酸化工艺技术.doc

酸化工艺技术酸化是实现油田增产、增注的重要措施之一。为了保护油层，提高酸化作业成功率、最大限度地发挥酸化作用，必须依据油层特点以及酸液和添加剂的作用、性能，综合筛选酸液配方，使之与油层配伍。精心组织施工，以达到解除油层伤害，恢复油井产能的目的。否则，将进一步加剧油层伤害。因此，弄清酸化过程中的油层伤害机理是十分重要的。1酸化作业中油层伤害因素分析 由于油层岩石成分、结构及油层流体不同，酸化作业中产生的伤害也不相同。引起酸化伤害的主要原因是酸液与油层矿物不配伍产生二次沉淀；或酸液与油层流体不配伍产生酸渣；或使用添加剂不当；或酸化设计施工不当。(1)酸液与油层矿物不配伍 酸化是油田作业中.比较典型的化学反应过程，在中、高渗透性油田，其作业目的主要是洗井、解堵（消除泥浆污染或注水井中的污物、除垢等），对低渗透油层则主要是基质酸化，在酸化解堵作业中，可能发生井筒中污物的溶解，在基质酸化作业中，将发生油层矿物的溶解，但与此同时，由于有害副反应的存在，酸化作业往往伴随沉淀堵塞造成地层伤害。 地层中铁离子最容易形成沉淀，堵塞孔隙。地层含铁矿物有碳酸盐岩(铁方解石、铁白云石等)、黑云母、黄铁矿、硫化铁、粘土矿物(绿泥石、蒙脱石、高岭石等)等。它们以Fe2+和Fe3+的状态存在，对酸化作用影响很大。 土酸与方解石、白云石等碳酸盐矿物容易生成Ca玩，但如果油层有足量的Al3+可使CaF2溶解。土酸与地层矿物反应将产生氟硅酸和氟铝酸，它们与酸-岩体系中的钾、钠等离于反应产生难溶的氟硅酸盐和氟铝酸盐沉淀，它们吸附在岩石表面，造成严重伤害。同时，土酸与砂岩矿物反应产生水化硅(Si(OH)4)沉淀。(2)酸液与油层流体不配伍产生酸渣 当酸液与油层流体接触时，主要存在两种伤害机理，即微乳液的形成以及沥青烯淤泥的沉积。根据原油重质组分的特性，可将其划分为石蜡质原油或沥青质原油。沥青质原油中存在大量沥青烯，它们以胶态分散体系的形式存在，属非晶体。沥青烯胶束以胶溶的高分子量的聚芳烃分子为核心，并被分子量较低的中性树脂和芳香烃类化合物所环绕，每个胶束均由多个环圈层组成，5个圈层堆积起来就形成沥青烯颗粒。人们称酸处理作业中由原油与酸接触而产生的沥青烯淤泥为酸渣，这种酸渣与自然生成的沥青烯沉积不同，它是一种胶状的不溶性产物。酸渣一旦产生，会对油层带来永久性伤害，一般很难加以消除。酸渣的形成主要是使用高浓度酸液、油层中有三价铁离子等。当油层水中含有K+，Na+，Ca2+和Mg 2+等离子时，酸液特别是含氢氟酸的土酸将与这些离子作用产生有害沉淀。(3)添加剂选用不当 针对不同油层岩石和流体，酸液中应加入相应的添加剂，添加剂应在便用类型、配伍性和用量上认真筛选和实验。当酸液中的添加剂与油层矿物、油层流体不配伍，或添加剂与添加剂之间不配伍，将产生油层伤害，达不到酸化效果。(4)酸化设计施工不当酸化施工参数包括酸浓度、施工泵压、排量、酸液用量、关并时间等。这些参数使用不当，酸化效果大大折扣，特别是对低渗储层的基质酸化，应根据油层吸酸能力限制泵压，不能压破油层，如果压破油层后，酸要随新形成的裂缝流动，酸化结束后，裂缝闭合，不能形成酸蚀裂缝，导致产生的沉淀物和颗粒不能排出油层，造成新的伤害。2酸化作用中油层保护措施 合理的酸化处理设计是科学施工的前提，设计过程中选井是很重要的一步。酸化增产措施设计包括下列步骤：首先依据室内实验研究的结果确定储层岩性及流体性质，了解潜在伤害;筛选酸液配方，计算前置液和酸的用量以及可能的增产率；优选施工参数，其中包括注入压力、速度等，选择最经济的处理方案。 (1)储层伤害诊断基质酸化的目的是提高油井生产能力，有时酸处理作业也可用于解除己发生的伤害。因此，在解堵作业之前要了解伤害的类型、范围及原因，包括堵塞物的构成和部位，以此决定酸液的特性和用以消除伤害的技术。 无论酸处理作业的目的是什么，作业前进行潜在酸敏伤害分析都是十分必要的。通常应通过室内实验研究，评价可能的酸敏伤害，检验酸化设计及酸液配方的合理性。(2)酸液及添加剂的选用酸液必须有效地清除伤害并提高渗透率。也必须同时考虑到由于沉积物引起的伤害。应结合油层条件进行实验室试验，选择配伍性好，损害小的酸液。因盐酸的酸敏性较小，如果储层岩石溶解度高于20，应采用盐酸做主体酸来进行酸化。如果低于20，盐酸可用来做预冲洗液，防止酸敏发生。酸化作用时为了保护油层、消除损害，应加入添加剂，一般有粘土稳定剂(聚季胺类稳定剂)、助排剂(阴离子表面活性剂)、络合剂(二胺四乙酸、氮川三乙酸、柠檬酸等)、还原剂、缓蚀剂、表面活性剂、互溶剂等。(3)优选施工参数合理地确定酸液的注入压力或速度，不能压破油层。注入酸的用量也要有限制，不是越多越好，一般选用酸所穿透距离以内的孔隙体积1.53.0倍，酸液越浓，液量越少为原则。如果使用土酸酸化，酸化后增加后置液，可将残酸与顶替液分开，一般用柴油或盐酸做后置液。酸化后应及时反排，防止pH值上升产生沉淀。注水井一般不返排，可立即注水，将残酸推至远离近井地带。3酸液体系 在油层酸化作业过程中，如果酸液或酸液用量使用不当，会形成沉淀物或胶体，堵塞孔隙，造成渗透率下降。油田最常用的酸是盐酸、土酸和氟硼酸。(1)盐酸体系 在砂岩地层中盐酸主要被用作前置酸来处理砂岩中的碳酸盐岩胶结物等。盐酸与碳酸盐岩反应速度很快，故储层中pH值回升也快，在酸溶解中释放出来的Fe 3+，Mg2+，Ca2+和Al3+对pH值变化极其敏感，很容易形成Fe(OH)3和Al(OH)3沉积物，堵塞砂岩中孔隙喉道等渗流通道。 盐酸除与砂岩中的碳酸岩反应外，还会与粘土矿物反应，主要是与绿泥石的反应是许多人都为关心的，因为绿泥石中的Fe3+危害性最大。西峰油田长8油层绿泥石含量很高，绝对含量占到9%15%，酸化时极易造成酸敏。在酸化过程中前置酸中盐酸与砂岩的反应包括以下几种： 粘土矿物： Al3Si2O5(0H)4+6HCl=2H4SiO4+2AlCl3+H20 其中绿泥石为: (Mg, Fe,Al)6(Si,Al)4O6 (0H)8+HCIH2Si04+AICl3+Fe2+Mg2+H20 长石： (K,Na )Si3AlO6+HClH2SiO4+AlCl3+K+Na +H20 CaAl2Si2O8+HClH4SiO4+AlCl3+Ca2+H2O 碳酸盐岩: 方解石：CaCO3+HCl=CaCl2+CO2 +H2O 白云石：(Ca,Mg)(CO3)2 + 4HCl=MgCl2 + CaCl2 + 2CO2 +H2O 从以上这些反应的一次反应产物看，没有直接的沉积物生成。但是反应产物中的硅酸(H4SiO4)在地层条件下极易形成硅质沉淀物，反应产物中的阳离子(Fe 3+,Al3+. )与硅酸之间发生二次反应形成难溶的或不溶的硅酸盐或硅铝酸盐沉淀。另外，酸化作业之后，随pH值的回升，将出现氢氧化物胶体或硅胶等，反应式如下：Fe3+3OH-Fe(OH)3 （胶体）Al3+3OH-Fe(OH)3 （胶体）H4SiO4H2SiO3 （胶体）+ H2O由以上分析可知，盐酸与砂岩反应后可能出现的酸敏是由二次反应沉淀物硅酸盐、硅铝酸盐、氢氧化物等形成的。(2)土酸体系 土酸是砂岩储层比较经济有效的增产酸化液，具有较强的酸一岩反应能力，可溶解砂岩中多种硅酸盐矿物，特别对粘土矿物溶解率较高。但土酸与砂岩矿物的二次反应会产生稳定的沉淀物，从而导致地层渗透率的下降。砂岩地层土酸酸化主要是应用HF与砂岩中的矿物反应，以达到解除砂岩孔隙及其周围的粘土及微粒堵塞物，对于延长油层，出现的反应有： 粘土矿物：Al2Si4O10 (OH)2+36HF4H2SiF6+2H3AlF6+12H2O其中绿泥石为：(Mg,Fe,Al) 6(SiAl)4O6(OH)8+HF?H2SiO4+AlF3 +Fe2+Mg2+H2O碳酸盐： 方解石：CaCO3+2HFCaF2 +CO2 +H2O 白云石：(Ca, Mg)CO3 + 4HF MgF2 +CaF2 +2CO2 +H2O 硅质矿物： 由于土酸酸液一般有HCl与HF组成，其中HF浓度较低，土酸与硅质矿物的反应较弱，反应过程如下： SiO2+6HFH2SiF6+2H2O 从上分析可知，土酸与砂岩作用后会出现一次沉淀物CaF2和MgF2，会对地层造成伤害。因此在土酸酸化之前必须使用盐酸作为前置酸，对油层进行预处理，这在较大程度上抑制土酸主体酸化时CaF2和MgF2沉淀的产生。 但是上述反应产物之间的二次反应会形成二次沉淀，特别是H2SiF6与K, Na,Ba等形成氟硅酸盐沉淀物，反应如下： H2SiF6+K (Na+、Ba2+)K2SiF6 (Na 2SiF6, BaSiF6 )(3)氟硼酸体系以氟硼酸和盐酸为主要成分，最适于伊利石粘土矿物含量高和硅质胶结物堵塞的低渗透率砂岩油层的深部酸化作业。当盐酸与氟硼酸相配合使用，可以控制反应速率使酸液逐渐进入地层深部与油层岩石进行缓速反应，氟硼酸在油层温度下经过一系列水解的反应，逐步释放出氢氟酸，其反应式如下：HBF4 0H+BF4-BF4-+H2O=BF2 (OH)-+HF(慢)BF2 (OH)-+H2O=BF2 (OH)2-+HFBF2 (OH)-+H2O=BF2 (OH)3-+HFBF2 (OH)-+H2O=BF2 (OH)4-+HFB(OH)4-+H+=H3BO3+H2O总反应式为：HBF4 + 3H2O= H3BO3+ 4