第三章砂岩油气层的土酸处理
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第三节 砂岩油气层的土酸处理
➢ 教学目的
了解砂岩土酸增产原理，掌握土酸处理设 计，并掌握砂岩地层土酸处理的原理，能够解 释为什么砂岩地层要用土酸处理。
➢ 教学重点、难点
教学重点 1、砂岩土酸增产原理 2、土酸处理设计
教学难点 砂岩地层土酸处理原理
➢ 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
当碳酸盐含量较高时，盐酸浓度取上限，氢氟酸浓度取下限
逆土酸：氢氟酸浓度超过盐酸浓度(如6％HF+3％HCl)。
（一）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
2.选择适宜的处理液配方
3.确定注入压力或注入排量，以便在低于破裂压力下施工
4.确定处理液量
前置液(预冲洗液）避酸免盐地反应层生水成与H沉F接淀触，，以防提止高HHFF的与酸碳 化效果。根据损害半径来确定。
方解石 白云石 铁白云石
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 高溶解
菱铁矿
低至中等
高溶解
高溶解
表7-2 典型砂岩矿物的化学组成
矿 石英 长石类
云母类 粘土类
碳酸盐类
硫酸盐类 其它
物
正长石 微斜长石 钠长石 斜长石 黑云母 白云母 高岭石 伊利石 蒙脱石 绿泥石 方解石 白云石 铁白云石 石膏 硬石膏 盐类 氧化铁
➢ 教学内容
1、砂岩地层土酸处理原理 2、土酸处理设计
第三节 砂岩油气层的土酸处理
砂
粒 石英和长石
砂岩
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。
一、砂岩地层土酸处理原理
Si, Al 8O20OH 4 nH2O AlSi O3 10 Mg 5Al,FeOH 8
CaCO 3 CaMg(CO )3 2
CaFe,Mg CO3 2
CaSO 4 2H 2O CaSO 4
NaCl FeO,Fe 2O 3 ,Fe 3O 4
酸化原理：
1)氢氟酸与硅酸盐类以及碳酸盐类反应时，其生成物中 有气态物质和可溶性物质，也会生成不溶于残酸液的沉淀。
影响砂岩反应的因素 一是化学组成，二是表面积
表7-1 砂岩矿物的表面积及溶解度
矿物
表面积
盐酸
溶解度
土酸
石英 燧石 长石
Βιβλιοθήκη Baidu
低 低至中等 低至中等
不溶解 不溶解 不溶解
很低 低至中等 低至中等
云母
低
高岭石
高
伊利石
高
不溶解 不溶解 不溶解
低至中等 高溶解 高溶解
蒙脱石
高
绿泥石
高
不溶解 低至中等
高溶解 高溶解
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。 盐酸和碳酸盐的反应速度比氢氟酸还要快，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。
二、土酸处理设计 10～15％的HCl及3～8％的HF混合成的土酸 当泥质含量较高时，氢氟酸浓度取上限，盐酸浓度取下限
2HF+CaCO3=CaF2↓+CO2↑+H2O 16HF+CaAl2Si2O8=CaF2↓+2AlF3+2SiF4↑+8H2O 酸液浓度高，CaF2处于溶解状态；酸液浓度低，产生沉淀。
氢氟酸与石英的反应 6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O
氟硅酸(H2SiF6)在水中可解离为H+和SiF62+；后者与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。
化学组成
SiO 2 Si3Al8Na Si3Al8K
Si23Al12O8 Na,Ca AlSi O3 10 KMg,Fe3OH 2 AlSi O3 10 KAl 2OH 2 Al4 Si O4 10 OH 8 Si4xAlxO10 OH 2 KxAl2
1/ 2Ca, N a 0.7AlMg, Fe4
酸化液
用经验方法确定
替置液(后冲洗液) 将正规处理酸液驱离井筒半径12～ 15倍以外。根据公式计算。
（二）提高土酸处理效果的方法
影响土酸处理效果的因素： 在高温油气层内由于HF的急剧消耗，导致处理的范围很少； 土酸的高溶解能力可能局部破坏岩石的结构造成出砂； 反应后脱落下来的石英和粘土等颗粒随液流运移，堵塞地层。
提高酸处理效果的方法 （1）同时将氟化铵水溶液与有机脂(乙酸甲脂)注入地层， 一定时间后有机脂水解生成有机酸(甲酸)，有机酸与氟化 铵作用生成氢氟酸。 （2）利用粘土矿物的离子交换性质，在粘土颗粒上就地产 生氢氟酸(自生土酸)。 （3）使用替换酸，如氟硼酸。
（4）国外采用互溶剂—土酸处理等技术提高酸化效果。
➢ 教学目的
了解砂岩土酸增产原理，掌握土酸处理设 计，并掌握砂岩地层土酸处理的原理，能够解 释为什么砂岩地层要用土酸处理。
➢ 教学重点、难点
教学重点 1、砂岩土酸增产原理 2、土酸处理设计
教学难点 砂岩地层土酸处理原理
➢ 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
当碳酸盐含量较高时，盐酸浓度取上限，氢氟酸浓度取下限
逆土酸：氢氟酸浓度超过盐酸浓度(如6％HF+3％HCl)。
（一）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
2.选择适宜的处理液配方
3.确定注入压力或注入排量，以便在低于破裂压力下施工
4.确定处理液量
前置液(预冲洗液）避酸免盐地反应层生水成与H沉F接淀触，，以防提止高HHFF的与酸碳 化效果。根据损害半径来确定。
方解石 白云石 铁白云石
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 高溶解
菱铁矿
低至中等
高溶解
高溶解
表7-2 典型砂岩矿物的化学组成
矿 石英 长石类
云母类 粘土类
碳酸盐类
硫酸盐类 其它
物
正长石 微斜长石 钠长石 斜长石 黑云母 白云母 高岭石 伊利石 蒙脱石 绿泥石 方解石 白云石 铁白云石 石膏 硬石膏 盐类 氧化铁
➢ 教学内容
1、砂岩地层土酸处理原理 2、土酸处理设计
第三节 砂岩油气层的土酸处理
砂
粒 石英和长石
砂岩
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。
一、砂岩地层土酸处理原理
Si, Al 8O20OH 4 nH2O AlSi O3 10 Mg 5Al,FeOH 8
CaCO 3 CaMg(CO )3 2
CaFe,Mg CO3 2
CaSO 4 2H 2O CaSO 4
NaCl FeO,Fe 2O 3 ,Fe 3O 4
酸化原理：
1)氢氟酸与硅酸盐类以及碳酸盐类反应时，其生成物中 有气态物质和可溶性物质，也会生成不溶于残酸液的沉淀。
影响砂岩反应的因素 一是化学组成，二是表面积
表7-1 砂岩矿物的表面积及溶解度
矿物
表面积
盐酸
溶解度
土酸
石英 燧石 长石
Βιβλιοθήκη Baidu
低 低至中等 低至中等
不溶解 不溶解 不溶解
很低 低至中等 低至中等
云母
低
高岭石
高
伊利石
高
不溶解 不溶解 不溶解
低至中等 高溶解 高溶解
蒙脱石
高
绿泥石
高
不溶解 低至中等
高溶解 高溶解
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。 盐酸和碳酸盐的反应速度比氢氟酸还要快，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。
二、土酸处理设计 10～15％的HCl及3～8％的HF混合成的土酸 当泥质含量较高时，氢氟酸浓度取上限，盐酸浓度取下限
2HF+CaCO3=CaF2↓+CO2↑+H2O 16HF+CaAl2Si2O8=CaF2↓+2AlF3+2SiF4↑+8H2O 酸液浓度高，CaF2处于溶解状态；酸液浓度低，产生沉淀。
氢氟酸与石英的反应 6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O
氟硅酸(H2SiF6)在水中可解离为H+和SiF62+；后者与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。
化学组成
SiO 2 Si3Al8Na Si3Al8K
Si23Al12O8 Na,Ca AlSi O3 10 KMg,Fe3OH 2 AlSi O3 10 KAl 2OH 2 Al4 Si O4 10 OH 8 Si4xAlxO10 OH 2 KxAl2
1/ 2Ca, N a 0.7AlMg, Fe4
酸化液
用经验方法确定
替置液(后冲洗液) 将正规处理酸液驱离井筒半径12～ 15倍以外。根据公式计算。
（二）提高土酸处理效果的方法
影响土酸处理效果的因素： 在高温油气层内由于HF的急剧消耗，导致处理的范围很少； 土酸的高溶解能力可能局部破坏岩石的结构造成出砂； 反应后脱落下来的石英和粘土等颗粒随液流运移，堵塞地层。
提高酸处理效果的方法 （1）同时将氟化铵水溶液与有机脂(乙酸甲脂)注入地层， 一定时间后有机脂水解生成有机酸(甲酸)，有机酸与氟化 铵作用生成氢氟酸。 （2）利用粘土矿物的离子交换性质，在粘土颗粒上就地产 生氢氟酸(自生土酸)。 （3）使用替换酸，如氟硼酸。
（4）国外采用互溶剂—土酸处理等技术提高酸化效果。