第4章 砂岩酸化

1酸2矿物模型
(C HF ) C HF * * u ( S F VF E f , F S S VS E f ,S )(1 )C HF t x
[(1 )VF ] t
* MWHF SF VF F E f ,F CHF
F
*
(1 )
MWHF SSVS S E f ,S CHF [(1 )VS ] (1 ) t S
3. 添加剂类型、浓度和用量:

砂岩酸化步骤
4. 施工布酸方法:

封隔器 球堵 连续油管 化学转向
5. 确定合适的施工和质量控制: 6. 施工评估:

施工过程过程中压力检测 返排酸样分析 产量比较和分析 试井分析 产出与投资回报率
砂岩酸化模型

1酸2矿物模型:
液体体系选取
液体选择标准
储层物性
孔 隙 度 、 渗 透 率
储层流体
污染类型
污 染 程 度 、 范 围
矿 物 组 成
岩 石 力 学 性 质
温 度 、 压 力
油 和 气
地 层 水
污 染 类 型
二 次 沉 淀
液体体系选取
酸液对储层的可能不利影响 基岩结构破坏 微粒释放和沉淀生成 润湿性改变

减少沉淀污染 减少破坏近井带地位胶结强度
主体酸酸液选择原则
绿泥石
醋酸
主体酸酸液选择原则
Fluid Selection for Mud Acid Fluids
绿泥石
沸石
柠檬酸
前置酸选取
绿泥石
沸石
砂岩酸化实验



矿物成分测定 污染实验：污染机理 溶蚀实验：泥浆溶蚀实验，岩心溶蚀实验 岩心酸化驱替实验 添加剂评价：防膨剂，铁离子稳定剂，助 排剂
2. 确定工作液和酸液类型、浓度和用量:



砂岩酸化步骤
2. 确定工作液和酸液类型、浓度和用量:


酸化前置液：HCl或其它有机酸溶解碳酸盐矿物 主体酸阶段：HF+HCl或其它体系，酸浓度、用量、 注入排量 后置液：驱替残酸远离井筒地带，防止沉淀，氯化 铵或其它体系 缓蚀剂 铁离子稳定剂 水湿性表明活性剂
砂岩酸化实验

矿物成分测定
矿 物 种 类 和 含 量（%） 粘土矿物 石英 钾长石 斜长石 方解石 白云石 石膏 黄铁矿 萤石 总量(%) 93.1 59.0 42.1 87.9 54.3 89.4 63.8 56.7 / / / / / / / / 0.3 / 50.5 3.9 / / / / / / / / / 22.2 1.3 / / / / / 6.6 18.8 6.1 8.2 9.2 10.6
而后不出液，24 泥浆污染24h 浑浊液体，呈淡棕色， 小时后下游收集 24小时后下游收集液 液体约10ml，取 体约30ml，取出岩心 出岩心观察，端 观察，端面未被堵死。 面被堵死
澈液百度文库，而后缓慢出
澈液体，而后
不出液，24小 时后下游收集
液体约7ml，取
出岩心观察，
端面被堵死。 正向：0.5237 反向：0.8391
所用酸液
编号 溶蚀前质量（g） 滤纸质量（g） 反应后滤纸 和岩粉质量（g） 溶蚀后质量（g） 溶蚀率（%） 平均溶蚀率（%） 1
缓速土酸
2 0.9611 2.0073 1
缓速土酸
2 1.0010 1.9822
0.9438 1.9895
1.0012 1.9943
2.7154
0.7259 23.0875
10%HCl+ 1%HF+ 4%氟硼酸
1 0.404 0.179 55.69 2 0.403 0.152 62.283
6%HCl+ 1%HF+ 6%氟硼酸
1 0.417 0.161 61.391 2 0.418 0.172 58.852
60.084
58.988
60.121
砂岩酸化实验

溶蚀实验：岩心溶蚀率
砂岩酸化实验

污染实验：污染机理 • 泥浆污染，泥浆滤液污染，盐敏实验
砂岩酸化实验

溶蚀实验：泥浆溶蚀率
所用酸液 编号 溶蚀前泥饼质量 （g） 溶蚀后泥饼质量 （g） 溶蚀率（%） 平均溶蚀率（%）
6%HCl+ 0.5%HF+ 6%氟硼酸
1 0.406 0.173 57.39 2 0.403 0.15 62.779

Damkohler number, NDa: ratio of rate of acid reaction to the rate of acid convection Acid capacity number, NAc: ratio of the amount of mineral dissolved by the acid occupying a unit volume of rock pore space to the amount of mineral initially present in the unit volume of rock
典型酸响应曲线
Lower strength HF yields less damage in early stages Conservative treatment would select the low concentration
酸用量优化

酸用量优化受几个因素竞争影响:

主要取决于污染带深度 然而，为保证地层大多数部位得到酸液，酸液量应加大， 酸液量依赖于 acid placement technique
酸液选择



主要依据现场经验 实验室测试：用不同酸液进行岩芯酸化流动实验， 能更好选择酸液 典型配方： 15 wt% HCl preflush followed with 3 wt% HF, 12 wt% HCl mixture (called “mud acid”) 最近趋向于用低浓度HF：
CHF: concentration of HF u: acid flux x: distance VF, VS: volume fractions for fast- and slow-reacting minerals Ef, F, Ef, s: reaction rate constants NWF MWS: Molecular weights βF, βS: dissolving powers of 100% HF ρF, ρS: densities 3
7
8 9
层2
/
39
/
/
61
/
砂岩酸化实验

污染实验：泥浆污染
岩心编号 地层矿化度 盐水渗透率 （md） 下游出液先是快速， 而后缓慢，且都是清 下游出液先是快 下游出液先是快 速，而后缓慢， 速，而后缓慢， 且都是清澈液体， 且都是清澈液体， 而后不出液，24 小时后下游收集 液体约15ml，取 出岩心观察，端 面被堵死。 下游出液先是 快速，而后缓 慢，且都是清 1 87.95 2 16.23 3 31.23 4 3.30

设计量很不精确 推荐的方法是基于酸化模型选择目标量 Conduct treatment in such a manner than it can be optimized “on the fly（动态，即时）”
砂岩酸化设计步骤
1. 确定伤害程度:


伤害表皮（区别于其它表皮），酸不溶物造成的伤害 （石蜡、沥青）不能去除 伤害半径 酸洗阶段：5%HCl和铁离子稳定剂 原油驱替阶段（可选）：驱走原油，防止酸渣或乳化， 或去除近井地带石蜡和沥青 地层水驱替阶段（可选）：氯化铵，驱走碳酸根离子和 硫离子 醋酸驱替阶段：高含铁矿物（磷铁矿，硫铁矿，氧化铁 和氯化铁），减少铁离子沉淀

Fast-reacting: feldspars, authogenic clays, amorphous silica Slow-reacting: detrital clay particles, quartz grains

由HF acid 与 reactive minerals物质平衡方程组成 Two dimensionless groups arise from balances for each mineral:

酸：HF 矿物：快反应矿物和慢反应矿物 酸：HF和HSiF6 矿物：快反应矿物（mineral 1）、慢反应矿 物（mineral 2）和Si(OH)4 （mineral 3）

2酸3矿物模型

1酸2矿物模型

酸液用量优化最常见模型 Lumps all mineral into one of 2 groups:
第四章
砂岩酸化
综述

酸液作用
• •
溶解污染物 溶解地层矿物

有效成分：HF或生成HF的物质


增加孔隙度渗透率
反应特点


多矿物反应
多孔介质中
综述

主要适用酸液
•
HF+HCl，NH4F+HCl，HBF4，有机酸，自生酸

存在问题
• • •
作用距离小 二次沉淀 非均质油藏中均匀布酸

研究方向
• •
1 2 12.59 0.78 连续平稳出液达80秒， 连续平稳出液达1分钟， 后缓慢出液(≥5s/滴)5 后缓慢出液(≥5s/滴)2分
分钟，而后基本不出液， 钟，而后基本不出液，24 24小时后累计出液20ml。 小时后累计出液10ml。 正向：0.16 正向：0.07 污染后渗透率（md） 反向：0.72 反向：0.12 伤害程度 94.28% 84.62%

顶替液液阶段：常为5%NH4Cl，将井筒酸液顶入地层，再降废酸
顶入地层远端，减少二次沉淀伤害，也有用醋酸或HCl的，防止 废酸产生沉淀
砂岩酸化
设计包括：



选择酸液类型和浓度 选择添加剂类型和浓度 前置液、主体酸和顶替液用量 前置液、主体酸和顶替液注入速度 酸液Placement 酸化实施Treatment execution 酸化施工监控
2.7348
0.7275 24.3055
2.5052
0.5109 48.9712
2.5140
0.5318 46.8731
23.70
47.92
砂岩酸化实验

岩心酸化驱替实验
砂岩酸化实验

岩心酸化驱替实验
优化酸液选取的实验室测试



当一地层有多井进行酸化处理时非常有用 实验室测试：岩芯过酸，通过压降监测岩芯渗透率 相应 比较渗透率曲线（酸响应曲线），渗透率曲线是以 孔隙体积表示的酸注入量的函数 但只能用作现场酸化施工的指南 实验中用长岩芯能更好地反映油田实际情况，但比 较昂贵和难于实现
井号 1 2 3 4 5 6
层 位 层1 层1 层1 层1
层1
层1 层2 层2
/
/ / 3.3
/
/ 2.6 6.1
36.5
/ 1 4.7
/
/ 6.5 3.9
/
/ / 0.3
/
/ / 1.4
/
/ / /
7
8 9
26.1
23.6 30.0
层2
61.3
7.4
/
/
/
/
1.3
砂岩酸化实验

矿物成分测定
井号 1 2 3 4 5 6 层 位 层1 层1 层1 层1 层1 层1 层2 层2 粘 土 矿 物 相 对 含 量 S / / / / / / / / I/S 71 76 72 77 79 87 85 62 I / / / / / / / / K 14 15 14 9 8 8 / / C 15 9 14 14 13 5 15 38 (%) C/S / / / / / / / /
标准盐水渗
透率（md） 对渗透率伤 害率（%）
正向：5.021 反向：5.0591 94.25%
正向：1.5793 反向：2.5709 84.16%
正向：2.6660 反向：4.2284 86.46%
74.57%
砂岩酸化实验

污染实验：泥浆滤液污染
岩心编号 初始的渗透率（md）
泥浆滤液污染24小时
表 面 积
低 低至中等 低至中等 低 高 高 高 高 低至中等 低至中等 低至中等 低至中等
溶解度 HCl
不溶解 不溶解 不溶解 不溶解 不溶解 不溶解 不溶解 低至中等 高溶解 高溶解 高溶解 高溶解
HCl+HF
很低 低至中等 低至中等 低至中等 高溶解 高溶解 高溶解 高溶解 高溶解有CaF2沉淀 高溶解有CaF2沉淀 高溶解有CaF2沉淀 高溶解
与储层匹配的酸液体系 防二次沉淀伤害
砂岩矿物组成
云母
绿泥石，亚氯酸盐
硫酸盐，硫酸脂 氯化物，漂白剂
酸岩反应
绿泥石，亚氯酸盐
酸岩反应
一、液体选择
砂岩储层基质酸化技术
砂岩矿物的表面积及溶解度 矿物名称
石 英 燧 石 长 石 云 母 高 岭石 伊 利石 蒙 脱石 绿 泥石 方 解石 白 云石 铁白云石 菱 铁矿
砂岩酸化
过程：

酸洗阶段：用5%HCl加缓蚀剂和铁离子稳定剂清洗管柱，防止铁
离子进入地层产生沉淀； 地层水驱替阶段：可选，用5%NH4Cl驱替地层水，避免碳酸钙和 硫化钙沉淀 前置酸注入阶段：常为5~10%HCl或有机酸将碳酸盐溶解，避免


HF与钙离子接触产生沉淀

主体酸阶段：注入与地层配伍的酸液体系，解除泥浆污染，溶 解地层矿物，恢复地层渗透率