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1、采油工程方案设计讲,1,采油工程方案设计,陈 德 春,2005年11月,采油工程方案设计讲,2,第九章 酸处理技术,主要内容：,9.1 碳酸盐岩地层盐酸处理,9.2 酸化压裂技术,9.3 砂岩油气层的土酸处理,9.4 酸液及添加剂,9.5 酸处理工艺,采油工程方案设计讲,3,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 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
2、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。,第九章 酸处理技术,采油工程方案设计讲,4,9.1 碳酸盐岩地层的盐酸处理,碳酸盐岩地层主要成分：方解石和白云石,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。,9.1.1 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
3、。,采油工程方案设计讲,5,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。,9.1 碳酸盐岩地层的盐酸处理,采油工程方案设计讲,6,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。,9.1 碳酸盐岩地层
4、的盐酸处理,采油工程方案设计讲,7,扩散边界层的浓度分布,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。,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,9.1 碳酸盐岩地层的盐酸处理,H+透过边界层达到岩面的速度,采油工程方案设计讲,8,9.1.2 影响酸岩反应速度的因素,(1)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：,9.1 碳酸盐岩地层的盐酸处理,采油工程方案设计讲,9,9.1 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, 面容比,面容比越大，反应速度也越快
5、, 酸液的流速,酸液流动速度增加，反应速度加快, 酸液的类型,强酸反应速度快，弱酸反应速度慢,采油工程方案设计讲,10, 盐酸的质量分数,盐酸质量分数对反应速度影响,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,9.1 碳酸盐岩地层的盐酸处理,盐酸浓度增加，反应速度增加,盐酸浓度增加，反应速度反而降低,采油工程方案设计讲,11, 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,温度对反应速度的影响, 压力,压力增加，反应速度减慢,压力对反应速度的影响, 其它因素,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
6、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。,9.1 碳酸盐岩地层的盐酸处理,采油工程方案设计讲,12,酸化压裂：,用酸液作为压裂液，不加支撑剂的压裂。,9.2 酸化压裂技术,采油工程方案设计讲,13,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,9.2 酸化压裂技术,采油工程方案设计讲,14,9.2.1 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。,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：,
7、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。,9.2 酸化压裂技术,采油工程方案设计讲,15,(1)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,9.2 酸化压裂技术,采油工程方案设计讲,16,(2)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+,9.2 酸化压裂技术,采油工程方案设计讲,17,（3）酸液在裂缝中流动反应的偏微分方程,对流扩散偏微分方程：,
8、9.2 酸化压裂技术,采油工程方案设计讲,18,（4）酸浓度分布规律及计算图的应用,边界条件,酸沿平板流动反应俯视示意图,9.2 酸化压裂技术,采油工程方案设计讲,19,有滤失情况下酸液有效作用距离计算图,9.2 酸化压裂技术,采油工程方案设计讲,20,图版应用方法：,9.2 酸化压裂技术,采油工程方案设计讲,21,破裂地层后某一时间时活性酸有效作用距离的步骤：,9.2 酸化压裂技术,采油工程方案设计讲,22,(5)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,9.2 酸化压裂技术,采油工程方案设计讲,23,简化偏微分方程的解,用分离变量法和傅
9、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,9.2 酸化压裂技术,采油工程方案设计讲,24,(4)有效传质系数曲线图,有效传质系数与雷诺数关系曲线图,9.2 酸化压裂技术,采油工程方案设计讲,25,增加酸液有效作用距离的方法或措施：,矿场措施：,9.2 酸化压裂技术,采油工程方案设计讲,26,9.2.2 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。,酸液指进示意图,9.2 酸化压裂技术,采油工程方案设计讲,27,前置液酸压设计步骤：,(1)计算裂缝几何尺寸,(2)计算缝中酸液温度,(3)计算酸液有
10、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。,9.2 酸化压裂技术,采油工程方案设计讲,28,9.3 砂岩油气层的土酸处理,石英和长石,硅酸盐类(如粘土)和碳酸盐类物质,砂岩油气层的酸处理,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，或其它酸溶性堵塞物以恢复、提高井底附近地层的渗透率。,采油工程方案设计讲,29,9.3.1 酸化原理,(1)氢氟酸与硅酸盐类
11、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。,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Ca2+、Na+、K+、NH4+等离子相结合，生成的CaSiF6、(NH4)2SiF6易溶于水，而Na2SiF6及K2SiF6均为不溶物质，会堵塞地层。,9.3 砂岩油气层的土酸处理,采油工程方案设计讲,30,(3)氢氟酸与砂岩中各种成分的反应速度各不相同,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
12、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。,9.3 砂岩油气层的土酸处理,氢氟酸: 碳酸盐 硅酸盐(粘土) 石英,采油工程方案设计讲,31,9.3.2 土酸处理设计,1015的HCl及38的HF混合成的土酸,泥质含量较高:氢氟酸浓度取上限，盐酸浓度取下限,碳酸盐含量较高:盐酸浓度取上限，氢氟酸浓度取下限,逆土酸：氢氟酸浓度超过盐酸浓度(如6HF+3HCl)。,9.3 砂岩油气层的土酸处理,采油工程方案设计讲,32,（1）土酸酸化设计步骤,前置液(预冲洗液）,酸 化 液,替置液(后冲洗液),避免地层水与HF接触；防止HF与碳酸盐反应生成沉淀；以提高HF的酸化效果。
13、,根据损害半径来确定。,用经验方法确定,将正规处理酸液驱离井筒半径1215倍以外。,9.3 砂岩油气层的土酸处理,采油工程方案设计讲,33,（2）提高土酸处理效果的方法,9.3 砂岩油气层的土酸处理,采油工程方案设计讲,34,9.3 砂岩油气层的土酸处理,采油工程方案设计讲,35,9.4 酸液及添加剂,9.4.1 常用酸液种类及性能,(1)盐酸,采油工程方案设计讲,36,9.4 酸液及添加剂,采油工程方案设计讲,37,(2)甲酸和乙酸,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。,9.4 酸液及添加剂,(3)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
14、用，可以得到较大的有效酸化处理范围。,采油工程方案设计讲,38,(4)乳化酸,乳化酸即为油包酸型乳状液，其外相为原油。,9.4 酸液及添加剂,采油工程方案设计讲,39,(5)稠化酸,指在盐酸中加入增稠剂(或称胶凝剂)，使酸液粘度增加。,9.4 酸液及添加剂,采油工程方案设计讲,40,(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。,(7)土酸,9.4 酸液及添加剂,采油工程方案设计讲,41,9.4.2 酸液添加剂,(1)缓蚀剂,(2)表面活性剂,主要作用：,可以降低酸液的表面张力；,减少注酸和排出残酸时的毛细管阻力；,防止在地层中形成油水乳状物,便于残酸的排出。,9.4 酸液
15、及添加剂,采油工程方案设计讲,42,(3)稳定剂,(4)增粘剂和减阻剂,(5)暂时堵塞剂,9.4 酸液及添加剂,采油工程方案设计讲,43,9.5 酸处理工艺,酸处理效果影响因素：,(1)井层选择、 (2)酸化技术选择、 (3)酸化工艺参数选择 (4)施工质量等。,采油工程方案设计讲,44,9.5 酸处理工艺,9.5.1 酸处理井层的选择,采油工程方案设计讲,45,9.5.2 酸处理方式,常规酸化(又称孔隙酸化)与酸压,(1) 常规酸化：,在低于地层破裂压力、不压开裂缝的情况下，把酸液挤入地层的一种酸处理方式。,(2) 酸 压：,在高于地层破裂下进行的一种酸化作业工艺。,一般应用于碳酸盐岩地层，其核心问题是提高酸液的有效作用距离和裂缝的导流能力。,9.5 酸处理工艺,采油工程方案设计讲,46,9.5.3 酸处理井的排液,人工排液法：,以降低液柱高度或密度的抽汲、气举法,以助喷为主的增注液体二氧化碳或液氮法,(END),9.5 酸处理工艺,
