第7章酸化处理(2007428)
第七章 酸化技术(Chap 7 Acidizing)
Acid Treatment/Stimulation •酸 洗:Acid Washing
•基质酸化:Matrix Acidizing •酸 压:Acid Fracturing
西南石油大学采油气工艺研究所
5
Acid wash酸洗
压裂车 •清洗：井 筒 射孔眼
•方式：正 洗 反 洗
西南石油大学采油气工艺研究所
西南石油大学采油气工艺研究所
•清洗：井 筒 射孔眼 压裂车
•方式：正 洗 反 洗
7
Acid wash酸洗
— 施工压力：无外力或轻微搅动。 — 注入速度：不流动或沿井筒的正、反循环。 — 酸流动、溶蚀方式：溶蚀井壁及射孔孔眼。 — 适用范围：砂岩、碳酸盐岩储层表皮解堵或射 孔孔眼清洗、井筒结垢及丝扣油的清除。
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Acid Fracturing
The geometry of acid fractures can be determined by the
same models used for propped fractures, with the exception of the impact of etched width on the widthpressure relation. However, several additional aspects of acid fracturing must be considered:
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2
Content of this Chapter
① 酸化增产原理Fundamentals of acid stimulation ② 酸－岩化学反应当量及反应产物Acid-mineral reaction stoichiometry and product ③ 酸－岩化学反应动力学Acid-mineral reaction kinetics ④ 碳酸盐岩储层酸化设计计算Carbonate acidizing design ⑤ 砂岩储层酸化设计计算Sandstone acidizing design ⑥ 酸化工艺设计Acidizing technology design ⑦ 酸液及添加剂Acid fluids and additives
第07章酸化处理
酸化原理：
通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙(裂缝)内堵塞物等
的溶解和溶蚀作用，恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性。
按工艺不同可分为： ●酸 洗 将少量酸液注入井筒内，清除井筒孔眼中酸溶 性颗粒和钻屑及结垢等，并疏通射孔孔眼。
●
基质酸化 在低于岩石破裂压力下将酸注入地层，依靠酸 液的溶蚀作用恢复或提高井筒附近较大范围内 油层的渗透性。 压裂酸化 在高于岩石破裂压力下将酸注入地层，在地层 内形成裂缝，通过酸液对裂缝壁面物质的不均 匀溶蚀形成高导流能力的裂缝。
酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距离。
(一)酸岩反应的室内试验方法简介 静态试验 恒温、恒压、恒面容比；静止反应；定 时测量酸浓度和岩石溶蚀量 流动模拟试验 模拟酸液在地下流动反应的情况 动态试验
动力模拟试验 岩心转动而酸液静止，利用相
似模拟处理方法
(二)裂缝中酸浓度的分布规律 数学模拟 研究方法 求出裂缝中酸浓度分布的数学规律
硅粉：添满或桥塞酸蚀孔道和天然裂缝。 粒径大小不等的油溶树脂： 大颗粒桥塞大的孔隙；亲油的树脂形成更小的颗 粒，变形后堵塞大颗粒的孔隙，从而有效地降低 酸液的滤失。
(2)前置液酸压 优点： (1) 采用前置液破裂地层形成裂缝，并在裂缝壁面形成滤 饼，可以降低活性酸的滤失； (2) 冷却井筒和地层，减缓酸液对油管的腐蚀，降低酸岩 反应速度，增大酸液有效作用距离。 (3)胶化酸 以某些表面活性剂作酸液的稠化剂，能够形成类似于链状 结构的胶束稠化酸。
C S C KC n DH t V y
酸液浓度梯度 面容比 H+的传质系数 酸岩瞬间的反应速度 面容比： 岩石反应表面积与酸液体积之比
（二）影响酸岩复相反应速度的因素分析
酸化PPT优选版
第七章——酸化
在酸液中加入能改善酸液性能，使之满 足现场施工作业要求和更适合地层处理目的 需要的化学物质统称为酸液添加剂。
目前酸化中常用的添加剂有缓速剂、表 面活性剂、铁离子稳定剂和粘土稳定剂等。
பைடு நூலகம்
第七章——酸化
酸处理的效果很大程度上取决于酸岩反应速度。影响 因素包括：
第七章——酸化
碳酸盐岩地层酸化主要采用盐酸，有时也用醋酸、 甲酸、混合酸和氨基磺酸等，为了满足酸化缓速、提高 酸处理效果的需要，有时还采用胶化酸、乳化酸和泡沫 酸等。
砂岩地层酸化常用土酸（盐酸和氢氟酸的混合液）， 若碳酸盐含量高也可单独采用盐酸处理。对于砂岩注水 井，除用土酸外，个别油田也用“王水”（盐酸与硝酸 的混合液）、废硫酸和酸渣（主要成分为磺酸盐）处理。
第七章——酸化
按作用原理分:解堵酸化和深穿透酸化 按施工压力分:基质酸化和压裂酸化 按施工所用酸液体系分:常规酸化、降 阻酸酸化、胶凝酸酸化、胶联酸酸化、泡 沫酸酸化和乳化酸酸化
第一节——碳酸盐岩地层的盐酸处理
酸岩化学反应及生成物状态 酸岩化学反应速度 酸岩复相反应的有效作用距离 酸压后裂缝导流能力 前置液酸压的计算方法 碳酸盐岩地层酸化常用酸液及添加剂 酸处理工艺
第七章——酸化
3）酸处理井的排液
酸处理后停留在地层中的残酸水已失去其活 力，不能继续溶蚀岩石，而且随着PH值的升高， 还会产生金属氢氧化物沉淀，因此施工结束后应 立即排液。常用的方法有两大类：
放喷、抽汲、气举排液 增注液态CO2及氮气助喷排液
第二节——砂岩地层土酸处理
处理原理 土酸处理工艺 有害沉淀物及预防 砂岩酸化新技术
第二节——砂岩地层土酸处理
酸化与酸解
酸化1简介要根据酸化的目的来选择不同的酸和用酸量。
例如要使砷酸钠(Na3AsO4)溶液氧化碘化钾，必须用强酸硫酸或盐酸将溶液酸化至强酸性。
因为只有在强酸性下砷酸钠才具有较强的氧化性。
所谓酸化就是在溶液中加氢离子使溶液的pH值变小且加入的酸不会与原溶液中的离子发生反应。
例如：酸化的高锰酸钾溶液，即在高锰酸钾溶液中加入稀硫酸等非还原性酸调节酸度以增加高锰酸钾溶液的氧化性。
所谓碱化与酸化类似。
盐化这个概念很少在高中课本中提到。
盐化的概念就是在溶液中增加与原溶液中离子不反应的盐增强其的导电能力。
电解质在水溶液中和在熔融状态下的区别则是：电解质在水溶液中其实质是电解质要与水溶液中的水分子及其少量电离的氢离子和氢氧根离子产生一定的作用。
有些弱碱弱酸盐在水溶液中就不能存在。
如：碳酸铵盐在水溶液中会双水解为氨气和二氧化碳和水。
电解质在熔融状态下就是单纯电离成相应的阳离子和阴离子。
碳酸铵盐在熔融状态下也能够电离为铵根离子和碳酸根离子。
2应用是强化采油（EOR）的一种措施，是油气井增产、注入井增注的一项有效的技术措施。
其原理是通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙、裂缝内堵塞物等的溶解和溶蚀作用，恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性。
酸化按照工艺不同可分为酸洗、基质酸化和压裂酸化（也称酸压）。
酸洗是将少量酸液注入井筒内，清除井筒孔眼中酸溶性颗粒和钻屑及垢等，并疏通射孔孔眼。
基质酸化是在低于岩石破裂压力下将酸注入地层，依靠酸液的溶蚀作用恢复或提高井筒附近较大范围内油层的渗透性。
酸压（酸化压裂）是在高于岩石破裂压力下将酸注入地层，在地层内形成裂缝，通过酸液对裂缝壁面物质的不均匀溶蚀形成高导流能力的裂缝。
酸化施工使用诸如水泥车、泵车一类的施工车辆，将酸性水溶液（如，盐酸、氢氟酸、有机酸）注入地层。
注入的酸液会溶解地层岩石或胶结物，从而增加地层渗透率，使油气的产出、驱替水注入更加方便。
在酸化施工中，为了提高酸化效果，可以采用聚合物稠化酸注入、有机缓速酸注入、变粘酸酸化、粘弹性表面活性剂酸化等新工艺。
酸化技术 PPT
下表为不同浓度的盐酸与碳酸岩（CaCO3）反应后生成物的数量关系。
盐酸 浓度 （%）
盐酸 密度
1m3盐 酸中含
的主酸液，先清扫一下喉道和/或将地层中某些可能与主酸 发生不良反应的有害物质推入地层深部，以利于更好的发 挥后面主酸的酸化效果。 ● 有时，为了某个特殊目的也可特制前置液：
后置液： ●为了弥补和进一步改善主酸的酸化效果，在泵入主 酸后，再
泵入一定量的低浓度的主酸液； ●有时，为了某个特殊目的也可特制后置液：
酸化技术
目录
一、前言 二、碳酸盐油气层的酸化 三、砂岩油气层的酸化 四、主要施工步骤 五、安全注意事项(略）
一、前言
1、在目前技术条件下，碳酸盐油气层和砂岩油气层的酸化 效果比较好；
2、其中，在大多数情况下，碳酸盐油气层的酸化效果最好--尤其是碳酸盐油气层先期酸化效果最佳；
3、含有较多碳酸盐成分的砂岩油气层的酸化，在大多数情 况下，其酸化效果不如普通砂岩油层的酸化效果好；
油层有效空隙度，%；
● 当按设计要求已经确定了盐酸浓度和用量后，按下式计算配置该浓度 酸溶液所需要的浓盐酸量：
ν浓体＝
ν稀体×ν 稀重× ν 稀比 ν浓重×ν浓比
式中: ν稀体 ------ 需配稀酸的总体积,m3; ν稀重------ 稀酸的重度,t/m3; ν 稀比----- 稀酸的重量百分浓度，%； ν浓重----- 浓酸的重度，t/m3； ν浓比------- 浓酸的重量百分浓度，%； ν浓体------ 所需浓酸的体积，m3；
第六章 酸化技术
第六章酸化概述：一．酸化概念酸化：利用酸液的溶蚀作用及向地层挤酸时的水利作用，解除油气层堵塞，扩大和连通油层孔隙，恢复和提高油气层近井地带的渗透率，从而提高采收率。
二．酸处理的目的和作用1．目的：油水井增产增注。
2．作用：解除生产井和注水井井底附近的污染，清除孔隙或裂缝中的堵塞物质，或者沟通(扩大)地层原有孔隙或裂缝，提高地层渗透率，从而实现增产增注。
三．酸化工艺类型（一）酸洗概念：将少量酸液注入井筒内，清除井筒孔眼中酸溶性颗粒和钻屑及结垢等，并疏通射孔孔眼。
主要用来清除井筒表面或炮眼上沉积的酸溶性污垢。
（二）常规酸化（基质酸化）概念：是在低于地层破裂压力条件下泵注酸液，依靠酸液的溶蚀作用解除近井地带的污染和堵塞，提高渗透率。
（三）酸压（酸化压裂）概念：是在高于底层破裂压力下将酸液注入地层，在底层中形成裂缝，通过酸液对裂缝壁面物质的不均匀溶蚀，形成高导流能力的裂缝。
§6—1酸化增产增注原理一．油层岩石的类型1．碳酸盐岩：（1）主要矿物成分：方解石（C a CO3）、白云石C a Mg(CO3)2其中：C a CO3含量超过50%叫石灰岩，C a Mg(CO3)2含量超过50%叫白云岩。
（2）储集空间：溶洞、裂缝、孔隙。
（3）酸化目的：解除堵塞、扩大和沟通原有裂缝和孔隙，提高采收率。
2．砂岩（1）主要矿物成分：主要是由砂粒和胶结物及其它杂质等组成。
砂粒：主要由长石（如N a AISi3O8钠长石）和石英（SiO2）组成。
胶结物：主要由粘土（高岭石Al4(Si4O10)(HO)8、伊利石、蒙脱石等）和碳酸盐矿物组成。
其它杂质：主要由F e3+F e2+的氧化物及盐类组成。
（2）储集空间：孔隙（毛细管）（3）酸化目的：通过酸液溶解砂粒间的胶结物和部分砂粒，或孔隙中的泥质堵塞物及其它结垢物，以恢复提高井底附近地层的渗透率。
二．酸化机理（一）碳酸盐岩酸化机理1．酸液类型：盐酸HCL 其浓度由地层性质而定。
第五章-第2节 酸化
酸化工艺过程
油水分离装置
预置保护膜 挤前置液+ 挤前置液+酸 关井反应 挤替挤液 排酸
酸化增产原理
储层：碳酸盐地层、砂岩层。 储层：碳酸盐地层、砂岩层。 碳酸盐地层 储集空间为孔隙、裂缝； 地层： 碳酸盐地层：储集空间为孔隙、裂缝； 矿 物 成 分 是 方 解 石 (CaCO3) 和 白 云 石 [CaMg(CO3)2]，碳酸盐地层的酸处理 ，就是要解 ，碳酸盐地层的酸处理， 除孔隙、裂缝中的堵塞物质， 除孔隙 、 裂缝中的堵塞物质 ，扩大沟通地层原有 的孔隙、裂缝，提高地层的渗透性能。 的孔隙、裂缝，提高地层的渗透性能。 砂岩由砂粒 石英和长石）和胶结物（ 由砂粒（ 砂岩由砂粒（石英和长石）和胶结物（硅酸盐和 碳酸盐类）构成。 碳酸盐类）构成。
3) 氢氟酸与石英的反应为
6HF + SiO 2 = H 2SiF6 + 2H 2 O
反应生成的氟硅酸(H2SiF6)在水中可解离为 + 在水中可解离为H 反应生成的氟硅酸 在水中可解离为 而后者又能和地层水中的Ca++、Na+、 和SiF62-，而后者又能和地层水中的 、 、 等离子相结合。 NH4+等离子相结合。 生成的CaSiF6易溶于水，不会产生沉淀，而 易溶于水，不会产生沉淀， 生成的 Na2SiF6为不溶物质会堵塞地层。 为不溶物质会堵塞地层。 做法：在酸处理过程中，应先将地层水顶替走， 做法：在酸处理过程中，应先将地层水顶替走，避 免与氢氟酸接触。 免与氢氟酸接触。
成分溶蚀碳酸盐类， 依靠土酸液中的 HCl 成分溶蚀碳酸盐类，并维 持酸液较低的pH值 溶蚀石英和泥质成分， 持酸液较低的 值，依靠 HF 溶蚀石英和泥质成分， 恢复和增加近井地带的渗透率。 恢复和增加近井地带的渗透率。
酸化作业准备规程+酸化作业操作规程
1 目的为确保中心酸化作业的可靠性，保证作业的正常进行及有效的控制作业质量，规范酸化作业准备工作，制定本规程2 范围本程序规定了完井服务中心的酸化作业准备工作及其管理程序及要求。
本程序适用于完井服务中心油套管专业作业。
3 酸化作业陆地准备规程3.1 酸化泵3.1.1 燃油系统，检查确定柴油型号、油位、过滤器供油管线无滴漏。
3.1.2 润滑系统，检查机油型号、稠度（手感）、油位、润滑油管线、过滤器是否正确或工作正常。
3.1.3 进排气系统，检查空气过滤器的清洁情况、增压器、喉管阀是否工作正常。
3.1.4 冷却系统，检查防冻液型号、液位、管路、风扇、风扇马达是否工作正常。
3.1.5 液压控制系统，检查各液压管线是否完好、各连接头有无破损或严重锈蚀，液压马达（风扇马达）是否有滴漏。
3.1.6 气路控制及启动元器件，检查气源管线有无破损、长度、管线间连接接头、与大泵的连接接头的大小、皮垫；检查管线、气路、气包内是否存冷凝水；检查气包的放气口是否通畅；检查气包压力表是否与气源压力表显示一致，不一致应记录差值（正差或负差）或修理或更换；检查启动马达的工作情况，确保马达内无异物（包括冰渣）、无锈蚀、弹簧或其它元件工作灵活，马达启动后能复位。
3.1.7 操作台、油门拉杆及各仪表显示，检查各操纵杆的灵活情况，仪表是否齐全，是否能正确显示其对应部件的工作情况。
3.1.8 液力端，检查柱塞表面的完好情况，密封环组件的密封情况，上水出水阀阀座及阀体的密封情况，柱塞润滑油的型号、稠度、清洁情况，连接润滑油罐的气管线能否正常供气，润滑油管线及单流阀能否正常工作，柱塞的润滑效果。
3.1.9连接上水及出水管线，无阻低压、低高排量循环，检查液力端各部件的工作情况，确保液力端无跑冒滴漏。
3.1.10将试压合格的管线、管汇连接到流程上，以高压、高排量测试大泵、柴油机的整体工作情况，作好工作记录，准备好泵所需配件及旋塞阀修理包。
3.2循环泵工作要求3.2.1检查电机的额定功率、电压、正运转指示，不明显应作好标记，并作好记录。
第7章酸化处理(2007428)
主要内容：
1.碳酸盐岩地层盐酸处理 2.酸化压裂技术 3.砂岩油气层的土酸处理 4.酸液及添加剂 5.酸处理工艺
酸化原理：
通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙(裂缝)内堵塞物等的溶 解和溶蚀作用，恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性。
● 酸 洗 将少量酸液注入井筒内，清除井筒孔眼中酸溶 性颗粒和钻屑及结垢等，并疏通射孔孔眼。
提高酸化效果的措施：
①降低面容比； ②提高酸液流速； ③使用稠化盐酸、高浓度盐酸和多组分酸； ④降低井底温度等。
第二节 酸化压裂技术
酸化压裂：用酸液作为压裂液，不加支撑剂的压裂。 酸压一般用于碳酸盐岩地层，或含有碳酸盐岩充填天然裂 缝的砂岩地层。原因:砂岩地层很难被刻蚀到具有足够导 流能力的裂缝。
u0
C x
D
H
2C y2
②简化偏微分方程的解
岩板
C0 ,
x
0
C
0
岩板 L
无滤失情况下酸沿裂缝流动反应
χ方向任一横断面上的平均酸浓度为：
C x
பைடு நூலகம்
8C0 π2
1
n0(2n 1)2
e(2n1)2S
令χ=L，则
C(L) 8
C0 π2
1
n0(2n 1)2
增加酸液有效作用距离的方法或措施： (1) 在地层中产生较宽裂缝
(2) 降低氢离子有效传质系数 (3) 采用较高的排量 (4) 采用尽可能小的滤失速度 矿场措施： (1) 采用泡沫酸、乳化酸或胶化酸等减少氢离子传质系数
(2) 采用前置液酸压的方法以增加裂缝宽度 (3) 适当提高排量及添加防滤失剂以增加有效酸液深入缝 中的能力
酸化解堵
酸化解堵工艺技术是解除油气储层近井地带污染，恢复油气井产能的一种有效措施。
“九五”期间通过大量的室内实验和现场实践，形成了适合冀东油田不同油藏类型、不同堵塞特点的系列酸化解堵工艺技术。
（一）概念酸化：就是利用酸液的化学溶蚀作用，溶解地层堵塞物，扩大或延伸地层缝洞，以恢复和提高地层的渗透率，减少油流入井阻力或注水阻力，从而达到油井增产、水井增注的目的。
（二）地层堵塞的原因分析就油气层损害而言，地层堵塞是由储层本身潜在的伤害因素和外界共同作用的结果。
储层本身的伤害因素包括储层敏感性矿物、储渗空间、岩石表面性质及储层流体性质、储层温度、压力等受外界条件影响导致储层渗透性降低；而外在因素则指的是钻井、固井、生产及修井等过程中外来流体与岩石或储层流体不配伍，毛细管阻力以及固相颗粒对储层渗流通道造成的堵塞。
（三）主要的堵塞类型及形成机理1.钻井泥浆固相颗粒、水泥封层固相颗粒及泥浆和水泥浆滤液对储层渗透率的损害以高104-5区块为代表的浅层高孔高渗储层，在钻井过程中，受泥浆固相颗粒污染极为严重。
高104-5储层孔喉半径为13.7~44.2μm，泥浆中固相颗粒平均粒径为10~40μm，钻井过程中较大密度的泥浆固相颗粒及其滤液极易进入储层，堵塞半径相对较小，致使近井地带的渗透率大幅度下降。
另外，在高104-5等油藏物性较好的区块实施老井挖潜措施时，对于高含水井找水后通常采用水泥进行封层并对有潜力的层重新补孔。
在施工过程中，水泥固相颗粒及水泥浆滤液对储层近井地带渗透率的损坏也相当严重。
在所有泥浆和水泥污染的油井中，高104-5块污染井数占60%；其次为高浅、唐南及外围，占20%；老爷庙油田占11%，高尚堡和柳赞深层污染井数较少。
2.外来流体对储层渗透率的损害外来流体主要是指完井、试油、生产及修井过程中洗井液、压井液等外来的各种水基工作液。
高尚堡和柳赞油田深部如高5、高10、高30、柳13等区块，由于强水敏和中低孔渗的油层特性，受上述外来流体的伤害尤为突出。
酸处理技术
（5）温度 （6）压力
第一节 碳酸盐岩地层的盐酸处理
（7） 其它影响因素 岩石的化学组分、物理化学性质、酸液粘度等。
提高酸化效果的措施：降低面容比，提高酸液流速，使用稠 化盐酸、高浓度盐酸和多组分酸，以及降低井底温度等。
第一节 碳酸盐岩地层的盐酸处理
三、碳酸盐岩基质酸化设计步骤 （1）确定地层破裂压力； （2）确定挤酸排量（为安全起见，挤酸排量不超过不 压开地层的最大排量的90%）； （3）确定最大施工压力（即泵压，通常最大注入压力 按破裂压力与酸液静液柱压力之差估算）； （4）确定酸液类型（根据地层条件，可能使用盐酸与 其它酸组成的混合酸）； （5）确定酸液用量：一般为酸液穿透距离内孔隙体积 的2～4倍。经验值为0.4～2.5m3/m。 （6）计算增产量； （7）经济评价； （8）方案优选。
73 100
111 18 44
320 438
486 79 193
1m3，28% 盐酸中所 含HCl质量（kg）
体积0.162m3（CaCO3 相对密度2.71）
酸液溶蚀能力（溶解能力）：被溶蚀的岩石体积与参与 反应的酸液体积之比。 如对石灰岩，28% 盐酸的溶蚀 能力0.162， 15% 盐酸的溶蚀能力0.082。用X 表示。
H+ 岩酸 石液
Ca2+
0
y
第一节 碳酸盐岩地层的盐酸处理
二、影响酸岩反应速度的因素
1. 反应速度的概念
单位时间内酸浓度的降低值。
单位时间内岩石单位反应面积的溶蚀量。
酸岩反应属于复相反应，反应速度主要取决于H+的传
质速度。
H+的传质系数
储层酸化技术监督与管理
三、酸化工艺方式
１、酸洗
－表皮解堵酸化，主要用于砂岩、碳酸盐岩油水井的表皮解堵及疏通射孔孔眼
２、基质酸化
－常规酸化，是在低于储层岩石破裂压力下将酸液挤入储层孔隙空间，使酸液沿 径向渗入地层而溶解地层孔隙空间的颗粒以及其它堵塞物，扩大孔隙空间而恢 复或提高地层渗透率。主要用于解除钻井、完井、大修等入井流体及 沉积物在 近井地带的伤害，该方式中酸液与岩石接触面积较大，酸岩反应时间很短，处 理范围一般在1m左右，对严重堵塞井的处理效果较好。
盐 氧化铁
CaMg(CO3)2
Ca(Fe,Mg)(CO3)2 FeCO3 (AlSi3O10)K(Mg,Fe)3(OH)2 (AlSi3O10)KAl2(OH)2 (AlSi3O10)Mg5(Al,Fe)(OH)8
NaCl FeO,Fe2O3,Fe3O4
盐酸与碳酸盐矿物反应：
CaCO3+2HCl
CaCl2+CO2 +H2O
Ca(COOH)2+Mg(COOH)+2CO2 +2H2O
乙酸(醋酸)与方解石、白云岩反应：
CaCO3+2H(CH2COOH) Ca(CH2COOH)2+CO2 +H2O CaMg(CO3)2+ 4H(CH2COOH)
Ca(CH2COOH)2+ Mg(CH2COOH)2 +2CO2 +2H2O
精选ppt
酸岩反应速度的快慢，决定了酸液有效作用距离的大小，反应 速度越快，有效作用距离越短。
强酸－反应速度快，作用距离短 弱酸－反应速度慢，作用距离长
精选ppt
第三节 常用酸液类型及其优选
一、常用酸液
1、盐酸 2、氢氟酸 3、土酸 4、自生土酸
酸化解堵技术
（6）互溶剂 互溶剂是可与烃类和水互溶的化合物。主要作用是
降低水溶液的表面张力，降低井筒周围地层水饱和度防 止水锁；使地层为水润湿，提高油相渗透率；降低缓蚀 剂和表面活性剂在地层中的吸附；溶解地层孔隙中的油 组份；促进残酸的返排。
3、酸化技术
硝酸粉末酸化主要应用在油层渗透率低、细菌比较发育、硫酸 亚铁沉淀较多的注水井中。此外，对铁质和各种机械杂质堵塞的油 井来说，用硝酸粉末来进行处理也是行之有效的方法。
（4）泡沫酸酸化
泡沫酸酸化技术就是在常规酸液体系中加入起泡剂 和稳泡剂,通过泡沫发生器与气体(一般多为氮气或二氧 化碳气体)混合,形成以酸为连续相、气泡为分散相的泡 沫体系,使得配制的酸化体系兼有泡沫流体性质和酸化能 力,然后注入地层进行酸化。按照泡沫特征值(即泡沫体 系中气相体积所占泡沫总体积的百分数)泡沫酸体系可 以分为以下三类。
（2）氟硼酸酸化
氟硼酸用于疏松砂岩的酸化，不仅可以起到深度解 堵作，而且还可以起到稳定地层微粒作用。氟硼酸是一 种强酸，其强度可与盐酸比拟，电离方程式为: HBF4+H20=H30++BF4氟硼酸酸化是靠其缓慢水解生成HF，HF再与储层矿物 和堵塞物反应，从而解除储层污染，恢复或提高储层原 始渗透率。
（5）有机土酸酸化 有机土酸主要是指用有机酸（甲酸或乙酸）与土酸混
合或单独与氢氟酸混合来延缓氢氟酸的消耗。甲酸和乙酸 为慢反应的有机弱酸，其优点在于腐蚀性小，处理范围大， 缺点为成本高。
（3）硝酸粉末酸化
硝酸粉末实际上就是将硝酸络合成固体粉末状，这种络合物克 服了硝酸的强腐蚀、强刺激性和运输不便等缺点，保持了硝酸的强 酸性和强氧化性等优点。
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增加酸液有效作用距离的方法或措施： (1) 在地层中产生较宽裂缝
(2) 降低氢离子有效传质系数 (3) 采用较高的排量 (4) 采用尽可能小的滤失速度 矿场措施： (1) 采用泡沫酸、乳化酸或胶化酸等减少氢离子传质系数
(2) 采用前置液酸压的方法以增加裂缝宽度 (3) 适当提高排量及添加防滤失剂以增加有效酸液深入缝 中的能力
提高酸化效果的措施：
①降低面容比； ②提高酸液流速； ③使用稠化盐酸、高浓度盐酸和多组分酸； ④降低井底温度等。
第二节 酸化压裂技术
酸化压裂：用酸液作为压裂液，不加支撑剂的压裂。 酸压一般用于碳酸盐岩地层，或含有碳酸盐岩充填天然裂 缝的砂岩地层。原因:砂岩地层很难被刻蚀到具有足够导 流能力的裂缝。
(2)前置液酸压
所用前置液一般为交联的植物粉(如胍胶)溶液，也就是常 用的压裂液。
优点： ① 采用前置液破裂地层形成裂缝，并在裂缝壁面形成滤饼， 可以降低活性酸的滤失；
② 冷却井筒和地层，减缓酸液对油管的腐蚀，降低酸岩 反应速度，增大酸液有效作用距离。
(3)胶化酸 以某些表面活性剂作酸液的稠化剂，能够形成类似于链状 结构的胶束稠化酸。 优点：
24％～25％
盐酸质量分数对反应 速度的影响
5.温度 温度升高，H+热运动加剧，传质速度加快，反应速度加快 6.压力 压力增加，反应速度减慢
温度对反应速度的影响
压力对反应速度的影响
7.其它因素 岩石的化学组分
泥质含量越高，反应越慢 物理化学性质
岩面粘有油膜可降低反应速度 酸液粘度等
酸液粘度增加，反应速度减慢
dy
溶 液 （
液
相
扩散边界 ）
酸液中H+的传递方式：对流和扩散
δ
y
扩散边界层的浓度分布
自然对流：密度差异引
对 起的离子移动。 流 强迫对流：酸液的湍流
流动引起的离子移动。
a—密度差引起的自然对流 b—湍流引起的强迫对流
酸向壁面传递的流动模型
H+的传质速度：
H+透过边界层达到岩面的速度。
影响反应速度因素：2ຫໍສະໝຸດ XQtLh1
(K f Wa )理论 8.41010 Wa 3
FRCDC1 exp(142C2)
(5)计算增产比
ln Re
J
rw
J0
ln
Re
ln
rf
WKf K
rf
WKf
K
第三节 砂岩油气层的土酸处理
砂粒：石英和长石 砂岩
粒间胶结物：硅酸盐类(如粘土)和碳酸盐类物质
砂岩油气层的酸处理
通过酸液溶解砂粒之间的胶结物和部分砂粒，或孔隙 中的泥质堵塞物，或其它酸溶性堵塞物以恢复、提高井底 附近地层的渗透率。
一、砂岩地层土酸处理原理
影响砂岩反应因素：化学组成和表面积
矿物
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
表 7-1 砂岩矿物的表面积及溶解度
有滤失情况下盐酸与石灰岩流动反 应的酸液有效作用距离计算图
方法一：（已知断面位置χ ）
1）根据物理参数计算皮克 利特数NP； 2）根据给定裂缝中任意 断面的位置χ，计算相 应的无因次距离LD；
3）利用计算图，两坐标位 置的垂线相交，得到χ位置 的无因次酸浓度值，即任意 断面位置χ的酸浓度C值。
方法二：（已知C/C0）
对水力压裂，裂缝内的支撑剂阻止停泵后裂缝闭合，酸压 一般不使用支撑剂，而是依靠酸液对裂缝壁面的不均匀刻 蚀产生一定的导流能力。
酸液的滤失特性
酸 裂缝有效长度 酸岩反应速度 压
效
裂缝内的流速控制
果
酸液对地层岩石矿物的溶解量
导流能力
酸液对裂缝壁面的不均匀刻蚀程度
一、酸液的滤失
滤失主要受酸液的粘度控制，可以用压裂液的滤失系数CI 公式计算。
酸岩反应速度：指单位时间内酸浓度降低值或单位时间内
岩石单位反应面积的溶蚀量。
岩面
酸岩反应过程
①酸液中的H+传递到碳酸盐岩表面； ②H+在岩面与碳酸盐进行反应； ③反应生成物Ca2+、Mg2+和CO2气泡 离开岩面。
H
盐
酸
溶
液
Ca2
,
M
2 g
,
CO2
（
液
相
）
扩散边界层
表面反应
δ
y
酸—岩反应系统示意图
第七章 酸处理技术
主要内容：
1.碳酸盐岩地层盐酸处理 2.酸化压裂技术 3.砂岩油气层的土酸处理 4.酸液及添加剂 5.酸处理工艺
酸化原理：
通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙(裂缝)内堵塞物等的溶 解和溶蚀作用，恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性。
● 酸 洗 将少量酸液注入井筒内，清除井筒孔眼中酸溶 性颗粒和钻屑及结垢等，并疏通射孔孔眼。
作用原理：
(1) 靠水力作用形成裂缝；
(2) 靠酸液的溶蚀作用把裂缝的壁面溶蚀成凹凸不平的表 面，停泵卸压后，裂缝壁面不能完全闭合，具有较高的导 流能力，可达到提高地层渗透性的目的。
酸压与水力压裂对比
相同点：基本原理和目的相同。 目标是为了产生有足够长度和导流能力的裂缝，减少油气 水渗流阻力。
不同点：实现其导流性的方式不同。
H+传质速度（较慢）
起决定性作用
H+反应速度
生成物离开岩面速度
二、影响酸岩反应速度的因素
(一)酸岩复相反应速度表达式
根据菲克定律，导出表示酸岩反应速度和扩散边界层内
离子浓度梯度的关系式：
C t
KC n
DH
S V
C y
酸液浓度梯度 面容比
H+的传质系数
酸岩瞬间的反应速度
面容比： 岩石反应表面积与酸液体积之比
(1)计算裂缝几何尺寸 简化计算方法：认为缝的几何尺寸由注入的前置液造成。
(2)计算缝中酸液温度 简化为在某一平均温度下的酸的反应。
(3)计算酸液有效作用距离
x LD 0W
2V
(4)计算酸压后裂缝导流能力
先求出在壁面上均匀溶蚀的缝宽和缝的理论导流能力， 再考虑裂缝在应力作用下的导流能力。
Wa
1.控制酸液的滤失常用的方法和措施
(1)固相防滤失剂
刺梧桐胶质：在酸中膨胀并形成鼓起的小颗粒，在裂缝 壁面形成桥塞，阻止酸蚀孔道的发展，降低滤失面积。
硅粉：填满或桥塞酸蚀孔道和天然裂缝。
粒径大小不等的油溶树脂：大颗粒桥塞大的孔隙；亲油 的树脂形成更小的颗粒，变形后堵塞大颗粒的孔隙，从而 有效地降低酸液的滤失。
动态试验
流动模拟试验 模拟酸液在地下流动反应的情况
动力模拟试验 岩心转动而酸液静止，利用相 似模拟处理方法
(二)裂缝中酸浓度的分布规律
数学模拟： 求出裂缝中酸浓度分布的数学规律 研究方法
物理模拟： 确定H+传质系数DH+
1.酸液在裂缝中流动反应的偏微分方程
基本假设：
①恒温恒压下，酸沿裂缝呈稳定层流状态；
u0
C x
D
H
2C y2
②简化偏微分方程的解
岩板
C0 ,
x
0
C
0
岩板 L
无滤失情况下酸沿裂缝流动反应
χ方向任一横断面上的平均酸浓度为：
C x
8C0 π2
1
n0(2n 1)2
e(2n1)2S
令χ=L，则
C(L) 8
C0 π2
1
n0(2n 1)2
(1）受剪切后胶束链能很快重新形成，稳定性好； (2）粘度大，在形成废酸前能有效地防止酸液的滤失。
(4)乳化酸和泡沫酸
二、酸液的损耗
酸压过程中，另一个制约活性酸沿裂缝穿透的主要因素是酸 液损耗。在酸液沿裂缝行进过程中，连续不断地与裂缝壁面 反应，浓度逐渐变小，当活性酸浓度下降至某一标准时(2～ 3％)，就不能充分溶蚀地层，对增产增注无效。
裂缝宽度对酸穿透距离影响
裂缝宽度增加，穿透距离增加
温度、酸浓度与酸穿透距离关系
温度增加，穿透距离减小； 浓度增加，穿透距离增加。
2.控制反应速度的措施
①降低面容比；提高酸液流速；使用稠化盐酸、高浓度盐酸 和多组分酸；降低井底温度等。
②使用前置液酸压：降低地层温度，形成较宽的裂缝，促进 裂缝内酸液的粘性指进。 ③加入阻滞剂（缓速剂）：在碳酸盐岩表面形成亲油的膜， 减少了酸与岩石的接触机会。 ④采用乳化酸：通过表面活性剂的阻滞作用，使碳酸盐岩表 面变成强亲油，降低反应速度。 ⑤使用乙酸和甲酸、胶化酸、泡沫酸等：可以减缓酸岩反应 速度，起到降低滤失的作用。
e(2n1)2s
S
2
D H
x
u0W 2
裂缝出口酸浓度与入口酸浓度比值
4.有效传质系数曲线图
有效传质系数与雷诺数关系曲线图
N Re
2wu
注意事项：
1）必须选用实际产层 温度条件下的曲线；
2）岩性不同，传质系 数不同。各油气田应用 本产层的岩心作流动模 拟试验，作出有效传质 系数与流动雷诺数关系 曲线，其它油气田的试 验结果只能作为参考。
裂缝中心位置且垂直于壁面的方向上，酸浓度梯度为零。
y y C0
渗透性岩板
x x
W
渗透性岩板
C0
平均漏失速度
酸沿平板流动反应俯视示意图
边 界 条
Cx,y
x0
C0
Cx,y
y
W 2
0
件
C y