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酸化
论文题目:
酸化工艺
学院:
化学化工学院
班级:
应用化学2009级2班
作者:
李忠伦
学号:
0904020220
酸化工艺
酸化(acidizing)是油气井投产、增产和注入井增注的又一项重要技术措施。
其基本原理是按照一定顺序向地层注入一定类型、浓度的酸液和添加剂组成的配方酸液,溶蚀地层岩石部分矿物或孔隙、裂缝内的堵塞物,提高地层或裂缝渗透性,改善渗流条件,达到恢复或提高油气井产能(或注入井注入能力)的目的。
酸化作为一种油气井增产措施始于上世纪。
由于酸化措施对油气井增产的巨大贡献,因而受到油田的高度重视和推广应用并得以广泛发展。
目前,酸化技术不但成功地应用于常规油气层增产改造,且可对特殊油气井(如高温深井、低压低渗油井、高含硫井、高孔低渗储层等)及复杂结构井等进行有效的作业,为油气田增储上产起着重要作用。
1酸化增产原理
酸化是利用酸液增产增注的一类工艺方法的统称。
根据实施方法和原理,酸化可分为酸洗、基质酸化和酸化压裂三种基本工艺方法。
1.1酸洗
酸洗(acidwashing)是一种清除井筒中的酸溶性结垢或疏通射孔孔眼的工艺。
它是将少量酸液定点注入预定井段,溶解井壁结垢物或射孔眼堵塞物。
也可通过正反循环使酸不断沿井壁和孔眼流动,以此增大活性酸到井壁面的传递速度,加速溶解过程。
1.2基质酸化增产原理
基质酸化(matrixacidzing)也称常规酸化、空隙酸化或解堵酸化,是在不破裂地层的情况下将酸液沿径向注入储集层,溶解井筒附近储集层内的污染物及某些矿物,降低流动阻力,达到增产的目的。
基质酸化几乎使用与所有油气储集层,成本低、效果好。
其增产原理主要在于:
1、对于砂岩储层,酸液大体沿径向渗入储层,溶解孔隙空间内的颗粒及堵塞物,扩大孔隙空间;
2、破坏泥浆、水泥及岩石碎屑等堵塞物的结构,从而解除井筒附近污染,恢复或提高基质渗透率,从而达到恢复油气井产能和增产的目的;
3、在某些条件下也可能形成高渗透性酸蚀孔道而旁通污染带对于碳酸盐岩储层,酸液则主要通过溶解微裂缝中堵塞物或溶蚀裂缝壁面,扩大裂缝;或者形成类似于蚯蚓的孔道,简称为酸蚀蚓孔而旁通污染带,从而改善地层渗流条件。
由于页岩的易碎性,或者为了保持天然液流边界以减少或防止水、气采出,而不能冒险进行压裂酸化时,一般最有效的增产措施就是基质酸化。
大多数情况下,基质酸化的目的重在解除污染物和旁通污染带。
因此储层污染是酸化过程中关注的重点。
Hawkins(1956)引入了表皮系数概念,定量描述地层污染对产能的影响。
表皮系数S用式
(1)表示,此式常用于评估渗透率污染的相对程度和污染深度:
(1)
式
(1)表明,渗透率污染对表皮系数的影响比污染深度的影响要大得多。
由试井得到的表皮系数基本上是由近井地带的渗透率污染引起的,这对设计基质酸化特别重要。
储层油气从径向流入井内时,压力损耗在井底附近呈漏斗状。
在油气井生产中,80%~90%的压力损耗发生在井筒周围10m的范围内。
因此,提高井底附近的渗流能力,降低压力损耗,在生产压差不变时,可显著提高油气产量。
1.3酸压增产原理
酸化压裂(acidfracturing)是指在高于储层破裂压力或天然裂缝的闭合压力下,将酸液挤入储层,在储层中形成裂缝,同时酸液与裂缝壁面岩石发生反应,非均匀刻蚀缝壁岩石,形成沟槽状或凹凸不平的刻蚀裂缝,施工结束裂缝不完全闭合,最终形成具有一定几何尺寸和导流能力的人工裂缝,改善油气井的渗流状况,从而使油气井获得增产。
酸压和水力压裂增产的基本原理和目的都相同,目标是为了产生有足够长度和导流能力的裂缝,减少油气水渗流阻力;主要差别在于如何实现其导流性。
对水力压裂,裂缝内的支撑剂阻止停泵后裂缝闭合;酸压一般不使用支撑剂,而是依靠酸液对裂缝壁面的非均匀刻蚀产生一定的导流能力,这种非均匀刻蚀是由于岩石的矿物分布和渗透性的不均一性所致。
酸液沿着裂缝壁面流动反应,有些地方的矿物极易溶解(如方解石),有些地方则难以被酸所溶解,甚至不溶解(如石膏,砂等)。
易溶解的地方刻蚀的厉害,形成较深的凹坑或沟槽,难溶解的地方则凹坑较浅,不溶解的地方保持原状。
此外渗透率好的壁面易形成较深的凹坑,甚至是酸蚀孔道,从而进一步加重非均匀刻蚀。
酸化施工结束后,由于裂缝壁面凹凸不平,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。
因此,酸压的应用通常局限于碳酸盐岩地层,也是碳酸盐岩储层增产措施中应用最广的酸处理工艺,很少用于砂岩地层,因为:
(1)由于酸沿缝壁均匀溶蚀砂岩,不能形成沟槽,酸压后裂缝大部分闭合,形成的裂缝导流能力低。
即使是对砂岩矿物溶蚀能力强的土酸也不能使地层刻蚀形成足够导流能力的裂缝,且由于用土酸酸压可能产生大量沉淀物堵塞流道;
(2)砂岩储层的胶结一般比较疏松,酸压可能由于大量溶蚀,致使岩石松散,引起油井出砂。
因此,砂岩储层一般不能冒险进行酸压,要大辐度提高产能需采用水力压裂措施。
但是,在某些含有碳酸盐充填天然裂缝的砂岩地层或一些特殊岩性地层中,使用酸压也可以获得很好的增产效果。
与水力压裂技术类似,酸压的增产原理主要表现在:
(1)酸压裂缝增大油气向井内渗流的渗流面积,改善油气的流动方式,增大井附近油气层的渗流能力;
(2)消除井壁附近的储层污染;
(3)沟通远离井筒的高渗透带、储层深部裂缝系统及油气区。
无论是在近井污染带内形成通道,或改变储层中的流型都可获得增产效果。
小酸量处理可消除井筒污染,恢复油井天然产量,大规模深部酸压处理可使油气井大幅度增产。
2酸液体系
酸液及添加剂体系的合理使用对酸化效果起着主要作用,其选择的关键在于了解各类酸液及添加剂的作用及其适用范围。
2.1酸液类型及选择
酸化设计必须针对施工井的具体情况选择适当的酸液,选用的酸液应满足以下要求:
(1)溶蚀能力强,生成的产物能够溶解于残酸水中,与储层流体配伍性好,对储层不产生污染;
(2)加入化学添加剂后所配制成的酸液其物理、化学性质能够满足施工要求;
(3)运输、施工方便,安全;
(4)价格便宜,货源广。
随着酸化工艺技术的发展,国内外酸化用酸液越来越多,目前常用的酸可分为无机酸,液体有机酸,粉状有机酸,多组分(或混合)酸或缓速酸等类型。
每类酸的常用品种见表7-9。
酸化常用酸型
酸类
名称
特点
适用条件
无
机
酸
盐酸
溶解力强,价廉货源广;反应速度快,腐蚀严重。
广泛用于碳酸盐岩储层酸化和碳酸盐含量高的砂岩储层酸化
盐酸-氢氟酸(土酸)
溶解力强,反应速度快,反应严重,易产生二次污染
砂岩储层基质酸化
氟硼酸
反应慢,水解速度受温度影响较大。
处理范围大。
砂岩储层深部解堵酸化
磷酸
反应速度慢,用以解除硫化物,腐蚀产物及碳酸盐类堵塞物,HF溶解粘土矿物。
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,又不易用土酸处理的砂岩储层,可用磷酸/HF处理。
有机酸
甲酸(蚁酸)
反应慢,腐蚀性弱
高温碳酸盐岩储层酸化
乙酸(冰醋酸)
粉
状
酸
氨基磺酸
反应慢,腐蚀性弱,运输方便;溶蚀能力低,在高温下易生产水解不溶物。
温度不高于70℃的碳酸盐岩储层解堵酸化
氯醋酸
反应慢,腐蚀性弱,运输方便;溶蚀能力低,较氨基磺酸酸性强而稳定
碳酸盐岩储层解堵酸化
多组
分酸
乙酸-盐酸
混合酸
可保证较强的溶解力,又可较好地实现深部酸化
高温碳酸盐岩储层的深部酸化。
甲酸-盐酸混合酸
缓
速
酸
稠化酸
缓速效果好,滤失量小;高温下稳定性差,残酸不易返排。
中、低温碳酸盐岩储层的酸化
乳化酸
缓速酸效果好,腐蚀性弱;摩阻大,排量受限。
碳酸盐岩储层
胶化酸
缓速效果好,滤失量小;高温下稳定性差,未破胶对储层污染严重。
碳酸盐岩储层
化学缓速酸
缓速效果好,施工难度大。
碳酸盐岩储层
泡沫酸
缓速效果好,滤失量小,对储层污染小;成本高,施工困难。
低压、低渗水敏性碳酸盐岩储层酸压
2.2盐酸
盐酸系无机强酸,它是氯化氢的水溶液,是一种具有强腐蚀性的强酸还原剂。
氯化氢气体具有特殊的刺激性气味,纯盐酸为无色透明的液体,工业盐酸因含FeCl3及其它杂质常略呈黄色,在空气中,浓盐酸常冒白色酸雾。
绝大多数碳酸盐岩层的酸处理都采用盐酸,某些碳酸盐岩含量较高的砂岩也采用盐酸进行酸化。
酸化常用工业盐酸,质量百分浓度为30%~32%,其标准见表7-10。
盐酸一直被沿用的原因是成本低,对储层的溶蚀力强,反应生成物(氯化钙、氯化镁及二氧化碳)可溶,不产生沉淀;酸压时对裂缝壁面的不均匀刻蚀程度高。
工业盐酸标准
品质
质量浓度,%
氯化氢含量
铁含量
硫酸含量
砷含量
31
0.01
0.07
0.00002
最初由于缺乏缓蚀剂,而酸浓度过高会给井下管柱的防腐带来困难,所以当时曾采用浓度为15%的盐酸,一般称为常规盐酸。
随着缓蚀剂的改进,现场已可采用高浓度盐酸,某些情况下,利用高浓度盐酸的处理效果更为显著。
(1)酸-岩反应速度相对变慢,有效作用范围大;
(2)单位体积盐酸可产生较多的二氧化碳,利于残酸的排出;
(3)单位体积盐酸可产生较多的氯化钙、氯化镁,提高残酸的粘度,控制了酸-岩反应速度,并有利于悬浮、携带固体颗粒从储层中排出。
盐酸的主要缺点是与石灰岩反应速度太快,特别是高温深井,由于储层温度高,盐酸与储层岩石反应速度更快,处理范围有限。
此外,对井中管柱具有很强的腐蚀性,温度高时腐蚀性更强,防腐费用很大,而且容易损坏泵内镀铝或镀铬的金属部件。
盐酸的密度和浓度是配置酸液时常用的数据,在常温下其相对密度随浓度的增加而增加,具体关系参见有关手册,也可采用近似公式计算:
HCl=1+C/2
(2)
式中HCl―盐酸相对密度;
C―盐酸浓度,小数。
当按照设计要求确定了盐酸浓度和用量后,可按下式计算出配置该盐酸溶液所需的商品盐酸用量。
(3)
式中V1、V2―商品酸和需配置的稀酸的体积,m3;
1、2―商品酸和需配置的稀酸的相对密度;
C1、C2―商盐酸和需配置稀酸的浓度,%。
配置稀酸液所需的清水量则为
V清水=V2-V1-V3(4)
式中V清水―清水体积,m3;
V3―除商品酸和清水外加入酸液中的其它添加剂总体积,m3。
2.3盐酸-氢氟酸
氟化氢是一种无色、恶臭有毒气体,氟化氢的溶点为-83℃,工业氢氟酸浓度为40%,相对密度范围1.11~1.13,化工界大批生产的氢氟酸是氟化氢的水溶液,有无水纯酸,或酸的浓缩(40%~70%)水溶液。
工业标准规定的主要指标见下表。
工业氢氟酸标准
品质
质量浓度,%
氟化氢含量
铁含量
硫酸含量
硅氟酸含量
≥40
≤0.01
≤0.02
≤2
氢氟酸是一种强酸,它能与许多金属、石英、粘土、页岩、长石、淤泥及钻井泥浆等含硅物质反应,氢氟酸与砂岩中的大多数成份(石英、长石、粘土、碳酸盐等)都发生反应,但反应速度不同。
氢氟酸与碳酸盐的反应最快,其次是硅酸盐类,最慢的是石英。
常用盐酸和氢氟酸的混合物来解除上述物质的堵塞或进行砂岩油、气层的酸化处理。
氢氟酸与盐酸联合使用其原因在于:
(1)当氢氟酸与硅酸盐类以及碳酸盐反应时,会生成不少难溶性物质重新堵塞储层,如CaF2等。
由于CaF2在低pH值时为溶解状态,pH值高时会沉淀堵塞孔道,而当酸液中存在盐酸时,则可抑制或减少CaF2的沉淀。
(2)与其它成份的反应相比,氢氟酸与碳酸盐的反应速度最快。
如果单独使用氢氟酸,氢氟酸大部分先消耗在与碳酸盐的反应上,既不能充分发挥氢氟酸溶蚀泥质成份的作用,又可能产生不溶性物质堵塞储层。
混合液中的盐酸先溶蚀掉碳酸盐后,氢氟酸可充分发挥其溶蚀泥质等成分的作用,以节约成本较高的氢氟酸,同时也减少难溶性物质CaF2的数量,降低重新堵塞油气层的可能性。
确定土酸的用量和配方后,在配置土酸时,所需浓度的氢氟酸和盐酸的数量,可参照公式(7-50)进行计算得到。
2.4甲酸和乙酸
甲酸(formicacid)和乙酸(aceticacid)均为有机酸,主要优点是反应速度慢、腐蚀性较弱,在高温下易于缓速和缓蚀。
它主要用于特殊储层(如高温井)的酸处理以及酸液与油管接触时间较长的带酸射孔等作业,或用于须与镀铝或镀铬部件直接接触的场合。
可供使用的有机酸品种很多,但在酸处理中乙酸和甲酸用得较广。
甲酸又名蚁酸,是无色透明的液体,熔点8.4℃,有刺激性气味,易溶于水,水溶液呈弱酸性。
我国的工业甲酸浓度在90%以上。
乙酸又名醋酸,我国工业乙酸的浓度在98%以上,因为乙酸在低温时会凝成象冰一样的固态,故俗称为冰醋酸。
在有机酸中,乙酸是酸处理中用量最大的一种。
酸浓度一般不超过15%(质量),在此浓度下与碳酸盐作用的生成物(醋酸钙、醋酸镁)在残酸中一般呈溶解状态。
除了用此作射孔液,用于与易腐蚀金属接触等场合外,醋酸还常与盐酸配成混合酸用于特殊储层酸处理。
甲酸和乙酸电离度小,与同浓度盐酸相比腐蚀性小,反应速度慢几倍到几十倍,有效作用距离大。
如果完全与碳酸盐反应,其溶蚀能力较同浓度的盐酸小1.5-2倍。
但由于其价格昂贵,欲达到盐酸的溶蚀能力,用酸量大,成本高。
另外,酸压时甲酸均匀溶蚀裂缝壁面,裂缝导流能力小。
所以,只有在高温(120℃以上)井中,盐酸液的缓速和缓蚀问题无法解决时,才使用它们进行碳酸盐岩储层酸化。
甲酸或乙酸与碳酸盐作用生成的盐类,在水中的溶解度较小。
所以,酸处理时采用的浓度不能太高,以防生成甲酸或乙酸钙盐沉淀堵塞渗流通道。
一般甲酸浓度不超过10%,乙酸液的浓度不超过l5%。
2.5多组分酸
所谓多组分酸(multicomponentacid)就是由一种或多种有机酸与盐酸组成的混合物。
六十年代初,国外一度采用多组分酸来缓速酸化,取得显著效果。
酸-岩反应速度由氢离子浓度而定。
因此当盐酸中混掺有离解常数小的有机酸(甲酸、乙酸、氯乙酸等)时,溶液中的氢离子数主要取决于盐酸的氢离子数,根据同离子效应,盐酸的存在极大地降低了有机酸的电离程度,因此当盐酸活性耗完前,甲酸或乙酸几乎不离解,盐酸活性耗完后,甲酸或乙酸才离解起溶蚀作用。
所以,盐酸在井壁附近起溶蚀作用,甲酸或乙酸在储层较远处起溶蚀作用,混合酸液消耗时间近似等于盐酸和有机酸反应时间之和,因此可以得到较长的有效距离。
除上述酸液外,还用到诸如乳化酸、稠化酸(胶凝酸)、泡沫酸等酸液,它们都是在上述盐酸体系中分别加入特殊添加剂配制而成,以满足不同的酸化工艺和施工要求,可参见有关酸化专著。
3常用酸化技术
酸化工艺作为增产措施自应用于现场以来,为了满足不同改造对象和措施作业的要求,酸化工艺得到了不断完善和发展,形成了不同的类型酸化工艺。
酸化工艺按照岩性主要可分为碳酸盐岩和砂岩储层酸化技术。
3. 1碳酸盐岩储层酸化工艺
在碳酸盐岩储层酸化改造中,主要形成和发展了基质酸化技术和压裂酸化技术,习惯上用酸化表示基质酸化,用酸压表示压裂酸化。
3.1.1碳酸盐岩特性
碳酸盐岩几乎都是CaCO3、CaMg(CO3)2。
二者通常互相混杂、交互层。
钙盐中部分钙被镁置换成了镁质或白云岩。
下面介绍碳酸盐岩的特点:
一、反应性能:
化学组成
表面积
大比面
二、特点:
缝窄、孔小
比面大
反应速度快
三、特点:
缝大
比面小
反应速度小
3.1.2酸-岩反应
碳酸盐岩储层酸化常用盐酸(hydrochloricacid)。
盐酸与碳酸盐岩反应都生成二氧化碳,水及钙盐或镁盐,其典型反应为
2HCl+CaCO3CaCl2+H2O+CO2↑(5)
4HCl+CaMg(CO3)2CaCl2+MgCl2+2CO2↑+2H2O(6)
从反应式中可看出反应的化学当量。
例如,式(5)表明两摩尔盐酸(HCl)与一摩尔碳酸钙(CaCO3)反应,生成一摩尔氯化钙(CaCl2),一摩尔水(H2O)及一摩尔二氧化碳(CO2)。
与反应物摩尔相乘之数被称之为化学当量系数。
考虑反应式中各种组分的分子量如下表,便可算出溶解一定量碳酸盐岩所需的酸量、反应生成物的数量以及其它化学当量数据。
下表计算1m3盐酸所溶解的碳酸盐岩量以及生成物的量。
不同浓度盐酸与碳酸钙和碳酸钙镁作用情况
反应物和生成物
HC1
kg
石灰岩,kg
白云岩,kg
CaCO3
CaC12
CO2
H2O
CaMg(CO3)2
CaC12
MgC12
H2O
CO2
分子量
36.5
100
111
44
18
184.3
111
95.3
18
44
15%HC1
28%HC1
161
220
245
97
40
203.2
122.4
105.1
353
97
319
437
485
192
79
402.7
242.5
208.2
79
192.3
3.1.3酸化工艺
1)基质酸化工艺
基质酸化也称为常规酸化或解堵酸化,如前所述,其基本特征是在施工压力小于储层岩石破裂压力的条件下,将酸液注入储层。
碳酸盐岩基质酸化的重要特征是酸蚀蚓孔的形成和微裂缝的扩大,其增产机理与蚓孔密切相关。
2)酸压工艺
控制酸压效果的主要参数是酸蚀裂缝导流能力和酸蚀缝长。
影响酸蚀缝长的最大障碍有:
一是酸蚀缝长因酸液快速反应而受到限制,其次是酸压流体的滤失影响酸压效果。
另外,为产生适足的导流能力,酸必须与裂缝面反应并溶解足够的储层矿物量。
因此,为了获得好的酸压效果,提高裂缝导流能力和酸蚀缝长从降低酸压过程中酸液滤失、降低酸-岩反应速度、提高酸蚀裂缝导流能力等几个方面入手。
酸压过程中酸液的滤失问题通常考虑从滤失添加剂和工艺两方面着手;降低酸-岩反应速率也可以缓速剂的使用及工艺上来进行;加入缓速剂,使用胶凝酸、乳化酸、泡沫酸和有机酸并结合有效的酸化工艺可起到较好的缓速效果;提高裂缝导流能力可从选择酸液类型和酸化工艺着手,其原则是有效溶蚀和非均匀刻蚀。
压裂酸化工艺以能否实现滤失控制,延缓酸-岩反应速度形成长的酸蚀裂缝和非均匀刻蚀划分为普通酸压和深度酸压及特殊酸压工艺。
(1)普通酸压工艺普通酸压工艺指以常规酸液直接压开储层的酸化工艺。
酸液既是压开储层裂缝的流体,又是与储层反应的流体,由于酸液滤失控制差,反应速度较快,有效作用距离短,只能对近井地带裂缝系统的改造。
一般选用于储层污染比较严重、堵塞范围较大,而基质酸化工艺不能实现解堵目标时选用该工艺。
(2)深度酸压工艺以获得较长的酸蚀裂缝为目的而采用的不同于普通酸压工艺的酸压工艺称为深度酸压工艺。
a.前置液酸压工艺
前置液酸压工艺是先向储层注入高粘非反应性前置压裂液,压开储层形成裂缝,然后注入酸液对裂缝进行溶蚀,从而获得较高导流能力,使油气井增产。
前置液的主要作用表现为:
压裂造缝;降低裂缝表面温度;降低裂缝壁面滤失。
这些作用能够减缓酸-岩反应速度,增加酸液的有效作用距离。
前置液的表观粘度比酸液高几十倍到几百倍,当酸液进入充满高粘前置液的裂缝时,由于两种液体的粘度差异,粘度很小的酸液在前置液中形成指进现象,减小了酸液与裂缝壁面的接触面积,这增强酸液非均匀刻蚀裂缝的条件。
前置液酸压工艺可采用多种酸液类型搭配,除了前置液与常规盐酸搭配使用外,前置液还可与胶凝酸、乳化酸或泡沫酸进行搭配应用。
上述搭配有各自的特点和应用范围,现场应用中可根据储层和井的情况进行选择。
b.缓速酸类酸压工艺
缓速酸酸压技术在工艺特点上与普通酸压技术相同,不同之处在于其采用的酸液是胶凝酸、乳化酸、化学缓速酸或泡沫酸等缓速酸,通过缓速酸的缓速性能达到酸液深穿透的目的。
不同缓速酸的特点参见酸液类型部分。
c.多级交替注入酸压工艺
Coulter&Crowe等人(1976)提出前置液与酸液交替注入的一种酸压工艺,类似前置液酸压工艺,但其降滤失性及对储层的不均匀刻蚀程度优于前置液酸压。
80年代中期后开始得到较为广泛的应用,90年代成为实现深度酸压的主流技术。
它适用于滤失系数较大的储层,对储层压力小,岩性均一的地层。
如果能有好的返排技术,可取得较好的效果。
为获得理想的酸液有效作用距离,有时交替次数多达8次。
这一工艺在中、低渗孔隙性及裂缝不太发育储层,或滤失性大,重复压裂储层均有较好成效。
美国在棉花谷低渗白云岩储层、卡顿伍注湾油田曾在大型重复酸压中采用了该项技术,油藏模拟表明有效酸蚀裂缝长度达到91-244m,增产效果显著。
国内在长庆气田、塔河油田、塔里木轮南油田、普光气田和川东等气田等增产改造中取得了显著效果。
(3)特殊酸压工艺
针对某些特殊类型储层或为实现特定要求,提出了一些不同于上述酸压工艺、具有独特理论及工艺特点的一些特殊酸压工艺,如闭合酸压、平衡酸压、变粘酸酸压及不同酸化技术的复合工艺。
限于篇幅,在此简要介绍目前应用较多的闭合酸压工艺。
某些油气层用上述酸压工艺不能创造出满意的必需的流动通道和高导流能力,这类储层主要特征如下:
a. 酸裂缝面溶解不均一,不能产生明显的流道,也不能获得必需的裂缝导流能力;
b. 油层被酸不均匀刻蚀后,产生了理想的沟槽,但由于油层太软(如Chalk地层)或是因为大量的酸滤失使整个裂缝面软化,刻蚀的流道在裂缝闭合时被压碎;
c. 高泵注排量下,酸与裂缝面的反应时间不足,酸岩反应不彻底,难于实现为获得适当裂缝导流能力所必需的非均匀刻蚀。
为克服这些困难,获得高的酸蚀裂缝导流能力,提出了闭合酸压工艺,工艺原理是在实施酸压处理的地层或已处理的地层中的闭合或部分闭合的裂缝中注入酸液,其特点是井底注入压力大于闭合压力,而又小于破裂压力。
其优点是注入速度低、排量小、窄缝易形成湍流,有助于提高由于大面积刻蚀后因闭合应力而损失的导流能力,裂缝即可是水力压裂的裂缝,也可是地层本身存在的裂缝。
3.1.4酸化的影响因素
3.2砂岩储层酸化工艺
砂岩储层酸处理一般采用盐酸与氢氟酸(hydrofluoricacid)的混合酸(常称为土酸,mudacid),其它许多酸类如氟硼酸(fluoboricacid)以及许多地下生成土酸,其中起作用的主体酸都是盐酸和氢氟酸
3.2.1砂岩结构
3.2.2酸-岩反应
氢氟酸与基质中的硅质或碳酸盐岩的反应比较简单,但与粘土或长石之类的硅酸盐反应则很复杂。
这是因为砂岩矿物复杂,呈三维晶体,无法用单一的化学当量形式来表示。
砂岩酸化中的主要化学反应列于下表中,表中各式描述了氢氟酸和石英,硅酸盐矿物及方解石作用的化学当量。
这些反应式中,由于粘土成分复杂,因储层不同而异,以氢氟酸与硅酸钠的反应代表了砂岩基质硅酸盐的反应。
砂岩酸化过程中氢氟酸与矿物主要化学反应
石英
4HF+SiO2SiF4+2H2O
4HF+SiF4H2SiF6
钠长石
NaAlSi3O8+14HF+2H+Na++AlF2++3SiF4+8H2O
正长石(钾长石)
KAlSi3O8+14HF+2H+K++AlF2++3SiF4+8H2O
高岭石
AlSi4O10(OH)8+24HF+4H+4AlF2++4SiF4+18H2O
蒙脱石
AlSi8O20(OH)4+40HF+4H+4AlF2++8SiF4+24H2O
方解石
CaCO3+2HFCaF2+H2O+CO2
二次反应
SiF4+2NaFNa2SiF6
同碳酸盐岩一样,从这些反应式便可算出氢氟酸的溶解力,。
由于盐酸与砂粒及粘土矿物无明显反应,故未纳入计算
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- 酸化