油水井酸化作业监督基础

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1、酸化酸压工艺基础CHIU SHAO AN华北油田公司井筒工程技术组酸化酸压措施作业监督基础第一节 酸化作用机理第二节 酸液及添加剂第三节 酸液的选择第四节 常用酸液体系第五节 酸化工艺技术第六节 酸液体系性能评价第七节 酸化施工设计与效果评价第八节 酸化现场施工与监督第一节 酸化作用机理酸化是油气井增产、水井增注的主要手段之一，用酸液可以解除油水井井底附近的污染，清除孔隙或裂缝中的堵塞物质，或者沟通、扩大地层原有孔隙或裂缝，提高地层渗透率，从而实现增产增注。一、砂岩酸化作用机理砂岩地层由砂粒和粒间胶结物组成，砂粒主要成分是石英 、长石，胶结物主要成分是粘土、碳酸盐矿物。成 分矿 物化学分子式成

2、 分矿 物化学分子式 石 英SiO2碳酸盐方解石CaCO3 长 石正长石Si3AlO8K白云石CaMg(CO3)2钠长石Si3AlO8Na铁白云石Ca(Fe,Mg)(CO3)2 斜长石Si2-3Al1-2O8(Na,Ca)菱铁矿FeCO3 粘 土高岭石Al4(Si4O10)(OH)8云 母黑云母(AlSi3O10)K(Mg,Fe)3(OH)2 伊利石Si4-xAlxO10(OH)2KxAl2白云母(AlSi3O10)KAl2(OH)2 蒙脱石(1/2Ca,Na)0.7(Al,Mg,Fe)4(Si, Al)3O20(OH)4nH2O绿泥石(AlSi3O10)Mg5(Al,Fe)(OH)8硫酸盐石

3、 膏CaSO42H2O其 它盐NaCl 硬石膏CaSO4氧化铁FeO,Fe2O3,Fe3O4砂岩储层渗透率降低，往往是地层污染、堵塞造成的：钻井、作业过程中泥浆压井液进入地层造成的污染；层内粘土微粒在采油、注水过程中随液流移动对地层孔隙造成的堵塞；由于地层压力、温度变化造成的地层结垢；铁、钙等的化学沉淀造成的堵塞等。因此，砂岩酸化一般采用盐酸与氢氟酸的混合酸(土酸)，或其它能够生成氢氟酸的酸液：盐酸先同碳酸盐矿物、铁质反应，溶解碳酸盐和铁质；然后氢氟酸再与石英、粘土矿物反应，提高地层渗透率。盐酸与碳酸盐矿物反应：CaCO3+2HCl CaCl2+CO2 +H2OCaMg(CO3)2+4HCl

4、CaCl2+ MgCl2 +2CO2 +2H2O盐酸与铁质矿物反应：Fe2O3+6HCl 2FeCl3+3H2OFeS+2HCl FeCl2+H2S如果土酸中的盐酸量不够，不能完全溶解地层中的碳酸 盐矿物，则氢氟酸将与碳酸盐矿物反应，生成CaF2沉淀，堵 塞孔道。CaCO3+2HF CaF2 +H2O+CO2CaMg(CO3)2+4HF CaF2 + MgF2 +2H2O+2CO2氢氟酸与石英、粘土矿物反应：SiO2+4HF SiF4+2H2OSiF4+2HF H2SiF6Si3AlO8Na+22HF NaF+AlF3+3H2SiF6+8H2OAl4(Si4O10)(OH)8+36HF 4H2

5、SiF6+4AlF3+18H2O二、碳酸盐岩酸化作用机理杂质100%12345678950%50%100%白云石90%50%90% 100%方解石1、非碳酸盐岩2、不纯白云岩3、不纯灰质白云岩4、不纯白云质灰岩5、不纯石灰岩6、白云岩7、灰质白云岩8、白云质灰岩9、石灰岩盐酸与方解石、白云岩反应：CaCO3+2HCl CaCl2+CO2 +H2OCaMg(CO3)2+4HCl CaCl2+MgCl2+CO2 +2H2O甲酸(蚁酸)与方解石、白云岩反应：CaCO3+2HCOOH Ca(COOH)2+CO2 +H2OCaMg(CO3)2+4COOH Ca(COOH)2+Mg(COOH)+2CO2

6、+2H2O乙酸(醋酸)与方解石、白云岩反应：CaCO3+2H(CH2COOH) Ca(CH2COOH)2+CO2 +H2OCaMg(CO3)2+ 4H(CH2COOH) Ca(CH2COOH)2+ Mg(CH2COOH)2 +2CO2 +2H2O 三、酸化工艺方式v酸 洗：也称表皮解堵酸化，主要用于砂岩、碳酸盐岩油水井的表皮解堵及疏通射孔孔眼。v基质酸化：也称常规酸化，是在低于储层岩石破裂压力下将酸液挤入储层孔隙空间，使酸液沿径向渗入地层而溶解地层孔空间的颗粒以及其它堵塞物，扩大孔隙空间而恢复或提地层渗透率。主要用于解除钻井、完井、大修等入井流及沉积物在近井地带的伤害，该方式中酸液与岩石接触积

7、较大，酸岩反应时间很短，处理范围一般在1m左右，对严重堵塞井的处理效果较好。v酸化压裂：也称酸压，压开裂缝后注入酸液，以沟通井筒附近高渗带或其它裂缝系统、清除井壁附近污染、增大油气向井流通面积、改善油气井流动方式和增大井眼附近渗流力。主要用于碳酸盐岩油、气井储层改造。四、酸液溶解能力溶解能力：单位体积酸液与岩石中某种矿物完全反应所能溶 解的体积，称为该种酸液对该矿物的溶解能力X。溶解能力系数：即单位质量纯酸反应完毕后所能溶解的矿物 质量，不同浓度酸液的溶解能力系数等于酸液的质量百分浓 度与100之积。反应矿物酸液酸液浓度(%)5101530方解石盐酸0.0260.0530.0820.175甲酸

8、0.0200.0410.0620.129乙酸0.0160.0310.0470.096白云石盐酸0.0230.0460.0710.152甲酸0.0180.0360.0540.112乙酸0.0140.0270.0410.083常用酸对碳酸盐的溶解能力(m3/m3)土酸对砂岩矿物的溶解能力(m3/m3)酸液质量百分浓度，%溶解能力， (m3/m3)HFHClNa2SiO4SiO22.112.90.0170.0073.012.00.0240.0104.210.80.0330.0146.09.00.0470.020五、酸岩反应速度及其影响因素酸岩反应是在固液两相( 酸液与岩石)间的界面上 进行的复相反应

9、。表面反应控制H+传质控制1、温度的影响无论是由表面反应控制的还是由传质控制的酸岩反应，温度 升高都会导致系统反应速度加快。2、压力的影响低压下，压力对酸岩反应速度影响很大，随着压力升高，这 影响将减弱，当压力升高到5.0-6.0MPa后，压力的影响很小。3、岩石类型的影响如低温下酸液与石灰岩要比白云岩反应速度快。4、面容比的影响面容比越大，酸岩反应越快，因此常规酸化酸液有效作用距 离只有几十厘米，而酸压时活性酸深入地层的距离可以达到几 十米。5、酸液类型与酸液浓度的影响不同类型酸液的离解度相差很大，而酸岩复相反应速度与 溶液内部H+浓度呈正比，采用强酸反应速度更快。6、流速的影响酸岩反应速度

10、随酸液流速增大而加快，尤其处于紊流状态时更为明显。但反应速度增加的倍比小于酸液流速增加的倍比 ，酸液来不及完全反应就已流入地层深处，因此，提高注酸排 量可以增加活性酸深入地层的距离。7、同离子效应的影响溶液中生成物浓度增加将抑制酸液正反应、减缓生成物扩 散、增大H+传质阻力，因此，同离子效应减小酸岩反应速度。六、酸液有效作用距离酸液在渗流孔道或裂缝中流动，与壁面岩石发生化学反应，当酸液浓度降低到某一数值(通常为鲜酸浓度的10%)时，称为残酸。鲜酸变为残酸之前所流过的距离，称为酸液有效作用距离。酸岩反应速度的快慢，决定了酸液有效作用距离的大小，反应速度越快，有效作用距离越短。第二节 酸液及添加剂

11、一、常用酸液类型二、常用酸液添加剂一、常用酸液类型1、盐酸2、氢氟酸3、土酸4、自生土酸5、有机酸6、磷酸7、氟硼酸8、多组分酸1、盐酸品质氯化氢含 量铁含量硫酸含量砷含量指标，%310.010.070.00002盐酸的工业标准用工业盐酸配制酸液的计算公式：式中 QS 工业盐酸用量，kg;V 酸液用量，m3； 酸液相对密度；CS 酸液中盐酸浓度，%（质量分数）；Ci 工业盐酸质量浓度，%（一般为31%）盐酸质量百分浓度=(相对密度-1) 2100%2、氢氟酸 品质氢氟酸 含量铁 含量硫酸 含量砷含 量指标，(质量分数) %400.010.022氢氟酸的工业标准氢氟酸浓度与相对密度关系HF%相对

12、密度HF%相对密度HF%相对密度HF%相对密度21.005161.057301.102441.13941.012181.064321.107461.14461.021201.070341.114481.15081.028221.077361.118501.155101.036241.084381.123121.043261.090401.128141.050281.096421.1343、土酸土酸为氢氟酸和盐酸的混合物，一般组成为： 36%HF+1015%HCL氢氟酸与砂岩反应溶解泥质和二氧化硅。盐酸与碳酸岩反应，先把大部分碳酸岩溶解掉，防止CaF2等生成沉淀物，从而充分利用土酸对粘土、石英和

13、长石等的溶蚀作用。若地层中碳酸盐胶结物较多，可适当提高盐酸浓度。氢氟酸 浓度 %盐酸浓度，%3456789101112相对密度31.0231.0281.0331.0381.0421.0471.0521.0571.0621.06641.0271.0311.0361.0411.0461.0511.0551.0601.0651.07051.0301.0351.0401.0451.0501.0541.0591.0641.0691.07461.0341.0391.0431.0481.0531.0581.0631.0681.0721.07771.0371.0421.0471.0521.0561.0611.

14、0671.0721.0771.08281.0411.0461.0511.0551.0601.0651.0701.0751.0801.08491.0441.0491.0541.0591.0641.0691.0741.0791.0841.089101.0481.0531.0581.0631.0681.0731.0771.0821.0871.092盐酸与氢氟酸配制后的相对密度5、有机酸（甲酸和乙酸）甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）为弱离子型，慢反应的有机酸。主要用于高温油井（高于120 ）或者希望延长反应时间的井。矿场应用的醋酸溶液常稀释到15%或更低。6、磷酸磷酸电离度底，缓速效果明显，

15、适用于钙质含量高的 砂岩或石灰岩储集层。7、氟硼酸当氟硼酸注入地层后发生水解反应，生成氢氟酸，从而达到酸化目的。氟硼酸在水中的水解是分步进行的，第一步水解最 慢，决定了整个水解过程。 HBF4 + H2O HBF3OH + HFHBF3OH + H2O HBF2(OH)2 + HFHBF2(OH)2 + H2O - HBF(OH)3 + HFHBF(OH)3 + H2O H2BOB(OH)3 + HF氟硼酸主要用于砂岩地层深部酸化，具体特点如下：（1）水解反应速度主要受HBF4 浓度、溶液酸度和温度控制。（2）可以防止粘土及其他颗粒运移，降低阳离子交换容量，减 小粘土水敏性。 （3）氟硼酸对地层岩石伤害极小。（4）氟硼酸可作为前置液或后置液与土酸联合使用。 8、多组分酸(1)盐酸-有机酸利用盐酸溶蚀能力强的特点获得较高的酸蚀裂缝导流能力，又利用有机酸的低腐蚀性，主要用于高温地层酸处理。 由于酸岩反应速度主要取决于H+ 浓度，只有盐酸耗尽后有机酸才电离而溶蚀岩石。混合酸的反应时间近似为两种酸的 反应时间之和。(2)有机土酸有机土酸（一般为9%的甲酸）取代12%的盐酸，与3% 氢氟酸混合而成，特别适用于高温井（93150），可以降低管线腐