【正文】 鹽酸與碳酸鹽巖的化學反應 (1)。 根據(jù)孔隙和裂縫在地層中的主次關系又可把碳酸鹽巖油氣層分為三類：孔隙性碳酸鹽巖油氣層 、 孔隙 — 裂縫性碳酸鹽巖油氣層 (孔隙是主要儲集空間 ， 裂縫是滲流通道 )、 裂縫性碳酸鹽巖油氣層 。 ? 碳酸鹽巖地層的主要礦物成分是方解石和白云石 。 (5)暫時堵塞劑 ? 將一定數(shù)量的暫時堵塞劑加入酸液中 ， 隨液流進入高滲透層段 ， 可將高滲透層段的孔道暫時堵塞起來 ， 使以后泵注的酸液進入低滲透層段起溶蝕作用 。 ? 常用的增粘劑 :HPAM、 羥乙基纖維素和胍膠等 。 ? 常用的穩(wěn)定劑有醋酸 、 檸檬酸 ， 有時用乙二胺四醋酸 (EDTA)及氮川三乙酸鈉鹽 (NTA)等 。 油層本身含有二價鐵和三價鐵的氧化物 ， 酸液進入地層以后 ， 也會生成鐵離子 。 ? 油層酸化時油層內有乳化物生成時 ， 可 在 酸中加入破乳劑 ， 如有機胺鹽類 ， 或季銨鹽類和聚氧乙烯烷基酚類活性劑 。 (2)表面活性劑 ? 酸液中加入表面活性劑 ， 可以降低酸液的表面張力 ， 減少注酸和排出殘酸時的毛細管阻力 ， 防止在地層中形成油水乳狀物 ， 便于殘酸的排出 。 其機理有三方面： ① 抑制陰極腐蝕； ②抑制陽極腐蝕； ③ 于金屬表面形成一層保護膜 。 ? 常用的添加劑種類 有：緩蝕劑 、 表面活性劑 、穩(wěn)定劑 、 緩速劑 ， 有時還加入增粘劑 、 減阻劑 、暫時堵塞劑及破乳劑等 。 因此要與鹽酸混合配制成土酸使用 。 (7)土酸 ? 土酸： 10％ ～ 15％ 濃度鹽酸和 3％ ～ 8％ 濃度的氫氟酸與添加劑所組成的混合酸液 。 (6)泡沫酸 泡沫酸 是用少量泡沫劑將氣體 (一般用氮氣 )分散于酸液中所制成 。 ③ 稠化酸在地層溫度條件下 ， 經(jīng)過一定時間 ， 即自動破膠 ， 便于返排 。 ? 特點： ① 降低了氫離子向巖石壁面的傳遞速度 ， 起到了緩速的作用 。 ? 油酸乳化液存在的主要問題是摩阻較大 ， 使 施工注入排量受到限制 。 其內相一般為 15～ 31％濃度的鹽酸 ， 或有機酸 、 土酸等 。 所以 ， 鹽酸在井壁附近起溶蝕作用 ， 有機酸在地層較遠處起溶蝕作用 ， 混合酸液的反應時間近似等于鹽酸和有機酸反應時間之和 ， 因此可以得到較大的有效酸化處理 范圍 。 多組分酸 中的氫離子數(shù)主要由鹽酸的氫離子數(shù)決定 。 ? 多組分酸有緩速作用 。 ? 適用于 鹽酸液的緩速和緩蝕問題無法解決 的 高溫深井碳酸鹽巖層。 一般甲酸液的濃度不超過 10％ ；乙酸液的濃度不超過 15％ 。 2)甲酸和乙酸 ? 甲酸和乙酸都是有機弱酸 ， 反應速度比同濃度的鹽酸要慢幾倍到十幾倍 。 ? 鹽酸處理的主要缺點： ① 與石灰?guī)r反應速度快 ， 特別是高溫深井 ， 由于地層溫度高 ， 鹽酸與地層作用太快 ， 因而處理不到地層深部； ② 鹽酸會使金屬坑蝕成許多麻點斑痕 ， 腐蝕嚴重 。 (1)鹽酸 ? 鹽酸處理的主要優(yōu)點： ① 屬于強酸 ， 與許多金屬 、 金屬氧化物 、 鹽類和堿類都能發(fā)生化學反應； ② 由于鹽酸對碳酸鹽巖的溶蝕力強 ， 反應生成的氯化鈣 、氯化鎂鹽類能全部溶解于殘酸水 ， 不會產(chǎn)生化學沉淀； ③ 反應生成的 CO2部分溶于殘酸 ， 部分呈小氣泡狀態(tài)分布于殘酸中 ， 對酸化效果影響較??； ④ 酸壓時對裂縫壁面的不均勻溶蝕程度高； ⑤ 成本較低 。 為了延緩酸的反應速度 ， 也采用油酸乳化液 、稠化鹽酸液 、 泡沫鹽酸液等 。 ① 酸洗 ： 將少量酸液注入井筒內 ， 清 除井筒孔眼中酸溶性顆粒和鉆屑及結垢等 ， 并疏通射孔孔眼； ② 基質酸化 ： 在低于破裂壓力下將酸注入地層 ， 靠酸液溶蝕作用提高井筒附近較大范圍內油層的滲透性； ③ 酸壓 ： 在高于破裂壓力下將酸注入地層 ， 在地層形成裂縫 ，通過酸對裂縫壁面不均勻溶蝕形成高導流能力的裂縫 。 三、酸 化 前 言 （ 1）增產(chǎn)增注原理 ：解堵；提高油層滲透率 （ 2）優(yōu)點 ：規(guī)模小，經(jīng)濟投入小 （ 3）缺點： 與壓裂比提高產(chǎn)能的潛力有限； 易造成新的傷害 酸化原理 :通過酸液對巖石膠結物或地層孔隙 、 裂縫內堵塞物的溶蝕作用 ， 提高地層孔隙和裂縫的滲透性 。 該技術已作為一種新的 完井方法 ， 與其它方法配合成功地進行各類油氣藏的完井 。 （ 5） 端部脫砂壓裂適用范圍 端部脫砂壓裂技術主要 適用 于中 、 高滲油氣藏和不穩(wěn)定松軟地層的油井解堵 、 防砂 。 端部脫砂壓裂施工的 成功率 取決于壓裂設計的合理性 。 （ 2）注意問題 射孔：孔數(shù) 測試：基礎 機械設備：高支撐劑濃度 —— 大功率設備 （ 3）理論 （ 4）壓裂工藝及設計 造縫到出現(xiàn)頂端脫砂階段（低砂比攜砂液）；裂縫膨脹變寬及支撐劑大量充填階段（高砂比攜砂液） 端部脫砂壓裂過程可分為 兩個階段 ：造縫到出現(xiàn)端部脫砂的常規(guī)壓裂；裂縫膨脹變寬及支撐劑大量充填階段 。 充填 —— 縫內砂漿前緣提前到達裂縫邊緣，從而限制縫長和縫高的進一步增長，促使縫寬增大。 裂縫擴展的力學條件： ?187。 脫砂帶封閉以后，在后續(xù)流體的推動下，砂漿仍試圖向裂縫周邊靠近，部分液體會滲濾到脫砂帶的外側，砂粒被擋在脫砂帶內側，脫砂帶厚度逐漸積聚增大。 脫砂帶的形成過程： 砂漿進入裂縫之后，前置液繼續(xù)快速濾失，砂漿前緣逐漸向裂縫周邊運移，然后開始在周邊地帶的某一局部區(qū)域形成砂橋。 fkxwfkfDC ?中高滲油層壓裂實現(xiàn)短寬裂縫的原因 無因次裂縫導流能力的大小，代表了裂縫實際導流能力和自然滲透能力的差異大小，當該值較大時，才能形成明顯的雙線性流動形式。 23 端部脫砂技術 端部脫砂壓裂技術是一種非常規(guī)的壓裂技術 ，當裂縫達到預定的縫長時 ，前置液全部濾失完，這時在裂縫端部將發(fā)生脫砂 (即砂堵 )，裂縫凈壓力急劇升高，迫使裂縫在寬度方向上發(fā)展，以獲得比常規(guī)壓裂寬幾倍至幾十倍的支撐裂縫。適用的地層應有一定的硬度以保證裂縫閉合后能擠住填砂裂縫使壓裂砂不返進井內。 優(yōu)點： 利用了裂縫的防砂作用、解堵導流增產(chǎn)作用；繞絲篩管礫石充填防砂作用，比單純的礫石充填防砂效果好，且解堵增產(chǎn)。作業(yè)可分一次或兩次完成。 （ 2） 水平井開發(fā) （ 3）壓裂充填 壓裂和礫石充填的結合。 濾砂管是用來保持礫石充填位置的裝置 。必要時可以選擇充填涂料砂或在近井的縫口段充填涂料砂，以提高裂縫對地層砂的橋堵作用。在相同產(chǎn)量下，壓后壓差可降低 2倍以上，流體壓力梯度會有大幅度降低。 地層出砂的巖石破壞機理： 拉伸破壞、剪切破壞、粘結破壞和孔隙坍塌。 提高油藏與井筒間的連通性 . 油井增產(chǎn)：降低生產(chǎn)壓差 （ 2）高滲層壓裂的關鍵： 端部脫砂 (TSO)技術 在水力壓裂過程中，抑制裂縫的進一步延伸并允許成縫以后擴張和充填，造出短而寬的裂縫的技術 （ 3）高滲層壓裂的結果： 能超越近井傷害地帶，產(chǎn)生負表皮效應。常規(guī)解堵方法不僅有效期短，且不能解決地層深部的傷害解除和防范問題。 21 前 言 二、 高滲透油層壓裂 問 題： ①常規(guī)防砂方法雖然能在一定時間內達到防砂目的，但通常是以較大程度地犧牲油井的部分產(chǎn)能為代價。 近井筒區(qū)域產(chǎn)生的多條裂縫 “ 曲折 ” 孔眼裂縫的多條裂縫 裂縫高度影響因素：分層應力、楊氏模量、波松比、壓裂液利用率、產(chǎn)層厚度等 技術措施： 優(yōu)化射孔方案、人工應力遮擋、壓裂工作液選擇及施工參數(shù)優(yōu)化 控制裂縫高度壓裂技術 油溶性轉向劑 轉向壓裂 壓裂 —— 廣泛應用于低滲油藏 中、高滲的問題 —— 壓裂 最早在委內瑞拉將壓裂和防砂兩種工藝結合應用于中高滲油藏，但未得到廣泛應用。解決 “ 裂縫彎曲 ”摩阻的方法之一即利用射孔優(yōu)化技術。 一個復雜的、曲折的裂縫網(wǎng)絡連接著近井筒和水力裂縫主體。使用較大壓裂施工排量壓開夾層，實現(xiàn)一次壓裂多個小層目的。 多裂縫投球壓裂工藝 壓裂施工工藝技術 限流壓裂工藝 適用條件： 針對小夾層多個薄互層 (小層數(shù)多于 5層以上 )的壓裂 。壓裂時先壓開一個小層，當加砂結束后，利用已壓開層吸收液量大的特點，投可溶性高強度蠟球或橡膠炮眼球，暫時封堵已壓開層的炮眼，然后逐步提高施工排量，致使第二個小層壓開裂縫，從而達到一個壓裂井段內壓開多層的目的。試擠就是用一輛或幾輛 700型水泥車進行擠注測試。為減少投入，可采用另外一種成本較低的測試方法，即試擠。 小型壓裂分析主要包括： 階梯排量測試， 確定延伸壓力 經(jīng)驗公式計算濾失系數(shù) 階段壓力降測試 天然裂縫發(fā)育特征分析（ G函數(shù)導數(shù)分析） 壓力降落分析 解釋技術由二維方法已經(jīng)發(fā)展到全三維解釋方法，即利用凈壓力模擬分析計算地層的濾失系數(shù)、裂縫幾何尺寸，提高了結果的精確程度。通過小型壓裂，可以計算油層的 有效滲透率、壓裂液的濾失系數(shù)、壓裂裂縫高度、地層的閉合應力、孔眼摩阻等參數(shù) 。 （一）水力壓裂技術 （ 1）小型壓裂及壓前試擠的必要性 小型壓裂和大型壓裂的區(qū)別在于前者不加砂，而后者加砂。 三、水力壓裂技術 水力壓裂技術系統(tǒng)可分為設計 、 實施 、 評估三個基本環(huán)節(jié) ， 主要包括 :壓前地層評估 、 壓裂材料優(yōu)化選擇 、 壓裂工藝技術 、 壓裂實施及水力裂縫診斷與壓后評估 。 我國已探明的低滲透地質儲量約 40億噸，占全部探明儲量的 %，這部分儲量只有通過壓裂改造才能具備工業(yè)開采價值。 膨脹性粘土礦物含量高易造成水敏； 伊利石和高嶺石易造成速敏； 儲層微裂縫發(fā)育，應力敏感性強； 綠泥石易造成酸敏。 5） 層多 、 層薄 、 小斷塊 、 構造復雜 勝利油田全油區(qū) 72個低滲透區(qū)塊 2220個小層，平均單層厚度 ，最小的單層均厚度 ，最大單層平均厚度 。 油田 A1 純化 樁 74 樊 29清水 臨南 史 100 渤南注 顆粒直徑， μm ≤ 2 2 / 懸浮固體 mg/L ≤ 2 含油量， mg/L ≤ 2 0 腐蝕率， mg/L ≤ .0076 .05 / ３）注水仍舊是低滲透油田開發(fā)中最尖銳的矛盾 （ 1）水質不達標 低滲透油藏開發(fā)矛盾 層間物性差異，造成縱向上吸水不均衡、以及注采對應性差、井間連通性差等，造成注水效果變差。 低滲透油藏開發(fā)矛盾 提高低滲透油藏開發(fā)效果的關鍵是保持地層能量，通過各油田注水現(xiàn)狀分析證明，水 質仍難以達到注水要求。 統(tǒng)計近年來勝利油田重復壓裂改造井 41井次，有效率不到 50％，有效期短 6070d，單井增產(chǎn)幅度小。 54%%%低滲透: 1 0 5 0 m D特低滲透: 1 1 0 m D超低滲透: 0 . 1 1 m D(1)需要進行大規(guī)模壓裂改造 。 油層改造措施增油效果逐年下降 ， 壓裂后含水上升快 ， 有效期短 。 國內低滲透砂巖油田儲量分布及動用概況 這些油區(qū)共動用低滲透地質儲量 22億噸 ， 占全國的 80％ 以上 。 國外：美國 、 加拿大 、 澳大利亞 、 俄羅斯等 國內：分布與國內的各大油田 到 2022年 ， 我國陸上探明低滲透油田的儲量為 108t， 動用地質儲量近 27 108t， 動用程度 52%。 （ 二 ） 低滲透油藏特征 （ 三 ） 儲量分布 低滲透砂巖油田在世界范圍內分布廣泛 ， 對世界能源貢獻具有重要作用 。 在相同條件下地層壓力越高，增產(chǎn)倍數(shù)越大，也就是說地層壓力高，壓裂效果好。 （ 2）當裂縫滲透率高于地層滲透率 10000倍以上時，地層阻力會大大降低，增產(chǎn)倍數(shù)高。 (5)壓裂液注入及加砂程序 前置液 、 攜砂液 、 頂替液的用量 ， 多級注入程序等 。 (2)水力壓裂的一般步驟： ① 油層參數(shù) （ Re、 Hr、 h、 Pr、 K、 Tr、 Dt、 De等 ） ② 壓裂液參數(shù) （ K、 n、 C等 ） ③ 支撐劑參數(shù) ④ 施工參數(shù) （ 破裂壓力梯度 、 泵排量等 ） (3)裂縫面積 、 縫長 、 縫寬設計 ① 計算地面 、 地下破裂壓力 、 裂縫閉合壓力等； ② 確定不同裂縫單位面積上砂濃度在閉合壓力下的導流能力； ③ 麥克奎爾 西克拉先對導流能力計算 ， 并計算不同穿透比時的增產(chǎn)倍數(shù)； ④ 確定填砂裂縫面積； ⑤ 利用 PKN模型計算鋪砂濃度； ⑥ 根據(jù)優(yōu)化目標篩選最佳裂縫幾何參數(shù) 。 ftD x f LCKtt??035 ?BqPKhq D ??? 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