砂岩油气层的土酸处理

第三节砂岩油气层的土酸处理

一、教学目的

了解砂岩土酸增产原理，掌握土酸处理设计，并掌握砂岩地层土酸处理的原理，能够解释为什么砂岩地层要用土酸处理。

二、教学重点、难点

教学重点

1、砂岩土酸增产原理

2、土酸处理设计

教学难点

砂岩地层土酸处理原理

三、教法说明

课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的数据和图表

四、教学内容

本节主要介绍两个方面的问题：

一、砂岩地层土酸处理原理

二、土酸处理设计

砂岩土酸处理的增产原理：

①通过酸液溶解部分砂粒和胶结物，扩大孔隙通道。

②酸液溶解孔隙中的各种堵塞物，恢复提高井底附近的渗透率k。

（一）砂岩地层土酸处理原理

1、砂岩组成：

（2）2HF+SiO2=H2SiF6+2H2O

H2SiF6=2H++SiF62-

地层水中含有Na+、K+、Ca2+、NH4+等。

2Na++SiF62-=Na2SiF6

2K++SiF62-=K2SiF6

堵塞地层。

因此在砂岩地层酸处理过程中，为避免地层水与SiF62-接触，产生沉淀堵塞地层，应先将地层水顶替走。

（3）氢氟酸与砂岩中各种成分的反应速度各不相同。

HF与碳酸盐反应最快，其次是硅酸盐（粘土），最慢是石英。当HF进入砂岩地层后，价格较贵的HF大部分首先消耗在与碳酸盐的反应上，而影响HF对泥质成分的反应。但HCl与碳酸盐的反应速度比HF与碳酸盐的反应速度还要快，因此土酸中的HCl成分可先把碳酸盐类溶解掉，从而充分发挥HF溶蚀粘土和石英成分的作用。

（二）土酸处理设计

1、酸组成

地层泥质含量高时：HCl 10%+HF 8%

地层碳酸盐含量高时：HCl 15%+HF 3%

根据处理对象不同而定：

水井：堵塞物（硫化亚铁、氯化铁等），HCl可溶，所以HCl占比例大。

油井：泥浆堵塞，HF占比例大。

此外，还可分以下几种情况：

常规土酸：12%HCl+3%HF

土酸：12%HCl+6%HF

逆土酸：3%HCl+6%HF [HF]>[HCl]

超级土酸：12%HCl+10%HF [HF]≥10%

20%HCl+15%HF

25%HCl+20%HF

美国一些公司（如Holliluiton、Dowell、Schlum lerger）均用超级土酸处理过致密砂岩，我国一般用常规土酸或土酸处理砂岩地层，酸浓度的选择应根据室内岩心流动试验，以不破坏岩石骨架为原则。

2、土酸的用量

土酸的用量无统一标准，各油田不同。

华北油田：0.6～1.75m3/m

前苏联：0.3～0.4m3/m

美国：0.55～2.2m3/m （50～200gal/ft）

3、土酸处理前的预处理

为什么要进行预处理？

土酸处理前，必须用盐酸进行预处理，其原因有二个方面：

①盐酸先把大部分的碳酸盐溶蚀掉，从而防止CaF2沉淀，并充分

发挥土酸对泥质成分的溶蚀作用。

②盐酸把地层水顶走，避免HF与地层水接触，防止生成K2SiF6↓、

Na2SiF6↓、K3AlF6、Na3AlF6↓。

Al2Si2O10(OH)2（粘土）+36HF→4H2SiF6+12H2O+2H3AlF6

4、土酸酸化设计步骤

（1）采用试井分析确定表皮系数→污染（伤害）半径，结合钻井和生产过程确定储层损害的类型、原因、位置及范围。

（2）选择适宜的处理液配方，包括能清除损害、不形成二次沉淀酸

液及添加剂等，这需要根据室内岩心实验确定。

（3）确定注入压力或注入排量，以便在低于破裂压力条件下施工。 （4）确定处理液量

由于HF 与长石、粘土、硅酸盐等的反应很复杂的，很难用准确的化学反应动力学来模拟，所以土酸处理用液量的确定一般都用经验方法。

砂岩地层的土酸处理液一般都由三部分组成：前置液（预冲洗液）、酸化液、顶替液（后冲洗液）。

①前置液：使用5～15%的HCl 或5～10%的醋酸，前置液量可根

据损害半径来确定。

()

φπ⋅⋅-=h r r V w s p 22

②土酸液量：见前面介绍，反应时间一般不超过8～12h ③顶替液量：()[]φπ⋅⋅=h r V w 15~12 油井：NH 4HCl 、柴油或5～7.5%的HCl 气井：NH 4HCl 、N 2或5～7.5%的HCl 5、提高土酸处理效果的方法 影响土酸处理效果的因素：

①在高温油气层内由于HF 的急剧消耗，导致处理的范围很少； ②土酸的高溶解能力可能局部破坏岩石的结构造成出砂； ③反应后脱落下来的石英和粘土等颗粒随液流运移，堵塞地层。 提高酸处理效果的方法：

①同时将氟化铵水溶液与有机脂(乙酸甲脂)注入地层，一定时间

后有机脂水解生成有机酸(甲酸)，有机酸与氟化铵作用生成氢

氟酸。

②利用粘土矿物的离子交换性质，在粘土颗粒上就地产生氢氟酸

(自生土酸)。

③使用替换酸，如氟硼酸。

④国外采用互溶剂—土酸处理等技术提高酸化效果。

6、土酸处理工艺

5～15%HCl或5～10%的醋酸预处理→土酸→后置液→顶替液：

①5～15%HCl进行预处理

②注土酸

③注后置液

④注顶替液

后置液的作用：

将土酸顶出近井地带，并使岩石亲水，以便残酸液排出和增加近井处含油饱和度，提高油井生产时的油相渗透率。

对于油井：后置液为煤油或柴油原油或15%的HCl

对于气井、水井：后置液为HCl或HCl+EGMBE

顶替液：原则上当顶替液到达射孔段顶部时停止顶替，所以顶替液用量可为井筒体积。

7、土酸处理有害沉淀物及预防

土酸与砂岩矿物反应产生的生成物，在一定条件下发生沉淀：