16章第3节砂岩酸化

3.3 砂岩酸化模型
3.1 一酸,两矿物模型 一酸, 1)介绍 )
3.1 一酸,两矿物模型 一酸,
目前应用最普遍的是两矿物模型(Hill等,1977; Hekui等,1982;Taha等,1989).
a) 该模型将矿物分为两种模型——快反应矿物和慢反应 矿物:Schechter(1992) 将长石,自生粘土和无定形硅 作为快反应矿物,次生粘土和石英作为基本慢反应矿 物; b) 假设流动为线性,如线性驱替.
(16D.1)
式中:SPF为射孔密度,单位spf. 孔眼流动下,慢反应矿物的Da为0.12,Ac为0.021,此例中Da和 Ac的值是根据Economdides等1994提出的岩心流动测试得到的.
3.3 砂岩酸化模型
3.1 一酸,两矿物模型 一酸,
在方程16.25中使用以上数据,取酸穿透距离为0~6in.可 得到16D.1和图16D.2所示结果.当酸穿透距离大于2in,射 孔孔眼几何形态比径向流需要更多的酸液.表皮系数的评 估表明穿透伤害带射孔流态所需的酸量大于径向流所需酸 量.
3.3 砂岩酸化模型
3.1 一酸,两矿物模型 一酸,
16D 径向流和射孔孔眼流动的用量比较
解除孔眼尖端以外污染所需酸量明显大于解除径向流同样距离所需酸量.举 一个采用Schetchter(1992) 模型去求解对以上两种形态穿透距离所需酸量的 实例. 考虑一个含10%快反应矿物(长石,粘土或两者都有),5%碳酸钙,85%石 英的地层,一个6in的伤害区域(在射孔以外6in的径向距离),由污染导致的 初始表皮系数为10,井筒的径向距离为0.328ft,以射孔井为例,每英尺有4孔, 射孔井段为6in,0.5的径向距离.在注入足够的15%盐酸溶解碳酸盐后,以 0.1bbl/min/ft注入12%盐酸——3%氢氟酸溶液.酸用量由酸穿透距离的常数 和径向流和孔眼几何形态的表皮系数来确定.井底处理温度为125(.F) 50℃.对于上述条件,在径向流中慢反应矿物Damkohler数Da为0.013.
o F
(F ) f
S L
* F
u
o HF
酸能力数是酸占有单位岩石孔隙空间的体积溶解矿物的量与单位体积岩石存 在矿物的量之比,对于快反应矿物:
φo β F C MWHF Ac( F ) = o (1 φo )VF ρ F
对于慢反应矿物,Damkohler数和酸能力数定义类似.
3.3 砂岩酸化模型
b. Damkohler数的讨论: 数的讨论: 数的讨论
3.3 砂岩酸化模型
3.1 一酸,两矿物模型 一酸,
图16.4 酸与快反应矿物的浓度剖面 (da Motta等,1992a) 等 )
3.3 砂岩酸化模型
5)模型解 )
a. 数值解
3.1 一酸,两矿物模型 一酸,
方程16.5~16.7可用统一方式求得数值解.数值模型提供了以上方 程组的解法,如Taha等(1989)所提出的解法已经广泛应用于酸 化设计.
b. 解析解
解析模型对于特定简单条件是可得的.Schechter(1992)对相对较 高的Da(Da(F)>10)提出的近似解法是有效的. 解法假设氢氟酸——快反应矿物有一个陡的前缘,在前缘之后所 有的快反应矿物溶解,在前缘之前,不发生反应.慢反应矿物和 前缘后氢氟酸之间的反应将减小到前缘氢氟酸的浓度.
3.3 砂岩酸化模型
其中:
CHF是氢氟酸浓度; MWHF为氢氟酸分子量; u为酸液流速; S为距离; SF*和SS*为固体比表面积; VF和VS为体积百分数;
3.1 一酸,两矿物模型 一酸,
Ef,F和Ef,S是反应速度常数(基于氢氟酸的消耗速度); MWF和MWS是快,慢反应矿物的相对分子质量; βF和βS是100%氢氟酸对快,慢反应矿 物的溶解能力; ρF和ρS分别是快慢反应矿物的密度.
油气藏增产系列讲座
第16.3章 砂 岩 酸 化 16.3章
主讲人:郭建春 副教授 主讲人:
3.1 介 绍
1.
砂岩酸化程序介绍
首先注入50gal/ft的盐酸前置液,随后注入50~200gal/ft的盐酸 氢氟酸, 的盐酸前置液,随后注入 的盐酸—氢氟酸 首先注入 的盐酸前置液 的盐酸 氢氟酸, 然后采用柴油,盐水或盐酸后置液顶替出油管或井筒内的酸液. 然后采用柴油,盐水或盐酸后置液顶替出油管或井筒内的酸液.一旦施工完 应立即返排残酸以减少反应沉淀生成的污染. 成,应立即返排残酸以减少反应沉淀生成的污染.
a) 首先要选择酸液的类型和浓度,其次要确定前置液,盐酸 首先要选择酸液的类型和浓度,其次要确定前置液,盐酸——氢氟酸和 氢氟酸和 后置液用量和注入排量; 后置液用量和注入排量; 在所有的酸化处理中,挤酸是一个重要的过程, 在所有的酸化处理中,挤酸是一个重要的过程,它需要仔细设计以确保 酸与处理层的充分接触,是酸化成功与否的关键; 酸与处理层的充分接触,是酸化成功与否的关键; 同时还需详细地安排将酸挤入地层的设备,设计酸化过程的监测方法. 同时还需详细地安排将酸挤入地层的设备,设计酸化过程的监测方法. 最后,许多不同的添加剂需要加入到酸液中. 最后,许多不同的添加剂需要加入到酸液中.添加剂的类型和数量必须 根据完井,地层和油藏流体而定; 根据完井,地层和油藏流体而定;
3.3 砂岩酸化模型
解:
3.1 一酸,两矿物模型 一酸,
从表16.6两种几何形态的无量纲量近似定义采用方程16.25,酸能 力数对于每种形态都是一样的,Damkohler数之比为:
Da perf Da rad
6 3 3 2l perf ( SPF ) (2)( 12 ) 4 = = = 93 2 2 rw (0.328)
3.3 砂岩酸化模型
3)模型处理 )
3.1 一酸,两矿物模型 一酸,
假设孔隙度为常数,将方程无量纲化为:
δψ δψ + + {Da ( F ) ∧ F + Da ( S ) ∧ S } = 0 (16.15) ψ δθ δε δ∧ F ( = Da ( F ) ACF )ψ∧ F (16.16) δθ δ∧ S ( = Da ( S ) ACS )ψ∧ S (16.17) δθ
3.3 砂岩酸化模型 2)数学模型 )
3.1 一酸,两矿物模型 一酸,
将物质平衡模型应用于氢氟酸和反应矿物,其模型为: 将物质平衡模型应用于氢氟酸和反应矿物,其模型为:
δ (φCHF ) CHF * * +U = {S F VF E f ,F + S SVS E f ,F }(1 φ )CHF (16.12) δt δx * MWHF S FVF β F E f ,F CHF δ [(1 φ )VF ] = (16.13) δt ρF * MWHF S SVS β S E f ,S CHF δ [(1 φ )VS ] = (16.14) δt ρS
3.1 一酸,两矿物模型 一酸,
当酸注入到砂岩地层,反应前缘通过氢氟酸和快反应矿物的 反应建立.这一前缘的形态依赖于Da(F),当Da较小时,传质 速度(对流)高于反应速度,前缘比较平缓.当Da较大时, 由于反应速度大于传质速度,反应前缘相对陡.图16.4 (da Motta等1992)表明了对于高Da(F)和低Da(F)的典型剖面.
3.3 砂岩酸化模型
4)a. Damkohler数和酸能力数 c ) 数和酸能力数A 数和酸能力数
3.1 一酸,两矿物模型 一酸,
这两个无量纲数用于描述氢氟酸——矿物的反应动力学和化学平衡. Damkohler数是酸反应速度与酸传质速度之比.对于快反应矿物:
Da ( F ) =
(1 φo )V E
c. 解析解特点
3.1 一酸,两矿物模型 一酸,
这种处理方法优点在于它可以将无量纲量采用类似的定 义应用于线性流,径向流和椭圆流态.径向流主要代表 裸眼,砾石充填或割缝衬管完井的酸流动态,也可以是 足够多射孔密度的射孔完井的近似;椭圆流动几何形态 是一个射孔孔眼周围的流动的近似( 图16.5).
3.3 砂岩酸化模型
3.3 砂岩酸化模型
3.1 一酸,两矿物模型 一酸,
这上述假设条件下,前缘的位置为:
θ=
exp Daε f 1
(S )
(
A Da
(F ) c
(s)
)+ε
f
(16.25)
上式将无量纲前缘位置εf定义为前缘位置除以线性流岩 心长度,在前缘后的无量纲酸浓度为:
ψ = exp ( Da
(S)
)
3.3 砂岩酸化模型
3.3 砂岩酸化模型
在表16.6中:
L——岩心长度; rw——井筒半径; lp——射孔长度; u——岩心线性流动的流速;
3.1 一酸,两矿物模型 一酸,
qi/h——每英尺裸眼井段酸的体积流量; qerf——每单位时间进入射孔眼的体积; Da的定义必须根据几何形态考虑,ψ,∧F和∧C同上面的 定义相同,可应用于所有形态. 说明:表16.6给出的两个穿透距离用于设计是足够的,读者可参 照Schechter(1992)提出的这一形态计算完全穿透距离剖面的方法.
3.3 砂岩酸化模型
3.2 两酸,三矿物模型 两酸,
a) 介 绍
3.1 两酸,三矿物模型 两酸,
近年来,Bryant(1997) 和Motta等( 1992b)提出的证据表明, 采用一酸,两矿物模型是不妥当的,尤其是在高温下.研究 表明氟硅酸与铝硅酸盐(快反应矿物)的反应十分重要.两 酸,三矿物模型综合了传统的"一酸,两矿物"模型,即氢 氟酸与快反应矿物,慢反应矿物之间的反应,同时又考虑了反 应中间产物——氟硅酸和硅胶的影响:氢氟酸可以溶解反应 过程产生的硅胶,氟硅酸在高温情况下可溶解快反应矿物 (其反应速度的数量级同氢氟酸的数量级相当).
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3.1 一酸,两矿物模型 一酸,