【正文】 技術(shù)交流材料 增產(chǎn)措施 — 酸化技術(shù) 大港油田集團(tuán)井下技術(shù)服務(wù)公司 技術(shù)交流材料 目 錄 一、概述 二、酸化增產(chǎn)原理 三、酸液及添加劑室內(nèi)評(píng)價(jià)技術(shù) 四、酸化工藝技術(shù) 五、酸化（壓）設(shè)計(jì) 六、油層保護(hù)技術(shù) 七、排液工藝技術(shù) 八、酸化地面設(shè)備及井下工具 技術(shù)交流材料 一、概述 ? 酸化是油、氣、水井增產(chǎn)增注的重要措施之一，是改造油、氣、水層的進(jìn)攻性手段之一。 酸化是利用酸液的化學(xué)溶蝕作用及向地層擠酸時(shí)的水力作用解除地層的堵塞，擴(kuò)大、疏通地層孔隙（縫），恢復(fù)和提高近井地帶的滲透率，改善油、氣、水流狀況，從而增加油、氣井產(chǎn)量和水井注入量的目的。 酸化施工工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，在各油田得到了普遍應(yīng)用。 技術(shù)交流材料 ? 目前酸化工藝技術(shù)發(fā)展很快，為了更好地保護(hù)油氣層，在酸液和添加劑的選擇及應(yīng)用上，研究的深度和廣度均有較大提高，我國(guó)各油田在油層酸化應(yīng)用方面，廣泛應(yīng)用的有鹽酸處理和土酸處理 兩種方法，有的油田還應(yīng)用硝酸及磷酸酸化工藝技術(shù)，并將無(wú)機(jī)酸與有機(jī)酸結(jié)合在一起應(yīng)用，形成一套多功能的酸液體系，對(duì)于巖石致密的油層，有的油田還應(yīng)用了 “ 王水 ” 處理液，熱酸處理及酸壓等方法。 技術(shù)交流材料 ? 常用的酸化工藝可以分為兩大類，一類是基質(zhì)酸化，另一類是壓裂酸化（簡(jiǎn)稱酸壓）。兩種類型的酸化特點(diǎn)注入速度和壓力的不同。不同地層的酸化所采用的酸液種類也不同。針對(duì) 碳酸鹽巖油氣層 的處理酸液主要有：鹽酸、乳化酸、膠凝酸、泡沫酸等；對(duì)于 砂巖油氣層 有：土酸、互溶土酸、氟硼酸、濃縮酸（ PPAS）、膠束酸、硝酸、氟化銨（ SF）或氟化氫銨（ SHF）、自生土酸、固體酸和復(fù)合酸等。 技術(shù)交流材料 二、酸化增產(chǎn)原理 ? 一口油井要能產(chǎn)出工業(yè)性油（氣）流應(yīng)具備三個(gè)基本條件： ? 油氣層的油氣飽合度大； ? 油層壓力高； ? 油層滲透性能良好。 技術(shù)交流材料 ? 一次理想的基質(zhì)酸化是將近井地帶滲透率恢復(fù)到未污染的初始滲透率，地層處理區(qū)域應(yīng)具有高的油相和氣相滲透率。設(shè)計(jì)一次酸化在最低的成本下達(dá)到理想的效果，需要考慮注入流體與油藏流體、礦物的許多物理化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)中最主要的有以下幾種： 技術(shù)交流材料 ? （ 1） 酸分子傳質(zhì)到礦物表面隨即在表面進(jìn)行反應(yīng)： ? 這種反應(yīng)稱為非均相反應(yīng)，這是由于反應(yīng)發(fā)生在固體和液體的界面上，而不是發(fā)生在一個(gè)連續(xù)相中。在反應(yīng)發(fā)生前，酸必須以對(duì)流或擴(kuò)散的方式傳質(zhì)到礦物表面。系統(tǒng)反應(yīng)速度依賴于傳質(zhì)和表面反應(yīng)速度。但是在大多數(shù)情況下，這些過(guò)程中某一過(guò)程大大慢于其他過(guò)程，并控制系統(tǒng)反應(yīng)速度，因此更快的過(guò)程可以被忽略。 ? （ 2） 改變孔隙結(jié)構(gòu)： 孔隙結(jié)構(gòu)的物理變化是酸溶解某些礦物引起的，這也是通過(guò)基質(zhì)酸化提高滲透率的機(jī)理。 ? （ 3） 反應(yīng)產(chǎn)物的沉淀： 發(fā)生在酸化中的二次反應(yīng)，特別是砂巖，從連續(xù)液相中產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物的沉淀。很顯然，固體沉淀會(huì)堵塞孔隙，對(duì)基質(zhì)酸化后的生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響。 技術(shù)交流材料 ? （ 4） 酸液與油藏流體接觸： 基質(zhì)酸化中注入的酸液會(huì)與油藏流體和礦物發(fā)生物理和化學(xué)作用。這種作用會(huì)引起潤(rùn)濕性變化、相滲曲線的變化、固相顆粒的沉淀和乳化液的產(chǎn)生。 ? （ 5） 油藏滲透率變化或污染分布的變化： 一次成功的基質(zhì)酸化，注入的酸液應(yīng)與井筒周圍所有污染區(qū)域接觸。由于井筒縱向注入能力的差異使之難于達(dá)到，通常要使用特殊的工藝技術(shù)來(lái)達(dá)到更好的酸液分布（酸液的轉(zhuǎn)向）。 技術(shù)交流材料 ? 酸化過(guò)程中許多因素應(yīng)予以考慮，關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)的變化。最基本的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮： ? （ 1）液體的選擇：酸液的類型、濃度和用量。 ? （ 2）泵注程序：設(shè)計(jì)注入排量和注入流體的順序。 ? （ 3）酸的分布和轉(zhuǎn)向：提高酸與地層接觸的特殊步驟。 ? （ 4）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：酸化過(guò)程中的評(píng)估方法。 ? （ 5）添加劑：酸化過(guò)程中的其它化學(xué)劑，用于提高酸化效果或保護(hù)油管、地層。 技術(shù)交流材料 ? 酸化的三個(gè)基本階段 ? 地面管流 ? 酸由酸罐經(jīng)過(guò)低壓管線到達(dá)壓裂車組，經(jīng)壓裂車組增壓后的酸液進(jìn)入高壓管線到高壓井口。在這個(gè)過(guò)程中酸液可能腐蝕地層管線及壓裂車組和高壓井口裝置；在高壓管線中酸液流到井口要產(chǎn)生摩阻損失，管線中的酸液流態(tài)由排量和酸液粘度決定，酸液濃度基本不變。 技術(shù)交流材料 ? 垂直管流 ? 酸液由高壓井口進(jìn)入酸化管柱 (或油管柱 )到井底的流動(dòng)。該過(guò)程酸液可能腐蝕酸化管柱和套管柱，酸液的位能降低，沿管柱流動(dòng)產(chǎn)生摩阻損失，流態(tài)由排量、粘度、管徑?jīng)Q定，酸液濃度基本不變，從井口到井底酸液溫度升高。 技術(shù)交流材料 ? 酸進(jìn)入地層的流動(dòng)反應(yīng) ? 酸沿徑向經(jīng)孔隙及微裂縫作流動(dòng)反應(yīng)，溶解地層各礦物成分及膠結(jié)物。沿徑向酸液濃度逐漸變小失去活性，溫度發(fā)生變化，壓力及流速也發(fā)生變化。近井帶地層孔隙度和滲透率發(fā)生改變。 技術(shù)交流材料 酸化類型 施工壓力 Pi 注入速度 酸流動(dòng)方式及溶蝕方式 適用范圍 酸洗 無(wú)外力或輕微攪動(dòng) 不流動(dòng)或沿井筒的正、反循環(huán) 溶蝕井壁及射孔孔眼 儲(chǔ)層的表皮解堵或射孔孔眼的清洗、井筒結(jié)垢和絲扣油的清除 基質(zhì)酸化 Ps Pi PF Ps— 地層壓力 PF— 地層巖石破裂壓力 小于地層徑向吸液速度 沿地層孔隙作徑向流動(dòng)，溶蝕孔隙及其中堵塞物質(zhì)，溶蝕范圍有限 解除近井地帶的污染，恢復(fù)或提高地層的滲透率，能在不增大水，氣產(chǎn)量的情況下增產(chǎn)。 酸壓 Pi PF 大于地層極 限吸液速度 形成人工裂縫，沿 裂縫流動(dòng)反應(yīng)，有效作用距離可達(dá)幾 十到上百米 在碳酸鹽巖儲(chǔ)層中形成人工裂縫，解除近井帶污染，改變儲(chǔ)層流型，溝通深部油氣區(qū)，可大幅度提高油氣井產(chǎn)量。 酸化工藝的特點(diǎn)及適用情況對(duì)照表 技術(shù)交流材料 ? （一）碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸化增產(chǎn)原理： ? 基質(zhì)酸化 ? 不壓破地層的情況下將酸液注入地層孔隙 (晶間，孔穴或裂縫 )的工藝。利用酸液溶解孔隙、喉道和裂縫中膠結(jié)物和堵塞物 ,形成酸蝕蚓孔，改善儲(chǔ)層滲流條件 ,提高油氣產(chǎn)能。 ? 目的：解堵。 ? 特點(diǎn)：不壓破地層。 技術(shù)交流材料 （ 1）基質(zhì)酸化增產(chǎn)原理： ? 酸液擠入孔隙或天然裂縫依靠酸液的化學(xué)溶蝕作用，溶蝕孔壁或裂縫壁面，增大孔徑或擴(kuò)大裂縫，提高地層滲流能力。 ? 溶蝕孔道或天然裂縫中的堵塞物質(zhì)，破壞泥漿、水泥及巖石碎屑等堵塞物的結(jié)構(gòu)，使之與殘酸液一起排出地層。起到疏通流動(dòng)通道的作用，解除堵塞物的影響，恢復(fù)地層原有的滲流能力。 技術(shù)交流材料 （ 2）鹽酸與碳酸鹽的化學(xué)作用 大多數(shù)碳酸鹽與鹽酸發(fā)生化學(xué)作用可以生成水溶性氯化物和二氧化碳而被鹽酸溶解，以石灰?guī)r和白云巖為例，石灰?guī)r的主要成分是碳酸鈣，白云巖的主要成分是碳酸鈣鎂，它們與鹽酸作用的化學(xué)反應(yīng)方程式如下：2HCL+CaCO3=CaCL2+H2O+CO2↑ 4HCL+MgCa(CO3)2=CaCL2+MgCL2+2H2O+2CO2↑ 反應(yīng)生成的 CaCO3和 MgCL2都能溶于水，通過(guò)自噴或抽吸，就可以將反應(yīng)后的殘酸（包括溶解在其中的鹽類）排出地面，生成的 CO2可以起到助排作用，幫助殘酸從地層中排出，這樣就溝通了地層孔隙，提高了滲透率。 技術(shù)交流材料 （ 3）影響酸巖反應(yīng)速度的因素 酸液類型：氫離子的電離度越大，反應(yīng)速度越大，反之，反應(yīng)速度慢。 酸濃度：酸濃度為 24～ 25％時(shí)反應(yīng)速度最大。 0 ～ 20％時(shí)，隨著酸濃度增加，反應(yīng)速度加快。 20 ～ 24％時(shí)，隨著酸濃度的增加反應(yīng)速度增加緩慢，當(dāng)酸濃度超過(guò) 25％時(shí)，反應(yīng)速度隨濃度的增加反而下降。 巖石的物理化學(xué)性質(zhì)：鹽酸于石灰?guī)r的反應(yīng)速度比白云巖反應(yīng)速度快，而鹽酸于砂巖的反應(yīng)卻很困難。 溫度：溫度越高，反應(yīng)速度越快。 壓力：據(jù)文獻(xiàn)介紹，當(dāng)壓力高于 影響。 流速：增加注入速度，反應(yīng)速度加快。 面密比：面密比是單位體積酸液所接觸巖石的表面積的大小，面密比越大，反應(yīng)速度越快。 技術(shù)交流材料 ? （酸壓） ? 酸或前置液以高于儲(chǔ)層所能承受的排量從套管或油管中注入，使之在井筒中迅速建立壓力，直至超過(guò)地層的壓縮應(yīng)力及巖石的抗張強(qiáng)度，從而壓破地層，形成裂縫，連續(xù)注酸使裂縫延伸、酸刻蝕裂縫形成酸蝕裂縫，該裂縫具有比原地層更高的導(dǎo)流能力，因此能提高油氣井產(chǎn)能。 ? 目的：增產(chǎn)（解堵是必然結(jié)果）。 ? 特點(diǎn)：大排量、高泵壓（壓破地層）。 技術(shù)交流材料 ? 酸壓施工中酸液壁面的非均勻刻蝕是由于巖石的礦物分布和滲透性的不均一性所致。酸化施工結(jié)束后，由于裂縫壁面凹凸不平，裂縫在許多支撐點(diǎn)的作用下，不能完全閉合，最終形成具有一定幾何尺寸和導(dǎo)流能力的人工裂縫，大大提高了地層的滲流能力。 技術(shù)交流材料 ? 酸壓的增產(chǎn)作用主要表現(xiàn) : ? （ 1）消除井壁附近的地層污染； ? （ 2）酸壓裂縫增大油氣向井內(nèi)滲流的滲流面積，改善油氣的流動(dòng)方式，增大井附近油氣層的滲流能力； ? （ 3）溝通井筒附近的高滲透帶、地層深部裂縫系統(tǒng)及油氣區(qū)。 ? 無(wú)論是在近井污染帶內(nèi)形成通道，或改變儲(chǔ)層中的流型都可獲得增產(chǎn)效果。 技術(shù)交流材料 （二）砂巖儲(chǔ)層酸化增產(chǎn)原理 ： ? 砂巖儲(chǔ)層酸化一般采用不壓開地層的均勻注酸方式，因此其 增產(chǎn)原理是依靠酸液的化學(xué)溶蝕作用溶蝕砂粒之間的膠結(jié)物和部分砂粒，以解除近井附近的堵塞物，恢復(fù)和提高近井地帶的滲透率。 ? 鹽酸、土酸于砂巖的作用 它是利用土酸中的鹽酸溶解油層中的碳酸鹽礦物和部分鐵質(zhì)，土酸中的氫氟酸溶解油層中的硅酸鹽礦物和粘土礦物，反應(yīng)方程式如下： 解除鐵質(zhì)礦物 2HCL+Fe2O3=2FeCL3=3H2O 技術(shù)交流材料 ? 解除硅質(zhì)礦物 4HF+SO2==SiF4+2H2O 2HF+SiF4==H2SiF6 18HF+Al2Si2O5(高嶺石） =AlF3+2HSiF6+9H2O 36HF+Al2O34SiO2H 2O(蒙脫石 )= 2H3AlF6+4H2SiF6+12H2O 氫氟酸與碳酸鹽 2HF+CaCO3==CaF2↓+H2O+CO2↑ 反應(yīng)生成物的氟化硅和水均可排出地面，氫氟酸與碳酸鹽作用生成的氟化鈣，當(dāng)酸濃度降低時(shí)易發(fā)生沉淀堵塞地層孔隙，因此對(duì)于碳酸鹽含量較高的地層在土酸處理前應(yīng)用足量的鹽酸進(jìn)行預(yù)處理。 技術(shù)交流材料 ? 砂巖儲(chǔ)層基質(zhì)酸化施工工序 前置酸 （鹽酸） →處理酸（土酸） →后置酸 (鹽酸或互溶劑 +柴油（或輕質(zhì)原油） ） →頂替液 ? 影響酸化效果的因素 ①儲(chǔ)層類型 ②完井方法 ③酸化配方 ④酸化工藝 ⑤酸化施工 ⑥酸化后的管理 技術(shù)交流材料 ? 砂巖儲(chǔ)層的酸化通常不進(jìn)行酸壓的原因： ? 砂巖儲(chǔ)層的膠結(jié)疏松，酸壓可能由于大量溶蝕，致使巖石松散，引起油井過(guò)早出砂； ? 酸壓可能壓破地層邊界以及水、氣層邊界，造成地層能量虧空和過(guò)早見水、見氣； ? 由于酸沿縫壁均勻溶蝕巖石，不能形成溝槽，酸壓后裂縫大部閉合，形成的裂縫導(dǎo)流能力低，且由于用土酸酸壓可能產(chǎn)生大量沉淀物堵塞流道。 技術(shù)交流材料 三、酸液及添加劑室內(nèi)評(píng)價(jià)技術(shù) 酸化是油氣井投產(chǎn)、增產(chǎn)的主要技術(shù)措施之一，酸化室內(nèi)試驗(yàn)是實(shí)施酸化工藝的重要技術(shù)保障。 酸化室內(nèi)試驗(yàn)研究就是從基礎(chǔ)著手，優(yōu)選酸液體系和酸化工藝，它比直接在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施酸化試驗(yàn)來(lái)選擇酸液體系和酸化工藝要全面、準(zhǔn)確、省時(shí)、低耗（低成本）。因此，針對(duì)具體的油氣層，酸化作業(yè)前開展酸化室內(nèi)試驗(yàn)研究，用具體的儲(chǔ)層巖石、流體來(lái)模擬儲(chǔ)層條件下開展酸化試驗(yàn)，可以較為方便準(zhǔn)確地弄清酸巖反應(yīng)機(jī)理，優(yōu)選酸液配方體系和酸化工藝。 技術(shù)交流材料 酸化室內(nèi)試驗(yàn)主要包括 技術(shù)交流材料 6. 防膨劑評(píng)價(jià)試驗(yàn) 7. 酸液緩速性能評(píng)價(jià)試驗(yàn) 技術(shù)交流材料 技術(shù)交流材料 %1001???WWR c 試驗(yàn)方法： 將巖芯搗碎碾磨過(guò) 100目篩 ， 制成巖粉烘干 。 稱取一定量巖粉 （ 如 5g左右 ） ， 置于反應(yīng)器皿中 ， 取一定量 （ 如 50ml） 的不同濃度的酸液 ， 分別加入盛巖粉的反應(yīng)器皿中 ， 與巖粉過(guò)量反應(yīng) 24小時(shí) ， 反應(yīng)過(guò)程中攪拌 2次 。 將反應(yīng)后的酸液 ， 用定量濾紙過(guò)濾 ， 將未溶蝕的殘?jiān)诩s 100℃ 左右條件下烘