国外酸化技术研究新进展
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3 防止沉淀
防止沉淀的最好方法是通过确定地层矿物成分 并设计与之配伍的酸处理液 。
酸化过程中钠沉淀可以通过使用既能溶解又能 清洗盐的前置液来避免 。清除碳酸盐可以使用醋 酸 ,根据经验 ,推荐醋酸处理液的用量至少与氢氟酸 处理液用量相等 。
从这些沉淀问题可以得出一个一般性结论 ,即 不应再首选浓度为 12 %盐酸加 3 %氢氟酸的土酸作 为酸化处理液 ,除非是非常干净的砂子 (石英含量 90 %～100 %) 或者是硅酸盐垢 ;如果不是非常干净 的砂子或硅酸盐垢 ,应该首先考虑浓度为 13. 5 %盐 酸加 1. 5 %氢氟酸的土酸 ;如果地层中存在钾长石 , 应优选浓度为 9 %盐酸加 1 %氢氟酸的土酸 。
(2) 在离子交换前后 ,使用与膨胀性粘土相配伍 的盐水 。
(3) 酸敏地层使用 10 %的醋酸加 5 %的氯化铵 , 防止粘土转变为硅胶 。
(4) 避免盐酸“浸泡”砂岩地层 。 (5) 检查氢氟酸与地层矿物的配伍性 ,防止氢氟 酸残液与地层矿物反应生成沉淀 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ (6) 长石和粘土中含有钠和钾 ,与氢氟酸残液反 应可生成氟硅化物沉淀 。 (7) 碳酸盐会产生氟化铝沉淀并堵塞基岩 。 (8) 收集的岩心样品应真正代表整个地层 。
为了使氢氟酸残液不受其后注入液体的影响 , 应当用后置液将氢氟酸残液驱替到距井筒大约 2ft 的地方 。这样在井筒附近区域就不会发生反应生成 沉淀了 。
4 砂岩酸化前景
实验室模拟井下堵塞的结果表明 ,防止堵塞的 最好方法是先明确地层矿物成分 ,根据矿物种类选 择正确的酸化处理液 ,同时预测矿物与注入流体之 间可能发生的反应 。目前的技术条件允许在 190～ 204 ℃的高温下酸化 ,甲酸 - 氢氟酸溶液和醋酸 - 氢 氟酸溶液应用效果都不好 ,它们会在射孔孔眼周围 拳头大小的清洁岩石外面形成三氟化铝沉淀 。
向 10 %的醋酸中加入 5 %的氯化铵可以解决粘 土在醋酸中膨胀的问题 ,这种处理液在完成离子交 换后还有助于防止粘土分解和膨胀[1 ] 。
2 矿物反应
地层矿物学知识在一定程度上能帮助我们预测 酸化过程中哪些矿物与酸接触可能生成沉淀。有 3 类矿物 ,即含钠矿物 、含钾矿物和碳酸盐与氢氟酸接 触可形成大量沉淀 。
1) 胜利油田有限公司采油工艺研究院 ; 2) 胜利油田有限公司现河采油厂
摘要 :酸化不仅可以解除近井地带的地层伤害 ,还可以降低或去除表皮效应 ,提高地层渗透率 ,被国内外各个油田
普遍采用 。工程技术人员往往认为酸化处理成功率低的原因在于沉淀和粘土运移 ,而经常忽略其内在原因 ,并且
定性分析多于定量的研究 。Rick Gdanski 博士针对酸化时碰到的粘土膨胀 、凝胶 、沉淀等问题进行了实验室定量研
含钾矿物也会形成氟硅化物沉淀 。含钾矿物形 成的氟硅化物比含钠矿物形成的氟硅化物有更强的 堵 塞能力 。主要的钾源是钾长石 、混合性粘土 ( 伊
收稿日期 2001 - 11 - 13 ;改回日期 2002 - 01 - 24 。 作者简介 :闫治涛 ,男 ,工程师 ,1993 年毕业于西南石油学院采油工程专业 ,现从事压裂酸化研究工作 。联系电话 : (0546) 8788643 ,通讯地 址 : (257000) 山东省东营市西山路 188 号胜利油田有限公司采油工艺研究院压裂酸化研究中心 。
沸石在酸中很不稳定 ,一些沸石甚至在室温下 就可溶于酸 。向含有伊利石的柱状岩心中注入氯化 钾溶液 ,伊利石被溶解生成硅胶沉淀 。
在 135 ℃下 ,大多数粘土经过盐酸浸泡会转变 为硅胶 。向不含碳酸盐的砂岩中泵入 15 %的盐酸 溶液 ,在 93 ℃下浸泡 2h ,酸就不存在了 ,残酸变成了 水 。最早排出的残酸 p H 值可能为 1 ,然而 ,大部分 酸将溶解地层中的粘土 ,消耗了盐酸 。通过近期研 究 ,认识了粘土不稳定产生堵塞的本质 ,这有助于使 设计人员的酸化设计更有效 。当绿泥石含量达到 0. 5 %～2 %时 ,为避免铁沉淀 ,不应该再使用盐酸酸 化 。当绿泥石被盐酸酸化时 ,它会释放出铁离子 (其 他粘土将释放钠离子或钾离子) ,但堵塞并不是因为 铁离子 ,而是由酸化产生的硅胶形成的聚合物引起 的 。因此 ,控制铁沉淀的添加剂并不能保证酸化处 理的效果 。
粘土在醋酸和甲酸中比较稳定 ,但是粘土与醋 酸的反应就像其与清水反应一样 ,即醋酸不会使粘 土分解 ,却会使其膨胀 ,这就是过去醋酸酸化含沸石 砂岩地层成功率很低的一个重要原因 。美国墨西哥 湾沿海地区地层中含有沸石和膨胀性粘土 ,接触到
醋酸就会膨胀 ,醋酸还能使含有伊利石和蒙脱石的 粘土膨胀 。将醋酸注入含有砂及蒙脱石的岩心时 , 酸液进入岩心仅几厘米便难以再注进 。
氢氟酸与钠长石 、离子交换性矿物 、地层盐水等 含钠矿物反应 ,在距井筒 15～45cm 的地方可形成 含钠的氟硅化物沉淀 。钠长石仅仅是最近才被发现 是沉淀源 。在 20 世纪 70 年代末至 80 年代初 , X 射线分析还没有用于辨别长石类别 ,现在用 X - 射 线衍射装置可进行数字光谱分析 ,确定存在的长石 种类 。完井液中的沉积盐是另一个钠源 ,比重大的 完井液 ,像含氯化钙和溴化钙的压井液 ,能从地层水 中沉淀出盐来 。将压井液注入含有饱和盐水的地层 后 ,因为地层水不能溶解更多的钠 ,盐结晶析出 ,导 致结垢和堵塞 ,压井液的返排就非常困难了 。
究和现场试验 ,提出了产生这些问题的内在原因和解决方法 。
关键词 :酸化 ;油井增产 ;酸化效果 ;墨西哥湾
中图分类号 : TE357. 5 文献标识码 :B
文章编号 :1009 - 9603 (2002) 02 - 0086 - 02
1 稳定粘土
粘土可在盐酸中分解是地层矿物学的一个最新 的重要发现 。所有粘土在高于临界温度时的酸中都 是不稳定的 。
油 气 地 质 与 采 收 率 2002 年 4 月 PETROL EUM GEOLO GY AND RECOV ER Y EFF ICIENC Y 第 9 卷 第 2 期
·国外石油技术·
国外酸化技术研究新进展
闫治涛1) 许新华2) 涂 勇2) 曹 锋2) 林 娜2)
氢氟酸残液流经菱铁矿会形成铝盐沉淀而堵塞 地层 ,阿拉斯加北部地层中就含有粘土和菱铁矿 。 含有 5 %以上碳酸盐的砂岩地层在氢氟酸残液流经 碳酸盐的时候易形成复杂的氟化铝基质沉淀 ,所以 , 酸化设计先用前置酸液清除井筒附近至少 0. 6m 范 围内的碳酸盐是至关重要的 。
处理含 8 %碳酸盐的地层 ,就不能通过泵入足 够的前置酸液来清除这些碳酸盐 ,因为清除井筒附 近 1. 5m 范围内 8 %的碳酸盐至少需要 15 %的盐酸 前置液 9. 5m3 ,清除井筒附近 0. 6m 范围内 8 %的碳 酸盐需要 15 %的盐酸前置液 3. 8m3 。即使 5 %的碳 酸盐在距井筒 0. 6m 的基质中 ,泵入到基质中的氢 氟酸最终也会与碳酸盐反应 。所以 ,必须向含有碳 酸盐的基岩中泵入足够量的前置酸液[1 ] 。
参考文献 :
1 Rick Gdanski. Formation mineral content key to successful sandstone acidizing. Oil &Gas Journal ,1999 ,30 (8) :90～95
编辑 张朝启
最近 ,一种有机酸 ———氢氟酸体系被成功用于 泰国的 4 口井 ,油井产量从大约 16t/ d 提高到 16t/ d ,这次成功主要归功于避免了沉淀的产生[1 ] 。
5 结语
根据对国外酸化技术研究的调研 ,可得出以下 认识 。
(1) 酸化设计前 ,应从历史记录 、X - 射线分析 或自然伽马测井资料中确定地层中存在哪些矿物 , 确定粘土的离子交换率 。
第 9 卷 第 2 期 闫治涛等 :国外酸化技术研究新进展
·87 ·
利石和蒙脱石) 、云母和氯化钾压井液 。钾长石是导 致氢氟酸处理失败的典型因素 ,更不幸的是 ,钾长石 的含量通常是最多的 。
碳酸盐接触活性氢氟酸可形成氟化钙沉淀 ,但 这不是主要问题 ,主要问题是氢氟酸残液侵入基岩 后将形成氟化铝沉淀 。20 世纪 80 年代末期 ,在一 些井筒被铝垢堵塞后 ,人们已开始意识到这个问题 , 因为如果铝垢能沉积在井筒中 ,那它们也一定能沉 积在地层岩石中 。人们最熟悉的碳酸盐是方解石和 白云岩 ,然而 ,所有的碳酸盐都不同程度的含钙 、镁 和铁 。铁 、白云岩和菱铁矿属于碳酸岩 ,在 66 ℃的 盐酸中溶解非常缓慢 ,但是 ,如果酸中存在氟化物 , 溶解就会加快 。
防止沉淀的最好方法是通过确定地层矿物成分 并设计与之配伍的酸处理液 。
酸化过程中钠沉淀可以通过使用既能溶解又能 清洗盐的前置液来避免 。清除碳酸盐可以使用醋 酸 ,根据经验 ,推荐醋酸处理液的用量至少与氢氟酸 处理液用量相等 。
从这些沉淀问题可以得出一个一般性结论 ,即 不应再首选浓度为 12 %盐酸加 3 %氢氟酸的土酸作 为酸化处理液 ,除非是非常干净的砂子 (石英含量 90 %～100 %) 或者是硅酸盐垢 ;如果不是非常干净 的砂子或硅酸盐垢 ,应该首先考虑浓度为 13. 5 %盐 酸加 1. 5 %氢氟酸的土酸 ;如果地层中存在钾长石 , 应优选浓度为 9 %盐酸加 1 %氢氟酸的土酸 。
(2) 在离子交换前后 ,使用与膨胀性粘土相配伍 的盐水 。
(3) 酸敏地层使用 10 %的醋酸加 5 %的氯化铵 , 防止粘土转变为硅胶 。
(4) 避免盐酸“浸泡”砂岩地层 。 (5) 检查氢氟酸与地层矿物的配伍性 ,防止氢氟 酸残液与地层矿物反应生成沉淀 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ (6) 长石和粘土中含有钠和钾 ,与氢氟酸残液反 应可生成氟硅化物沉淀 。 (7) 碳酸盐会产生氟化铝沉淀并堵塞基岩 。 (8) 收集的岩心样品应真正代表整个地层 。
为了使氢氟酸残液不受其后注入液体的影响 , 应当用后置液将氢氟酸残液驱替到距井筒大约 2ft 的地方 。这样在井筒附近区域就不会发生反应生成 沉淀了 。
4 砂岩酸化前景
实验室模拟井下堵塞的结果表明 ,防止堵塞的 最好方法是先明确地层矿物成分 ,根据矿物种类选 择正确的酸化处理液 ,同时预测矿物与注入流体之 间可能发生的反应 。目前的技术条件允许在 190～ 204 ℃的高温下酸化 ,甲酸 - 氢氟酸溶液和醋酸 - 氢 氟酸溶液应用效果都不好 ,它们会在射孔孔眼周围 拳头大小的清洁岩石外面形成三氟化铝沉淀 。
向 10 %的醋酸中加入 5 %的氯化铵可以解决粘 土在醋酸中膨胀的问题 ,这种处理液在完成离子交 换后还有助于防止粘土分解和膨胀[1 ] 。
2 矿物反应
地层矿物学知识在一定程度上能帮助我们预测 酸化过程中哪些矿物与酸接触可能生成沉淀。有 3 类矿物 ,即含钠矿物 、含钾矿物和碳酸盐与氢氟酸接 触可形成大量沉淀 。
1) 胜利油田有限公司采油工艺研究院 ; 2) 胜利油田有限公司现河采油厂
摘要 :酸化不仅可以解除近井地带的地层伤害 ,还可以降低或去除表皮效应 ,提高地层渗透率 ,被国内外各个油田
普遍采用 。工程技术人员往往认为酸化处理成功率低的原因在于沉淀和粘土运移 ,而经常忽略其内在原因 ,并且
定性分析多于定量的研究 。Rick Gdanski 博士针对酸化时碰到的粘土膨胀 、凝胶 、沉淀等问题进行了实验室定量研
含钾矿物也会形成氟硅化物沉淀 。含钾矿物形 成的氟硅化物比含钠矿物形成的氟硅化物有更强的 堵 塞能力 。主要的钾源是钾长石 、混合性粘土 ( 伊
收稿日期 2001 - 11 - 13 ;改回日期 2002 - 01 - 24 。 作者简介 :闫治涛 ,男 ,工程师 ,1993 年毕业于西南石油学院采油工程专业 ,现从事压裂酸化研究工作 。联系电话 : (0546) 8788643 ,通讯地 址 : (257000) 山东省东营市西山路 188 号胜利油田有限公司采油工艺研究院压裂酸化研究中心 。
沸石在酸中很不稳定 ,一些沸石甚至在室温下 就可溶于酸 。向含有伊利石的柱状岩心中注入氯化 钾溶液 ,伊利石被溶解生成硅胶沉淀 。
在 135 ℃下 ,大多数粘土经过盐酸浸泡会转变 为硅胶 。向不含碳酸盐的砂岩中泵入 15 %的盐酸 溶液 ,在 93 ℃下浸泡 2h ,酸就不存在了 ,残酸变成了 水 。最早排出的残酸 p H 值可能为 1 ,然而 ,大部分 酸将溶解地层中的粘土 ,消耗了盐酸 。通过近期研 究 ,认识了粘土不稳定产生堵塞的本质 ,这有助于使 设计人员的酸化设计更有效 。当绿泥石含量达到 0. 5 %～2 %时 ,为避免铁沉淀 ,不应该再使用盐酸酸 化 。当绿泥石被盐酸酸化时 ,它会释放出铁离子 (其 他粘土将释放钠离子或钾离子) ,但堵塞并不是因为 铁离子 ,而是由酸化产生的硅胶形成的聚合物引起 的 。因此 ,控制铁沉淀的添加剂并不能保证酸化处 理的效果 。
粘土在醋酸和甲酸中比较稳定 ,但是粘土与醋 酸的反应就像其与清水反应一样 ,即醋酸不会使粘 土分解 ,却会使其膨胀 ,这就是过去醋酸酸化含沸石 砂岩地层成功率很低的一个重要原因 。美国墨西哥 湾沿海地区地层中含有沸石和膨胀性粘土 ,接触到
醋酸就会膨胀 ,醋酸还能使含有伊利石和蒙脱石的 粘土膨胀 。将醋酸注入含有砂及蒙脱石的岩心时 , 酸液进入岩心仅几厘米便难以再注进 。
氢氟酸与钠长石 、离子交换性矿物 、地层盐水等 含钠矿物反应 ,在距井筒 15～45cm 的地方可形成 含钠的氟硅化物沉淀 。钠长石仅仅是最近才被发现 是沉淀源 。在 20 世纪 70 年代末至 80 年代初 , X 射线分析还没有用于辨别长石类别 ,现在用 X - 射 线衍射装置可进行数字光谱分析 ,确定存在的长石 种类 。完井液中的沉积盐是另一个钠源 ,比重大的 完井液 ,像含氯化钙和溴化钙的压井液 ,能从地层水 中沉淀出盐来 。将压井液注入含有饱和盐水的地层 后 ,因为地层水不能溶解更多的钠 ,盐结晶析出 ,导 致结垢和堵塞 ,压井液的返排就非常困难了 。
究和现场试验 ,提出了产生这些问题的内在原因和解决方法 。
关键词 :酸化 ;油井增产 ;酸化效果 ;墨西哥湾
中图分类号 : TE357. 5 文献标识码 :B
文章编号 :1009 - 9603 (2002) 02 - 0086 - 02
1 稳定粘土
粘土可在盐酸中分解是地层矿物学的一个最新 的重要发现 。所有粘土在高于临界温度时的酸中都 是不稳定的 。
油 气 地 质 与 采 收 率 2002 年 4 月 PETROL EUM GEOLO GY AND RECOV ER Y EFF ICIENC Y 第 9 卷 第 2 期
·国外石油技术·
国外酸化技术研究新进展
闫治涛1) 许新华2) 涂 勇2) 曹 锋2) 林 娜2)
氢氟酸残液流经菱铁矿会形成铝盐沉淀而堵塞 地层 ,阿拉斯加北部地层中就含有粘土和菱铁矿 。 含有 5 %以上碳酸盐的砂岩地层在氢氟酸残液流经 碳酸盐的时候易形成复杂的氟化铝基质沉淀 ,所以 , 酸化设计先用前置酸液清除井筒附近至少 0. 6m 范 围内的碳酸盐是至关重要的 。
处理含 8 %碳酸盐的地层 ,就不能通过泵入足 够的前置酸液来清除这些碳酸盐 ,因为清除井筒附 近 1. 5m 范围内 8 %的碳酸盐至少需要 15 %的盐酸 前置液 9. 5m3 ,清除井筒附近 0. 6m 范围内 8 %的碳 酸盐需要 15 %的盐酸前置液 3. 8m3 。即使 5 %的碳 酸盐在距井筒 0. 6m 的基质中 ,泵入到基质中的氢 氟酸最终也会与碳酸盐反应 。所以 ,必须向含有碳 酸盐的基岩中泵入足够量的前置酸液[1 ] 。
参考文献 :
1 Rick Gdanski. Formation mineral content key to successful sandstone acidizing. Oil &Gas Journal ,1999 ,30 (8) :90～95
编辑 张朝启
最近 ,一种有机酸 ———氢氟酸体系被成功用于 泰国的 4 口井 ,油井产量从大约 16t/ d 提高到 16t/ d ,这次成功主要归功于避免了沉淀的产生[1 ] 。
5 结语
根据对国外酸化技术研究的调研 ,可得出以下 认识 。
(1) 酸化设计前 ,应从历史记录 、X - 射线分析 或自然伽马测井资料中确定地层中存在哪些矿物 , 确定粘土的离子交换率 。
第 9 卷 第 2 期 闫治涛等 :国外酸化技术研究新进展
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利石和蒙脱石) 、云母和氯化钾压井液 。钾长石是导 致氢氟酸处理失败的典型因素 ,更不幸的是 ,钾长石 的含量通常是最多的 。
碳酸盐接触活性氢氟酸可形成氟化钙沉淀 ,但 这不是主要问题 ,主要问题是氢氟酸残液侵入基岩 后将形成氟化铝沉淀 。20 世纪 80 年代末期 ,在一 些井筒被铝垢堵塞后 ,人们已开始意识到这个问题 , 因为如果铝垢能沉积在井筒中 ,那它们也一定能沉 积在地层岩石中 。人们最熟悉的碳酸盐是方解石和 白云岩 ,然而 ,所有的碳酸盐都不同程度的含钙 、镁 和铁 。铁 、白云岩和菱铁矿属于碳酸岩 ,在 66 ℃的 盐酸中溶解非常缓慢 ,但是 ,如果酸中存在氟化物 , 溶解就会加快 。