碳酸盐岩酸化技术.ppt

三、酸化研究的主要内容三、酸化研究的主要内容 灰岩与酸反应 碳酸盐岩酸反应机理 白云岩与酸反应 反应动力学参数研 究 反应动力学方程的 确定 反应控制条件研究 酸刻蚀形态研究 反应速度及影响因 素研究 反应矿物的影响研 究 1. 1. 酸化机理研究酸化机理研究 1 2.2.酸液及添加剂试验研究酸液及添加剂试验研究 酸型研究、酸浓度选择、各种添加剂试验筛选、酸液 配方评价、酸化效果试验 基质酸化模型、二维、三维酸压扩展模型、施工参 数优化、考虑酸蚀蚓孔、酸液指进的影响、增产倍比 预测、实时检测技术等 3. 3. 酸化设计模型及优化设计方法研究酸化设计模型及优化设计方法研究 三、酸化研究的主要内容三、酸化研究的主要内容 2 4. 4. 酸化工艺技术研究酸化工艺技术研究 碳酸盐岩储层酸化工艺技术 砂岩储层深部酸化工艺技术 多层非均质储层酸化工艺技术 三、酸化研究的主要内容三、酸化研究的主要内容 3 酸化增产原理 4 一、基质酸化增产原理 1、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。 2、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。 5 评估伤害井 产能下降程度 评估伤害井 酸化增产幅度 评估无伤害井 酸化增产幅度 Xd=Kd/K0，Xi=Ki/K0 用采油指数评价酸化前后产能变化： 一、基质酸化增产原理 6 储层严重污染时，基质酸化处理可大幅度提储层严重污染时，基质酸化处理可大幅度提 高油气井产量；对污染储层，基质酸化一般可获得高油气井产量；对污染储层，基质酸化一般可获得 较好增产效果。较好增产效果。 无污染储层，基质酸化处理效果甚微。无污染储层，基质酸化处理效果甚微。 基质酸化解除污染带储层污染后，均匀改善区基质酸化解除污染带储层污染后，均匀改善区 不宜过大，以解除污染带储层污染为主要任务。不宜过大，以解除污染带储层污染为主要任务。 一、基质酸化增产原理 7 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 一、基质酸化增产原理 8 二、压裂酸化增产原理 l l压裂酸化形成裂缝，增大渗流面积，改善油气压裂酸化形成裂缝，增大渗流面积，改善油气 流动方式，降低井附近的渗流阻力。流动方式，降低井附近的渗流阻力。 l l消除井壁附近的储层污染。消除井壁附近的储层污染。 l l沟通井筒附近的高渗透带、储层深部裂缝系统沟通井筒附近的高渗透带、储层深部裂缝系统 及油气区。及油气区。 l l不用于砂岩储层。不用于砂岩储层。 9 增产是酸压的主要目的 解堵是酸压的必然结果 注 意： 酸压一般只适合于碳酸盐岩储层 二、压裂酸化增产原理 10 酸化工艺的特点及适用情况对照表 11 碳酸盐岩储层 酸化技术 12 控制酸化效果的因素 有效作用距离裂缝导流能力 酸岩反应速度酸液滤失 降滤剂 粘 度酸浓度 酸类型 岩石类型 酸液流速 温 度面容比 同离子效应 酸液用量 酸液流速 岩石类型 酸类型 酸浓度 闭合应力 13 概 述 酸化溶解物 1、基质矿物 2、堵塞物(伤害物) 反应特点 1、碳酸盐矿物反应 碳酸钙、碳酸镁、少量粘土 2、多孔介质、微裂缝、人工裂缝中 3、蚓孔、非均匀刻蚀导流能力 14 u存在问题 1、反应速度快(作用半径小) 2、沉淀物易产生(二次伤害) 3、液体置放 u研究方向 1、酸液及添加剂 2、设备提高 3、优化设计(工艺和参数) 概 述 15 一、碳酸盐酸化用酸类型及选择 酸液的合理使用对酸化效果起着主要 的作用。酸液选择的关键在于了解各类酸 的作用、适用范围、以及所针对的储层类 型、结构、矿物成分、酸化目的。 16 对酸液的要求 1.溶蚀能力强，与储层及其流体配伍，在地层中液体及 反应产物不产生沉淀，不产生伤害 2.加入添加剂后物化性能稳定，能施工满足要求 3.运输、施工方便，安全 4.价格便宜，货源广 一、碳酸盐酸化用酸类型及选择 17 选择处理液的标准 1、 岩石矿物学 2、 地层伤害 3、 岩石力学 4、 油井条件(T、P) 敏感性 岩石矿物敏感 裂缝系统-应力敏感 润湿性的改变 一、碳酸盐酸化用酸类型及选择 18 酸液类型 盐酸 有机酸(甲酸和乙酸) 多组分酸 缓速酸 延迟酸 粉状酸(固体酸) 一、碳酸盐酸化用酸类型及选择 19 盐酸的优点： 成本低 对地层的溶蚀能力强，反应生成物(氯化钙、氯化镁及二氧化碳) 可溶，不产生沉淀。 酸压时对裂缝壁面的不均匀刻蚀程度高。 盐酸的缺点： 与石灰岩反应速度快。特别是对于高温深井。由于地层温度高， 盐酸与地层岩石反应速度太快，因而处理范围有限。 对井中管柱具有很强的腐蚀性，温度高时腐蚀性更强，防腐蚀费 用大，而且容易损坏泵内镀铝或镀铬的金属部件。 一、碳酸盐酸化用酸类型及选择 20 高浓度盐酸处理效果较好的原因： 酸液有效作用时间较长，有效作用范围大； 单位体积盐酸可产生的二氧化碳气体较多，利 于残酸的返排； 单位体积盐酸可产生较多的氯化钙、氯化镁， 提高残酸的粘度，控制了酸岩反应速度，并有利 于悬浮。携带固体颗粒从地层排出。 一、碳酸盐酸化用酸类型及选择 21 一、碳酸盐酸化用酸类型及选择 甲酸和乙酸 甲酸又名蚁酸(HCOOH)，是无色透明的液体，熔 点8.4，有刺激性气味。易溶于水，水溶液呈弱 酸性。我国的工业甲酸浓度为90%以上。 乙酸又名醋酸(CH3OOH)，我国工业乙酸的浓度为 93%以上，因为乙酸在低温时会凝成象冰一样的固 态，故俗称为冰醋酸。 22 优点:反应速度慢、腐蚀性较弱，在高温下易于缓速和缓 蚀。 缺点：溶蚀能力小且价格贵，欲达到盐酸的溶蚀能力， 用酸量大，成本高，低渗透层排液困难。酸压时，甲酸 均匀溶蚀缝面，裂缝导流能力小。 只有在高温(120以上)深井中，盐酸的缓速和缓蚀 问题无法解决时，才使用它们酸化碳酸盐岩储层。 甲酸和乙酸 一、碳酸盐酸化用酸类型及选择 23 一、碳酸盐酸化用酸类型及选择 盐酸与甲酸、乙酸的溶蚀能力、反应速度对比表 酸液种类及浓 度 1m3酸耗完溶蚀碳酸钙 重量(kg) 相对反应 时间 7.5%HCl106.50.7 15%HCl220.41.0 28%HCl440.06.0 10%HCOOH109.05.0 10%CH3OOH85.012.0 15%CH3OOH127.018.0 14%HCl+7.5%HCOOH290.06.0 14%HCl+10%HCOOH 24 甲酸和乙酸 注意： 甲酸或乙酸与碳酸盐作用生成的盐类，在水中的 溶解度较小。所以，酸处理时采用的浓度不能太高 ，以防生成甲酸或乙酸钙盐沉淀堵塞渗流通道。 一般甲酸浓度不超过10%，乙酸浓度不超过15%。 一、碳酸盐酸化用酸类型及选择 25 一、碳酸盐酸化用酸类型及选择 多组分酸多组分酸 是一种或多种有机酸与无机酸是一种或多种有机酸与无机酸( (如盐酸如盐酸) )的混合物。的混合物。 作用原理：酸岩反应速度依氢离子浓度而定。因此当盐酸中混掺有作用原理：酸岩反应速度依氢离子浓度而定。因此当盐酸中混掺有 离解常数小的有机酸离解常数小的有机酸( (甲酸、乙酸、氯乙酸等甲酸、乙酸、氯乙酸等) )时，溶液中的氢离子数时，溶液中的氢离子数 主要由盐酸的离子数决定，根据同离子效应，极大的降低了有机酸的主要由盐酸的离子数决定，根据同离子效应，极大的降低了有机酸的 电离程度，因此当盐酸活性耗完前，甲酸或乙酸几乎不离解，盐酸活电离程度，因此当盐酸活性耗完前，甲酸或乙酸几乎不离解，盐酸活 性耗完后，甲酸或乙酸才进而离解起溶蚀作用。所以，盐酸在井壁附性耗完后，甲酸或乙酸才进而离解起溶蚀作用。所以，盐酸在井壁附 近起溶蚀作用，甲酸或乙酸在地层较远处起溶蚀作用，混合酸液消耗近起溶蚀作用，甲酸或乙酸在地层较远处起溶蚀作用，混合酸液消耗 时间近似等于盐酸和有机酸反应时间之和，因此可以得到较长的有效时间近似等于盐酸和有机酸反应时间之和，因此可以得到较长的有效 作用距离。作用距离。26 缓速酸类 为了减缓酸岩反应速度，增加酸液有效作用距离而发展 起来的酸型。它是通过对酸的稠化、乳化、加缓速剂以及 改变酸液与岩石的亲油性等得到的。 稠化酸 胶化酸 乳化酸 化学缓速酸 泡沫酸 一、碳酸盐酸化用酸类型及选择 27 一、碳酸盐酸化用酸类型及选择 粉末酸粉末酸(固体酸) 固体酸是近年发展起来的一种用于高温深井酸化的粉末状酸液体 系。目前主要有硝酸粉末液或固体硝酸。固体酸是一种新型酸化材料目前主要有硝酸粉末液或固体硝酸。固体酸是一种新型酸化材料 ，正常状态下呈非活性，激活后可分解出具有强氧化性的，正常状态下呈非活性，激活后可分解出具有强氧化性的HNOHNO 3 3 。它即。它即 可用于碳酸盐岩也可用于砂岩储层。可用于碳酸盐岩也可用于砂岩储层。 作用原理：颗粒状固体酸(固体酸在地面及井筒内不具备腐蚀性或 微弱的腐蚀性)是采用非反应携带液将固体酸携带到裂缝中，通过设计 一定加酸顺序和浓度，不与酸液产生反应的携带液将固体酸带入深部 地层预处理层位，在一定条件下合成、缓慢释放酸液与岩石进行反应 ，达到酸化地层的目的。其特点是延缓了酸岩反应速度，提高酸液的 刻蚀能力和酸液的有效作用距离。 28 固体酸的特点： 能有效延缓与碳酸盐岩的反应。 对地层的溶蚀能力强，与盐酸有相同的溶能力。不 产生沉淀，能有效解除有机堵塞物。 酸压时对裂缝壁面的不均匀刻蚀程度高。 对井中管柱具有很强的腐蚀性，但在不激活状态下 其腐蚀能力小。因此在泵注过程中必须保持惰性。 一、碳酸盐酸化用酸类型及选择 29 碳酸盐岩储层酸化时酸液应用原则 温度条件酸液 低温常规盐酸 盐酸+缓速剂 高温有机酸 缓速酸 非活性固体酸 一、碳酸盐酸化用酸类型及选择 30 二、碳酸盐岩储层酸化工艺分类二、碳酸盐岩储层酸化工艺分类 酸化工艺 酸 洗 基质酸化 酸 压 1.按注入压力与施工规模分： 31 酸洗：清除井筒中的酸溶性结垢物，或疏通射孔孔眼的 工艺。 两种方式： 将酸液注入预定井段，让其静置反应，在无外力 搅拌的情况下溶蚀结垢物或射孔孔眼中的堵塞物 酸液通过正反循环，使酸液沿井筒、射孔孔眼或地 层壁面流动反应，借助冲刷作用溶蚀结垢物或堵塞 物。 特点： 酸液局限于井筒和孔眼附近，一般不进入地层或 很少进入，地面不用加压或加压很小。不能改善地 层渗流条件。 二、碳酸盐岩储层酸化工艺分类二、碳酸盐岩储层酸化工艺分类 32 基质酸化基质酸化( (岩体酸化，常规酸化岩体酸化，常规酸化) ) 原理：不压破地层的情况下将酸液注入地层 孔隙(晶间，孔穴或裂缝)的工艺。利用酸液 溶解砂岩孔隙及喉道中胶结物和堵塞物,改 善储层渗流条件,提高油气产能。 目的：解堵。 特点：不压破地层。 二、碳酸盐岩储层酸化工艺分类二、碳酸盐岩储层酸化工艺分类 33 酸化压裂(酸压) 原理：酸或酸的前置液以高于储层所能承受的排量从套管或 油管中注入，使之在井筒中迅速建立压力，直至超过地层的 压缩应力及岩石的抗张强度，从而压破地层，形成裂缝，连 续注酸使裂缝延伸、酸刻蚀裂缝形成酸蚀裂缝，该裂缝具有 比原地层更高的导流能力，因此能提高油气井产能。 目的：增产（解堵是必然结果）。 特点：大排量、高泵压(压破地层)。 二、碳酸盐岩储层酸化工艺分类 34 2.按酸化工作液类型分： 酸化工艺 常规酸化 高浓度酸酸化 混合酸酸化 泡沫酸酸化 乳化酸酸化 胶凝酸酸化 降阻酸酸化 指进酸酸化 延迟酸酸化 二、碳酸盐岩储层酸化工艺分类二、碳酸盐岩储层酸化工艺分类 35 二、碳酸盐岩储层酸化工艺分类二、碳酸盐岩储层酸化工艺分类 3.按注入酸化工艺方式分： 酸化工艺 普通酸（化）压 前置液酸压 交替注入酸压 闭合酸压 平衡酸压 分层酸化 暂堵酸化 36 三、碳酸盐岩酸化机理 3.1 石灰岩与盐酸反应机理 酸岩反应过程酸岩反应过程 反应式：2HClCaCO3 CaCl+CO2+H2O 反应步骤： 1、酸至反应壁面的传递 2、表面反应 3、反应产物离开表面 37 系统反应动力学系统反应动力学 对流和传质混合控制过程 系统酸浓度与系统酸岩反应速度之间的关 系 表面反应动力学表面反应动力学 表面反应控制过程 岩石表面酸浓度与酸岩表面反应速度之 间的关系 三、碳酸盐岩酸化机理 38 影响酸岩反应速度因素影响酸岩反应速度因素 酸液类型 岩石矿物类型 酸浓度 温度 压力 注酸速度 面容比 岩石表面性质 同离子效应 三、碳酸盐岩酸化机理 39 三、碳酸盐岩酸化机理 影响酸蚀形态及导流能力因素影响酸蚀形态及导流能力因素 酸液类型 岩石矿物类型 酸浓度 温度 压力 注酸速度 注入酸量 注酸工艺 反应时间 40 酸液滤失机理酸液滤失机理 酸沿缝壁孔隙的滤失： 酸沿缝壁微裂缝的滤失 酸反应产生蚓孔的滤失 uu降滤失的措施降滤失的措施 加降滤剂(固相颗粒、气相泡沫)： 增稠酸液 采用降滤工艺 三、碳酸盐岩酸化机理 41 三、碳酸盐岩酸化机理 3.2白云岩与盐酸反应机理 酸岩反应过程 系统反应动力学研究 表面反应动力学研究（判据） 影响酸岩反应速度因素研究 影响酸蚀形态及导流能力因素的研究 酸液滤失机理研究 酸化效果评价方法研究 研 究 内 容 42 复相反应 反应历程 H+向岩石表面传质 H+被吸附于岩石表面 被吸附的H+在岩石表面反应 反应产物在岩石表面解吸 反应产物通过传质离开岩石表面 反应属于传质反应属于传质- -表面反应混合控制表面反应混合控制 3.2白云岩与盐酸反应机 酸岩反应过程: 三、碳酸盐岩酸化机理 43 系统反应动力学 测定不同系统浓度的酸液与岩石的反应速率 关系数据。 系统反应动力学测定 数据处理计算公式：J=KCm 三、碳酸盐岩酸化机理 44 酸岩表面反应控制判据 酸岩表面反应动力学方程 表面反应动力学表面反应动力学 测定不同表面浓度的酸液与岩石的表面反应速率 关系数据。 表面反应动力学测定主要采用表面反应控制 判据，其基本思路是当酸岩反应速率不再随酸 液流速的变化而变化时，反应进入表面反应控 制区。 三、碳酸盐岩酸化机理 45 影响酸岩反应速度因素 影响酸蚀形态及导流能力因素 酸液滤失机理 酸化效果评价方法 3.2白云岩与盐酸反应机理 研究方 法与灰岩 岩类似， 但结果不 尽相同 研究内容：研究内容： 三、碳酸盐岩酸化机理 46 4.1基质酸化工艺技术(常规酸化) 原理: 利用酸液溶解地层岩石孔隙及裂缝中 堵塞物,扩大油气渗流通道. 技术关键: 蚓孔生长发育规律研究 最佳注酸速度研究 最佳注酸强度研究 关井时间及返排速度研究 孔隙型,裂缝型及复合型地层基质酸化工 艺技术研究. 工作液：1520盐酸酸液添加剂 工 艺：简单，连续注入酸液 四、酸化工艺技术 47 4.2 4.2 普通酸压工艺技术普通酸压工艺技术 u原理:用酸液压开并刻蚀裂缝,获得高导流能力的人工 裂缝,改善油气渗流条件. u关键技术: 酸液滤失机理 酸液有效作用距离研究 酸蚀裂缝导流能力研究 普通酸压优化设计方法 四、酸化工艺技术 48 4.3 4.3 前置液酸压工艺前置液酸压工艺 l 原理: 先用高粘前置液压开储层或延伸储层原有裂缝， 后注入酸液，改善储层的导流能力，使油气井增产。 前置液作用 压裂造缝 降温 降滤 降低反应速度，提高酸液效率，延长酸液有效作用距离 四、酸化工艺技术 49 技术关键: 酸液滤失机理 酸液有效作用距离研究 酸蚀裂缝导流能力研究 前置液酸压优化设计方法 酸液和压裂液的选择:配伍、粘度比、破胶 返排 指进现象的产生和模拟-界面过渡带处理 4.3 前置液酸压工艺 四、酸化工艺技术 50 工作液： 酸液： 1528盐酸酸液添加剂，用量 可由地层情况优化得到，一般为刻蚀裂缝体积 的23倍。 前置液： 羟丙基瓜胶，改性田箐，魔芋胶等 。用量为整个注入量的1/31/2. 工 艺： 前置液酸液(普通盐酸，降阻酸，胶凝酸， 泡沫酸) 4.3 前置液酸压工艺 四、酸化工艺技术 51 四、酸化工艺技术 4.4 交替相前置液酸压工艺技术 原理: 用不同粘度和反应特性差异的流体,在交替注入过程中 获得非均匀刻蚀裂缝,降低酸液滤失,从而获得较长的酸 液有效作用距离和较高的酸蚀缝导流能力 关键技术: u酸液和压裂液的选择:配伍,粘度比,破胶返排 u蚓孔生长发育规律的研究-滤失控制机理 u指进现象的产生和模拟-界面过渡带处理 u各级注入量的优化组合 52 四、酸化工艺技术 4.5 降滤酸压工艺技术 原理:在酸压过程中随酸液注入降滤剂或改变酸液滤 失性,达到降低滤失, 提高酸液效率的作用。 关键技术: u降滤剂的选择及加入方法和加入量的确定 u泡沫降滤时,起泡剂和泡沫稳定剂的选择 u乳化降滤时,乳化剂和破乳剂的选择 u相应的降滤工艺设计方法及优化设计 53 四、酸化工艺技术 4.5 延迟酸压工艺技术 原理:针对高温(120度以上)深井储层或微裂缝酸化 酸岩反应速度快,很难达到深度酸化目的, 使用延 迟酸,让其在地层某一温度下才逐渐释放酸液,实现 在地层深部产生溶解反应,从而达到深度酸化目的, 增大酸液有效作用距离. 适用条件：深部酸化，可配合常规酸和胶凝酸联 合使用，用延迟酸解决深部酸化问题，用常规酸 和胶凝酸解决浅部酸化，提高近井地带裂缝导流 能力。 54 四、酸化工艺技术 n n关键技术关键技术: : u据不同地层要求确定延迟剂类型及起始酸释放 温度 u延迟酸液配方确定 u延迟酸化工艺技术参数优化设计 u延迟酸化工艺与其他工艺技术的配合运用 55 4.6 闭合酸压工艺技术 原理:闭合酸压技术是针对软地层(白垩岩)以及均质程度较 高的储层发展和采用的一种技术。在实施酸压处理的储层 或已经处理的储层中闭合的或部分闭合的裂缝中注入酸液 。 特点：降低压力使之大于破裂压力，而又小于闭合压力。 关键技术 酸压过程中闭合时间的确定 闭合酸蚀裂缝长度的确定 闭合酸化时泵压及排量关系确定 闭合段酸液类型及酸液配方确定 四、酸化工艺技术 56 四、酸化工艺技术 适用范围：均质碳酸盐岩地层 对软地层(如白垩Chalk地层) 难以形成非均匀刻蚀 被刻蚀的裂缝表面被酸软化，凸起部分不 能支撑裂缝 地层岩石本身强度不够 后果：酸蚀裂缝导流能力低 57 四、酸化工艺技术 4.7 平衡酸压工艺技术 原理:先对处理层压裂达到所需的几何尺寸，然后注酸保持与裂 缝壁面的漏失平衡，现场施工要将压力控制在裂缝延伸压力下 ，闭合压力之上。目的在于加大近井带溶蚀量，提高导流能力 ；防止裂缝闭合失去导流能力，防止裂缝穿层。 关键技术 酸压过程中滤失量的确定 平衡酸压时泵压及排量关系确定 平衡时酸液类型及酸液配方确定 l 适用范围 致密储层，有气顶、底水地层及低温白云岩 58 四、酸化工艺技术 4.8 复合酸压综技术 原理:综合应用酸压,交替注入,闭合酸压及 延迟酸的酸化工艺技术。 关键技术: u几种工艺的优化及协调 u施工参数的合理选择 59 五、碳酸盐岩储层酸化设计 5.1设计计算 设计计算内容： 水动力学参数、流变性参数、化学动力学参数 、温度场、压力场、流速场及动态裂缝几何尺寸、 酸蚀裂缝参数、储层孔喉、渗滤性能等的变化进行 模拟。 对多种酸化方案进行对比和筛选，达到优化 施工规模和参数。 60 5.1.15.1.1酸沿裂缝流动反应的浓度分布及有效作用距离计 算 五、碳酸盐岩储层酸化设计 酸压时，酸液沿裂缝向储层深部流动，酸液浓度逐渐酸压时，酸液沿裂缝向储层深部流动，酸液浓度逐渐 降低。当酸液浓度降低到一定程度后降低。当酸液浓度降低到一定程度后( (一般为初始浓度的一般为初始浓度的1010 ) )，酸液变为残酸。酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂，酸液变为残酸。酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂 缝的距离称为酸液的有效作用距离。缝的距离称为酸液的有效作用距离。 在靠近井壁的那一段裂缝长度内在靠近井壁的那一段裂缝长度内( (即在有效作用距离范即在有效作用距离范 围内围内) )，由于裂缝壁面的非均质性被溶蚀成为凹凸不平的沟，由于裂缝壁面的非均质性被溶蚀成为凹凸不平的沟 槽，施工结束后，裂缝仍具有相当的导流能力，把此段裂槽，施工结束后，裂缝仍具有相当的导流能力，把此段裂 缝的长度称为裂缝的有效长度。缝的长度称为裂缝的有效长度。 1. 1.有效作用距离有效作用距离 61 2. 2.酸液浓度分布方程（对流扩散方程）酸液浓度分布方程（对流扩散方程） 五、碳酸盐岩储层酸化设计 62 五、碳酸盐岩储层酸化设计 常用的方法是有限差分法和常用的方法是有限差分法和LumpingLumping方法。差分方方法。差分方 法是直接将酸岩反应的对流扩散方程及其边界条件离散法是直接将酸岩反应的对流扩散方程及其边界条件离散 化，用计算机求解差分方程，得到沿裂缝方向酸浓度的化，用计算机求解差分方程，得到沿裂缝方向酸浓度的 分布规律，从而确定出有效作用距离。应用时可把计算分布规律，从而确定出有效作用距离。应用时可把计算 结果绘成图板，直接查图板确定酸液有效作用距离。结果绘成图板，直接查图板确定酸液有效作用距离。 考虑了酸液的滤失时，盐酸与石灰岩流动反应的有考虑了酸液的滤失时，盐酸与石灰岩流动反应的有 效作用距离计算图版。效作用距离计算图版。 3. 3.酸液浓度分布和有效作用距离的计算酸液浓度分布和有效作用距离的计算 63 3.酸液浓度分布和有效作用距离的计算 五、碳酸盐岩储层酸化设计 图版法计算 64 五、碳酸盐岩储层酸化设计 图中定义的两个无因次参数为 皮克列特数 无因次距离 3.酸液浓度分布和有效作用距离的计算 65 任意断面Le处的酸液浓度值的计算：计算出皮克列 特数Np，再给定任意断面位置Le，又可计算出无因次距离 LD。最后利用计算图版，两坐标位置的垂线相交，得到Le 位置的无因次浓度C/C0值。 酸液的有效作用距离Le值的计算：根据皮克列特数 Np和给定的C/C0，便可查出无因次距离LD，从而计算出 酸液浓度降至预定的C/C0(如C/C00.1)，酸液的有效作 用距离Le值。 3.酸液浓度分布和有效作用距离的计算 五、碳酸盐岩储层酸化设计 66 酸蚀裂缝导流能力即酸蚀裂缝宽度和酸蚀裂缝渗透率 的乘积。 理想宽度：定义为裂缝闭合前被酸溶解所产生的裂缝 宽度。 X酸的体积溶解能力，m3/m3； V注入酸的总体积，m3； Wai酸蚀缝宽，m。 5.1.2酸蚀裂缝导流能力及其计算 五、碳酸盐岩储层酸化设计 67 五、碳酸盐岩储层酸化设计 0SRE140MPa， C213.457-1.3lnSRE/1000 140SRE3520MPa，C22.41-0.28lnSRE /1000 闭合应力，MPa； SRe岩石嵌入强度，MPa。 5.1.2酸蚀裂缝导流能力及其计算 68 增产倍比：酸化井施工后的采油指数与施工前的采油增产倍比：酸化井施工后的采油指数与施工前的采油 指数之比。指数之比。 增产倍比是增产效果好坏的直接体现，是酸化设计增产倍比是增产效果好坏的直接体现，是酸化设计 中的重要指标，是进行酸化技术经济评价必不可少的参数中的重要指标，是进行酸化技术经济评价必不可少的参数 。 压裂酸化后增产倍比预测方法有图板法和数值计算压裂酸化后增产倍比预测方法有图板法和数值计算 方法。方法。 5.1.3酸化增产倍比预测 五、碳酸盐岩储层酸化设计 69 无污染均质储层，裂缝导流能力为常值时增产倍比： 5.1.3酸化增产倍比预测 五、碳酸盐岩储层酸化设计 储层受污染、裂缝导流能力为常值时增产倍比： 70 客观描述储层的渗流条件。 客观描述储层的渗滤特征及表皮堵塞特征 。 推荐可供增产作业改造的井和层段。 1. 1.选井选层的工作目标选井选层的工作目标 5.2.1酸化处理井层的选择 五、碳酸盐岩储层酸化设计 5.2酸压设计 71 储层含油气饱和度高、储层能量较为充足。 产层受污染的井。 邻井高产而本井低产的井应优先选择。 优先选择在钻井过程中油气显示好，而试油效 果差的井层。 产层应具有一定的渗流能力。 油、气、水边界清楚。 固井质量和井况好的井。 2. 2.选井选层的基本原则选井选层的基本原则 五、碳酸盐岩储层酸化设计 72 五、碳酸盐岩储层酸化设计 5.2.2 酸化处理设计应收集的资料 井数据 储层参数 岩石力学数据 压裂液 酸液数据 岩心分析数据 泵注数据 73 五、碳酸盐岩储层酸化设计 5.2.3设计应包括内容 根据施工目的、井及储层条件、室内岩心数据等选择 适合的酸化工艺。 确定酸化工作液(前置液、酸液、顶替液)的类型、配 方、用量。 前置液的基本要求：1)遇酸不降解，具有较好的滤失控 制性能；2)在储层条件下具有足够的粘度；3)对储层无污 染，易于返排；4)成本低，使用安全。 前置液用量根据施工经验和施工规模及施工的要求而定 。也可用计算机进行优化而得到。 74 酸液采用是盐酸体系，主要有常规盐酸体系 、稠化酸体系、泡沫酸体系、乳化酸体系、化学 缓速酸体系。 酸浓度可由溶蚀试验确定。国内酸化处理盐 酸浓度多介于1520。酸液用量则据酸化改造 的范围和力度来确定。酸液用量一般为动态裂缝 体积的1.55倍。酸液用量也可根据优化设计的 要求由计算机模拟确定。 五、碳酸盐岩储层酸化设计 75 顶替液的目的是将井筒及地面管线中 的酸液全部顶入储层中，一般用活性水 ，或氯化铵溶液，用量以地面管线和井 筒体积再附加一定的余量。 五、碳酸盐岩储层酸化设计 76 五、碳酸盐岩储层酸化设计 5.2.4施工设计计算 施工参数确定: 储层最大吸入能力、破裂压力、液柱 压力、摩阻计算，井口极限施工排量、井口施工泵压和 入井液量等。 酸化过程的模拟计算及效果预测：综合应用前面部分 碳酸盐岩酸压模拟数学模型：动态裂缝尺寸、酸液浓度 分布规律及有效作用距离、酸蚀裂缝导流能力及增产倍 比等进行酸化设计模拟，分析不同施工参数对酸化效果 的影响。 77 一般来说，应缩短反应时间，限定残酸水的残余 浓度在一定值之上就将残酸液尽可能排出。应在酸化前 就作好排液和投产的准备，施工后立即排液。 排液方式：分为自喷排液和人工排液，人工排液法 有抽汲、气举、气体伴注排液和连续油管排液方法。 5.2.5酸化处理后的排液 五、碳酸盐岩储层酸化设计 78 设计计算内容：设计计算内容： 水动力学参数、流变性参数、化水动力学参数、流变性参数、化 学动力学参数、温度场、压力场、学动力学参数、温度场、压力场、 流速场及动态裂缝几何尺寸、酸蚀流速场及动态裂缝几何尺寸、酸蚀 裂缝参数、储层孔喉、渗滤性能等裂缝参数、储层孔喉、渗滤性能等 的变化进行模拟。的变化进行模拟。 对多种酸化方案进行对比和对多种酸化方案进行对比和 筛选，达到优化施工规模和参数。筛选，达到优化施工规模和参数。 第四节 碳酸盐岩储层酸化设计计算 79 酸压时，酸液沿裂缝向储层深部流动，酸液浓度酸压时，酸液沿裂缝向储层深部流动，酸液浓度 逐渐降低。当酸液浓度降低到一定程度后逐渐降低。当酸液浓度降低到一定程度后( (一般为一般为初始初始 浓度的浓度的1010) )，酸液变为残酸。酸液由活性酸变为残酸，酸液变为残酸。酸液由活性酸变为残酸 之前所流经裂缝的距离称为之前所流经裂缝的距离称为酸液的有效作用距离酸液的有效作用距离。 在靠近井壁的那一段裂缝长度内在靠近井壁的那一段裂缝长度内( (即在有效作用距即在有效作用距 离范围内离范围内) )，由于裂缝壁面的非均质性被溶蚀成为凹凸，由于裂缝壁面的非均质性被溶蚀成为凹凸 不平的沟槽，施工结束后，裂缝仍具有相当的导流能不平的沟槽，施工结束后，裂缝仍具有相当的导流能 力，把此段裂缝的长度称为力，把此段裂缝的长度称为裂缝的有效长度裂缝的有效长度。 第四节第四节 碳酸盐岩储层酸化设计计算碳酸盐岩储层酸化设计计算 一、酸沿裂缝流动反应的浓度分布及有效作用距离 1.1.有效作用距离有效作用距离 80 第四节第四节 碳酸盐岩储层酸化设计计算碳酸盐岩储层酸化设计计算 一、酸沿裂缝流动反应的浓度分布及有效作用距离 2.2.酸液浓度分布方程（对流扩散方程）酸液浓度分布方程（对流扩散方程） 81 常用的方法是常用的方法是有限差分法和有限差分法和LumpingLumping方法方法。差分差分 方法方法是直接将酸岩反应的对流扩散方程及其边界条件是直接将酸岩反应的对流扩散方程及其边界条件 离散化，用计算机求解差分方程，得到沿裂缝方向酸离散化，用计算机求解差分方程，得到沿裂缝方向酸 浓度的分布规律，从而确定出有效作用距离。应用时浓度的分布规律，从而确定出有效作用距离。应用时 可把计算结果绘成图板，直接查图板确定酸液有效作可把计算结果绘成图板，直接查图板确定酸液有效作 用距离。用距离。 考虑了酸液的滤失时，盐酸与石灰岩流动反应的考虑了酸液的滤失时，盐酸与石灰岩流动反应的 有效作用距离有效作用距离计算图版计算图版。 第四节第四节 碳酸盐岩储层酸化设计计算碳酸盐岩储层酸化设计计算 一、酸沿裂缝流动反应的浓度分布及有效作用距离 3.3.酸液浓度分布和有效作用距离的计算酸液浓度分布和有效作用距离的计算 82 第四节第四节 碳酸盐岩储层酸化设计计算碳酸盐岩储层酸化设计计算 一、酸沿裂缝流动反应的浓度分布及有效作用距离 3.3.酸液浓度分布和有效作用距离的计算酸液浓度分布和有效作用距离的计算 83 图中定义的两个无因次参数为图中定义的两个无因次参数为 皮克列特数皮克列特数 无因次距离无因次距离 第四节第四节 碳酸盐岩储层酸化设计计算碳酸盐岩储层酸化设计计算 一、酸沿裂缝流动反应的浓度分布及有效作用距离 3.3.酸液浓度分布和有效作用距离的计算酸液浓度分布和有效作用距离的计算 84 任意断面任意断面L L e e 处的酸液浓度值的计算：处的酸液浓度值的计算：计算出皮克计算出皮克 列特数列特数N N p p ，再给定任意断面位置再给定任意断面位置L L e e ，又可计算出无因次又可计算出无因次 距离距离L L D D 。最后利用计算图版，两坐标位置的垂线相交，最后利用计算图版，两坐标位置的垂线相交， 得到得到L L e e 位置的无因次浓度位置的无因次浓度C C/ /C C 0 0 值。值。 酸液的有效作用距离酸液的有效作用距离L L e e 值的计算：值的计算：根据皮克列特根据皮克列特 数数NpNp和给定的和给定的C C/ /C C 0 0 ，便可查出无因次距离便可查出无因次距离L L D D ，从而计从而计 算出酸液浓度降至预定的算出酸液浓度降至预定的C C/ /C C 0 0 ( (如如C C/ /C C 0 0 0.1)0.1)，酸液的酸液的 有效作用距离有效作用距离L L e e 值。值。 第四节第四节 碳酸盐岩储层酸化设计计算碳酸盐岩储层酸化设计计算 一、酸沿裂缝流动反应的浓度分布及有效作用距离 3.3.酸液浓度分布和有效作用距离的计算酸液浓度分布和有效作用距离的计算 85 酸蚀裂缝导流能力酸蚀裂缝导流能力即酸蚀裂缝宽度和酸蚀裂缝渗透即酸蚀裂缝宽度和酸蚀裂缝渗透 率的乘积。率的乘积。 理想宽度：理想宽度：定义为裂缝闭合前被酸溶解所产生的裂定义为裂缝闭合前被酸溶解所产生的裂 缝宽度。缝宽度。 X X酸的体积溶解能力，酸的体积溶解能力，mm 3 3 /m/m 3 3 ； V V注入酸的总体积，注入酸的总体积，mm 3 3 ； WWai ai 酸蚀缝宽，酸蚀缝宽，mm。 第四节第四节 碳酸盐岩储层酸化设计计算碳酸盐岩储层酸化设计计算 二、酸蚀裂缝导流能力及其计算 86 0SRE140MPa， C213.457-1.3lnSRE/1000 140SRE3520MPa，C22.41-0.28lnSRE /1000 闭合应力，MPa； SRe岩石嵌入强度，MPa。 第四节第四节 碳酸盐岩储层酸化设计计算碳酸盐岩储层酸化设计计算 二、酸蚀裂缝导流能力及其计算 考虑岩石嵌入强度和闭合应力，实际导流能力为： 87 增产倍比增产倍比：酸化井施工后的采油指数与施工前：酸化井施工后的采油指数与施工前 的采油指数之比。的采油指数之比。 增产倍比是增产效果好坏的直接体现，是酸化增产倍比是增产效果好坏的直接体现，是酸化 设计中的重要指标，是进行酸化技术经济评价必不可设计中的重要指标，是进行酸化技术经济评价必不可 少的参数。少的参数。 压裂酸化后增产倍比预测方法有压裂酸化后增产倍比预测方法有图板法图板法和和数值数值 计算方法计算方法。 第四节第四节 碳酸盐岩储层酸化设计计算碳酸盐岩储层酸化设计计算 三、酸化增产倍比预测 88 酸化前，其产量按稳定平面径向流计算：酸化前，其产量按稳定平面径向流计算： 第四节第四节 碳酸盐岩储层酸化设计计算碳酸盐岩储层酸化设计计算 三、酸化增产倍比预测 89 酸压后，有效作用距离为酸压后，有效作用距离为LeLe，储层中径向上形储层中径向上形 成两个不同渗透率区域，其产量为：成两个不同渗透率区域，其产量为： 第四节第四节 碳酸盐岩储层酸化设计计算碳酸盐岩储层酸化设计计算 三、酸化增产倍比预测 90 无污染均质储层，裂缝导流能力为常值时增产倍无污染均质储层，裂缝导流能力为常值时增产倍 比：比： 第四节第四节 碳酸盐岩储层酸化设计计算碳酸盐岩储层酸化设计计算 三、酸化增产倍比预测 91 储层受污染、裂缝导流能力为常值时增产倍比：储层受污染、裂缝导流能力为常值时增产倍比： 第四节第四节 碳酸盐岩储层酸化设计计算碳酸盐岩储层酸化设计计算 三、酸化增产倍比预测 92 酸化处理井层的选择 常用酸化工艺及适应性 压裂酸化处理设计 基质酸化处理设计 第六节 酸化工艺设计 本节主要内容： 93 客观描述储层的渗流条件。 客观描述储层的渗滤特征及表皮堵塞特征。 推荐可供增产作业改造的井和层段。 1.1.选井选层的工作目标选井选层的工作目标 一、酸化处理井层的选择 第六节第六节 酸化工艺设计酸化工艺设计 94 储层含油气饱和度高、储层能量较为充足。 产层受污染的井。 邻井高产而本井低产的井应优先选择。 优先选择在钻井过程中油气显示好，而试油效 果差的井层。 产层应具有一定的渗流能力。 油、气、水边界清楚。 固井质量和井况好的井。 第六节第六节 酸化工艺设计酸化工艺设计 2.2.选井选层的基本原则选井选层的基本原则 一、酸化处理井层的选择 95 在考虑具体井的酸化方式和酸化规模时，应对 井的动态资料和静态资料进行综合分析，确定储层 物性参数，并根据物性参数及油井的历史情况综合 分析，准确确定出油气井产量下降或低产(水井欠 注)的原因以及该井可改造的程度，为酸化作业提 供地质依据。 第六节第六节 酸化工艺设计酸化工艺设计 一、酸化处理井层的选择 96 在碳酸盐岩储层酸化改造中，主要形成和发展 了基质酸化技术和压裂酸化技术，习惯上用: 酸化(Matrix Acidizing)表示基质酸化 酸压(Acid-Fracturing)表示压裂酸化。 1.1.碳酸盐岩储层酸化工艺技术碳酸盐岩储层酸化工艺技术 第六节第六节 酸化工艺设计酸化工艺设计 二、常用酸化工艺及其适应性 97 基质酸化也称为常规酸化或解堵酸 化，基本特征是在施工压力小于储层 岩石破裂压力的条件下，将酸液注入 储层。 碳酸盐岩基质酸化的重要特征是酸 蚀蚓孔(Wormhole)的形成和微裂缝的 扩大，其增产机理与蚓孔密切相关。 第六节第六节 酸化工艺设计酸化工艺设计 二、常用酸化工艺及其适应性 1.1.碳酸盐岩储层酸化工艺技术碳酸盐岩储层酸化工艺技术基质酸化基质酸化 98 酸压是依靠对裂缝(包括天然裂缝)、不整合的裂缝表面酸蚀以 提供导流能力。 酸压效果取决于裂缝导流能力和酸液有效作用距离。 研究方向主要集中在三个方面： n降低酸压过程中流体或酸液滤失的物质和技术； n降低注液过程中酸岩反应速率的物质和技术； n提高酸蚀裂缝导流能力的物质和技术。 第六节第六节 酸化工艺设计酸化工艺设计 二、常用酸化工艺及其适应性 1.1.碳酸盐岩储层酸化工艺技术碳酸盐岩储层酸化工艺技术酸压技术酸压技术 99 酸压过程中酸液的滤失问题通常考虑从滤失添加剂和工 艺两方面着手；降低酸岩反应速率也可以缓速剂的使用及工艺 上来进行；加入缓速剂，使用胶凝酸、乳化酸、泡沫酸和有机 酸并结合有效的酸化工艺可起到较好的缓速效果；提高裂缝导 流能力可从选择酸液类型和酸化工艺着手，其原则是有效溶蚀 和非均匀刻蚀。 压裂酸化技术以能否实现滤失控制，延缓酸岩反应速度 形成长的酸蚀裂缝和非均匀刻蚀划分为两大类：普通酸压和深 度酸压。 第六节第六节 酸化工艺设计酸化工艺设计 二、常用酸化工艺及其适应性 1.1.碳酸盐岩储层酸化工艺技术碳酸盐岩储层酸化工艺技术酸压技术酸压技术 100 普通酸压技术:普通酸压工艺指以常规酸酸液直接压开储 层的酸化工艺。酸液既是压开储层裂缝的流体，又是与储层反 应的流体，由于酸液滤失控制差，反应速度较快，有效作用距 离短，只能对近井地带裂缝系统的改造。一般选用于储层污染 比较严重、堵塞范围较大，而基质酸化工艺不能实现解堵目标 时选用该工艺。 深度酸压技术： 以获得较长的酸蚀裂缝为目的而采用的 不同于普通酸压技术的酸压技术称为深度酸压技术。 第六节第六节 酸化工艺设计酸化工艺设计 二、常用酸化工艺及其适应性 1.1.碳酸盐岩储层酸化工艺技术碳酸盐岩储层酸化工艺技术酸压技术酸压技术 101 先向储层注入高粘非反应性前置压裂液，压开储层形成裂 缝，然后注入酸液对裂缝进行溶蚀，改善导流能力。 以前置液粘性指进为主，为实现指进酸压，要求前置液和 酸液粘度比和流速比有一定范围。 前置液的主要作用：压裂造缝；降低裂缝表面温度；降低 裂缝壁面滤失。 前置液酸压工艺可采用多种酸液类型搭配，除了前置液与 常规盐酸搭配使用外，前置液还可与胶凝酸、乳化酸或泡沫酸 进行搭配应用。 前置液酸压工艺 第六节第六节 酸化工艺设计酸化工艺设计 二、常用酸化工艺及其适应性 102 缓速酸酸压技术在工艺特点上与普通酸压技术相同， 不同之处在于其采用的酸液是胶凝酸、乳化酸、化学缓速酸 或泡沫酸等缓速酸，通过缓速酸的缓速性能达到酸液深穿透 的目的。 第六节第六节 酸化工艺设计酸化工艺设计 二、常用酸化工艺及其适应性 缓速酸酸压工艺 103 前置液与酸液交替注入的一种酸压方法，类似前置液酸 压，但其降滤失性及对储层的不均匀刻蚀优于前置液酸压。 为获得理想的酸液有效作用距离，有时交替次数多达8 次。这一工艺在中、低渗孔隙性及裂缝不太发育储层，或滤 失性大，重复压裂储层有较好成效。 第六节第六节 酸化工艺设计酸化工艺设计 二、常用酸化工艺及其适应性 多级交替注入酸压工艺 104 一般来说，应缩短反应时间，限定残酸水的残 余浓度在一定值之上就将残酸液尽可能排出。应在 酸化前就作好排液和投产的准备，施工后立即排液 。 排液方式分为自喷排液和人工排液，人工排液 法有抽汲、气举、气体伴注排液和连续油管排液方 法。 第六节第六节 酸化工艺设计酸化工艺设计 五、酸化处理后的排液 105 酸液类型及选择 酸液添加剂及选择 第七节 酸液及添加剂 本节主要内容： 106 1. 酸液应满足的要求 溶蚀能量强，生成的产物溶于残酸中，与储层流 体配伍性好，对储层不产生污染。 加入化学添加剂后所配制成的酸液理化性能满足 施工要求。 运输、施工方便，安全。 价格便宜，货源广。 一、酸液类型及选择 第七节第七节 酸液及添加剂酸液及添加剂 107 物理性能。 绝大多数碳酸盐岩层酸处理都采用盐酸，碳酸盐 岩含量较高的砂岩也采用盐酸进行酸化。 酸化用工业盐酸，质量百分浓度3032。 盐酸酸化优点：对储层的溶蚀力强；反应生成物 可溶，不产生沉淀；对裂缝壁面的不均匀刻蚀程度高； 成本低。 2.常用酸液 第七节第七节 酸液及添加剂酸液及添加剂 一、酸液类型及选择 盐酸 108 一、酸液类型及选择 109 采用高浓度盐酸可提高酸处理效果。 盐酸酸化缺点：与石灰岩反应速度太快，处理范 围有限。 盐酸的密度和浓度是配置酸液时常用的数据。 第七节第七节 酸液及添加剂酸液及添加剂 2.常用酸液 一、酸液类型及选择 盐酸 110 第七节第七节 酸液及添加剂酸液及添加剂 2.常用酸液 一、酸液类型及选择 盐酸 111 计算配置酸溶所需的商品盐酸用量： V1、V2分别为所需商品盐酸和需配置的稀盐酸的体积，m3； 1、 2分别为所需商品盐酸和需配置的稀盐酸的相对密度； C1、C2分别为所需商品盐酸和需配置稀盐酸的浓度，。 第七节第七节 酸液及添加剂酸液及添加剂 2.常用酸液 一、酸液类型及选择 盐酸 112 配置稀酸液所需的清水量： V清水V2V1 V3 V清水 清水体积，m3； V3 除商品酸和清水外加入酸液中的其它添加剂总体积， m3。 第七节第七节 酸液及添加剂酸液及添加剂 2.常用酸液 一、酸液类型及选择 盐酸 113 物理性能。 氢氟酸与盐酸联合使用。 当氢氟酸与硅酸盐类以及碳酸盐反应时，会生成难 溶物质如CaF2等。当酸液中存在盐酸时，则可仰制或 减少CaF2的沉淀。 盐酸先溶蚀掉碳酸盐，以充分发挥氢氟酸的溶蚀作 用，节约成本较高的氢氟酸。