第七章 酸化2

处理液
—砂岩酸化处理液常用的有土酸、
深部酸化的氟硼酸体系、磷酸体系及 地下自生酸体系等。 —处理液主要实现对储层基质及 堵塞物质的溶解，沟通并扩大孔道，
提高储层渗透性。
后置液
—注后置液的作用在于能迅速净化 储层，并使之得到充分的改善。
要达到此目的，后置液应满足： 能使储层中微小颗粒具有水湿性； 能最大限度的提高油气的相对渗透率； 对处理液没有不利的反应； 有利于排酸，提高酸处理效果。
前置液
一般用(3-15)％HCl
前置液作用:
前置液中盐酸把大部分碳酸盐溶解掉，减少CaF2沉
淀，充分发挥土酸对粘土、石英、长石的溶蚀作用。
盐酸将储层水顶替走，隔离氢氟酸与储层水，防止
储层水中的Na+、K+与H2SiF6作用形成氟硅酸钠、钾沉淀，
减少由氟硅酸盐引起的储层再次污染。 维持低PH值，以防CaF2等反应产物沉淀。 清洗近井地带油污。
砂岩储层酸化设计计算
酸浓度及矿物浓度分布 孔隙度和渗透率分布
酸化效果预测
酸浓度及矿物浓度分布
—描述多孔介质注酸后，孔隙结构中酸浓 度分布和渗透率、孔隙度分布的数学模型。 —所有模型可分为集总参数模型和分布参 数模型两大类。 —集总参数模型(解析模型)主要是由Lund， K，McCune，C.C，等人提出，视砂岩矿物由单 一的矿物成分，与土酸反应时用单一成分反应 速度方程和单一成分的化学计量系数来近似计 算砂岩多种矿物与土酸的反应情况。
— 设计内容应包括： 根据施工目的、井及储层条件、室内岩心数 据等，选择适合的酸化工艺。 确定酸化工作液(前置液、酸液、顶替液)的 类型、配方、用量。 前置液的基本要求：1)遇酸不降解，具有 较好的滤失控制性能；2)在储层条件下具有足 够的粘度；3)对储层无污染，易于返排；4)成 本低，使用安全。 前置液用量根据施工经验和施工规模及施 工的要求而定。也可用计算机进行优化设计。
顶替液
—顶替液一般是由盐水或淡水 加表面活性剂组成的活性水。
—顶替液的作用是将井筒中的 酸液顶入储层。
常规土酸酸化
—常规土酸酸化:常规土酸酸化是使用最
早，油田应用十分普遍的工艺。 —该工艺采用的处理液是土酸，现场施
工较为简单，一般的施工顺序为：
注前置液注土酸液注后置液注顶替液
深部酸化工艺
td=70µ CD·² Ä Ö¼ td=70µ CMD·² Ä Ö¼ td=30µ CD·² Ä Ö¼ td=30µ CMD·² Ä Ö¼
1.8
2
酸化孔隙度分布
— 在酸化过程中，酸溶解储层岩石矿物，
使孔隙度发生变化，利用矿物浓度的体积平 衡方程可得酸化后孔隙度计算公式：
0 (1 0 ) (Cm 0 j Cmj )
氟硼酸处理工艺(HBF4)
—氟硼酸(HBF4)处理工艺:处理砂岩储层，
既可控制粘土膨胀及颗粒运移，又能获得深
穿透。但其溶解岩石的能力不及土酸，国内
外广泛采用HBF4 及土酸联合施工，这就要求
适当的施工工序及选择合理施工参数。
—HBF4 酸化要求井段不宜过长，一般在
20米以下较合适。
— 我院与胜利油田合作研究的典型施工工序为：
—储层碳酸盐含量、泥质含量高，
含有水敏及酸敏性粘土矿物，污染较 重，又不易用土酸深度处理的储层可
用磷酸/HF处理。磷酸可以解除硫化物、
腐蚀产物及碳酸盐类堵塞物。
酸压设计
— 酸化处理设计应收集的资料 井数据 储层参数 岩石力学数据 压裂液 酸液数据 岩心分析数据 泵注数据
ra K RC Cm Cir
模型的距离 无因次面积
tD t V0 o rw
rD
AD
r
r rw
2 D
1 2

无因次酸浓度
CD
CmD
C C0
无因次矿物浓度
Cm Cir Cm 0 Cir
普通酸压技术:普通酸压工艺指以常规酸
液直接压开储层的酸化工艺。酸液既是压开储层
裂缝的流体，又是与储层反应的流体，由于酸液
滤失控制差，反应速度较快，有效作用距离短， 只能对近井地带裂缝系统进行改造。一般，当储 层污染比较严重、堵塞范围较大，基质酸化工艺 不能实现解堵目标时，选用该工艺。 深度酸压技术： 以获得较长的酸蚀裂缝 为目的，不同于普通酸压技术的酸压技术称为深 度酸压技术。
— 在碳酸盐岩储层酸化改造中，主要形成和发
展了基质酸化技术和压裂酸化技术，习惯上用:
酸化(Matrix Acidizing)表示基质酸化 酸压(Acid-Fracturing)表示压裂酸化。
基质酸化技术及适应性
—基质酸化也称为常规酸化或解堵酸化， 基本特征是在施工压力小于储层岩石破裂压 力的条件下，将酸液注入储层。 —碳酸盐岩基质酸化的重要特征是酸蚀 蚓孔(Wormhole)的形成和微裂缝的扩大，其
前置液酸压工艺
—先向储层注入高粘非反应性前置压裂液，压开储
层，形成裂缝，然后注入酸液对裂缝进行溶蚀，改善储
层的导流能力，使油气井增产。 前置液和酸液粘度比和流速比应有一定范围。 —前置液的主要作用：压裂造缝；降低裂缝表面温
—酸液以在粘性前置液中指进为主。为实现指进酸压，
度；降低裂缝壁面滤失。
—前置液酸压工艺可与多种酸液类型搭配，除了前置
选井选层的工作目标 — 客观地描述储层的渗流条件。 — 通过不稳定试井技术，描述储层的渗 滤特征及表皮堵塞特征。
— 推荐可供增产作业改造的井和层段。
选井选层的基本原则
— 储层含油气饱和度高、储层能量较为充足。
— 产层受污染的井。
— 邻井高产而本井低产的井应优先选择。
— 优先选择在钻井过程中油气显示好， 而试油效果差的井层。 — 产层应具有一定的渗流能力。
1 1 1 EXP N Da N AC 1 N AD t D EXP N Da AD CmD AC
1 0.8
C D ,C MD
0.6 0.4 0.2 0 1 1.2 1.4 rD 1.6
数学模型
根据质量平衡建立酸液在径向上流动反应时
的摩尔平衡方程
C rw C V ra 0 t r r
砂岩中总的可溶性矿物的摩尔微分方程
1 Cm rm t
酸浓度方程和矿物溶解方程由下式来关联
ra rm
总的可溶矿物溶解速度定律由下式确定
砂岩储层酸化工艺
—砂岩酸化主要是进行基质酸化。为了满 足不同的储层特性、污染类型及增产的实际需 要，目前发展了多种砂岩酸化工艺。不同的工 艺其不同之处主要体现在处理液和工序上。 —典型的砂岩酸化注液包括：前置液、处 理液、后置液、顶替液的顺序注入。 —砂岩酸化工艺很多，按其注入处理液的 类型及能否实现深穿透可分为常规酸化和深部 酸化技术。不同的工艺其注液顺序也不同。
液与常规盐酸搭配使用外，前置液还可与胶凝酸、乳化
酸或泡沫酸进行搭配应用。
缓速酸类酸压技术
—缓速酸酸压技术在工艺特点上与
普通酸压技术相同，不同之处在于：所 采用的酸液是胶凝酸、乳化酸、化学缓
速酸或泡沫酸等缓速酸，通过缓速酸的
缓速性能，达到酸液深穿透的目的。
多级交替注入酸压技术
—前置液与酸液交替注入的一种酸压 方法，类似前置液酸压，但其降滤失性及 对储层的不均匀刻蚀优于前置液酸压。 —为获得理想的酸液有效作用距离， 有时交替次数多达8次。这一工艺在中、 低渗孔隙性及裂缝不太发育储层，或滤失 性大，重复压裂储层均有较好成效。
注盐酸前置液注HBF4注土酸注过量驱替液 酸液用量应以HBF4能达到的深度进行计算。 如胜利油田现场应用的用量范围为： 盐酸浓度 7-12% ，每米井段用量0.5-1.0m3
HBF4 浓度 8-12% 每米井段用量1.0-1.5m3
土酸浓度12％HCl＋3％HF每米井段用量0.5-0.7m3
磷酸处理工艺
—油、气、水边界清楚。
—固井质量和井况好的井。 在考虑具体井的酸化方式和酸化规模时，
应对井的动态阻力和静态阻力进行综合分析，
确定储层物性参数，并根据物性参数及油井的
历史情况综合分析，准确确定出油气井产量下
降或低产(水井欠注)的原因以及该井可改造的
程度，为酸化作业提供地质依据。
碳酸盐岩酸化工艺
高储层渗透率和穿透深度方面都优于常规土酸。
大。缺点是工艺较复杂，溶解能力较低。
自生土酸酸化工艺（SGMA）
—该工艺是向储层注入一种含F- 的溶液和另
一种能水解生成有机酸的脂类，两者在储层中相 —该工艺特点: 注入混合处理液后关井时间 较长，待酸反应后再缓慢投产。这样长的时间选 择添加剂难度大，工艺不当易造成二次污染。 —该工艺适于泥质砂岩储层，成功的SGMA酸 化可获得较长的稳产期。
增产机理与蚓孔密切相关。
压裂酸化技术及适应性
酸压是依靠对裂缝(包括天然裂缝)、 不整合的裂缝表面酸蚀以提供导流能力。 控制酸压施工效果取决于裂缝导流能 力和酸液有效作用距离。 研究方向主要集中在三个方面：降低 酸压过程中流体或酸液滤失的物质和技术； 降低注液过程中酸岩反应速率的物质和技术； 提高酸蚀裂缝导流能力的物质和技术。
酸化效果预测 —储层受污染时,增产倍比：
K 0 rd re J J 0 ln ln K r rd d w
K 0 ra re ln ln K r ra w
酸化工艺设计 酸化处理井层的选择
常用酸化工艺及其适应性
压裂酸化处理设计 基质酸化处理设计
互反应缓慢生成HF，可达到缓速和深度酸化目的。
缓冲调节土酸工艺（BRMA）
—该系统由有机酸及其铵盐和氟化 铵按一定比例组成，通过弱酸与弱酸盐 间的缓冲作用，控制在储层中生成的HF 浓度，使处理液始终保持较高的pH值， 从而达到缓速的目的。 —缓冲调节土酸工艺可用于储层温 度较高的油井酸化，在温度高达185℃的 含硫气井进行BR－A系列试验，效果良好。
—砂岩深部酸化的基本原理是注入本 身不含HF的化学剂进入储层后发生化学反
应，缓慢生成HF，从而增加活性酸的穿透
深度，解除粘土对储层深部的堵塞，达到
深部解堵目的。
— 主 要 包 括 SHF 工 艺 、 SGMA 工 艺 、
BRMA工艺、HBF4工艺及磷酸酸化等。
顺序注盐酸-氟化氨(SHF)工艺
—该工艺利用粘土的天然离子交换性能， 在粘土表面生成HF而就地溶解粘土。 —注液时，HCl和NH4F可根据需要多次重复 使用，以达到预期的酸化深度，SHF法的处理深 度取决于HCl和NH4F的用量和浓度。SHF工艺在提 —工艺优点是工作剂成本较低，穿透深度
无因次DamKahler数 N Da
K R Cm 0 Cir rw V
无因次酸容量数
N AC
1 0 Cm 0 Cir
0 C0
解析解
1 1 1 EXP N Da N AC 1 N AD t D EXPN Da N AC AD t D CD AC
—酸压过程中酸液的滤失问题通常考虑从 滤失添加剂和工艺两方面着手；降低酸岩反应 速率可以加缓速剂或从工艺上进行：加入缓速 剂，使用胶凝酸、乳化酸、泡沫酸和有机酸， 并结合有效的酸化工艺可起到较好的缓速效果； 提高裂缝导流能力可从选择酸液类型和酸化工 艺着手，其原则是有效溶蚀和非均匀刻蚀。 —压裂酸化技术根据能否实现滤失控制、 延缓酸岩反应速度、形成长的酸蚀裂缝和非均 匀刻蚀，划分为两大类：普通酸压和深度酸压。
j 1， 2
Wj
j
酸化渗透率分布
— 酸化获得的渗透率增加是由于溶解
矿物后孔隙度的改变而引起的；假设渗
透率的变化完全受孔隙度的直接影响。
Labrid提出的简单的指数关系表示：
n M( ) K0 0
K
酸化效果预测 —储层未受污染时，增产倍比：
re J J 0 ln rw
K 0 ref re ln ln K rw ref