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酸化技术 井下作业公司技术研发中心2009年03月 井下作业公司技能培训讲座 提纲 一 酸化技术概述 二 砂岩酸化技术 三 碳酸盐岩酸化技术 四 酸化实验研究评价技术 一 酸化技术概述 1 酸化历史回顾 1 1895 赫曼 佛拉施 HermanFrasch 发明2 早期的除垢处理 吉普石油公司 盐酸作为除垢剂3 1932 酸化新时代 普尔石油公司与道化学公司的磋商 HCl正式用于油气井处理 酸化形成正常应用的技术 酸化作业公司的形成5 1933 Wilson与印第安那标准石油公司申请HF处理砂岩工艺专利6 1940Dowell公司 土酸的首次工业性应用7 20世纪70 80年代 酸化理论深入研究 实验手段加强 1976年 Fogler 旋转圆盘装置 8 至今 全面工业化应用 酸液种类及用途 2 酸化原理 酸液类型 碳酸盐岩油气层的酸化主要用盐酸 有时也用甲酸 醋酸 多组分酸和氨基磺酸等酸液 为了延缓酸的反应速度 也采用油酸乳化液 稠化盐酸液 泡沫盐酸液等 砂岩油气层的酸化主要用土酸 酸液类型 2 酸化原理 盐酸处理的主要优点 属于强酸 与许多金属 金属氧化物 盐类和碱类都能发生化学反应 由于盐酸对碳酸盐岩的溶蚀力强 反应生成的氯化钙 氯化镁盐类能全部溶解于残酸水 不会产生化学沉淀 反应生成的CO2部分溶于残酸 部分呈小气泡状态分布于残酸中 对酸化效果影响较小 酸压时对裂缝壁面的不均匀溶蚀程度高 裂缝导流能力大 成本较低 酸液类型 2 酸化原理 盐酸 工业盐酸标准 高浓度盐酸处理的优点 酸岩反应速度相对变慢 有效作用范围增大 单位体积盐酸可产生较多的CO2 利于废酸的排出 单位体积盐酸可产生较多氯化钙 氯化镁 提高了废酸的粘度 控制了酸岩反应速度 并有利于悬浮 携带固体颗粒从地层中排出 受到地层水稀释的影响较小 酸液类型 2 酸化原理 盐酸 盐酸处理的主要缺点 与石灰岩反应速度快 特别是高温深井 由于地层温度高 盐酸与地层作用太快 因而处理不到地层深部 盐酸会使金属坑蚀成许多麻点斑痕 腐蚀严重 对H2S含量较高的井 盐酸处理易引起钢材的氢脆断裂 酸液类型 2 酸化原理 盐酸 甲酸和乙酸都是有机弱酸 反应速度比同浓度的盐酸要慢几倍到十几倍 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 一般甲酸液的浓度不超过10 乙酸液的浓度不超过15 甲酸比乙酸的溶蚀能力强 售价便宜 适用于盐酸液的缓速和缓蚀问题无法解决的高温深井碳酸盐岩层 酸液类型 2 酸化原理 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 CH3COOH 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 盐酸与甲酸 乙酸的溶蚀能力 反应速度比较表 酸液类型 2 酸化原理 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 乙酸液的浓度不超过l5 多组分酸是一种或几种有机酸与盐酸的混合物 多组分酸有缓速作用 酸岩反应速度依据氢离子浓度而定 多组分酸中的氢离子数主要由盐酸的氢离子数决定 根据同离子效应 极大地降低了有机酸的电离程度 当盐酸活性耗完后 有机酸才离解起溶蚀作用 所以 盐酸在井壁附近起溶蚀作用 有机酸在地层较远处起溶蚀作用 混合酸液的反应时间近似等于盐酸和有机酸反应时间之和 因此可以得到较大的有效酸化处理范围 酸液类型 2 酸化原理 多组分酸 乳化酸即为油包酸型乳状液 其外相为原油 或在原油中混合柴油 煤油 汽油等石油馏分 或为柴油 煤油等轻馏分 其内相一般为15 31 浓度的盐酸 或有机酸 土酸等 酸液类型 2 酸化原理 乳化酸 油酸乳化液的粘度较高 用油酸乳化液压裂时 能形成较宽的裂缝 减少了裂缝的面容比 有利于延缓酸岩的反应速度 油酸乳化液存在的主要问题是摩阻较大 使施工注入排量受到限制 乳化酸微粒 稠化酸是指在盐酸中加入增稠剂 使酸液粘度增加 特点 降低了氢离子向岩石壁面的传递速度 起到了缓速的作用 高粘度的稠化酸与低粘度的盐酸溶液相比 酸压时还具有能压成宽裂缝 滤失量小 摩阻低 悬浮固体微粒的性能好等特性 稠化酸在地层温度条件下 经过一定时间 即自动破胶 便于返排 目前使用的增稠剂在地层温度较高时 会很快在酸液中降解 从而使稠化酸变稀 酸液类型 2 酸化原理 稠化酸 泡沫酸是用少量泡沫剂将气体 一般用氮气 分散于酸液中所制成 特点 在酸压中滤失量低 相对增加了酸液的溶蚀能力 排液能力大 减了对油气层的损害 粘度高 在排液中可携带出对导流能力有害的微粒 有降低粘土不利影响方面的作用 酸液类型 2 酸化原理 泡沫酸 酸液类型 2 酸化原理 变粘酸 LCA滤失控制酸 变粘酸 是引进DOWELL的专利产品 TCA温度控制变粘酸 是一种在地层温度条件下变粘的酸液体系 在地面条件下与胶凝酸相当 但是在地层高温 70 条件下具有较高的峰值粘度 具有降滤缓速的作用 是一种理想的深度酸压工作液体系 地面交联酸是一种在地面采取特殊方法使酸液交联的酸液 类似于压裂液的基液和冻胶的作用方式 地面交联酸在不加交联剂的情况下与胶凝酸相当 通过交联剂的添加可以有效控制酸液的起粘时间 粘度及有效保持具有较高的峰值粘度 具有降滤缓速的作用 是一种理想的深度酸压酸液体系 DCA清洁转向酸作为一种变粘度 缓速且自转向深度酸压工作液体系 在长井段酸化时具有优势 酸液类型 2 酸化原理 清洁转向酸 土酸 10 15 浓度盐酸和3 8 浓度的氢氟酸与添加剂所组成的混合酸液 土酸中的氢氟酸是一种强酸 对砂岩中的一切成分 石英 粘土 碳酸盐等 都有溶蚀能力 但不能单独用氢氟酸 由于氢氟酸与碳酸钙和钙长石 硅酸钙铝 等反应生成氟化钙沉淀 与地层水接触生成氟硅酸钠和氟硅酸钾堵塞地层 因此要与盐酸混合配制成土酸使用 酸液类型 2 酸化原理 土酸 添加剂 酸化时要在酸液中加入某些物质 以改善酸液性能和防止酸液在油气层中产生有害影响 常用添加剂种类 缓蚀剂 表面活性剂 稳定剂 缓速剂 有时还加入增粘剂 减阻剂 暂时堵塞剂及破乳剂等 2 酸化原理 添加剂类型 缓蚀剂主要作用在于减缓局部的电池的腐蚀作用 其机理有三方面 抑制阴极腐蚀 抑制阳极腐蚀 于金属表面形成一层保护膜 国内外使用的盐酸缓蚀剂分为两大类 无机缓蚀剂 如含砷化合物 亚砷酸钠 三氯化砷等 有机缓蚀剂 如胺类 苯胺 松香胺 醛类 甲醛 喹啉衍生物 烷基吡啶 炔醇类化合物等 2 酸化原理 添加剂类型 缓蚀剂 酸液与金属设备及井下管柱接触 溶解铁垢和腐蚀铁金属 使酸液含铁量增多 油层本身含有二价铁和三价铁的氧化物 酸液进入地层以后 也会生成铁离子 为防止氢氧化铁沉淀 避免发生地层堵塞现象 而加入的某些化学物质 称为稳定剂 常用的稳定剂有醋酸 柠檬酸 有时用乙二胺四醋酸 EDTA 及氮川三乙酸钠盐 NTA 等 2 酸化原理 添加剂类型 铁离子稳定剂 酸液中加入表面活性剂 可以降低酸液的表面张力 减少注酸和排出残酸时的毛细管阻力 防止在地层中形成油水乳状物 便于残酸的排出 一般较多地采用阴离子型和非离子型表面活性剂 油层酸化时油层内有乳化物生成时 可在酸中加入破乳剂 如有机胺盐类 或季铵盐类和聚氧乙烯烷基酚类活性剂 表面活性剂 2 酸化原理 添加剂类型 典型砂岩矿物的化学组成 2 酸化原理 酸岩反应特性 2 酸化原理 酸化作业的典型化学反应 酸岩反应特性 2 酸化原理 酸岩反应特性 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和碳酸盐类物质 砂岩的油气储集空间和渗透通道就是砂粒与砂粒之间未被胶结物完全充填的孔隙 砂岩油气层的酸处理 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 2 酸化原理 砂岩油气层的土酸处理 酸岩反应特性 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 其反应如下 2HF CaCO3 CaF2 CO2 H2O16HF CaAl2Si3O8 CaF2 2AlF3 2SiF4 8H2O反应生成的CaF2 当酸液浓度高时 处于溶解状态 当酸液浓度降低后 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 砂岩地层土酸处理原理 2 酸化原理 酸岩反应特性 砂岩油气层的土酸处理 氢氟酸与石英的反应 6HF SiO2 H2SiF6 2H2O反应生成的氟硅酸 H2SiF6 在水中可解离为H 和 SiF6 2 而后者又能和地层水中的Ca Na K NH4 等离子相结合 生成的CaSiF6 NH 2SiF6易溶于水 而Na2SiF6及K2SiF6均为不溶物质会堵塞地层 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 处理时一般用盐酸作为预冲洗液 砂岩地层土酸处理原理 2 酸化原理 砂岩油气层的土酸处理 酸岩反应特性 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 当氢氟酸进入砂岩油气层后 大部分氢氟酸首先消耗在与碳酸盐的反应上 不仅浪费了大量的氢氟酸 并且妨碍了它与泥质成分的反应 盐酸和碳酸盐的反应速度比氢氟酸与碳酸盐的反应速度快 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 砂岩地层土酸处理原理 氢氟酸与砂岩中各种成分的反应速度各不相同 总结 依靠土酸液中的盐酸成分溶蚀碳酸盐类物质 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 从而达到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的目的 2 酸化原理 砂岩油气层的土酸处理 酸岩反应特性 为了进一步防止CaF2等不溶物的沉淀和充分发挥HF对泥质成分的溶蚀作用 在土酸处理前应预先进行盐酸处理 预处理的作用有 盐酸先溶蚀掉大部分碳酸盐物质 减少氢氟酸的消耗 减少CaF2的沉淀 充分发挥氢氟酸对泥质和石英等成分的溶蚀作用 盐酸顶替地层水 避免氢氟酸与地层水接触 防止生成氟硅酸钾和氟硅酸钠沉淀 盐酸预处理的作用 2 酸化原理 砂岩油气层的土酸处理 酸岩反应特性 HCl HF与岩石的反应 SiO2 4HF SiF4 2H2OSiF4 2HF H2SiF6粘土矿物 HF SiF4 氟铝化物如钾长石 KAlSi3O8 与HF的反应 KAlSi3O8 n 3m HF 16 n 3m H K AlFn 3 n 3SiFm 4 m 8H2O 0 n 6 4 m 6 氢氟酸对硅质成分具有强的溶解能力 对砂岩常常采用HCl HF体系 氢氟酸与砂岩的一次反应 2 酸化原理 砂岩油气层的土酸处理 酸岩反应特性 氢氟酸与砂岩的二次反应 氢氟酸与砂岩的二次反应主要是指一次反应中生成的氟硅酸与粘土矿物的反应 与钾长石的二次反应 SiF62 6KAlSi3O8 18H 10H2O 6K 6AlF2 18H2SiO3 H4SiO4 硅胶沉淀 与伊利石的二次反应 SiF62 KAl3Si3O10 OH 2 6H 4H2O K 3AlF2 4H4SiO4 硅胶沉淀 HCl HF与岩石的反应 2 酸化原理 砂岩油气层的土酸处理 酸岩反应特性 氢氟酸与砂岩的三次反应 氢氟酸与砂岩的三次反应过程为F Al降低的过程 直到土酸中活性HCl消耗完毕 AlF2 KAlSi3O8 4H 4H2O K 2AlF2 3H4SiO4 硅胶沉淀 砂岩土酸酸化的几点认识 1 19FNMR谱证明AlFn 3 n 在溶液中存在局部平衡 n 0 6 即Al3 AlF2 AlF63 保持一定比例 2 二次 三次反应产物容易沉淀 对储层产生新的伤害 3 氢氟酸与砂岩的化学反应很复杂 难于模拟 2 酸化原理 HCl HF与岩石的反应 砂岩油气层的土酸处理 酸岩反应特性 2 酸化原理 对石灰岩 2HCl CaCO3 CaCl2 H2O CO2 对白云岩 4HCl MgCa CO3 2 CaCl2 MgCl2 2H2O 2CO2 碳酸盐岩储层的盐酸处理 碳酸盐岩地层的主要矿物成分是方解石和白云石 酸的有效作用时间 从新鲜盐酸变成溶解能力很小的残酸所经历的时间 酸的有效作用距离 酸浓度下降到很低而变成残酸时 酸径向穿透地层的深度 当注酸排量一定时 酸的有效作用距离就是酸液在酸的有效作用时间内所走过的距离 酸的有效作用距离 酸液在地层中的平均流速 酸的有效作用时间 酸岩反应特性 酸沿地层径向流动时的酸浓度下降情况示意图 2 酸化原理 酸岩反应特性 岩石溶蚀量或酸接触时间效应的示意图 2 酸化原理 酸岩反应特性 3 酸化分类 按作业工艺分 酸洗 acidwashing 基质酸化 matrixacidizing 酸压 acidfracturing 按酸液类型分 普通酸酸化 常规盐酸 土酸酸化缓速酸酸化 普通酸压 前置液酸压 交替注入酸压 闭合酸压 平衡酸压等 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 延迟酸酸化等 3 酸化分类 酸化工艺的特点及适用情况对照表 酸洗 清洗 井筒射孔眼 方式 正洗反洗 3 酸化分类 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 3 酸化分类 定义 低于地层破裂压力下注酸 使酸液尽可能沿径向流动 溶解岩石或外来固相颗粒 增加近井地带的渗透率 增产原理 酸液与岩石发生化学反应 部分溶解岩石 矿物 生成可溶性的盐和气体 增大孔隙体积溶蚀孔壁或缝壁 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 3 1 基质酸化及其增产原理 3 酸化分类 基质酸化 酸化 地层 方式 油管注液套管注液环空注液 3 酸化分类 Muskat理论计算公式 其中 Jo 无污染地层的产能Js 酸化处理后的产能Fk 污染地层和原始渗透率的比值 Fk ks kok 地层原始渗透率 10 3 m2ks 污染带等效渗透率 10 3 m2re 泄油半径 mrs 污染带半径 m 封闭油藏污染井示意图 污染程度 污染半径对增产倍比的影响 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 3 2 酸压及其增产原理 定义 在高于地层破裂压力下 将酸或酸的前置液挤入地层 形成裂缝并与裂缝壁面反应 非均匀刻蚀岩石形成凹凸不平或沟槽状刻蚀缝 增产原理 酸溶蚀压开的人工裂缝 形成大大高于地层原始渗透率的酸蚀裂缝 提高油气渗流能力 酸蚀裂缝沟通高渗透裂缝带 扩大泄流面积 酸液进入裂缝壁面孔隙或裂隙与岩石发生反应 溶蚀孔壁或微缝壁 改善流体向裂缝渗流条件 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 疏通流道 恢复地层原始渗透能力 3 酸化分类 压裂酸化 酸化 地层 方式 油管注液套管注液环空注液 压开裂缝张开裂缝酸刻蚀裂缝高导流能力裂缝 3 酸化分类 酸压形成人工大裂缝 增产是酸压主要目的解堵是酸压的必然结果 注意 酸压原则上只适合于碳酸盐岩储层 3 酸化分类 砂岩储层的胶结疏松 酸压可能由于大量溶蚀 致使岩石松散 引起油井过早出砂 酸压可能压破地层边界以及水 气层边界 造成地层能量亏空和过早见水 见气 由于酸沿缝壁均匀溶蚀岩石 不能形成沟槽 酸压后裂缝大部闭合 形成的裂缝导流能力低 且由于用土酸酸压可能产生大量沉淀物堵塞流道 砂岩储层酸化通常不进行酸压的原因 酸化与压裂的区别 1 完全不同的两种工艺 传统增产措施 2 使用的液体不同3 形成高渗透裂缝的原理不同4 对地层的适应性不同 酸压只用于碳酸盐岩储层 5 增产原理相似6 使用的施工工艺相似7 使用的设备相似 提纲 一 酸化技术概述 二 砂岩酸化技术 三 碳酸盐岩酸化技术 四 酸化实验研究评价技术 二 砂岩酸化技术 酸化可以消除的伤害 1 酸化解除伤害的类型 1 酸化有高表皮系数的井 但是不存在伤害2 对没有充分射孔的地层进行酸化3 使用错误的酸液类型去酸化4 使用不合适的酸用量或浓度5 不合理的施工步骤和组成6 使用不洁净的水去配液7 没有去清理酸罐和水罐8 添加剂过期和误用9 地层被压开10 返排前的关井时间过长 或排液速度太慢 2 砂岩酸化的注意事项 砂岩酸化时酸液应用指南 条件酸液 HCl溶解度 20 仅用HCl高渗透 100md以上 高石英 80 低粘土 20 13 5 HCl 1 5 HF 1 高粘土 20 6 5 HCl 1 HF 2 高铁绿泥石粘土3 HCl 0 5 HF低渗透 10md或更低 低粘土6 HCl 1 5 HF 3 高绿泥石3 HCl 0 5 HF 4 注 1 用15 HCL预冲洗 2 用螯合的15 HCl预冲洗 3 用7 5 HCl或10 醋酸预冲洗 4 5 醋酸预冲洗 3 砂岩酸化液体配方策略 常规砂岩酸化用酸指南 3 砂岩酸化液体配方策略 基本施工推荐的液体用量 m3 m 前置液至少为HCl HF用量的50 100 如果HCl的地层溶解率小于5 前置液只需要HCl HF用量的50 如果HCl的溶解率在5 10 之间 前置液用量应当是HCl HF用量的100 在HCl溶解率大于10 的地层 前置液用量为HCl HF用量的150 在弱胶结地层 低渗透率地层和高粘土含量地层要使用较少的酸液用量 在低渗和高粘土含量地层采用过量的HF将因不溶性颗粒沉淀的严重堵塞 地层渗透率小于10mD的地层酸化必须小心 4 砂岩酸化的液量策略 封隔器系统化学布酸技术堵球连续油管 5 砂岩酸化的布酸技术策略 典型砂岩酸化注液工序 洗井注前置液注处理液注后置液注顶替液 6 砂岩酸化的注液程序 各种工作液的作用 前置液 1 顶替井筒中的原有积液到油套环空或排出地面 2 顶替走近井带的地层水 避免Na2SiF6 H2SiF6沉淀 3 优先溶解碳酸盐类 减轻CaF2沉淀 并保持低pH值 同时 避免浪费较昂贵的HF等处理液 4 降低井温及地层温度 避免添加剂高温失效及降低酸岩反应速度 处理液 注入储层的主体酸液 溶解地层矿物及胶结物 堵塞物等 改善地层渗透性后置液 隔离处理液和顶替液 加入添加剂可帮助处理液的返排 恢复地层固相及沉淀性酸反应生成物的亲水性 提高原油的相对渗透率 防止乳化 顶替液 将井筒中早先注入液顶入地层 6 砂岩酸化的注液程序 原理 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 提高油气产能关键技术 针对储层物性及矿物特性选择酸液体系酸化工艺参数优选施工质量保证 7 砂岩储层酸化工艺 7 1 常规酸化工艺 1 洗井 用1 2m3HCl正替入油管后用清水正洗井目的 清除管壁脏物及铁锈2 注前置液 盐酸作预处理目的 溶解碳酸盐岩类矿物 防止CaF2 顶走地层水 防止Na2SiF6 K2SiF6 清洗近井带油垢 保持较低的pH值3 土酸液 HCl HF作用 HCL溶解碳酸盐类胶结物 并保持pH值 HF溶解石英长石及粘土矿物目的 沟通并扩大孔道 提高地层渗透性4 注后置液 油井柴油等或HCl 气井用酸或气 N2 天然气 目的 恢复地层固相及沉淀性酸反应物的亲水性 防止乳化生成5 注顶替液 活性水或NH4Cl溶液 常用工序 7 砂岩储层酸化工艺 7 1 常规酸化工艺 原理 在酸液中加入暂堵剂 注酸时暂时堵塞高渗层 酸化低渗层 实现在多层油藏或大厚层油藏中沿纵向的均匀布酸 均匀解堵改善纵向出油剖面或吸水剖面 7 砂岩储层酸化工艺 7 2 暂堵酸化工艺 关键技术 据井层条件选择酸液体系据井层条件选择暂堵剂类型据储层物性及孔喉大小选择暂堵剂粒径分布暂堵剂注入工艺 暂堵酸化工艺参数的优化 7 3 深部酸化技术 原理 由于酸在砂岩多孔介质中的反应速度太快 酸化解堵半径小 采用在地下生成盐酸和HF技术 实现深部酸化目的 技术包括 氟硼酸 粘土酸 酸化工艺技术 地下自生土酸技术 缓冲调节土酸技术 多元酸酸化技术等 7 砂岩储层酸化工艺 氟硼酸酸化工艺技术 氟硼酸是一种单级化学处理法 即Single stagechemicaltreatment又称粘土酸法 clayacid 粘土酸主要以氟硼酸为主体 其中加入添加剂构成 砂岩地层HBF4处理属于深部酸化工艺 用土酸处理砂岩地层 要增加处理深度Le就要增大酸量 但由于HF与地层粘土等胶结物反应快 过量的HF将破坏地层骨架的结构 使井筒附近岩石强度受到损害 因此土酸酸化不能获得较深的穿透 此外 土酸处理井往往初期增产而后期递减迅速 因此受到限制 用HBF4处理可以克服酸化初期增产后期递减快的普遍性问题 国内外现场使用表明是一种较为有效的方法 当HBF4进入地层时能缓慢水解生成HF 因而在酸耗尽前可深入地层内部较大范围 此外还可以使任何不溶解的粘土微粒产生化学熔化 熔化后的微粒在原地胶结 使得处理后流量加大而引起的微粒移动受到限制 室内试验还表明 通过不相溶流体的接触 用HBF4处理过的粘土敏感性下降 不易膨胀或分散 7 3 深部酸化技术 7 砂岩储层酸化工艺 7 3 深部酸化技术 7 砂岩储层酸化工艺 HBF4的水解反应 HBF4在水溶液中发生水解反应 且是多级电离HBF4 H2O HBF3 H HF 慢 氟硼酸羟基氟硼酸HBF3OH H2O HBF2 OH 2 HF 快 HBF2 OH 2 H2O HBF OH 3 HF 快 HBF OH 3 H2O H3BO3 HF 快 由于它的一级水解很慢 故为整个水解反应的控制步骤 它限制了酸液中HF生成速度 而因为HBF4在水溶液中任何时候都产生有限的HF 所以延长了反应时间 增加了HF的有效穿透距离 技术优势 氟硼酸酸化工艺技术 HBF4对岩心抗压强度的影响 常规土酸处理砂岩会严重降低岩石的抗压强度 主要原因是酸液在进入岩芯时消耗太快破坏了水泥胶结 而粘土酸由于反应缓慢对岩石的完整性影响甚微 技术优势 7 3 深部酸化技术 7 砂岩储层酸化工艺 氟硼酸酸化工艺技术 美国道化学公司道威尔分公司 DowelldivisionofDowchemical HBF4酸化处理的典型设计方案如下 1 先用过滤淡水配制的3 NH4Cl确定注入速度 2 注15 HCl 用量为每英尺地层50 100加仑左右 目的是在土酸处理之前予先溶解碳酸钙 3 每英尺地层注100 150加仑土酸 其配比为7份50 HCl加1份50 HF 用以清除井壁周围的粘土损害 4 用3 氯化铵溶液或柴油等顶替 5 用粘土酸过分冲洗 以便溶解地层深部的粘土并使其稳定 一般注入量为每英尺地层100 150加仑 酸化半径可达3 5英尺 6 用3 NH4Cl作隔离液以免粘土酸与土酸混合 7 最后按规定时间关井以使酸液充分消耗并使地层粘土稳定 7 3 深部酸化技术 7 砂岩储层酸化工艺 常用工序 氟硼酸酸化工艺技术 提纲 一 酸化技术概述 二 砂岩酸化技术 三 碳酸盐岩酸化技术 四 酸化实验研究评价技术 三 碳酸盐岩酸化技术 1 碳酸盐岩酸化工艺技术 1 1 常规酸基质酸化工艺技术 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 15 20 盐酸 酸液添加剂工艺 简单 连续注入酸液 1 2 普通酸压工艺技术 1 碳酸盐岩酸化工艺技术 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 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 1 碳酸盐岩酸化工艺技术 1 3 前置液酸压工艺技术 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 1 碳酸盐岩酸化工艺技术 工作液 酸液 15 28 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2 3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 3 1 2 工艺 前置液 酸液 普通盐酸 降阻酸 胶凝酸 泡沫酸 变粘酸等 1 3 前置液酸压工艺技术 LG100井胶凝酸酸压施工曲线 1 碳酸盐岩酸化工艺技术 1 3 前置液酸压工艺技术 前置液酸压中的滤失情况 酸液指进示意图 1 4 多级注入前置液酸压工艺技术 1 碳酸盐岩酸化工艺技术 原理 用不同流体粘度和反应特性差异 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 酸液和压裂液的选择 配伍 粘度比 破胶返排蚓孔生长发育规律的研究 滤失控制机理指进现象的产生和模拟 界面过渡带处理各级注入量的优化组合 LG38井多级注入胶凝酸酸压施工曲线 前置液酸压 多级注入酸压 1 4 多级注入前置液酸压工艺技术 1 碳酸盐岩酸化工艺技术 酸液在压裂液中的指进 反指进现象 1 碳酸盐岩酸化工艺技术 交替注入前置液酸压中的滤失情况 1 碳酸盐岩酸化工艺技术 1 5 降滤酸压工艺技术 1 碳酸盐岩酸化工艺技术 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 降滤剂的选择及加入方法和加入量的确定泡沫降滤时 起泡剂和泡沫稳定剂的选择乳化降滤时 乳化剂和破乳剂的选择相应的降滤工艺设计方法及优化设计 1 6 延迟酸压工艺技术 1 碳酸盐岩酸化工艺技术 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特快 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 关键技术 据不同地层要求确定延迟剂类型及起始酸释放温度延迟酸液配方确定延迟酸化工艺技术参数优化设计延迟酸化工艺与其他工艺技术的配合运用 1 7 闭合酸压工艺技术 1 碳酸盐岩酸化工艺技术 原理 酸压形成一定长度的酸蚀裂缝后 降低注入压力 使井底裂缝压力低于闭合压力下注酸 以提高近井带裂缝导流能力 适用范围 均质碳酸盐岩地层对软地层 如白垩Chalk地层 酸蚀裂缝导流能力低 1 7 闭合酸压工艺技术 1 碳酸盐岩酸化工艺技术 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 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 1 7 闭合酸压工艺技术 1 碳酸盐岩酸化工艺技术 闭合应力与导流能力关系曲线 1 8 平衡酸压工艺技术 1 碳酸盐岩酸化工艺技术 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适用范围 致密储层 有气顶 底水地层及低温白云岩 1 9 复合酸压工艺技术 1 碳酸盐岩酸化工艺技术 通过酸压与水力压裂的结合 形成复合酸压工艺 由于组合方式不同 可以有 先加砂 后酸压 及 先酸压 后加砂 TZ74井加砂压裂 酸压裂复合改造 1 井筒外围全是油气储集体2 底部明显的是水体 1 近井沟通型模式 2 1 碳酸盐岩储层酸化的基本模式 措施目标 2 碳酸盐岩酸化工艺选择策略 储层预测与实钻比较接近 钻井命中靶点位置 油井钻井过程中有良好的油气显示 测试已经有低产油气流 有效储层段钻穿 底部已经有出水显示而就地完钻 现场实际情况 酸化 压 的目标是解除钻井过程中的地层污染 降低油层生产压差 近井地带还有没有与井筒有效沟通的油气储集体 1 近井沟通型模式 2 1 碳酸盐岩储层酸化的基本模式 措施目标 2 碳酸盐岩酸化工艺选择策略 对于井外围确认无水患 需要连通更多的储集体的井 可以采取中 小规模的酸压措施 工艺采用前置液酸压即可 已经测试建产的井层 以解除表皮污染 降低生产压差为目标的 可以采用中 小规模的解堵酸化 对于底部明显是水层 上部有有效储层及外围有有效储集体的井层 可以考虑采用打水泥塞回填井底的措施 尽可能的提高酸压施工井段与水层段的距离 同时必须注意优化施工规模和施工作业参数 特例 井眼钻遇的深度段内 在下部发现大的充填溶洞时 为了避免充填溶洞对酸液的大吃大喝 应考虑将下部充填溶洞顶以上3 5m至井底的段落打水泥塞回填 对于上部发育的充填溶洞 需要保留下部井段进行酸压时 应考虑在酸压井段之上下尾管完井 工艺实施措施 1 近井沟通型模式 2 1 碳酸盐岩储层酸化的基本模式 2 碳酸盐岩酸化工艺选择策略 2 1 碳酸盐岩储层酸化的基本模式 1 井筒外围全是油气储集体 2 远部改造沟通型模式 措施目标 2 井筒外围有由裂缝连通的底部 远部 水体 2 碳酸盐岩酸化工艺选择策略 储层预测与实钻差异较大 钻井偏离靶点位置太远 油井钻井过程中显示较差 近井地带没有大的有效储集体发育 根据地震解释成果预测远井地带有有效储集体发育 酸压的目标需要通过远距离酸压沟通才能使油井有效投产 1 远部改造沟通型模式 措施目标 2 碳酸盐岩酸化工艺选择策略 2 1 碳酸盐岩储层酸化的基本模式 现场实际情况 这样的情况下 就必须考虑较远距离的沟通 以酸蚀作用距离尽可能的连通近井地带的储集体 以及通过储集体间的裂缝通道连通更远的更多的有效储集体 施工工艺上可以考虑多级注入酸压 乳化酸酸压 变粘酸酸压等深穿透的酸压工艺 该模式酸压具有较大的地质风险 包括酸蚀有效距离的长度能否沟通远部有效储集体 是否会压裂沟通底水或远部水体 对于具有底部水体的井层必须注意优化施工规模和施工作业参数 1 远部改造沟通型模式 2 碳酸盐岩酸化工艺选择策略 2 1 碳酸盐岩储层酸化的基本模式 工艺实施措施 轮古碳酸盐岩储层酸压的最佳用液规模 在轮古酸压施工中 较高见效率的用液规模在400 600m3之间 其中以400 5