储层伤害与油水井酸化处理技术(经典).ppt

储层伤害与酸处理技术,第一部分储层伤害与油气层保护第二部分酸化工艺原理第三部分酸液体系与酸液添加剂第四部分酸化过程中的储层伤害及储层保护第五部分酸化选井与酸化室内评价技术第六部分酸化设计软件及实验仪器第七部分酸化设计、施工及效果分析技术第八部分酸化技术的发展趋势,目录,第一部分储层伤害与油气层保护,钻井、完井、砾石充填、采油、增产措施、修井等过程，均可能引起储层伤害。,一、储层伤害,例：钻井伤害（一般钻井液成份：膨润土水解聚丙烯腈铵盐羧甲基纤维素钠盐原油硅腐钾乳化剂乳化剂降粘剂消泡剂流型调节剂固体润滑剂复配暂堵剂片碱堵漏剂加重剂石灰石粉）固相使渗透率降低值90%以上，泥浆滤液进入使油层渗透率降低40%左右,钻井泥浆类型与浸泡时间对储层深度的关系,储层伤害的类型,常见的油层保护措施,二、油气层保护,常见堵塞特征及对应的解堵处理对策,储层伤害评价表皮系数S-衡量井底附近储层因受到伤害而引起流体渗流阻力增加或因储层得到改善而使得流体渗流阻力减小的尺度。,S0,储层被伤害S=0，储层保持原有渗流能力S20%仅用HCl高渗透(100md以上)高石英(80%),低粘土(20%)13.5%HCl+1.5%HF高粘土(20%)6.5%HCl+1%HF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高绿泥石3%HCl+0.5%HF,解除铁质矿物2HCl+Fe2O32FeCl3+3H2O解除硅质矿物4HF+SO2SiF4+2H2O2HF+SiF4H2SiF6解除粘土矿物18HF+Al2Si2O5(OH)4(高岭石)2AlF3+2H2SiF6+9H2O36HF+Al2O3+4SiO2H2O(蒙脱石)2H3AlF6+4H2SiF6+12H2O解除垢类矿物2HCl+CaCO3CaCl2+H2O+CO24HCl+MgCa(CO3)2CaCl2+MgCl2+2H2O+2CO2,常规酸液体系包括盐酸酸液体系：5-20%HCl+酸液添加剂土酸酸液体系：5-20%HCl+1-12%HF%+酸液添加剂,四、碳酸盐岩酸化原理,原理一：溶蚀孔道或天然裂缝中的堵塞物质，破坏泥浆、水泥及岩石碎屑等堵塞物的结构，使之与残酸液一起排出地层起到疏通流动通道的作用，解除堵塞物的影响，恢复地层原有的渗流能力。原理二：由于岩石矿物组成的不均匀分布，施工中酸液对裂缝壁面的非均匀刻蚀使得裂缝壁面凹凸不平，裂缝在许多支撑点的作用下，不能完全闭合，最终形成具有一定几何尺寸和导流能力的人工裂缝，大大提高地层的渗流能力。,碳酸盐岩酸化示意图,碳酸盐岩的成分,典型反应：,2HCl+CaCO3CaCl2+H2O+CO24HCl+CaMg(CO3)2CaCl2+MgCl2+H2O+CO2,不同浓度盐酸与碳酸钙作用情况,不同温度条件下氯化钙溶解度曲线,反应完全后CaCl2溶液（残酸）的质量浓度为26.3%，在实际施工条件下，不会产生CaCl2沉淀。,第三部分酸液体系与酸液添加剂,稠化酸体系,乳化酸体系,变粘酸体系,化学缓速酸体系,自转向酸体系,盐酸体系,土酸体系,酸液体系,由于普通酸液在酸化过程中滤失严重，酸岩反应速度快，难以形成深穿透酸蚀裂缝。为满足地层特性和增产的需要，以普通酸体系为基础，发展了具有不同特性的酸液体系。,交联酸体系,稠化酸组成：酸液+稠化剂（胶凝剂）作用机理：降滤失和缓速，属于后期滤失控制。适用于：中高渗储层，在低渗及返排困难的储层使用稠化酸要慎重。优点：常温粘度：30mPa.s，地层温度粘度：1020mPa.s耐温性较好，高温稳定性强（93)酸蚀缝长：2050m摩阻为清水的4060%，满足大排量和深井施工不足：难以降解岩石表面吸附和滞留，降低酸蚀裂缝的导流能力,乳化酸组成：酸+油+乳化剂作用原理：利用乳化酸的高粘度和外相油的阻碍作用延迟酸液与裂缝壁面的接触，延迟酸岩反映速度，使酸液的滤失时间推后，从而使整个施工过程中的液体平均滤失量降低。适用于：低孔、低渗碳酸盐岩储层的深度改造优点：滤失量小，缓速性能好不足：施工摩阻较高，较普通酸高20%，造成酸压施工压力高，排量低。,38,地面交联酸组成：酸液+稠化剂（聚合物）+交联剂+添加剂，交联形成网络冻胶体系作用原理：结合酸压和水力加砂压裂的优点，将酸压的多分支酸蚀裂缝和水力压裂的较高导流能力的较长支撑裂缝有机结合，形成与水力压裂人工裂缝缝长相当、与储层中微裂缝沟通更好、导流能力更高、有效期更长的酸蚀-支撑复合裂缝适用于：低孔低渗、储层埋藏深、地层温度高、碳酸盐含量高、储层非均质性严重优点：滤失低、摩阻低、易泵送、粘度高、酸岩反应速度慢、造缝效率高、流变性好、能携砂,酸液体系发展现状,39,化学缓速酸组成：常规酸液+表面活性剂缓速机理：表面活性剂吸附在地层裂缝壁面，延缓酸岩反应速度；或者是表面活性剂使酸岩反应生成的CO2形成稳定泡沫，在裂缝壁面上产生隔离层，延缓壁面与酸的反应。大多采用阴离子型表面活性剂R-102缓速剂、三羧酸烷基化酰胺等,清洁转向酸自转向酸，又称变粘酸，滤失控制酸：在地层中粘度随温度或氢离子浓度（pH值）的变化发生大幅度的增加或降低的酸液体系。利用其粘度在施工过程中的变化，可大幅度控制酸液的滤失，实现了降低酸液滤失由一次性作用到连续性作用的转变。,清洁转向酸之优点,基础性能优异均衡,转向性能,缓速性能、缓蚀能力、表面张力、界面张力、鲜酸粘度、残酸粘度,两高一好转向可靠性高,转向效率高,转向效果相当好,三低添加剂残留低、残酸粘度低、残酸伤害低,低伤害性能,球形胶束,多层交联层状结构,海绵状网络结构,网络结构胶束，粘度高,43,结构破坏残酸：VES形成的胶束酸地层中的烃类（原油、天然气）与残酸接触，带电环境改变，胶束由杆状变成球状，粘度大幅降低。不加破胶剂，结构自动彻底破坏,不同原油含量的残酸的粘度随时间变化,天然气接触残酸的粘度随时间变化,变粘清洁酸,缓速静态反应速度低,45,清洁,稠化酸、交联酸残留物明显，二次污染严重，清洁酸二次污染小,稠化酸残酸与岩芯,交联酸残酸与岩芯,清洁酸残酸与岩芯,残留物明显,残留物明显,没有残留物,酸液添加剂,酸化过程中的储层伤害及储层保护,第四部分,砂岩储层酸化主要使用常规土酸，即HF和HCl的混合液，其它使用较多的有：氟硼酸、逆土酸、胶束土酸、自生土酸等，其主体部分都是HF、HCl，都是利用HCl溶解砂岩储层中的钙质成分，利用HF溶解砂岩中其它胶结物或基质。酸化施工过程中，由于设计及处理不当，可能造成严重的储层伤害，最常见的储层伤害主要在于酸化后二次沉淀，酸液与储层岩石、流体的不配伍以及储层润湿性的改变，酸化后疏松颗粒及微粒的脱落运移堵塞，产生乳化等。,一、酸液与地层流体的配伍性1、储层原油-酸液体系的配伍性酸液+原油、沥青原油酸渣酸渣由沥青、树脂、石腊和其它高分子碳氢化合物组成，是一种胶态的水不溶性产物，一旦产生会对储层带来永久性伤害，一般很难加以消除。酸液中若不加入适当的抗酸渣剂（聚氧化乙烯、聚氧化丙烯类+分散剂），一般都有产生酸渣的危险，且用酸浓度越高，酸渣生成越多。,2、地层水-酸液的配伍性地层水+酸液各种沉淀（氟化钙等）当储层中水富含Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等时（这些离子有些是原储层水中本身就存在的，有些是由于酸化过程中不断产生的），酸液特别是HF将与这些离子作用而产生有害沉淀物。因此，酸化时要设法避免HF与储层水接触。,二、酸液与储层岩石的配伍性储层岩石矿物成分复杂，酸液对其反应亦各异，产生的伤害机理也不同。,1、酸液引起粘土矿物膨胀酸液中水被蒙脱石所吸收，特别是高含Na蒙脱石类粘土，膨胀体积可达6-10倍，因而使孔道变窄甚至堵死孔道，使储层丧失渗透性，即使酸液溶解掉部分粘土矿物，也很难抵消其造成的伤害。,2、酸液的冲刷及溶解作用造成微粒运移高岭石、伊利石粘土酸液冲刷剥落迁移孔隙喉道无论是那类粘土矿物，酸化过程中酸溶解胶结物均会使储层颗粒或微粒松散、脱落而运移堵塞，这些微粒随酸液的流动搅拌与残余原油一起形成稳定的乳化液，产生液堵。酸化中要考虑粘土的稳定问题,3、酸液溶解含铁矿物产生不溶产物绿泥石类粘土：水合铝硅酸盐，含有大量的Fe离子。Fe3+OH-氢氧化铁凝胶沉淀铁在酸中的溶解度与酸液的PH值有密切关系，三价铁离子Fe3+在酸液pH为2.2时就开始以Fe(OH)3的形式产生沉淀，pH值为3.2时Fe3+完全沉淀；二价铁离子Fe2+只有在pH值达到7以上才开始沉淀。,4、酸化后产物的结垢Ca2+CO2碳酸钙沉淀结垢酸化过程中产生的过剩的Ca2+等离子，在酸化后若不能及时排出，将与油层中的CO2作用生成碳酸钙再次沉淀结垢，这些垢与砂子及重油等伴随一起堵塞储层。5、酸化产生水堵和岩石润湿性改变酸液注入储层后，井壁附近含水大大增加，水油流度比大于1时会出现水锁。酸液中的表面活性剂可能改变岩石润湿性引起储层伤害。,钙盐沉淀HF与CaCO3反应生成细白粉末状氟化钙沉淀CaCO3+2HFCaF2+H2O+CO2一般地保持低PH值和减少关井时间可防止CaF2在大量沉淀。,6、氢氟酸反应产物产生沉淀砂岩储层酸化使用的酸液，不论属于何种体系，其主要成分为HF，HF与储层矿物反应后可产生多种沉淀。,Na盐和K盐沉淀氢氟酸与砂子及粘土等反应产生氟硅酸和氟铝酸Si2+6HFH2SiF6+2H2OAl2Si4O10(OH)2+36HF4H2SiF6+12H2O+2H3AlF6NaAlSi3O8+22HF3H2SiF6+AlF3+NaF+8H2O氟硅酸和氟铝酸又将与储层岩中或储层水中的钾、钠等离子反应产生不溶性沉淀物。H2SiF6+2Na+Na2SiF6+2HH2SiF6+2K+K2SiF6+2H+H3AlF6+3Na+Na3AlF6+3H+H3AlF6+3K+K3AlF6+3H+这些氟硅酸盐、氟铝酸盐是胶状物质，产生伤害十分严重。,水化硅沉淀研究表明，水化硅的生成是由于HF与砂岩反应后的残酸再与粘土矿物发生二次反应的结果。酸化时，随着HF的不断消耗，当游离F-浓度减至10-5mol/l时，最初溶解于酸中的硅又将以水化硅胶态沉淀下来，其反应方程如下：Al2Si2O5(OH)4+18HF2H2SiF6+2AlF3+9H2OH2SiF6+4H2OSi(OH)4+6HF减轻水化硅沉淀，可采用如下方法：酸化后迅速排液。研究表明，残酸在岩心中停留时间越长，水化硅沉淀量越多；使用低浓度的HF酸化，HF浓度越低，溶解的硅越少，沉淀出的硅自然也少，注水井可采用过量冲洗，将近井带的残酸驱至远离井壁。,酸化选井与酸化室内评价技术,第五部分,1.酸化评层选井技术,酸化评层选井技术的工作目标,客观地描述储层的渗流条件通过不稳定试井技术，描述储层的渗滤特征及表皮堵塞特征通过油井生产产量变化结合油井近期作业情况判断储层是否受到伤害推荐可供增产作业改造的井和层段,静态地质资料,动态试井分析资料,岩心分析资料,地球物理测井资料,评层选井综合分析,储层参数控制储量,井低产、降产原因,地质分析资料钻井录井资料试油资料邻井情况分析,地质报告,地质依据,资料分析,酸化评层选井内容及工作顺序图,地质资料,测井资料,试油和试井资料,油气藏资料,录井资料,物性参数,中途测试,完井试油或试井,生产测井和试采,静态储层基本结构及物性参数,渗滤模式、动力和阻力分布与大小、流体性质,测井解释储层结构及参数,提出工作液伤害的地层因素,确定井层储、渗模式及渗滤特征,为工艺设计提供参数和井筒工程条件,提出确定工艺方法和规模的依据和建议,增产效果预测,酸液性能评价试验,酸液与储层配伍性评价试验,其他,酸液常规评定试验,酸液特殊评定试验,乳化破乳试验,导流能力试验,伤害评定试验,酸化效果试验,2.酸化室内评价技术,腐蚀性评定,反应速度评定,流变性试验,摩阻试验,静态,动态,静态,动态,旋仪,滤失速度评定,指进试验,生物毒性试验,酸化设计软件及实验仪器,第六部分,酸化设计软件-实现酸化设计智能化,解堵诊断软件,StimPT酸化软件,FracCADE2.0是美国DOWELL公司酸化设计软件的最新版本,可对酸化施工设计进行优化，该软件的引进使我所的酸化设计实现了电算化，为我油田唯一引进的酸化设计软件，这对于提高公司所酸化设计能力有很大的辅助作用。,-卡博公司软件组成酸化设计模块酸化分析模块产能分析模块-产能模拟其他功能模块经济优化模块,StimPT酸化软件-卡博陶粒（中国）有限公司,软件组成酸化设计模块酸化分析模块产能分析模块-产能数据输入、产能模拟选择、产能对比优化、进行酸后产能精确模拟。其他功能模块经济优化模块,用于酸化泵注程序的设计,RS600流变仪,实验仪器,酸化技术,CDLY-96智能导流能力测试仪,酸化技术,岩心流动实验仪,酸化技术,HAAKEVRV30旋转粘度计,酸化技术,JYW-200A自动界面张力仪,酸化技术,高温高压滤失仪,酸化设计、施工及效果分析术,第七部分,酸化设计,1酸化施工设计符合地质客观条件、高水平的酸化施工设计：必须按照施工设计安全、优质地组织施工；选择相适宜的排液措施，把残酸尽快排出地面。2酸化施工设计应收集的资料数据油气井井筒数据、油气层数据、岩石力学数据、酸化液数据及泵注数据等。,酸化设计,3酸化施工设计包括的内容1).确定地层破裂梯度Gf2).确定不压开地层的最大排量3).确定最大施工压力Pmax4).确定酸液类型5).确定酸液用量,酸化施工准备,）、地面准备地面准备包括对油管、井下工具及配件、油气井口装置、酸化工作液、电源、放喷管线、排液罐、井场、道路、施工装备的检查和测试工作。）、井下准备井口、井身质量复查通井洗井,酸化施工,下酸化管串,摆车、试压,低压替酸,装酸化井口,配酸,启动封隔器,排残酸,挤顶替液,挤酸,酸化施工分析及效果对比,1.酸化施工过程分析当酸化施工压力下降、施工排量上升时，即可判断酸化有效；2.酸化井压力恢复曲线分析将酸化前后的两条压力恢复曲线放在同一坐标内进行对比，如酸化初始阶段压力上升速度比酸化前上升快，说明酸后井筒附近地层渗流条件得到改善，效果好。,酸化发展趋势及前沿技术,第八部分,酸液体系发展趋势：低伤害、低成本、缓速、高效、环保、深穿透,施工工艺发展趋势：深穿透、合理布酸、力求解除全井段的油层污染,1、低渗砂岩深部酸化工艺注入本身不含氢氟酸的化学剂，进入储层后发生化学反应，缓慢生成氢氟酸，从而增加活性酸的穿透深度，解除粘土对储层深部的堵塞，达到储层深部解堵目的。2、前置液酸压工艺前置液酸压首先用高粘度压裂液压开储层，形成一定尺寸的压裂裂缝，然后注入酸液酸压。对于天然裂缝储层，前置液中常加入100目的粉砂、硅粉或油溶性树脂帮助控制滤失。该工艺适用于中、低渗透且污染较严重的储层，能对储层实现一定程度的深穿透改造。为了更有效地控制滤失，在前置液酸压的基础上，发展了交替前置液酸液酸压工艺。施工时，后继注人的前置液充填并封堵前面的酸液溶蚀壁面形成的蛀孔，从而控制滤失，使裂缝进一步延伸。为获得理想的酸液有效作用距离，有时交替注前置液一酸液过程多达10次。,前沿技术介绍,3、冻胶酸加砂酸压技术直接注入冻胶酸体系代替多级交替注入工艺，可克服碱性压裂液遇酸破胶造成的各种问题。冻胶酸体系是在稠化酸体系中加入交联剂，使稠化酸转变成具有一定粘弹性的酸液体系，该酸液粘度远大于稠化酸，可控制滤失，并且与岩石的反应速度相对较慢，可用以实现深部处理的目的。,水平井、大斜度井存在油层井段长、非均质性强等特点，要求合理布酸。,布酸管主要由“