采油工程 §5酸化

§5.酸化

碳酸盐岩储集层是重要的储集层类型之一。近年来，随着世界各国石油及天然气勘探与开发工作的发展，碳酸盐岩油气田的储量和产量急剧增长。据统计，到目前为止碳酸盐岩中的油气储量已超过世界油气总储量的一半，而碳酸盐岩油气田的产量则已达总产量的60%以上。在规模稍大的油气田中，碳酸盐岩油气田的优势更加明显。在开采的油气田中，就数目而言，仍以砂岩油气田为多，占总数的60%以上，碳酸盐岩油气田占总数不到40%；但就其储量而言，则以碳酸盐岩油气田为多，占总储量近60%以上。

世界上最大的油田，就是沙特阿拉伯的加瓦尔碳酸盐岩油田，其可采储量达107亿吨之多。此外，碳酸盐岩油气田往往具有极高产能的特点，已发现的高产井几乎都在碳酸盐岩地层，最典型的是伊朗的阿加贾里和加奇萨兰二油田，其单井日产量最高可达8000～13000吨。由此可见，碳酸盐岩在石油勘探和开发中占有十分重要的地位。

我国除西南地区以外，近年来继华北的任丘油田之后，又相继发现了一些碳酸盐岩油气田，事实证明我国也有非常丰富的碳酸盐岩油气田分布在祖国各地。

对于碳酸盐地层的增产处理或为了解除井底附近地层的堵塞来说，由于酸处理与水力压裂等其它措施相比，具有规模小、施工方便等优越性，因此酸处理和水力压裂一样，是一种经常采用的增产措施。

§5.1酸化增产原理

酸化(Acidizing)是通过向地层注入酸液，溶解储层岩石矿物成分及钻井、完井、修井、采油作业过程中造成堵塞储层的物质，改善和提高储层的渗透性能，从而提高油气井产能的增产措施。

一.酸化工艺分类

酸化按工艺不同可分为：酸洗、基质酸化及压裂酸化。

1. 酸洗

酸洗(acid wash)是一种清除井筒中的酸溶性结垢或疏通射孔孔眼的工艺。它是将少量酸定点注入预定井段，溶解井壁结垢物或射孔眼堵塞物。也可通过正反循环使酸不断沿井壁和孔眼流动，以此增大活性酸到井壁面的传递速度，加速溶解过程。

2. 基质酸化

基质酸化(Matrix Acidizing)是在低于岩石破裂压力下将酸注入储层孔隙(晶间，孔穴或裂缝)，其目的是使酸大体沿径向渗入储层，溶解孔隙空间内的颗粒及堵塞物，通过

扩大孔隙空间，消除井筒附近储层堵塞(污染)，恢复和提高储层渗透率，从而达到恢复油

气井产能和增产的目的。由于页岩的易碎性，或者为了保持天然液流边界以减少或防止水、

气采出而不能冒险进行压裂酸化时，一般最有效的增产措施就是基质酸化。

3. 酸压

压裂酸化(也称酸压，Acidfracturing)是在高于储层破裂压力或天然裂缝的闭合压力

下，将酸液挤入储层，在储层中形成裂缝，同时酸液与裂缝壁面岩石发生反应，非均匀刻

蚀缝壁岩石，形成沟槽状或凹凸不平的刻蚀裂缝，施工结束裂缝不完全闭合，最终形成具

有一定几何尺寸和导流能力的人工裂缝，改善油气井的渗流状况，从而使油气井获得增产。

这种工艺一般只应用于碳酸盐岩油气层。

二. 酸化增产原理

近井带储层受污染后的表皮系数可用Hawkins(1956)公式表示。

)/ln(1)/(w d d r r K K S -= (5-1)

此式常用于评估渗透率污染的相对程度和污染深度。式(5—1)表明，渗透率污染对表

皮系数的影响比污染深度的影响要大得多。由试井得到的表皮系数基本上是由近井地带的

渗透率污染引起的。

1. 基质酸化增产原理

基质酸化增产作用主要表现在：

(1)酸液挤入孔隙或天然裂缝与其发生反应，溶蚀孔壁或裂缝壁面，增大孔径或扩大

裂缝，提高储层的渗流能力；

(2)溶蚀孔道或天然裂缝中的堵塞物质，破坏泥浆、水泥及岩石碎屑等堵塞物的结构，

疏通流动通道，解除堵塞物的影响，恢复储层原有的渗流能力。

储层流体(油、气、水)从储层径向流入井内时，压力损耗在井底附近呈漏斗状。在油

气井生产中，80％～90％的压力损耗发生在井筒周围l0m 的范围内。因此，提高井底附近

的渗流能力，降低压力损耗，在生产压差不变时，可显著提高油气产量。

如图5—1所示，介于井半径r w 与污染半径r d 之间的污染带渗透率为K d ，介于r d 与泄

流半径r e 之间的储层渗透率为K 。，Muskat(1947)给出了这类井的产能与均值渗透率为K 。

的同类井的产能之比:

)

/ln()/ln()/ln(/d e d w d w e d o d r r X r r r r X J J += (5-2) 式中X d ——污染带渗透率与与原始渗透率比值(X d =K d ／K 。)；

J o

、

J d ——分别为无污染井采油指数和污染井采油指数。

假设r e 为300m ，r w 为0.12m ，污染深度r d -r w 。值为0～0.33m ，上述关系如图5—2所

示。

已知污染半径及渗透率比值，由图5—2中使可计算出消除污染后获得的增产量。

酸化后采油指数与酸化前采油指数之比称为酸化增产倍比，对于污染井：

)

/ln()/ln()11(1w e w d d o i r r r r X J J -+= (5-3) 对于未污染井：

)]

/ln(/)/][ln(1)/1[(1)/ln(w e w e i w d o i r r r r X r r J J -+= (5-4) 式中X i ——酸化后的渗透率与原始渗透率的比值(X i =K i ／K o )；

J i ——酸化后的采油指数。

假定严重污染井X d 为5％，表皮系数是26，由式(5—3)计算可知，当酸化解除污染时

可使采油指数增加4.5倍。

对未污染井，酸化处理使井筒周围0.4m 半径范围的渗透率增加20倍，即X i 为20，

表皮系数从0下降到-1.2左右，通过式(5—4)计算表明，采油指数只能增加21％。

因此，对于受污染的油井，采用解堵酸化措施，可以大大提高油井产能，而对于未受

到污染的井，解堵酸化效果不大。

2. 压裂酸化增产原理

压裂酸化是碳酸盐岩储层增产措施中应用最广的酸处理工艺。压裂酸化施工中酸液壁

面的非均匀刻蚀是由于岩石的矿物分布和渗透性的不均一性所致。沿裂缝壁面，有些地方

图5—1 封闭油藏污染井示意图 图5—2 储层污染引起的产量下降