砂岩油气层的土酸处理

砂岩油气层的土酸处理
作者：砂岩地层通常采用水力压裂增产措施，但对于胶结物较多或堵塞严重的砂岩油气层，也常采用以解堵为目的常规酸化处理。

这就是说，碳酸盐地层和砂岩地层都可以进行酸化，但在酸处理的内容上都有不少区别。

砂岩是由砂粒和粒间胶结物所组成，砂粒主要是石英和长石，胶结物主要为硅酸盐类（如粘土）和碳酸盐类。

砂岩地层油气储集空间和渗流通道就是砂粒之间未被胶结物完全充填的孔隙。

砂岩地层的酸处理，就是通过酸液溶解砂粒之间的胶结物和部分砂粒，或者溶解空隙中的泥质堵塞物，或其他结垢物以恢复、提高井底附近地层的渗透率。

1、砂岩地层土酸处理原理
在岩层中含泥质较多，含碳酸盐较少，油井泥浆堵塞较为严重而泥饼中碳酸盐含量较低的情况下，用普通盐酸处理常常得不到预期的效果。

对于这类油井或注水井多采用10％－15％浓度的盐酸和3％－8％浓度的氢氟酸与添加剂所组成的混合酸进行处理。

这种混合酸液通常称为土酸。

土酸中的氢氟酸（HF）是一种强酸，我国工业氢氟酸其氟化氢的浓度一般为40％，相对密度为1.11-1.13。

氢氟酸对岩石的一切成分（石英、粘土、碳酸盐）都有溶蚀能力，但不能单独用氢氟酸，而要和盐酸混合配置成土酸，其主要原因有以下二个方面：
（1）氟酸与硅酸盐类以及与碳酸盐类反应时，其生成物中有气态物质，也有可溶性物质，也会生成不溶于残酸液的沉淀，其反应如下。

氢氟酸与碳酸钙的反应：
2HF+CaCO3=CaF2+CO2 +H2O
氢氟酸与硅酸钙铝（钙长石）的反应：
16HF+CaAL2Si2O8＝CaF2+2ALF3+2SiF4+8H2O
在上列反应中生成的CaF2，当酸液浓度高时，处于溶解状态，当酸液浓度低后，即会沉淀。

酸液中包含有HCL时，依靠HCL维持酸液在较低的PH值，以提高CaF2的溶解度。

氢氟酸与石英的反应：
6HCL+SiO2＝H2SiF6+2H2O
反应生成的氟硅酸（H2SiF6）在水中可解离为H+和SiF2-6，而后者又能和地层水中的Ca2+、Na+、K+、NH4+等离子相结合。

生成CaSiF6、（NH4）
SiF6、易溶于水，不会产生沉淀，而Na2 SiF6、及K2SiF6均为不溶物质会2
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。

（2）氢氟酸与砂岩中各种成分的反应速度各不相同。

氢氟酸与碳酸盐的反应速度最快，其次是硅酸盐（粘土），最慢是石英。

因此当氢氟酸进入砂岩地层后，大部分氢氟酸首先消耗在与碳酸盐的反应上，不仅浪费了大量价值昂贵的氢氟酸，并且妨碍了它与泥质成分的反应。

但是盐酸和碳酸盐的反应速度比起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，并维持酸液较低的PH 值，依靠氢氟酸成分溶蚀泥质成分和部分石英颗粒，其反应结果就能清除井壁的泥饼及地层中的粘土堵塞，恢复和增加近井地带的渗透率。

2、土酸处理工艺
由于油气层岩石的成分和性质各不相同，实际处理时，所用酸量、土酸溶液的成分也不同，主要是依靠岩石成分和性质而定。

据多年的实践表明，由10-15％的HCL及3-8％的HF混合成的土酸足以溶解不同成分的砂岩地层。

其中当地层泥质含量较高时，氢氟酸浓度取上限；盐酸浓度取下限；当地层碳酸盐含量较高时，则盐酸浓度取上限，氢氟酸浓度取下限。

如：在注水井中，由于金属管道长期被腐蚀，其腐蚀产物大致是硫化亚铁、氧化铁等物质，他们随着注入水集聚在井底并进入地层堵塞孔道，引起注入量降低。

因此，注水井酸处理的主要目的在于解除井底铁锈堵塞。

由于这些沉淀物都能被盐酸溶解而生成易溶于水的盐类，因此应配制以盐酸为主的土酸溶液。

相反如果是泥质堵塞物为主，则应相应提高氢氟酸的浓度。

有如：在改造以粘土胶结为主的砂岩地层，或泥浆堵塞中碳酸盐成分较小时，土酸溶液中的氢氟酸浓度应相应提高。

有些油田配制的土酸，氢氟酸浓度超过盐酸浓度（如6％HF+3％HCL）,现场常称这种土酸溶液为逆土酸。

总之，土酸溶液的成分应根据处理对象的具体情况，矿物组成等作室内试验而定。

土酸液用量和氢氟酸的浓度都应有所控制，若用量过多，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，有可能使砂粒脱落，破坏砂岩地结构，引起地层出砂。

土酸溶液的用量及成分确定后，在配制土酸时，所需商品浓度的氢氟酸和盐酸之数量，可按下列计算公式确定：
G HF＝1000VγM C’HF/C HF
G HCL＝1000VγM C’HCL/C HCL
式中G HF----------土酸中商品氢氟酸用量，公斤；
G HCL--------土酸中商品盐酸的用量，公斤；
C HF---------商品氢氟酸浓度（重量），％；
C HC---------商品盐酸浓度（重量），％；
C’HF--------土酸中氢氟酸浓度（重量）；
C’HCL-------土酸中盐酸浓度（重量）；
V-----------酸液用量，米3；
γM---------所配制土酸液的混合重度，公斤/升。

为了进一步防止CaF2等不溶物的沉淀和充分发挥氢氟酸对泥质成分的溶蚀作用，在土酸处理前应预先进行处理。

预处理的方法有二个方面：（1）盐酸先把大部分的碳酸盐溶蚀掉，从而防止CaF2等沉淀并发对土酸对泥质成分的溶蚀作用。

（2）盐酸把地层水顶替走，避免氢氟酸与地层水接触，防止生成氟硅酸钾、钠盐沉淀。

因此，预处理时的盐酸用量不应低于土酸用量，盐酸的浓度应依地层中的碳酸盐含量而定，一般取12-15％。

土酸处理的施工工艺基本上与盐酸处理相同，所不同的是应首先进行盐酸预处理，其步骤为：
①用12-15％的盐酸进行预处理，溶解地层中的碳酸盐类并顶走地层水。

②土酸处理：其中盐酸进一步溶解碳酸盐类并保持酸液在较低的PH 水平上，氢氟酸溶解泥质成分和部分石英粒。

应注意的是，土酸用量一般不宜超过预处理时的盐酸用量，反应时间一般不超过8-12小时，地层温度高时，可缩短为6-8小时，最好应根据各地层岩心由模拟试验合理确定。

酸化是注水井增注的重要措施，酸化处理类型一般分为盐酸处理和土酸处理两种。

已经配套完善，大量应用。

3、粘土防膨技术
对于粘土砂岩油藏的开采，如何防止水敏、速敏、酸敏是一个十分重要的问题，是直接关系到能否开发好这类油藏的重要问题。

国内外对此给予了高度重视，取得了很大成就。

防止注水过程中的粘土膨胀是一项有效的增注措施。

粘土防膨挤可分为无机盐类、无机物表面活性剂、离子型表面活性剂（有机物离子表面活性剂）以及无机盐与无机物离子型表面活性剂复配物。

无机盐类为KCL、NH4CL,虽然能防止不膨型粘土地分散、运移及膨胀型粘土地膨胀，但有效期短。

这是国外50-60年代常用的防膨剂。

无机物表面活性剂，如铁盐类，对施工条件要求较严，成本高，有效期短，是国外60-70年代出现的粘土处理剂。

离子型有机物类粘土处理剂是目前常用的防膨剂，如聚季胺。

无机盐和有机物混合的处理剂也已开始应用。

综合二者的性能，降低了成本，提高了有效期。

（1）防膨剂的筛选
由于粘土矿物成分和储层岩石的差异，没有一种固定的现成防膨剂通用于各油层。

欲取得理想的防膨效果，必须经过精心的室内筛选。

①初选将储层的岩屑粉碎过筛，在一定的强度下，将其加入到有防
膨剂的水（或注入用的水）中，浸泡一定时间，对比其前后的重量变化。

其变化量小的防膨剂及配方为最佳者，即初选完成。

②渗流防膨效果评价将初选的防膨剂加入到注入水中，经岩心模
拟注入试验，测定期渗透率的变化值，如果变化小即初选正确，可用于现场；否则，重新初选，在进行渗流防膨效果评价。

（3）防膨剂的使用
防膨剂在含泥砂岩井中的压井液、钻井液、注入水、酸液、压裂液中都应使用。

在酸化时，可直接加入酸液中。

对于注水，一般是周期性注入加防膨剂的段塞。

即当停止加防膨剂注水后，其注入量降低到一定值时再注入段塞，然后再注水。

目的是降低成本，取得较好的经济效益。

如果用量小，效果好，也可。