酸化压裂技术

第二节酸化压裂技术
一、教学目的
了解酸化压裂的原理，掌握酸液的滤失，酸液的损耗，能够计算酸岩复相反应有效作用距离，了解前置液酸压设计方法。

二、教学重点、难点
教学重点
1、酸化压裂原理
2、酸液的损耗
3、前置液酸压设计方法
教学难点
1、酸液的滤失
2、酸岩复相反应有效作用距离
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
本节主要介绍四个方面的问题：
一、酸液的滤失
二、酸液的损耗
三、酸岩复相反应有效作用距离
四、前置液酸压设计方法
酸化压裂：用酸液作为压裂液，不加支撑剂的压裂。

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。

酸压与水力压裂相比：相同点：基本原理和目的相同。

不同点：实现其导流性的方式不同。

酸压效果：
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧以及不均匀刻蚀程度量对底层岩石矿物的溶解导流能力：取决于酸液裂缝内的流速控制酸盐反应速度酸液的滤失特性裂缝有效长度 (一)酸液的滤失
滤失主要受酸液的粘度控制
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：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。

优点：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
影响酸沿碳酸盐岩地层裂缝行进距离的因素：
酸液的类型、酸液浓度、注入速度、地层温度、裂缝宽度及地层矿物成分等
注入速率增加，穿透距离增加
图7-6 注入速率对酸穿透距离影响
裂缝宽度增加，穿透距离增加
温度增加，穿透距离减小
浓度增加，穿透距离增加
（三）酸岩复相反应有效作用距离
残酸：当酸浓度降低到一定浓度时，酸液基本上失去溶蚀能力。

图7-7 裂缝宽度对酸穿透距离影响
图7-8 温度及酸浓度与酸穿透距离关系
活性酸的有效作用距离：酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距
离。

裂缝的有效长度：酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距离。

1、酸岩反应的室内试验方法简介
由两个半圆形岩芯形成，中间留一裂缝，置于2
12油管内，将酸液通过，测出末端的酸浓度及相应的时间，即可得到反应速度，这样基本上如实的模拟了酸液在地下流动反应的情况。

②动力模拟试验（俗称旋转圆盘试验）
将岩芯置于高温高压反应器中，岩芯转动而酸液静止，利用一定的相似模拟处理方法，得出动态试验结果。

2、裂缝中酸浓度的分布规律
研究方法
⎨⎧++H D H 传质系数物理模拟：确定酸浓度分布的数学规律数学模拟：求出裂缝中
边界条件：
()()⎪⎪⎪⎪⎩
⎪⎪⎪⎪⎨⎧====±==00,,0200y W y x y C y x C C y x C ∂∂
图版应用方法：
方法一：（已知断面位置x ）
①根据物理参数计算皮克利特数N P
②根据给定裂缝中任意断面的位置x ，计算相应的无因次距离L D ③利用计算图，两坐标位置的垂线相交，得到x 位置的无因次酸
浓度值，即任意断面位置x 的酸浓度C 值。

方法二：（已知C/C 0）
根据皮克利特数N P ，给定的C/C 0值，利用图版查出相应的无因
次距离L D 。

从而算出酸浓度降至预定的C/C 0时，活性酸的有效作用
图7-9 酸沿平板流动反应俯视示意图
图7-10 有滤失情况下酸液有效作用距离计算图
距离x 值。

破裂地层后某一时间时活性酸有效作用距离的步骤：
①由滤失系数C 计算酸液平均滤失速度-
v ；
②计算时间t 时的动态裂缝尺寸（长度L 及平均缝宽W ）； ③根据排量Q 、油层有效厚度h 及缝宽W 求裂缝入口端平均流速
0v ； ④根据H +有效传质系数求皮克利特数N P ；
⑤根据图版查无因次距离数L D ；
⑥求酸液有效作用距离x 。

(3)确定有效传质系数的物理模拟原理
①物理模型的简化
假设岩板不滤失,对流扩散微分方程: 2
20y C D x C u H ∂∂∂∂+= ②简化偏微分方程的解
用分离变量法和傅立叶级数，得到x 方向任一横断面上的平均酸
浓度为：()∑∞
=⨯+-⋅+=0)12(2202)12(18n S n e n C x C π 202W u x D S H +=π u 0 u 0
图7-11 无滤失情况下酸沿裂缝流动反应示意图
令x=L ，则∑∞=⋅+-⋅+=0)12(2202)12(18)(n s n e n C L C π ++==H H D W
Q Lh W u L D S 2202ππ (4)有效传质系数曲线图
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，传质系数值不同。

因此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。

（5）有效作用距离的计算
①计算沿缝长任意时刻的平均滤失速度： t C /滤失=υ
②计算的液流入裂缝的雷诺数： vh
Q v u w N 22Re == 因裂缝模型出口断面位置的酸浓度可以直接测量。

图7-12 有效传质系数与雷诺数关系曲线图
若L x =时，()()L c x c =
则有：()()
()∑⋅+-⋅+=s n e n c L c 2122201218π 式中：s ——无因次数群 ++
==
H D Lh
L D s 22ππ
h Q L w u L x D D e υυ
2/2=⋅⋅= （6）增加酸液有效作用距离的方法或措施：
从以下四个方面考虑：
①压宽裂缝
D
②低的+
H
③高的Q
④小的滤失速度
由Peclet数的定义知：
υ
+
前置液酸压：在酸压过程中，用高粘液体当作前置液，先把地层压开
裂缝，然后再注入酸液的这样一种压裂工艺。

优点：粘度高，滤失量小，可形成较宽、较长的裂缝
作用机理：
①减少裂缝的面容比，从而降低酸液的反应速度，增大酸的有效
作用距离
②预先冷却地层，岩石温度下降，起缓蚀作用
③酸液在高粘液体中指进现象。

设计步骤：
(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（地层温度）下的酸的反应。

(3)计算酸液有效作用距离
图7-15 酸液指进示意图
用上一节的酸液有效作用距离计算方法。

(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。

4、黄春等. BH-211缓速酸增注技术及应用. 石油钻采工艺
七、复习思考题
1、为什么酸压比常规酸化的有效作用距离长？影响酸岩反应有效作用距离的因素有哪些？如何提高酸岩反应有效作用距离？。