酸化工艺

第三节 砂岩油气层的土酸处理
所需液量： Vp h(rs2 rw2 )
所需酸量：
VHCl
(1) X HCl (rs2
rw2 )
式中 Vp —— 损害区内孔隙体积，即最少的预冲洗液量，m3； rs——油层损害区半径，m； Φ ——地层孔隙度，小数； VHCl ——所需的盐酸量，m3； XHCl ——损害区内溶于HCl物质的体积分数，小数； β —— 酸的溶解能力(单位体积酸溶解的岩石体积)，m3/m3
第一节 碳酸盐岩地层的盐酸处理
7.其他
碳酸盐岩的泥质含量越高，反应速度相对越慢。 碳酸盐岩油层面亲油，可减慢酸岩反应速度。 增大酸液粘度，也会使反应速度减慢。
结论：
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，均可 影响酸岩反应速度，有利于提高酸化效果。
第二节 酸化压裂技术
第三节 砂岩油气层的土酸处理
③ 后冲洗液 作用: 将正规处理酸液驱离井筒半径12~15倍以外，否则， 残酸中的反应产物沉淀会降低产量。
推荐的后冲洗液有： 对油井，使用NH4Cl、柴油或5％～7.5％的HCl； 对气井，使用NH4Cl、氮气或5％～7.5％的HCl。
第三节 砂岩油气层的土酸处理
2.提高土酸处理效果的方法
液在较低的pH值，顶替地层水；依靠氢氟酸成分溶蚀泥质成分 和部分石英颗粒，从而达到清除井壁泥饼及地层中的粘土堵塞， 恢复和增加近井地带渗透率的目的。
第三节 砂岩油气层的土酸处理
二、土酸处理设计
配方： 土酸由10％～15％的盐酸及3％～8％的氢氟酸混合而成。 当泥质含量较高时，氢氟酸浓度取上限，盐酸浓度取下限； 当碳酸盐含量较高或注水井时，盐酸浓度取上限，氢氟酸浓 度取下限。
第二节 酸化压裂技术
3．稠化酸
以某些表面活性剂作酸液的稠化剂，形成胶束稠化酸。由 于粘度大，在形成废酸前能有效地防止酸液的滤失。
二、影响酸压裂缝长度(或酸岩反应速度)的因素
酸液的类型； 酸液浓度； 注入速度； 地层温度； 裂缝宽度； 地层矿物成分等。
第二节 酸化压裂技术
第二节 酸化压裂技术
第二节 酸化压裂技术
第三节 砂岩油气层的土酸处理
2.氢氟酸与砂岩中各种成分的反应速度各不相同
氢氟酸反应速度顺序：碳酸盐——硅酸盐(粘土)——石英。
盐酸和碳酸盐的反应速度比氢氟酸与碳酸盐的反应速度还 要快，因此土酸中的盐酸成分可先把碳酸盐类溶解掉，从而 能充分发挥氢氟酸溶蚀粘土和石英成分的作用。
总之 依靠土酸液中的盐酸成分溶蚀碳酸盐类物质，维持酸
酸化压裂： 用酸液作为压裂液实施不加支撑剂的压裂，简称酸压。
原理：
靠水力作用形成裂缝 酸压
靠酸液溶蚀裂缝壁面
停泵 卸压
裂缝壁面不 能完全闭合
裂缝具有较高的导流能力，可达到提高地层渗透性的目的。
第二节 酸化压裂技术
酸压和水力压裂差别
在于如何实现其导流性： 对水力压裂，支撑剂阻止停泵后裂缝闭合。 酸压依靠酸液对裂缝壁面的不均匀刻蚀产生一定的导流能力。 适用于碳酸盐岩地层，含有碳酸盐充填天然裂缝的砂岩地层。
第一节 碳酸盐岩地层的盐酸处理
二、影响酸岩复相反应速度的因素分析
1. 面容比
面面容容比比：越单大位，体单积位的体酸积液酸在液裂中缝的中H+于传其递所到接岩触石的表岩面的数量 就石越表多面，积反之应比速。度岩也石越缝快隙—越—大低，渗面透容性比孔越隙小地。层; 酸压时，压成裂缝的面容比小，酸岩反应速度相对变慢， 深入地层的距离增加到十几米——裂缝压得越宽，效果好。
第一节 碳酸盐岩地层的盐酸处理
溶蚀能力越强，所需要的浓酸体积较少， 盐酸的浓度越高 残酸溶液较少，易于排出。
盐酸活性耗完时间相对较长，酸液渗入油 气层的深度也较大，酸化效果较好。
盐酸的优点：溶蚀能力强，价格低。
盐酸的缺点：反应速度快，作用范围小。
酸岩反应速度：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。
原理
溶解
酸 溶蚀 岩石胶结物
液
孔隙、裂缝内堵塞物
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；
酸 基质酸化：在低于岩石破裂压力下将酸注入地层，靠酸液
化 工
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；
艺
酸压(酸化压裂) ：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。
逆土酸：氢氟酸浓度超过盐酸浓度(如6％HF十3％HCl)。
第三节 砂岩油气层的土酸处理
1.土酸酸化设计步骤
(1)确信处理井是由于油气层损害造成的低产或低注入量。确 定储层损害的类型、原因、位置、范围以及表皮系数。
(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)确定注入压力或排量，以便在低于破裂压力条件下施工。 压力大于地层破裂压力时，酸液将沿着裂缝流动，起不到解 堵的作用。
第三节 砂岩油气层的土酸处理
最大排量：
qo
khp
源自文库
1.842103 B(ln
re
s)
rw
p p f pr ps
Δps —— 安全压力余量，一般为1.4～3.5MPa。 pf —— 地层破裂压力，MPa； pr —— 地层压力，MPa；
第一节 碳酸盐岩地层的盐酸处理
碳酸盐岩中的油气储量已超过世界油气总储量的一半，而产量 已达到总产量的60％以上。
主要矿物
方解石CaC03，含量高于50％的称为石灰岩； 白云石CaMg(C03)2，含量高于50％的称为白云岩。
碳酸 盐岩油 藏分类
孔隙性碳酸盐岩油气层 孔隙—裂缝性碳酸盐岩油气层 裂缝性碳酸盐岩油气层
降低酸岩反应速度的方法
阻滞剂(缓速剂)： 使岩石表面亲油。烷基磺酸、烷基磷酸或烷基胺。 乳化酸： 用煤油或柴油作外相，盐酸作内相，使碳酸盐岩表面变成 强亲油。
第三节 砂岩油气层的土酸处理
砂岩油气层增产措施通常采用水力压裂，但对于胶结物较多或 堵塞严重的砂岩油气层，也用以解堵为目的的常规酸化处理。
砂粒：石英和长石 砂岩组成
(1) 影响土酸处理效果的因素 温度：高温油气层内HF的急剧消耗，处理的范围很小； 出砂：土酸的高溶解能力可能局部破坏岩石的结构； 堵塞：反应后脱落下来的石英和粘土等颗粒随液流运移。
4.盐酸的质量分数
实线: 在24％~25％前，盐酸质量分数，反应速度； 在24％~25％后，盐酸质量分数，反应速度;
虚线: 相同质量分数条件下，初始盐酸质量分数越大，余酸 的反应速度越慢，反应时间长，有效作用范围比稀酸大。
第一节 碳酸盐岩地层的盐酸处理
实线: 在24％~25％前，盐酸 质量分数，反应速度；
粒径大小不等溶于油的树脂或与硅粉粒径相同的盐。
第二节 酸化压裂技术
2.前置液酸压
在注入活性酸之前，用交联的或具有一定粘度的前置液造缝， 防止滤失的方法，其优点：
(1)用前置液造裂缝，并在裂缝壁面形成滤饼，以降低滤失。
(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。
第三节 砂岩油气层的土酸处理
CaF2：当酸液浓度高时，处于溶解状态；酸液浓度降低后，会 沉淀。依靠HCl将酸液维持在较低的 pH值，以提高其溶解度。
氢氟酸与石英的反应：
6HF十Si02 ＝ H2SiF6十2H20 氟硅酸(H2SiF6)：在水中可解离为H＋和SiF6－，而后者又能和 地层水中的Ca2＋、Na+、K+、NH4+等离子相结合，生成的 CaSiF6、(NH4)2SiF6易溶于水，而Na2SiF6及K2SiF6均为不溶 物质，会堵塞地层。因此在酸处理过程中，应先将地层水顶替 走，避免与氢氟酸接触，处理时一般用盐酸作为预冲洗液来实 现这一目的。
第三节 砂岩油气层的土酸处理
② 土酸液量
一般都用经验方法确定。
如我国华北某油田，通常用量为每米油层厚度0.6～1.75m3， 国外通常为1.55～2.484m3，对低渗透、浅堵塞地层取下限， 对高渗透、堵塞范围大的地层取上限。
控制土酸的用量和氢氟酸的浓度。当用量过多，氢氟酸浓度 过大(超过8％)时，一则氢氟酸价格昂贵，二则由于大量溶解 胶结物，砂粒脱落，破坏砂岩的结构，引起地层出砂。土酸 用量一般不宜超过预处理的盐酸用量。 反应时间：一般不超过8～12h，地层温度高时，可缩短为 6～8h，最好根据岩心模拟试验确定。
第二节 酸化压裂技术
控制酸液滤失方法和措施有三种：
1.固相防滤失剂
刺梧桐胶质：在酸中能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。 缺点：只能用于低温井(50℃以下)。 硅粉：在水力压裂中常用作防滤失剂，在酸压中经常使 用1000目的粉砂，以120～360kg/m3的质量浓度加入酸 压前置液中，以填满或桥塞酸蚀孔道和天然裂缝；
解除堵塞，扩 大油气通道， 提高渗透性。
第一节 碳酸盐岩地层的盐酸处理
一、盐酸与碳酸盐岩的化学反应
碳酸盐岩油气层的酸化常用盐酸，其化学反应如下： 2HCl＋ CaC03＝CaCl2＋ H20＋ C02
4HCl十MgCa(C03)2＝CaCl2十 MgCl2十2H20十2C02
氯化钙、氯化镁全部溶于残酸中。 二氧化碳气体在油藏压力和温度下，小部分溶解到液体中， 大部分呈游离状态的微小气泡，分散在残酸溶液中，有助 于残酸溶液从油气层中排出。
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。
第三节 砂岩油气层的土酸处理
一、砂岩地层土 酸处理原理
影响砂岩反应的因素： 一是化学组成； 二是表面积。
第三节 砂岩油气层的土酸处理
（3）酸液在高粘液体中形成指进现象（如图）：酸液大约 只与30％～60％裂缝的表面接触，降低了漏失量，减缓了酸液 反应速度。因此，能用较少的酸量造成较长的有效裂缝。
第二节 酸化压裂技术
多级前置液段塞注入 法：用一定量的前置 液启裂裂缝，然后交 替注入活性酸和粘性 液体，这种交替注入 的粘性液体可以进入 或封堵酸蚀通道与天 然裂缝，防止后续酸 液进入。
第三节 砂岩油气层的土酸处理
(4)确定处理液量 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，替置液(后冲洗液)。
①前置液预冲洗量 酸：使用5％～15％的盐酸或5％～10％的醋酸。 作用: 避免地层水与HF接触，防止HF与碳酸盐反应生成沉 淀，以提高HF的酸化效果。 冲洗液量: 与地层碳酸盐和粘土含量以及地层的渗透率大小， 损害半径有关。计算公式为
第三节 砂岩油气层的土酸处理
看出： 盐酸对砂岩地层无效果；
用盐酸和氢氟酸混合的土酸作为处理液： 盐酸：溶解碳酸盐类矿物，使HF进入地层深处;
保持一定的pH值，不至于产生沉淀物。 氢氟酸：溶解砂岩、粘土等，其酸化原理如下：
1. 氢氟酸的反应
与碳酸盐类以及硅酸盐类反应：
2HF ＋ CaC03 ＝ CaF2＋ C02＋ H20 16HF十 CaAl2Si208 ＝ CaF2十2AlF3十2SiF4十8H20
影响酸压效果的因素
有效的裂缝长度：酸液的滤失特性、酸岩反应速度及裂缝内的 流速；
导流能力 ：酸液对岩石矿物的溶解量以及不均匀刻蚀的程度。
第二节 酸化压裂技术
一、酸液的滤失
酸液的滤失与压裂液的滤失一样都是不可避免的; 酸液的滤失比压裂液的滤失严重:
碳酸盐岩储集空间多为孔隙—裂缝或孔隙—溶洞型；
酸压裂缝与天然裂缝连通，且裂缝内压力大于天然裂缝 张开压力时； 酸蚀孔道的形成增加了滤失的面积。 酸液滤失量的计算：滤失主要受酸液的粘度控制，可用压 裂液的滤失系数C1公式。但误差大。
2．酸液的流速
酸液流动速度增加，酸岩的反应速度加快； 酸液流速☺，酸液来不及反应完已经流入地层深处 —— 提 高注酸排量,可增加活性酸的有效作用范围。
第一节 碳酸盐岩地层的盐酸处理
3.酸液的类型
酸岩反应速度近似与酸溶液内部的H+浓度(与解离速度有关） 成正比。采用强酸时反应速度快，采用弱酸时反应速度慢。
在24％~25％后，盐酸 质量分数，反应速度。 虚线: 相同质量分数条件下， 初始盐酸质量分数越大，余酸 的反应速度越慢，反应时间长， 有效作用范围比稀酸大。
第一节 碳酸盐岩地层的盐酸处理
5. 温度
温度升高，酸岩反应 的速度也随之加快。
6.压力
反应速度随压力增加而减慢； 酸化时可不考虑压力的影响。