第07章酸化处理.ppt

1、第七章 酸处理技术,主要内容：,1、碳酸盐岩地层盐酸处理,2、酸化压裂技术,3、砂岩油气层的土酸处理,4、酸液及添加剂,5、酸处理工艺,酸化是使油气井增产的一种有效方法。 酸化是一切以酸作工作液对油气（水）层进行的增产（注）措施的统称。 由于酸处理与水力压裂相比具有规模小、施工简便的优点，所以酸处理也是一种经常使用的增产措施。,发展简况 国外不但对灰岩油田进行盐酸处理，作为一项完井措施，而且对砂岩土酸处理也越来越重视。美国自1968年以来，每年酸处理10000多井次，其中砂岩土酸处理4000井次，有些压裂收不到效果的砂岩油田，土酸处理却收到了明显的效果；前苏联每年处理5000井次左右，砂岩土酸

2、处理的比重很大，如阿塞拜疆近几年每年砂岩酸处理1200多井次，每年增产原油30万吨。 目前国外所用的酸液仍以盐酸和土酸为主，盐酸浓度一般为15%左右，土酸中盐酸浓度一般为1012%。氢氟酸用量为盐酸体积的3%左右。,酸化的分类 按不同的分类习惯和方法，可将其分成多类（作用原理、施工压力、酸液体系、工艺）： 1、按作用原理分类 （1）解堵酸化 靠酸液的溶解作用解除井筒附近地层内在钻井和完井过程中造成的损害，提高油气（水）井的完善程度。 （2）深穿透酸化 应用物理的或（和）化学方法提高酸液在地层中的有效穿透距离，在较大范围内改善地层渗透性能。,酸化的分类 按不同的分类习惯和方法，可将其分成多类：

3、2、按施工压力分类 （1）基质酸化 施工时井底压力低于地层破裂压力（或闭合压力），酸液沿基质孔隙进入地层，溶蚀并扩大孔隙。 （2）压裂酸化 亦称酸压。施工时井底压力高于地层破裂压力或天然裂缝的闭合压力，酸液沿裂缝（天然的或水力的）进入地层，到蚀缝壁岩石，形成在施工结束油气（水）井投产后也不完全闭合的流动槽沟，大大提高有效作用范围内地层的导流能力。这种工艺方法一般只在灰岩地层中应用。,酸化的分类 按不同的分类习惯和方法，可将其分成多类： 按施工所用酸液体系分类 （1）常规酸化 在灰岩中，“常规”是指盐酸（1528%HCl）和添加剂组成的混合液；对于砂岩，则是指盐酸（58%HCl）与氢氟酸（35%

4、HF）的混合酸（土酸）和各种添加剂酿成的混合液。 （2）降阻酸酸化 在常规酸液中添加一定比例的降阻剂（310%），可使泵注时酸液在管线中的流动摩阻损失降低4060%。降阻剂通常为高分子材料。,酸化的分类 按不同的分类习惯和方法，可将其分成多类： 按施工所用酸液体系分类 （3）胶凝酸酸化 在常规酸液中加入一定量的酸液胶凝剂，可使酸液变成视粘度达4080mPs（地层条件下）的凝胶体系，降低酸液滤失速度和酸岩反应速度，从而大大增加溶性酸的有效作用距离。 （4）交联酸（酸冻胶）酸化 在常规酸液中加入一种可交联的高分子聚合物，再用交联剂使其交联成视粘度很高的酸冻胶。成功的酸冻胶在地层条件下的视粘度亦可达

5、100mPaS甚至更高。,酸化的分类 按不同的分类习惯和方法，可将其分成多类： 按施工所用酸液体系分类 （5）泡沫酸酸化 在常规酸液中添加一定比例的起泡剂（多为表面活性剂），必要时再加入泡沫稳定剂后，与氮气、二氧化碳或天然气混合并高速搅拌，形成以酸液为连续相，气泡为分散相的泡沫体系。适用于返排困难的低压油气（水）井。 （6）乳化酸酸化 在常规酸液中加入乳化剂后，使之与原油、成品油或凝析汽油混合并高速搅拌，从而形成油/酸或酸/油型乳化体系。适用于灰岩的增产作业。对于气井，由于返排时可能形成三相流动而影响排液效率，所以其使用受到一定限制。,酸化原理：,通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙(裂缝)内堵塞物

6、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。按工艺不同可分为：,酸 洗,基质酸化,压裂酸化,将少量酸液注入井筒内，清除井筒孔眼中酸溶性颗粒和钻屑及结垢等，并疏通射孔孔眼。,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。,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。,碳酸盐岩储集层是重要的储集层类型之一。据统计，到目前为止碳酸盐岩中的油气储量已超过世界油气总储量的一半，而碳酸盐岩油气田的产量则已达到总产量的60%以上。世界上最大的油田沙特的加每学碳酸盐岩油田，其可采储量达10

7、7亿吨之多，同时碳酸盐岩油气田往往具有极高产能的特点，可见碳酸盐岩在石油勘探和开发中占有十分重要的地位。本章重点讨论碳酸盐岩盐酸处理和砂岩土酸处理的基本原理，分析提高酸化增产效果的途径。,第一节 碳酸盐岩地层的盐酸处理,碳酸盐岩地层主要成分：方解石CaCO3和白云石MgCa(CO3)2,目的：,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,一、盐酸与碳酸盐岩的化学反应,2HCl+CaCO3CaCl2+H2O+CO2 4HCl+MgCa(CO3)2CaCl2+MgCl2+2H2O+2CO2,生成物状态：氯化钙、氯化镁全部溶于残酸中。二氧化碳气体大部分呈游离状

8、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。,高浓度盐酸处理的优点：,(1) 浓度越高，其溶蚀能力越强，溶解一定体积的碳酸盐岩石所需要的浓酸体积较少，残酸溶液也较少，易于从油、气层中排出。,(2) 能解决酸化中的腐蚀问题，可获得较好的酸化效果。,(3) 高浓度盐酸活性耗完时间相对长，酸液渗入油气层的深度也较大，酸化效果好。,图7-1 酸岩反应系统示意图,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。,酸岩反应速度：,指单位时间内酸浓度降低值或单位时间内岩石单位反应面积的溶蚀量。,酸岩复相反应过程（三个步骤）：

9、,图7-2 扩散边界层的浓度分布,溶液内部：没有离子浓度差,边界层内部：存在离子浓度差,由于边界层内存在离子浓度差，反应物和生成物在各自的离子浓度梯度作用下向相反的方向传递。这种由于离子浓度差而产生的离子移动，称为离子的扩散作用。,酸液中H+的传递方式：,对流和扩散,H+的传质速度：,H+透过边界层达到岩面的速度（比反应速 度慢得多）。,影响反应速度因素：,H+传质速度、H+反应速度和生成物离开岩面速度,扩散边界层,二、影响酸岩反应速度的因素,(一)酸岩复相反应速度表达式,根据菲克定律，导出表示酸岩反应速度和扩散边界层内离子浓度梯度的关系式：,面容比：,岩石反应表面积与酸液体积之比,（二）影响

10、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,2、酸液的流速,酸液流动速度增加，反应速度加快,3、酸液的类型,强酸反应速度快，弱酸反应速度慢,4、盐酸的质量分数,图7-3 盐酸质量分数对反应速度的影响,盐酸浓度增加，反应速度增加,盐酸浓度过高，反应速度反而降低,相同浓度条件下，初始浓度越大，余酸的反应速度越慢，因此浓酸的反应时间长，有效作用范围越大,5、温度,温度升高，H+热运动加剧，传质速度加快，酸岩反应速度加快,图7-4 温度对反应速度的影响,6、压力,压力增加，反应速度减慢,图7-5 压力对反应速度的影响,7、其它因素,岩石的化学组分、物理化学性质、酸液粘度等,提高

11、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。,第二节 酸化压裂技术,酸化压裂：,用酸液作为压裂液，不加支撑剂的压裂。,作用原理：,(1) 靠水力作用形成裂缝；,(2) 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。,裂缝有效长度,导流能力,酸液的滤失特性,取决于酸液对地层岩石矿物的溶解量以及不均匀刻蚀的程度,酸压效果,酸岩反应速度,裂缝内的流速控制,一、酸液的滤失,滤失

12、主要受酸液的粘度控制,压裂液的滤失系数CI公式,控制酸液的滤失常用的方法和措施,(1)固相防滤失剂,硅粉：添满或桥塞酸蚀孔道和天然裂缝。,刺梧桐胶质：在酸中膨胀并形成鼓起的小颗粒，在裂缝壁面形成桥塞，阻止酸蚀孔道的发展，降低滤失面积。,大颗粒桥塞大的孔隙；亲油的树脂形成更小的颗粒，变形后堵塞大颗粒的孔隙，从而有效地降低酸液的滤失。,粒径大小不等的油溶树脂：,(2)前置液酸压,优点：,(1) 采用前置液破裂地层形成裂缝，并在裂缝壁面形成滤饼，可以降低活性酸的滤失；,(2) 冷却井筒和地层，减缓酸液对油管的腐蚀，降低酸岩反应速度，增大酸液有效作用距离。,(3)胶化酸,以某些表面活性剂作酸液的稠化剂

13、，能够形成类似于链状结构的胶束稠化酸。,优点：,(1）受剪切后胶束链能很快重新形成，稳定性好；,(2）粘度大，在形成废酸前能有效地防止酸液的滤失。,(4)乳化酸和泡沫酸,二、酸液的损耗,影响酸沿碳酸盐岩地层裂缝行进距离的因素：,酸液的类型、酸液浓度、注入速度、地层温度、裂缝宽度及地层矿物成分等,图7-6 注入速率对酸穿透距离影响,注入速率增加，穿透距离增加,图7-8 温度及酸浓度与酸穿透距离关系,图7-7 裂缝宽度对酸穿透距离影响,裂缝宽度增加，穿透距离增加,温度增加，穿透距离减小,浓度增加，穿透距离增加,三、酸岩复相反应有效作用距离,残酸：,当酸浓度降低到一定浓度时，酸液基本上失去溶蚀能力。

14、,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：,酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距离。,(一)酸岩反应的室内试验方法简介,静态试验,动态试验,恒温、恒压、恒面容比；静止反应；定时测量酸浓度和岩石溶蚀量,流动模拟试验,动力模拟试验,模拟酸液在地下流动反应的情况,岩心转动而酸液静止，利用相似模拟处理方法,(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DH+,1.酸液在裂缝中流动反应的偏微分方程,基本假设：,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；,传质系数与浓度

15、无关。,对流扩散偏微分方程：,2.酸浓度分布规律及计算图的应用,边界条件,裂缝入口端酸浓度为初始浓度C0,裂缝壁面处，对盐酸与石灰岩反应来说，表面反应速度与传质速度相比，可视为无限大，故壁面上的酸浓度C=0,裂缝中心位置且垂直于壁面的方向上，酸浓度梯度为零,图7-9 酸沿平板流动反应俯视示意图,图7-10 有滤失情况下酸液有效作用距离计算图,图版应用方法：,方法一：（已知断面位置x）,1）根据物理参数计算皮克利特数NP,2）根据给定裂缝中任意断面的位置x，计算相应的无因次距离LD,3）利用计算图，两坐标位置的垂线相交，得到x位置的无因次酸浓度值，即任意断面位置x的酸浓度C值。,方法二：（已知C

16、/C0）,根据皮克利特数NP ，给定的C/C0值，利用图版查出相应的无因次距离LD 。从而算出酸浓度降至预定的C/C0时，活性酸的有效作用距离x值。,破裂地层后某一时间时活性酸有效作用距离的步骤：,由滤失系数C计算酸液平均滤失速度 ；,计算时间t时的动态裂缝尺寸（长度L及平均缝宽W）；,根据排量Q、油层有效厚度h及缝宽W求裂缝入口端平均流速u0；,根据H+有效传质系数求皮克利特数NP；,根据图版查无因次距离数LD；,求酸液有效作用距离x。,3.确定有效传质系数的物理模拟原理,物理模型的简化,图7-11 无滤失情况下酸沿裂缝流动反应示意图,假设岩板不滤失,对流扩散微分方程,简化偏微分方程的解,用

17、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，则,4.有效传质系数曲线图,图7-12 有效传质系数与雷诺数关系曲线图,注意事项：,1）必须选用实际产层温度条件下的曲线；,2）岩性不同，传质系数值不同。因此各油气田应用本产层的岩心作流动模拟试验，作出有效传质系数与流动雷诺数关系曲线，其它油气田的试验结果只能作为参考。,增加酸液有效作用距离的方法或措施：,(1) 在地层中产生较宽的裂缝,(2) 较低的氢离子有效传质系数,(3) 采用较高的排量,(4) 尽可能降低滤失速度,矿场措施：,(1) 采用泡沫酸、乳化酸或胶化酸等以减少氢离子传质系数,(2) 采用前置液酸压的方法以

18、增加裂缝宽度,(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,四、前置液酸压设计方法,前置液酸压：,在酸压过程中，用高粘液体当作前置液，先把地层压开裂缝，然后再注入酸液的这样一种压裂工艺。,优点：,粘度高，滤失量小，可形成较宽、较长的裂缝,作用机理：,减少裂缝的面容比，从而降低酸液的反应速度，增大酸的有效作用距离,预先冷却地层，岩石温度下降，起缓蚀作用,酸液在高粘液体中指进现象。,图7-15 酸液指进示意图,设计步骤：,(1)计算裂缝几何尺寸,(2)计算缝中酸液温度,(3)计算酸液有效作用距离,(4)计算酸压后裂缝导流能力,(5)计算增产比,简化计算方法：认为缝的几何尺寸由注入

19、的前置液造成。,简化为在某一平均温度下的酸的反应。,用上一节的酸液有效作用距离计算方法。,先求出在壁面上均匀溶蚀的缝宽和缝的理论导流能力，再考虑裂缝在应力作用下的导流能力。,课本中(p314)用一例题说明了酸压的计算步骤(自学)。,碳酸盐岩地层酸处理工艺 选井段（与压裂相似，都是为了增产） 1、优先选取在钻井时显示好的井，而试油效果差的井层； 2、优先选取邻井高产而本井低产的井层； 3、对于多层井优先选低渗透层，进行分层处理； 4、在油气边界，油水边界的井，一般不采用酸压，用常规酸化处理； 5、井况不好的井（固井质量不好、有窜槽），应先修复好再进行酸处理。,碳酸盐岩地层酸处理工艺 酸处理方式与

20、规模 在实际作业中，通常根据施工压力的大小将酸化分为： 1、常规酸化 2、酸化压裂,碳酸盐岩地层酸处理工艺 酸处理方式与规模 1、常规酸化（又称孔隙酸化、基质酸化、解堵酸化）： 井底压力低于地层破裂压力。 增产表现形式： a.溶蚀孔道或天然裂缝中的碳酸盐类堵塞物，疏通孔道或裂缝，并恢复原来的渗透能力。 b.溶蚀孔隙壁面或裂缝壁面，增大孔径或缝宽，提高其渗透率。 使用井：污染井（解堵），井壁附近的渗透性不好，且井外孔隙裂缝发育很好的井。 方法：酸浸（泡）、正反循环洗井 由于孔隙酸化中酸液所接触的岩石面积很大，消耗时间很短，所以处理范围很难超过几英尺（1ft20.3048m），对于堵塞范围较深以及

21、油井本身就位于低渗透区，这样的井用常规酸化往往不能获得令人满意的结果，因而需要采用压裂酸化的方式。,碳酸盐岩地层酸处理工艺 酸处理方式与规模 1、常规酸化 2、压裂酸化（酸压） 井底压力高于破裂压力。 根据酸压工艺的不同，可分为三种方式：,（2）第二种方式：前置液酸压（常用） 先用高粘液体（冻胶压裂液）压开地层，建立长而宽的裂缝（还可降低裂缝温度和酸液的滤失），紧跟着挤入酸液，使其与岩石发生反应，形成凹凸不平的裂缝面，再挤顶替液，这种方法用得最多。 这种处理方式的好处： a.缓速：粘度缝宽 L面容比反应速度 压裂液温度T地，冷却地层使反应速度 b.前置液与酸液粘度差指进现象酸岩有效作用距离，在

22、壁面产生的沟槽更突出。,（1）第一种方式：普通酸压（造缝时也用酸） 酸液作为前置液（破裂液），除建立裂缝外，同时与地层反应，然后再挤顶替液。 由于滤失多，压开缝的有效长度不大，建立不了长而宽的裂缝，而且耗酸量大，一般用得少。,（3）第三种方式： 高粘前置液与酸液多次交替注入（至少两次）。 在酸压过程中，裂缝是连续延长增宽，前置液离开井底后就逐渐消耗于岩体中，因此为保证酸液处在希些的裂缝部位，这就要求周期性地补充高粘前置液，一般是每1015min交替挤入一次。 美国堪萨斯洲西南油田上，用这种方法处理了5口井（先挤高粘前置液，随后挤缓速盐酸，再挤高粘前置液，最后挤盐酸），充气量增加，未引起别的不利

23、。 酸压一次处理用液量可达1400m3，其中酸量200300m3，排量为58.6m3/min。,酸处理井的排液 方法：放喷； 抽汲； 气举； 助排剂（CO2、N2） 时间：酸处理关井反应24后即排液。,砂岩地层为什么不适合于酸压？ 这是因为酸液溶蚀了砂岩中的胶结物，砂粒均匀脱落并被酸液带走，不会象碳酸盐岩地层形成溶蚀沟槽，卸压后裂缝完全闭合，没有达到施工的目的；另外，在破裂压力下酸“压裂”砂岩油层时，容易破坏天然垂直渗透性较差遮挡层而使之与邻近不需要压开的地层相连通。,第三节 砂岩油气层的土酸处理,通常，砂岩是采取水力压裂来增产，但对于胶结物含量多或由于钻井、作业引起井底周围伤害的油井（或水井

24、），也常采用以解堵为目的的常规酸化（或基质酸化），但不能采用酸压。 在砂岩酸化中，不能象碳酸盐岩那样就用盐酸就行了，而是采用盐酸与氢氟酸的混合物（土酸）来处理。,砂岩油气层的土酸(mud acid)处理,砂岩,砂 粒,粒间胶结物,石英(SiO2 )和长石（CaAl2SiO2）,硅酸盐类(如粘土)和碳酸盐类物质,砂岩油气层的酸处理增产原理：,1、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，扩大孔隙通道。 2、酸液溶解孔隙中各种酸溶性堵塞物以恢复、提高井底附近地层的渗透率K。,一、砂岩地层土酸处理原理,影响砂岩反应的因素,一是化学组成，二是表面积,表7-2 典型砂岩矿物的化学组成

25、,盐酸不能溶解泥质或石英，而氢氟酸可与砂岩中的任何物质反应，但不能单独使用氢氟酸，原因如下：,1)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。,2HF+CaCO3=CaF2+CO2+H2O,16HF+CaAl2Si2O8=CaF2+2AlF3+2SiF4+8H2O,酸液浓度高，CaF2处于溶解状态；酸液浓度低，产生沉淀。,2）氢氟酸与石英的反应,6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O,氟硅酸(H2SiF6)在水中可解离为H+和SiF62+；后者与地层水中的Ca2+、Na+、K+、NH4+等离子相结合，生成的CaSiF6、(NH4)2SiF

26、6易溶于水，而Na2SiF6及K2SiF6均为不溶物质，会堵塞地层。为避免堵塞地层，应先将地层水顶替走。,3)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。当HF进入砂岩地层后，价格较贵的HF大部分首先消耗在与碳酸盐的反应上，而影响HF对泥质成分的反应。,但盐酸和碳酸盐的反应速度比氢氟酸还要快，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。,二、土酸处理工艺 酸组成,1015的HCl及38的HF混合成的土酸,地层泥质含量高时：HCl10%+HF8% 地层碳酸盐含量高时：HCl15%+HF3%

27、,根据处理对象不同而定： 水井：堵塞物（硫化亚铁、氯化铁等），HCl可溶，所以HCl占比例大。 油井：泥浆堵塞，HF占比例大。,此外，酸的组成还可分以下几种情况： 常规土酸：12%HCl+3%HF 土 酸：12%HCl+6%HF 递 土 酸：3%HCl+6%HF HFHCl 超级土酸：12%HCl+10%HF HF10% 20%HCl+15%HF 25%HCl+20%HF 美国一些公司（如Holliluiton、Dowell、Schlum lerger）均用超级土酸处理过致密砂岩，我国一般用常规土酸或土酸处理砂岩地层，酸浓度的选择应根据室内岩心流动试验，以不破坏岩石骨架为原则。,二、土酸处理工

28、艺 土酸用量,土酸的用量无统一标准，各油田不同。 华北油田：0.61.75m3/m 前 苏 联：0.30.4m3/m 美 国：0.552.2m3/m （50200gal/ft）,二、土酸处理工艺 土酸预处理,为什么要进行预处理？ 土酸处理前，必须用盐酸进行预处理，其原因有二个方面： 盐酸先把大部分的碳酸盐溶蚀掉，从而防止CaF2沉淀，并充分发挥土酸对泥质成分的溶蚀作用。 盐酸把地层水顶走，避免HF与地层水接触，防止生成K2SiF6、Na2SiF6、K3AlF6、Na3AlF6。 Al2Si2O10(OH)2（粘土）+36HF4H2SiF6+12H2O+2H3AlF6,二、土酸处理工艺 土酸处理

29、设计步骤,1、采用试井分析确定表皮系数污染（伤害）半径，结合钻井和生产过程确定储层损害的类型、原因、位置及范围。 2、选择适宜的处理液配方，包括能清除损害、不形成二次沉淀酸液及添加剂等，这需要根据室内岩心实验确定。 3、确定注入压力或注入排量，以便在低于破裂压力条件下施工。 4、确定处理液量 由于HF与长石、粘土、硅酸盐等的反应很复杂的，很难用准确的化学反应动力学来模拟，所以土酸处理用液量的确定一般都用经验方法。,4、确定处理液量： 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、顶替液（后冲洗液）。 前置液：使用515%的HCl或510%的醋酸，前置液量可根据损害半径来确

30、定。 酸化液量： 见前面介绍，反应时间一般不超过812 顶替液量 油井：NH4HCl、柴油或57.5%的HCl 气井：NH4HCl、N2或57.5%的HCl,土酸处理工艺,515%HCl或510%的醋酸预处理土酸后置液顶替液： 515%HCl进行预处理 注土酸 注后置液 注顶替液 后置液的作用： 将土酸顶出近井地带，并使岩石亲水，以便残酸液排出和增加近井处含油饱和度，提高油井生产时的油相渗透率。 对于油井：后置液为煤油或柴油 原油或15%的HCl 对于气井、水井：后置液为HCl或HCl+EGMBE 顶替液：原则上当顶替液到达射孔段顶部时停止顶替，所以顶替液用量可为井筒体积。,三、土酸处理有害沉

31、淀物及预防 土酸与砂岩矿物反应产生的生成物，在一定条件下发生沉淀：,1、CaF2沉淀： 预防：可用HCl预处理进行。 2、K2SiF6和Na2SiF6及H2SiF6胶状堵塞： 预防：HCl预处理，顶走地层水。,3、Si(OH)4（水化硅）、Al(OH)3等。 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。残酸在地层中停留时间越长，Si(OH)4量越多，酸化时，随着HF的不断消耗，当F-减至10-5mol/l时，原来溶解于酸中的Si4+将以Si(OH)4胶状沉淀下来。 Al2Si2O5(OH)4+18HF2H2SiF6+2AlF3+9H2O H2SiF6+4H

32、2OSi(OH)4+6HF 预防：及时排液,4、FeS、Fe(OH)3 对含H2S气体的井酸化时，会产生FeS、Fe(OH)3 预防：添加性能优良的铁离子稳定剂。,5、残渣（胶团） 酸化作业时，沥青质原油对Fe2+、Fe3+非常敏感，形成的铁化物即为酸渣形式的胶团，即可堵塞地层，又是一种乳化稳定剂，促使沥青胶质堵塞储层。 预防：预先用室内试验分析，选好酸液及添加剂，用前置液过量顶替。,四、砂岩酸化新技术（深部酸化技术）,四、砂岩酸化新技术（深部酸化技术）,2、砂岩H3PO4/HF处理 油藏碳酸盐含量、泥质含量高，含有水敏及酸敏性粘土矿物，污染较重，不宜用土酸处理的地层，可用砂岩H3PO4/HF

33、处理。 解堵机理：H3PO4可以解除硫化物、腐蚀产物及碳酸盐类堵塞物，反应方程为： MCO3+2H3PO4=M(H2PO4)2+CO2+H2O MS+2H3PO4=M(H2PO4)2+H2S FeO+2H3PO4=Fe(H2PO4)2+H2S 2Fe2O3+12H3PO4=6Fe(H2PO4)2+6H2O 此外，HF可溶解粘土矿物。,2、砂岩H3PO4/HF处理 缓速反应机理：H3PO4是中强酸，又是三元酸，在水中发生三级电离。 H3PO4H+H2PO-4 （慢） H2PO4H+HPO42- （快） HPO42-H+PO3-4 （快） 酸性强弱由第一级电离决定。 K1=H+H2PO2-4/H3

34、PO4=7.510-3，而通常HCl的电离常数为10，比k1大得多，因此H3PO4酸化可延缓反应，达到深穿透的目的，反应产物CO2残留在酸液中，也可抑制正反应的进行，起一定缓速作用。 此外，H3PO4和地层的碳酸盐反应后可生成M(H2PO4)2，H3PO与M(H2PO4)2可形成缓冲溶液，在地层条件下磷酸便成为一种“自生缓速”的酸，可保持PH值在一定范围，从而防止许多不利产物的沉淀。,四、砂岩酸化新技术（深部酸化技术）,3、交替注HClNH4F工艺（SHF） 该工艺利用粘土的天然离子交换性能，在粘土表面缓慢生成HF就地溶解粘土。 SHF作用原理： 先把HCl注入地层，HCl与粘土接触，H+与粘

35、土表面的阳离子（Na+、Ca2+、Mg2+等）进行离子交换，由于粘土表面有3H+，粘土变成酸性土（氢基粘土）。 接着注入NH4F，F-与粘土表面的H+在粘土表面相遇结合成HF，就地溶解粘土，同时粘土又可进行阴离子交换，当和NH4F接触时，F-又可取代粘土表面的阴离子，再次注入HCl时，同样有HF在粘土表面形成，这样交替注入HCl和NH4便可达到一定的处理深度，实现对地层的深部酸化。,3、交替注HClNH4F工艺（SHF） 注酸时，HCl和NH4F可根据需要多次重复使用，以达到预期的酸化深度。SHF法的处理深度取决于HCl和NH4F的用量和浓度。 该方法的优点：工作剂成本较低，穿透深度大，适用于

36、由于粘土造成的油层伤害储层处理。 该方法的缺点：工艺较复杂，溶解能力较低。,四、砂岩酸化新技术（深部酸化技术）,4、自生土酸酸化工艺（SGMA） 作用原理：该工艺是向地层注入一种含F-的溶液和另一种能水解后生成有机酸的酯类，两者在地层中相互反应缓慢生成HF，由于水解反应比HF的生成速度和粘土溶解速度慢得多，所以可达到缓速和深部酸化的目的。 酯类化合物按地层温度条件进行选择。 SGMA（乙酸甲酯）：适用温度82102 CH3COOCH3+H2OCH3COOH+CH3OH CH3COOH+NH4FNH4+CH3COO-+HF SG-CA（一氯醋酸铵）：适用温度88138 CH2ClCOONH4+H

37、2OHOCH2OOH（乙醇酸）+NH4Cl HOCH2COOH+F-HOCH2COO-+HF SGMA工艺的特点：注入混合处理液后关井时间较长（630），使酸反应后再缓慢投产，这样长的时间选择添加剂难度大，工艺不当易形成二次伤害。,四、砂岩酸化新技术（深部酸化技术）,5、互溶剂土酸酸化 最常用的互溶剂是乙二醇丁醚（EGMBE），其作用是： 有效地防止破乳剂与阳离子缓蚀剂吸附在砂子或粘土表面上，所以当使用的活性剂能吸附于砂岩或粘土上时，应使用互溶剂。 互溶剂在酸液中能溶解活性剂，从而增加了活性剂的有效性。 为提高互溶剂的使用效果，在土酸处理中互溶剂与适当的活性剂最好都加在预处理液中。 当采用阳离

38、子破乳剂时，无论HCl还是土酸处理均应使用互溶剂。 在砂岩酸化中，不要使用哪些使砂子或粘土成为油湿表面的阳离子活性剂，否则将导致油井产能的降低。,四、砂岩酸化新技术（深部酸化技术）,6、固体酸酸化 固体酸具有反应速度慢、作用距离远、解堵效果好、管线腐蚀率低等特点。 （1）主要成分 固体酸主要由表面活性剂、杀菌剂、缓蚀剂及铁离子络合剂等组合而成。 a.表面活性剂：对地层起润湿性作用，对油污起稀释、降粘、溶解分散作用。 b.杀菌剂：主要对硫酸盐还原菌和腐生菌起杀死和分散作用。 c.缓蚀剂：可以减缓酸对油套管及井下工具的腐蚀。,6、固体酸酸化 （2）作用原理 2NH2SO3H+CaCO3Ca(NH2

39、SO3)2+H2CO3 2NH2SO3H+FeSFe(NH2SO3)2+H2S 6NH2SO3H+Fe2S32Fe(NH2SO3)3+3H2O 4NH2SO3H+CaMg(CO3)2Ca(NH2SO3)2+Mg(NH2SO3)2+2CO2+2H2O 它之所以能解堵 ，是由于酸液通过地层孔隙时，直接溶解分散堵塞物，解除堵塞，恢复了地层渗透率。,提高土酸处理效果的方法,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，导致处理的范围很少；,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。,提高酸处理效果的方法,（1）同时将氟化铵水溶

40、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。,（2）利用粘土矿物的离子交换性质，在粘土颗粒上就地产生氢氟酸(自生土酸)。,（4）国外采用互溶剂土酸处理等技术提高酸化效果。,（3）使用替换酸，如氟硼酸。,第四节 酸液及添加剂,一、常用酸液种类及性能,(一)盐酸,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。,主要缺点：,与石灰岩反

41、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。,(二)甲酸和乙酸,优点,有机弱酸，反应速度比同浓度的盐酸要慢几倍到十几倍，适用于高温深井。,(三)多组分酸,多组分酸是一种或几种有机酸与盐酸的混合物，主要起缓速作用，可以得到较大的有效酸化处理范围。,(四)乳化酸,乳化酸即为油包酸型乳状液，其外相为原油。,要求：,在地面条件下稳定(不易破乳)和在地层条件下不稳定(能破乳)。,主要作用（或优点）,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。,主要缺点,摩阻较大，施工注入排量受到限制,(五)稠化酸,指