已较少，主要结合胶凝酸、乳化酸进行研究。——有机酸反应动力学模型及试验（2003年）研究温度：120－140℃（国内、胶凝酸），121－178℃（国外，乳化酸）试验方法的改进——旋转岩盘——隔板扩散室（adiagramdiffusioncell)●酸岩反应机理研究现状与发展试验介质：淡水、海水、地层水1.酸岩反应动力学研究白云岩酸岩反应及滤失机理●酸岩反应机理研究现状与发展▲酸岩反应动力学实验研究进展新结论新观点：如NavarreteR.C(1998)等人[34]系统进行了灰岩酸岩反应中酸液滤失及导流能力模拟试验研究，比较了普通盐酸和乳化酸的效果，试验表明，乳化酸的缓速能力是普通盐酸的8.5倍，而且乳化酸在高温储层比其它技术更加有效。●酸岩反应机理研究现状与发展“压裂酸化中心”（2000～2003年）先后开展了灰岩、白云岩及复杂岩性储层的高温酸岩反应动力学实验研究，当温度从120℃升到140℃，普通酸的反应速度增加57%；稠化酸的增加了30%；乳化酸的反应速度反应速度增加了40%；这与以往利用120℃以下的数据外推高温储层的反应速度是很不相同的。实验表明，在相同酸浓度下，温度上升，反应速度增加，其中对普通酸的影响更为明显，其次为乳化酸，胶凝酸增加较为缓慢——为什么？粘度与质量●酸岩反应机理研究现状与发展●酸岩反应机理研究现状与发展▲酸岩反应动力学实验研究进展•白云岩酸岩反应研究仍然是世界难题，国内外学者均在进行探索研究——表面反应→系统反应研究。•近年来的研究表明：白云岩比灰岩更易进入表面反应控制区域，对表面反应与传质反应的转换条件的研究获得了一定的认识，即：酸与白云岩的反应动力学控制条件与两个因素有关：温度和转速————粘度特性？▲反应动力学模型发展：Conway（1999）等人使用隔板扩散室和旋转岩盘进行研究，计算扩散系数的方程有进一步改进，发展了一个新的模型来计算传递系数，即用舍伍德数（Sh）来表示传递系数。该文研究的仅是低温下的扩散系数，也未探讨胶凝酸、乳化酸的酸岩反应特性和动力学方程以及粘度对酸岩反应的影响。MartenBuijse（2003）等人首次探讨了有机酸的酸岩反应机制，建立了考虑有机酸酸液体系的酸岩反应模型，这个模型适用于强酸，也适用于弱酸和盐酸的组合酸液体系，弱酸体系以醋酸和甲酸为主。●酸岩反应机理研究现状与发展“压裂酸化中心”（2003）对白云岩胶凝酸反应动力学的研究表明，胶凝酸的反应速度为K×10-6～10－7，而普通酸反应速度为K×10－5，胶凝酸反应速度比普通酸低1～2个数量级，与灰岩储层及以往的国内外的研究结论胶凝酸的反应速度是普通酸的1/3有较大的差异，——胶凝酸的粘度影响是主要原因。●酸岩反应机理研究现状与发展▲酸蚀裂缝导流能力模拟试验九十年代以来，多采用“多级注入酸压＋闭合裂缝酸化”组合技术方法来进行室内试验，也开展了单一胶凝酸、乳化酸酸压导流能力与组合闭合裂缝酸化后获得的导流能力试验的比较。试验表明：闭合裂缝酸化提高导流能力可以达到几倍甚至数十倍，而多级注入酸压裂闭合酸化技术更能几十倍甚至上百倍地提高酸蚀裂缝导流能力。●多级注入闭合酸化裂缝导流能力试验研究▲C.Ruffet(1997)等人运用地貌学的原理分析探讨了在酸压过程中酸蚀裂缝壁面的几何形态以及对酸蚀导流能力的影响；▲GongM(1998)等人建立了考虑裂缝壁面粗糙变形下的酸蚀裂缝新模型，——研究表明，酸蚀裂缝导流能力受闭合应力影响的裂缝宽度和面容比的影响，同时裂缝壁面的非均匀刻蚀程度和支撑裂缝的岩石的嵌入强度等也明显影响最终裂缝导流能力，因此建立考虑非均匀刻蚀和岩石力学性质的裂缝扩展模型更加符合现场的实际条件。●多级注入闭合酸化裂缝导流能力试验研究●酸液滤失机理及溶蚀孔洞形成机制研究▲经典理论与现代理论相结合——分形理论的应用▲物模：“水/石膏”模型“岩心/酸液”模型——合金Wood合金铸模图4溶蚀孔洞的金属铸模▲数值模拟方法网络模型、扩散限制聚集模型(DLA)、绝缘击穿模型(DBL)：渗透率驱动指进模型(PDF)、A.D.Hill的特征参数模型———借助溶蚀孔洞及滤失控制研究，发展了多级注入技术▲酸液滤失试验及计算具有代表性的有Wang等人介绍的滤失实验系统和方法、Gulbis等人的空心岩心滤失实验系统和方法、Harris及Penny的径向流动滤失实验系统和方法等。A.D.Hill（1992年）建立了考虑酸液溶蚀孔洞的计算模型；Settari(1991)提出了一种确定酸液滤失速度的新方法。●室内试验技术与理论研究▲国内现状与差距压裂酸化中心、西南油气田分公司分别引进有Stimlab、CER等美国公司的九十年代国际先进水平的大型酸压试验设备。具有进行旋转岩盘试验、平板裂缝流动试验、胶凝酸流变、泡沫流变、酸蚀裂缝导流能力试验等能力。国内外在物理模型及数学模型上基本相当，差距主要体现在物理模型单一，现代数学理论的研究及应用薄弱。室内试验技术与理论研究二、酸压工艺技术现状与发展●影响酸压技术水平和能力的主要参数——有效酸蚀作用距离(Lef)，——闭合裂缝有效导流能力(WKf)。▲影响上述两参数的各种影响因素分为两类——不可控因素：储层的地质构造、岩性、渗透率、孔隙度、产层厚度、岩石力学性质、流体特性等——可控因素：深度酸压工艺技术类型、酸液体系和浓度、用酸强度、注酸排量，酸液滤失速度、酸岩反应速度、裂缝高度、酸岩反应温度、酸岩接触面容比●碳酸盐岩酸压裂技术国内外研究现状▲单一液体体系应用的酸压技术◆普通酸酸压——————常规酸压技术◆稠化酸（胶凝酸）酸压◆化学缓速酸酸压◆泡沫酸酸压◆乳化酸酸压◆高效酸（地下交联酸、滤失控制酸）酸压等。▲技术方法形成的酸压技术◆前置液粘性指进酸压技术（两级注入）◆多级注入酸压技术（前置液＋酸压＋前置液＋酸压…)◆新型组合技术：多级注入酸压技术＋闭合裂缝酸化技术深度酸压技术成熟技术“多级注入酸压＋闭合裂缝酸化”组合技术为主▲技术特点及发展变化⑴优化设计技术目标与过去不同——由于闭合裂缝酸化技术可以极大的提高裂缝的有效导流能力，多级注入技术优化目标多以获得长的酸蚀裂缝为主（要求采用高排量施工，有利于实现长缝）。——不再细考虑单纯酸压技术优化设计中裂缝长度与导流能力的最佳匹配问题，导流能力的提高通过闭合裂缝酸化来实现。●碳酸盐岩气藏酸压裂技术国内外研究现状主流技术⑵周期增产效果成为优选酸压技术方法的主要优化目标。多级注入技术不再是单纯的低渗致密储层的酸压技术。在中高渗储层，多级注入闭合裂缝酸化技术仍然成为了主流技术，但规模及注入级数等的优化与低渗储层有所不同。⑶施工规模相对较大。用酸强度大多在6～9m3/m之间，加上交替注入使用的非反应前置液，总液量更大。⑷注入级数多，分段液量小。注入级数一般在8～12级之间，分段液量一般20～40m3。主流技术●碳酸盐岩酸压裂技术国内外研究现状⑸构成多级注入的液体体系更加丰富——前置液从单纯的凝胶水（胍胶液等）发展到使用油基前置液，或者采用乳化酸与胶凝酸交替注入的形式。——转向酸、醇酸等也投入了使用。——压裂酸化技术中心在玉门油田已经成功进行了“乳化酸＋胶凝酸”多级注入闭合酸化与投球分层酸压结合的现场实践。主流技术●碳酸盐岩酸压裂技术国内外研究现状⑹液体体系较为稳定，但液体总体性能有所提高——深度酸压技术使用液体体系以胶凝酸、乳化酸为主。胶凝酸用量降低，但粘度显著提高；——乳化酸实现了微乳化技术，构成了摩阻相对较低的微乳酸体系。——地下交联酸（滤失控制酸）等则是针对某些地层特征条件下优选使用的酸液体系。主流技术技术应用水平，国内外基本相当，差距主要体现在液体体系及规模化上。●碳酸盐岩酸压裂技术国内外研究现状▲西南油气田分公司——80年代初开始，先后开展了前置液酸压、胶凝酸酸压、泡沫酸酸压等工艺技术的研究和应用，并取得了一定的成果。——与Halliburton公司、CER公司、NOWSCO公司等进行过技术合作及技术引进。——1998年四川局引进Dowell公司的滤失控制酸（LCA,即高效酸）在川中进行了施工。国内技术现状及差距●碳酸盐岩酸压裂技术国内外研究现状▲压裂酸化中心及长庆油田合作——“八五”国家项目：《陕甘宁气田酸化技术研究》，1992－1995年。针对该气田储层特点，运用系统工程研究方法开展了地质评估分析、室内模拟试验、软件研制及开发、气藏数值模拟、优化设计及参数优选、现场工艺实施及质量控制、酸压前后试井分析及效果评估等研究，提出了针对不同类型储层的优化设计目标和参数优选范围，形成了针对低渗储层以“多级注入闭合酸压技术”为主的深度酸压改造技术，该项技术达到九十年代国际先进水平。国内技术现状及差距●碳酸盐岩酸压裂技术国内外研究现状▲液体体系研制与应用国内压裂酸化中心、西南油气田分公司、长庆等研制完成了胶凝酸（稠化酸）、乳化酸、滤失控制酸等液体体系及添加剂。酸压使用的材料基本上实现了国产化，且液体性能能够满足优化设计及油田施工需求，性能基本与国外产品相当。▲差距：液体上主要体现在新型液体的开发研制及产品性能，技术上存在施工规模小、分析手段不完善，技术组合单一等差距。国内技术现状及差距▲高含硫气藏酸压技术——国外（2002）报道沙特阿拉伯气藏应用，——国内鲕滩（2003－2004）高含硫气藏酸压技术应用。▲复杂岩性储层酸压技术——玉门青西油田白垩系油藏；——青海油田E32、N21油藏▲“多级注入深度酸压＋闭合裂缝酸化”技术——低渗、塑性特征强、重复酸压▲清洁自转向酸酸化技术——多层、油水薄互层等▲水力喷射酸化冲击技术——大位移斜井、水平井等▲羟基酸技术，与单纯的酸液中加入表活剂不同，对低渗气藏改造效果显著▲胶囊酸技术——新的液体模式及技术发展●碳酸盐岩酸压裂技术国内外研究现状新型酸压技术——创新技术▲滤失控制酸技术——交联与有效破胶——潜在伤害？G.T.Woo（1999）等人介绍了BJ公司的新型交联胶凝酸酸液体系。介绍了该酸液体系使用的主体材料和聚合物，以及交联破胶的控制方法，它用微乳聚合物胶凝剂和特殊的表面活性剂作为外相介质，较过去的酸液体系有所改进。1998年四川局引进Dowell公司的滤失控制酸(LCA)在川中莲18井、磨5井进行了现场试验并取得了成功，这可以看着是我国在开始应用该项新技术的第一步。●碳酸盐岩酸压裂技术国内外研究现状新型酸压技术——改进的技术▲乳化酸技术——研究与应用更加广泛，优势和特点明显——微乳酸的应用得到大力推广——高温乳化酸酸液体系。耐温：120～176℃，室温：稳定4～5天，粘度70MPa.S左右，124℃：稳定时间超过２小时，149℃：稳定时间超过了