酸化原理与工艺技术

5 4 3 2 1 0 ££ ú £ í £ ± ¤£ ò × £
30 24 18 12 6 0 1.2
ò £) ££ ££s(£ ò × ¤£ ±£ í
£££Ji/Jd(%) £ú
0
0.2
0.4 0.6 0.8 Xd£ £(£ £ò ££)
1
污染井酸化的潜在产能改善
04d8dd
18
砂岩酸化增产原理
04d8dd
典型砂岩矿物的化学组成
矿物 化学组成 SiO 2 Si3AlO 8K Si3AlO 8Na Si2-3Al1-2O 8(Na，Ca) (AlSi8O 10)K(Mg， Fe)3(OH) 2 (AlSi8O 10)K(Al)3(OH) 2 (AlSi3O 10)Mg5(Al， Fe)(OH) 8 Al4(Si4O10)(OH)8 Si4-X AlXO 10 (OH) 2KxAl2 (½Ca，Na)0.7(AlMg，Fe) 4(Si， Al)8O 20(OH) 4nH 2O CaCO3 CaMg(CO3)2 Ca(Mg，Fe)(CO3) 2 CaSO4·2H2O CaSO4 SiO
砂岩酸化原理及酸化工艺技术
(Sandstone Acidizing Fundmentals and Technology )
主要内容
概述
砂岩酸化增产原理
砂岩酸化的酸岩反应特性
砂岩酸化酸岩反应动力学
砂岩酸化工艺及其适应性 砂岩酸化设计方法 酸化选井选层
概述：
一、砂岩储层酸化在油气田开采中地位

砂岩酸化工艺过程－三个过程

垂直管流 酸液由高压井口进入酸化管柱(或油管柱)到井 底的流动。该过程酸液可能腐蚀酸化管柱和套管 柱，酸液的位能降低，沿管柱流动产生摩阻损失 ，流态由排量、粘度、管径决定，酸液浓度基本 不变，从井口到井底酸液温度升高
04d8dd
8
砂岩酸化工艺过程－三个过程

酸进入地层的流动反应
04d8dd
15
砂岩储层的酸化通常不进行酸压的原因

砂岩储层的胶结疏松，酸压可能由于大量溶蚀，致使
岩石松散，引起油井过早出砂；

酸压可能压破地层边界以及水、气层边界，造成地层 能量亏空和过早见水、见气；

由于酸沿缝壁均匀溶蚀岩石，不能形成沟槽，酸压后 裂缝大部闭合，形成的裂缝导流能力低，且由于用土


HF与方解石的反应：

04d8dd
29
砂岩酸化反应产物的溶解性
二次产物 原硅酸 H4SiO4 氟化钙 CaF2 氟铝酸钠 Na2SiF6 氟铝酸钠 Na3AlF6 氟硅酸钾 K2SiF6 氟硅酸铵(NH4)2SiF6 氟硅酸钙 CaSiF6 氟化铝 AlF8 氢氧化铝 Al(OH)3 硫化铁 FeS 溶解度(克/100 厘米 3) 0.015 0.0016 0.65 微可溶 0.12 18.6 微可溶 0.559 不溶 0.00062
04d8dd
21
储层伤害考虑

颗粒对孔隙空间的堵塞


化学沉淀
流体的伤害 机械伤害 生物伤害
04d8dd
22
油气井生产期间伤害来源

钻井伤害
完井伤害
生产伤害
注入伤害
04d8dd
23
砂岩酸化的酸岩反应特性

酸化溶解物
基质矿物 堵塞物(伤害物)

主要使用的酸液
HF+HCl
伤害/酸化半 径 ra 2rw 5 rw 10 rw 20 rw
04d8dd
19
砂岩酸化增产原理

酸液进入孔隙或裂隙与岩石发生反应，溶蚀孔壁 或缝壁，增大孔隙体积，扩大裂缝宽度，改善流 体渗流条件。 酸液溶蚀孔道或裂缝中的堵塞物，或破坏堵塞物 的结构使之解体，然后随残酸液一起排出地层， 起到疏通流道的作用，恢复地层原始渗透能力。
1 lnrs rw Ji 1 1 lnr r Jd e w Xd
封闭油藏污染井示意图
污染井酸化后增产倍比 未污染井酸化后增产倍比
Ji 1 J 1 1 X i 1lnrs rw lnre rw
04d8dd
17
砂岩酸化增产原理
04d8dd
30
砂岩酸化反应产物的溶解性


PH值的升高增大沉淀的可能性
应尽量限制沉淀的生成
驱替至远井眼地区
返排出地层
04d8dd
04d8dd
27
氢氟酸与碳酸盐岩反应的化学当量

方解石 HCl 白云石 菱铁矿 石英 HF 钠长石 正长石(钾长石) 高岭石 蒙脱石
酸化中的主要化学反应
2HCl+CaCO3CaCl2+CO2 +H2 O 4HCl+CaMg(CO3)2CaCl2 + MgCl2 +CO2 +H2 O 2HCl+FeCO3FeCl2+CO2+H2 O 4HF+SiO2SiF4(四氟酸硅)+2H2 O 4HF+ SiF4 H2SiF6 NaAlSi 3 O8+14HF+2H+Na++AlF2++3SiF4 +8H2O KAlSi3 O8+14HF+2H+ K++AlF2++3SiF4+8H2 O AlSi 4 O10(OH)8 +24HF+4H+ 4AlF2++4SiF4+18H2 O AlSi 8 O20(OH)4 +40HF+4H+ 4AlF2++8SiF4+24H2 O

04d8dd
20
砂岩酸化增产原理


计算结果表明：
污染地层：在污染半径一定时，污染程度由轻到重，在酸化 解除污染后，所获得的增产倍比值也在逐渐增大。这说明基质 酸化对存在污染的井是极有效的。

无污染地层：进行基质酸化处理，效果甚微。
地层没有受到污染堵塞，一般不进行基质酸化处理。
研究课题
储层伤害原因及伤害程度分析
04d8dd
10
注入井内液体的作用

处理液
注入储层的主体酸液，溶解地层矿物及胶结物、堵塞 物等，改善地层渗透性
Βιβλιοθήκη Baidu
后置液
隔离处理液和顶替液；
加入添加剂可帮助处理液的返排，恢复地层固相
及沉淀性酸反应生成物的亲水性，提高原油的相 对渗透率，防止乳化。

顶替液
将井筒中早先注入液顶入地层
11
04d8dd
酸沿径向经孔隙及微裂缝作流动反应，溶
解地层各矿物成分及胶结物。沿径向酸液浓
度逐渐变小失去活性，温度发生变化，压力
及流速也发生变化。近井带地层孔隙度和渗 透率发生改变。
04d8dd
9
注入井内液体的作用

前置液
(1)顶替井筒中的原有积液到油套环空或排出地面； (2)顶替走近井带的地层水，避免Na2SiF6、H2SiF6沉淀； (3)优先溶解碳酸盐类，减轻CaF2沉淀，并保持低pH值； 同时，避免浪费较昂贵的HF等处理液； (4)降低井温及地层温度，避免添加剂高温失效及降低酸岩 反应速度。
FeO ，Fe2O 3，Fe3O 4 NaCl
26
砂岩矿物的表面积及溶解度
矿物 石英 燧石 长石 云母 高岭石 伊利石 蒙脱石 缘泥石 方解石 白云石 铁白云石 菱铁矿 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 HC1 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 高 溶 解 HC1－ 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
04d8dd
25
砂岩矿物成分

组成 成分 石英 正长石 砂粒(碎屑 矿物) 云母类 长石类 微斜长石 钠长石 斜长石 黑云母 白云母 绿泥石 粘土类 (泥质胶结 物) 高岭石 伊利石 蒙脱石 方解石 碳酸盐类 胶 结 物 硫酸盐类 硅质胶结物 白云石 铁白云石 石膏 硬石膏 氧化硅 硅酸盐类 氧化铁 其它 (铁质胶结物) 盐
6
解堵
04d8dd
砂岩酸化工艺过程－三个过程
地面管流 酸由酸罐经过低压管线到达压裂车组，经压裂车 组增压后的酸液进入高压管线到高压井口。在这个过 程中酸液可能腐蚀地层管线及压裂车组和高压井口装 置；在高压管线中酸液流到井口要产生摩阻损失，管 线中的酸液流态由排量和酸液粘度决定，酸液浓度基 本不变。
常规酸化工艺常用工序

洗井 注前置液 注处理液 注后置液 注顶替液
前置液
处理液
后置液 顶替液
井 筒
地 层
04d8dd
12
砂岩储层工艺分类
酸 化
酸
洗
基质酸化
04d8dd
13
砂岩储层工艺分类
•酸洗 酸洗是一种清除井筒中的酸溶解性结垢物或疏通射 孔眼的工艺。 井筒侵泡－－将一定量的酸液注入预定井段，让其 静置反应，在无外力搅拌的情况下溶蚀结垢物或射孔眼 中堵塞物。 正反循环洗井－－将酸液通过正反循环，使酸沿井 筒、射孔眼或地层壁面流动反应，借助冲刷作用溶蚀结 垢物或堵塞物。 酸洗的特点－－酸液局限于井筒和射孔眼附近、一 般不进入地层或进入很少，一般不用地面加压或加压很 小。 酸洗不能改善地渗流条件。
04d8dd
28
氢氟酸与碳酸盐岩反应的化学当量

HF与二氧化硅的反应：

SiO2+4HFSiF4+2H2O


SiF4+2HFH2SiF6
NaSiO4+8HFSiF4+4NaF+4H2O SiF4+2NaF Na2SiF6 CaCO3+2HFCaF2 +H2O+CO2
HF与硅酸盐（长石或粘土）反应：
04d8dd
4
酸化处理历史

四个阶段：
20世纪50年代－60年代

开发解决乳化、酸渣、返排和覆盖率 研究石灰岩地层酸化的物理现象和砂岩酸化的二次反应 各种酸液体系的应用，重点解决深部穿透问题
20世纪70年代 20世纪80年代

泡沫分流技术和连续油管分流技术的应用 计算机辅助工作(选井选层、设计、实施监测)和酸后评估 计算机产能预测、经济评价、地球化学模型和现场评价技术
•认识油气藏 •发现油气藏 •恢复油气井产能 •提高油气井产能
04d8dd
3
酸化处理历史
1、1895，赫曼佛拉施(Herman Frasch)发明 2、早期的除垢处理，吉普石油公司，盐酸作为除垢剂 3、 1932，酸化新时代： 普尔石油公司与道化学公司的磋商 ,HCl正式用于油气井处理，酸化形成正常应用的技术－－酸 化作业公司的形成 5、1933，Wilson与印第安那标准石油公司申请HF处理砂岩工 艺专利 6、1940 Dowell 公司，土酸的首次工业性应用 7、至今，全面工业化应用
酸酸压可能产生大量沉淀物堵塞流道。
04d8dd
16
砂岩酸化增产原理
Pe
K rd s 1 ln K rw d
q KH J Pe Pwf 141.2Bln re rw s
Hawkin公式
rw
Pd
采油指数计算
re
rd,kd
ko
Ji ln re rw s Jd ln re rw
NH4F & HCl

反应特点
多矿物反应(石英<长石<粘土<碳酸盐) 多孔介质中
酸岩反应的化学当量－碳酸盐岩

2HCl+CaCO3CaCl2+H2O+CO2 4HCl+CaMg(CO3)2CaCl2+ MgCl2+H2O+CO2
与反应1物摩尔相乘之数被称之为化学当量系数(例， “2”HCl)。
04d8dd
14
砂岩储层工艺分类
•基质酸化 基质酸化又称岩体酸化，现场常叫做常规酸 化。 基质酸化－－在低于岩石破裂压力下将酸液注 入地层孔隙(晶间、孔穴或裂缝)的工艺。 目的－－使酸大体沿径向渗入地层，通过溶解 孔隙空间内的胶结物、颗粒及其它堵塞物，扩大 孔隙空间，消除由于地层污染引起的近井带地层 渗透率降低，恢复或提高地层渗透率，从而获得 增产效果。 基质酸化的特点－－不压破地层。
20世纪90年代



环保型添加剂的开发
砂岩酸化物理化学过程的更深层次认识
5
04d8dd
砂岩酸化增产原理
一口井无产能或产能低：
(1)地层渗透率低； (3)地层压力低； (2)地层受伤害； (4)井筒或油管堵塞；
(5)地层流体粘度高；
(7)机械采油方法不当；
(6)井底回压过高；
(8)其它原因。
砂岩酸化

伤害井和未受伤害井酸化潜在产能改善程度
伤害井产能伤 害比(Xd=0.05) 0.364642 0.198186 0.147315 0.117225 伤害井伤害解除后增产倍 比(Xd=0.05) 2.742419 5.04577 6.788189 8.530607 未伤害井酸化增 产倍比(Xi=20) 1.095435 1.253586 1.40728 1.603927