酸处理技术PPT课件

.,1,第七章酸化,酸化（酸处理）：靠酸液的化学溶蚀作用以及向地层挤酸时的水力作用来提高地层渗透性能的工艺措施。其原理是通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙、裂缝内堵塞物等的溶解和溶蚀作用，恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性。,酸化施工现场,.,2,第七章酸化,酸化类型酸洗将少量酸液注入井筒内，清除井筒中酸溶性颗粒和钻屑及结垢等，并疏通射孔孔眼。基质酸化（常规酸化，孔隙酸化，解堵酸化）在低于岩石破裂压力下将酸注入地层，依靠酸液的溶蚀作用恢复或提高井筒附近较大范围内油层的渗透性。酸压（压裂酸化，酸化压裂）在高于岩石破裂压力下将酸注入地层，在地层内形成裂缝，通过酸液对裂缝壁面物质的不均匀溶蚀形成高导流能力的裂缝。,.,3,内容提要第一节碳酸盐岩地层的盐酸处理第二节酸化压裂技术第三节砂岩地层的土酸处理第四节酸液及添加剂第五节酸处理工艺,第七章酸化,.,4,第一节碳酸盐岩地层的盐酸处理,油气主要储集层,碎屑岩（如砂岩、砾岩等）碳酸盐岩（石灰岩、白云岩）,油气储量已超过世界油气总储量的50%，而产量已达到总产量的60%以上。,碳酸盐岩的储集空间,孔隙裂缝,孔隙型孔隙-裂缝型裂缝型,主次关系,解除孔隙、裂缝中的堵塞物质，或扩大沟通油气岩层原有的孔隙和裂缝，提高油气层的渗流性。酸化是碳酸盐岩地层首选的增产措施，首选酸液是盐酸。,碳酸盐岩地层酸处理目的：,白云石CaMg(CO3)2含量高于50%,方解石CaCO3含量高于50%,.,5,第一节碳酸盐岩地层的盐酸处理,一、盐酸与碳酸盐岩的化学反应,2HCl+CaCO3=CaCl2+H2O+CO273100111184432043848679193,1m3，28%盐酸中所含HCl质量（kg）,体积0.162m3（CaCO3相对密度2.71）,1.酸液的溶蚀能力,酸液溶蚀能力（溶解能力）：被溶蚀的岩石体积与参与反应的酸液体积之比。如对石灰岩，28%盐酸的溶蚀能力0.162，15%盐酸的溶蚀能力0.082。用X表示。,.,6,第一节碳酸盐岩地层的盐酸处理,2.反应生成物的状态,氯化钙、氯化镁全部溶于残酸中，但密度和粘度都比水高。有利：携带固体微粒的能力较强，能把酸处理时从地层中脱落下来的微粒带走，防止堵塞；不利：流动阻力变大，不利于返排和地层流体的渗流。二氧化碳气体在油藏压力和温度下，小部分溶解到液体中，大部分以游离状态的微小气泡，分散在残酸溶液中，有助于残酸溶液从油气层中排出。,2HCl+CaCO3=CaCl2+H2O+CO24HCl+MgCa(CO3)2=CaCl2+MgCl2+2H2O+2CO2,.,7,第一节碳酸盐岩地层的盐酸处理,3.反应过程酸液中的H+传递到碳酸盐岩表面；H+在岩面与碳酸盐进行反应；反应生成物Ca2+、Mg2+和CO2气泡离开岩面。,表面反应：酸液中的H+在岩面上与碳酸盐岩的反应。,扩散边界层：H+在岩面上反应后，就在接近岩面的液层里堆积起生成物Ca2+、Mg2+和CO2气泡。岩面附近堆积生成物的微薄液层。,岩石,酸液,.,8,第一节碳酸盐岩地层的盐酸处理,岩石,酸液,H+,Ca2+,0y,在垂直于岩面的方向上：扩散边界层内存在离子浓度差，而酸液内部则没有离子浓度差。,离子的扩散作用：由于离子浓度差而产生的离子移动。,离子的交换,扩散作用对流（自然、强迫）,H+的传质速度（H+到达岩面的速度）、表面反应速度和生成物离开岩面的速度，均对总反应速度有影响，但起主导作用的是其中最慢的H+的传质速度。,.,9,第一节碳酸盐岩地层的盐酸处理,二、影响酸岩反应速度的因素1.反应速度的概念单位时间内酸浓度的降低值。单位时间内岩石单位反应面积的溶蚀量。酸岩反应属于复相反应，反应速度主要取决于H+的传质速度。,H+的传质系数,面容比：岩石反应表面积与酸液体积之比,反应速度,浓度梯度,.,10,第一节碳酸盐岩地层的盐酸处理,2.影响酸岩复相反应速度的因素分析,（1）面容比,面容比越大，反应速度也越快。,.,11,第一节碳酸盐岩地层的盐酸处理,（2）酸液的流速酸岩的反应速度随酸液流动速度的增加而加快。,.,12,第一节碳酸盐岩地层的盐酸处理,（3）酸液的类型：强酸比弱酸的反应速度快。,（4）盐酸浓度鲜酸：未与岩石发生化学反应的酸余酸：鲜酸反应后还有一定反应能力的酸液活性酸：鲜酸和余酸的总称残酸：完全失去活性，没有反应能力的酸,相同浓度条件下，鲜酸比余酸的反应速度快，因此常使用高浓度酸。,（3）酸液的类型：强酸比弱酸的反应速度快。,相同浓度条件下，鲜酸比余酸的反应速度快，因此常使用高浓度酸。,.,13,第一节碳酸盐岩地层的盐酸处理,（5）温度,（6）压力,（7）其它影响因素岩石的化学组分、物理化学性质、酸液粘度等。提高酸化效果的措施：降低面容比，提高酸液流速，使用稠化盐酸、高浓度盐酸和多组分酸，以及降低井底温度等。,.,14,第一节碳酸盐岩地层的盐酸处理,三、碳酸盐岩基质酸化设计步骤（1）确定地层破裂压力；（2）确定挤酸排量（为安全起见，挤酸排量不超过不压开地层的最大排量的90%）；（3）确定最大施工压力（即泵压，通常最大注入压力按破裂压力与酸液静液柱压力之差估算）；（4）确定酸液类型（根据地层条件，可能使用盐酸与其它酸组成的混合酸）；（5）确定酸液用量：一般为酸液穿透距离内孔隙体积的24倍。经验值为0.42.5m3/m。（6）计算增产量；（7）经济评价；（8）方案优选。,.,15,第二节酸化压裂技术,酸化压裂（酸压）：用酸液作为压裂液，不加支撑剂的压裂。酸压效果取决于产生的裂缝有效长度和导流能力作用原理：靠水力作用形成裂缝；靠酸液的溶蚀作用把裂缝的壁面溶蚀成凹凸不平的表面，停泵卸压后，裂缝壁面不能完全闭合，具有较高的导流能力，可达到提高地层渗透性的目的。酸压与水力压裂相比：相同点：基本原理和目的相同。不同点：实现其导流性的方式不同。,.,16,第二节酸化压裂技术,一、酸岩复相反应有效作用距离活性酸的有效作用距离：酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距离裂缝的有效长度：活性酸的有效作用距离内仍具有相当导流能力的裂缝长度（一）酸岩反应的室内试验方法,室内试验方法,静态试验动态试验,酸岩在高压釜内静止反应,流动模拟试验：模拟地下反应情况动力模拟试验（旋转圆盘试验）,岩心转动而酸液静止,一、酸岩复相反应有效作用距离活性酸的有效作用距离：酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距离裂缝的有效长度：活性酸的有效作用距离内仍具有相当导流能力的裂缝长度（一）酸岩反应的室内试验方法,流动模拟试验：模拟地下反应情况动力模拟试验（旋转圆盘试验）,.,17,第二节酸化压裂技术,（二）裂缝中酸浓度的分布规律,研究方法,数学模拟：求出裂缝中酸浓度分布的数学规律物理模拟：确定H+传质系数,1.酸液在裂缝中流动反应的偏微分方程假设：恒温恒压下，酸沿裂缝呈稳定层流状态；酸液为不可压缩液体；酸密度均一；H+传质系数与浓度无关。,.,18,第二节酸化压裂技术,对流扩散偏微分方程：,盐酸与石灰岩反应，其边界条件为：,.,19,第二节酸化压裂技术,2.酸浓度分布规律及计算图的应用,有滤失情况下酸液有效作用距离计算图,由浓度求作用距离由作用距离求浓度,.,20,第二节酸化压裂技术,破裂地层后某一时间t时活性酸有效作用距离的计算步骤：,.,21,第二节酸化压裂技术,3.确定有效传质系数的物理模拟原理（1）物理模型的简化假设岩板不滤失，对流扩散微分方程：,.,22,第二节酸化压裂技术,（2）简化的偏微分方程的解用分离变量法和傅立叶级数，得到x方向任一横断面上的平均酸浓度为：,令x=L：,，,，,.,23,第二节酸化压裂技术,.,24,第二节酸化压裂技术,H+有效传质系数与雷诺数关系,注意：必须选用实际产层温度条件下的曲线，其它油气田的试验结果只能作为参考。,.,25,（三）增加酸液有效作用距离的方法或措施分析：(1)在地层中产生较宽的裂缝(2)采用较高的排量(3)采用尽可能小的滤失速度(4)较低的氢离子有效传质系数矿场措施：(1)采用前置液酸压的方法以增加裂缝宽度(2)采用泡沫酸、乳化酸或胶化酸等以减少氢离子传质系数(3)适当提高排量及添加防滤失剂以增加有效酸液深入缝中的能力,第二节酸化压裂技术,.,26,第二节酸化压裂技术,二、前置液酸压设计方法前置液酸压：酸压中，用高粘液体当作前置液，先把地层压开裂缝，然后再注入酸液。特点：形成较宽、较长的裂缝作用机理减少了裂缝的面容比，从而降低酸液的反应速度，增大酸的有效作用距离；前置液预先冷却了地层，岩石温度下降，能起缓蚀作用；粘度很小的酸液不会均匀地把高粘前置液顶替走，而是在高粘液体中形成指进现象，由于减少了接触表面积，一方面降低了漏失量，另一方面又减缓了酸液反应速度。,.,27,第二节酸化压裂技术,前置液酸压设计步骤：1.计算裂缝几何尺寸简化认为：裂缝的几何尺寸由注入的前置液造成。,.,28,第二节酸化压裂技术,2.计算缝中酸液温度一般设计中可简化为在某一平均温度下的酸的反应。3.计算酸液有效作用距离4.酸压后裂缝导流能力的计算一般计算中先求出在壁面上均匀溶蚀的缝宽，然后再考虑裂缝在应力作用下的导流能力FRCD。,，,嵌入压力,.,29,第二节酸化压裂技术,5.增产比的计算McGuire-Sikora增产倍数曲线；Raymond-Binder计算式：,.,30,第三节砂岩地层的土酸处理,砂岩组成：砂粒+粒间胶结物砂粒：石英和长石胶结物：硅酸盐类（粘土）和碳酸盐类。砂岩地层的酸处理，就是通过酸液溶解砂粒之间的胶结物和部分砂粒，或者溶解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。砂岩地层的酸处理多采用土酸进行处理。土酸（MudAcid）：由1015%的盐酸和3%8%的氢氟酸构成的混合酸。注意：有时氢氟酸浓度会超过盐酸浓度，现场常称这种土酸为逆土酸。,.,31,第三节砂岩地层的土酸处理,一、土酸处理原理氢氟酸（HF）是强酸，对砂岩中的一切成分（石英、粘土、碳酸盐）都有溶蚀能力，但不能单独用氢氟酸，而要和盐酸混合配制成土酸，其主要原因：1.防止产生沉淀物,当酸浓度高时，CaF2处于溶解状态，当酸浓度低时，处于沉降状态。土酸中包含有盐酸时，可维持较低的pH值，以提高CaF2的溶解度。,钙长石,胶结物为碳酸钙,一、土酸处理原理氢氟酸（HF）是强酸，对砂岩中的一切成分（石英、粘土、碳酸盐）都有溶蚀能力，但不能单独用氢氟酸，而要和盐酸混合配制成土酸，其主要原因：1.防止产生沉淀物,当酸浓度高时，CaF2处于溶解状态，当酸浓度低时，处于沉降状态。土酸中包含有盐酸时，可维持较低的pH值，以提高CaF2的溶解度。,一、土酸处理原理氢氟酸（HF）是强酸，对砂岩中的一切成分（石英、粘土、碳酸盐）都有溶蚀能力，但不能单独用氢氟酸，而要和盐酸混合配制成土酸，其主要原因：1.防止产生沉淀物,当酸浓度高时，CaF2处于溶解状态，当酸浓度低时，处于沉降状态。土酸中包含有盐酸时，可维持较低的pH值，以提高CaF2的溶解度。,.,32,第三节砂岩地层的土酸处理,反应生成的氟硅酸（H2SiF6）在水中可解离为H+和SiF62-，而后者又能和地层水中的Ca2+、Na+、NH4+等离子相结合。生成的CaSiF6易溶于水，不会产生沉淀，而Na2SiF6为不溶物质会堵塞地层。做法：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来实现这一目的。,石英,.,33,第三节砂岩地层的土酸处理,2.扩大作用范围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。但盐酸和碳酸盐的反应速度比氢氟酸与碳酸盐的反应速度还要快，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。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。,.,34,第三节砂岩地层的土酸处理,二、土酸处理设计1.土酸酸化设计步骤确信处理井是由于油气层损害造成的低产或低注入量；根据室内岩心实验确定适宜的处理液配方；包括能清除损害、不形成二次沉淀酸液及添加剂等。确定注入压力或注入排量，施工压力是以井底压力低于破裂压力为原则的。确定处理液量，一般都用经验方法。砂岩地层的土酸处理液一般都由三部分组成：前置液（预冲洗液）、酸化液、替置液（后冲洗液）。,.,35,第三节砂岩地层的土酸处理,前置液预冲洗量：一般根据地层碳酸盐和粘土含量以及地层的渗透率大小，使用515%的盐酸或510%的醋酸，冲洗液量可以根据损害半径来确定。土酸液量：一般都用经验方法确定某一油层的用酸量。如我国华北某油田，通常用量为每米油层厚度0.61.75m3，国外通常为1.552.484m3。土酸的用量和氢氟酸的浓度都应有所控制，土酸用量一般不宜超过预处理的盐酸用量，反应时间一般不超过812h，地层温度高时，可缩短为68h，最好根据岩心模拟试验确定。后冲洗液量：后冲洗液的作用在于将正规处理酸液驱离井筒半径1215倍以外，否则，残酸中的反应产物沉淀会降低产量。推荐的后冲洗液有：对油井，使用NH4Cl、柴油或57.5%；对气井使用NH4Cl、氮气或57.5%的HCl。,.,36,第三节砂岩地层的土酸处理,2.提高土酸处理效果的方法（1）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，导致处理的范围很小；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。,.,37,第三节砂岩地层的土酸处理,（2）提高土酸处理效果的方法就地产生氢氟酸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。利用粘土矿物的离子交换性质，交替顺序地注入酸溶液与氟化铵溶液，在粘土颗粒上就地产生氢氟酸（自生土酸）。使用替换酸，如应用最多的氟硼酸，氟硼酸水解后生成氢氟酸。国外还采用了互溶剂土酸处理等新工艺。,.,38,第四节酸液及添加剂,一、常用酸液种类及性能1.盐酸高浓度盐酸处理的好处是：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。,.,39,第四节酸液及添加剂,盐酸处理的主要缺点是：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。H2S含量较高的井，盐酸处理易引起钢材的氢脆断裂。2.甲酸和乙酸优点：常用的有机弱酸是甲酸和乙酸，反应速度比同浓度的盐酸要慢几倍到十几倍，主要用于高温深井。缺点：溶蚀力小，与碳酸盐作用生成的盐类，在水中的溶解度较小。一般甲酸的浓度不超过10%，乙酸不超过15%。,.,40,第四节酸液及添加剂,3.多组分酸一种或几种有机酸与盐酸的混合物。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，可以得到较大的有效酸化处理范围。4.乳化酸（油包酸型乳状液）优点：粘度较高，能形成较宽的裂缝，减少裂缝的面容比，有利于延缓酸岩的反应速度。酸滴不会立即与岩石接触，油酸乳状液可把活性酸携带到油气层深部，扩大了酸处理的范围。酸液并不与井下金属设备直接接触，可很好地解决防腐问题。缺点：摩阻较大，施工注入排量受到限制。要求：地面不易破乳，地下易于破乳。,.,41,第四节酸液及添加剂,5.稠化酸稠化酸是指在盐酸中加入增稠剂（或称胶凝剂），使酸液粘度增加，降低了氢离子向岩石壁面的传递速度，起到了缓速的作用。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。但处理成本较高，且只能用于低温（338K）井。6.泡沫酸用少量泡沫剂将气体（一般用氮气）分散于酸液中所制成。其特点：在酸压中由于滤失量低而相对增加了酸液的溶蚀能力；排液能力大，减少了对油气层的损害；粘度高，在排液中可携带出对导流能力有害的微粒。7.土酸适合泥质含量高，碳酸盐岩含量少，油井泥浆堵塞较为严重而泥饼中碳酸盐含量又较低的砂岩地层。,.,42,第四节酸液及添加剂,缓蚀剂表面活性剂稳定剂增粘剂减阻剂暂堵剂,二、酸液的添加剂酸处理时要在酸液中加入某些化学物质，以改善酸液的性能和防止酸液在地层中产生有害物质，这些化学物质统称为添加剂。,酸液的添加剂,缓蚀剂表面活性剂稳定剂增粘剂减阻剂暂堵剂,二、酸液的添加剂酸处理时要在酸液中加入某些化学物质，以改善酸液的性能和防止酸液在地层中产生有害物质，这些化学物质统称为添加剂。,.,43,第四节酸液及添加剂,1.缓蚀剂作用：主要在于减缓局部的电池的腐蚀作用。机理：抑