酸化施工质量控制要点.pptx
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1、一、酸化机理二、酸液及添加剂三、酸化工艺四、酸化设计五、酸化施工过程一、酸化机理酸化是油气井增产或注水井增注的重要措施,在油田生产中发挥了巨大作用,它是利用酸液的化学溶蚀作用及向地层挤酸时的水作用,解除油层堵塞,扩大和连通油层孔缝,恢复和提高油层近井地带的渗透率,从而增加油气井产量和注水井的注入量。u常规酸化:当注酸压力小于油气层破裂压力,主要利用酸液的化学溶蚀作用,扩大与酸液接触的岩石的孔、缝、洞。u压裂酸化或酸压:如用水力先将地层压开裂缝,然后再注酸或注酸时的压力超过地层的破裂压力都能起到压裂酸化的双重作用。1、酸化工艺及酸液类型、酸化工艺及酸液类型2、油井产量下降的原因、油井产量下降的原
2、因砂岩储层渗透率降低,往往是地层污染、堵塞造成的:u钻井、作业过程中泥浆压井液进入地层造成的污染;钻井、作业过程中泥浆压井液进入地层造成的污染;u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;成的堵塞;u由于地层压力、温度变化造成的地层结垢;由于地层压力、温度变化造成的地层结垢;u铁、钙等的化学沉淀造成的堵塞等。铁、钙等的化学沉淀造成的堵塞等。一、酸化机理3、砂岩酸岩反应、砂岩酸岩反应机理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 分矿 物化学分子式
3、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 膏CaSO42H2O其 它盐Na
4、Cl硬石膏CaSO4氧化铁FeO,Fe2O3,Fe3O4一、酸化机理盐酸与碳酸盐矿物反应:盐酸与碳酸盐矿物反应:盐酸与铁质矿物反应盐酸与铁质矿物反应方解石白云石菱铁矿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;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。然后氢氟酸再与石英、粘土矿物反应,提高地层渗透率。一、酸化机理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,生成氢氟酸
5、将与碳酸盐矿物反应,生成CaF2沉淀,堵塞孔道。沉淀,堵塞孔道。氢氟酸与石英、粘土矿物反应:氢氟酸与石英、粘土矿物反应:石英钠长石沉淀沉淀沉淀沉淀沉淀沉淀一、酸化机理4、基质酸化增产原理、基质酸化增产原理低于地层破裂压力下注酸,使酸液尽可能沿径向流动,溶解岩石或外来固相颗粒,增加近井地带的渗透率 。p酸液与岩石发生化学反应,部分溶解岩石、矿物,生酸液与岩石发生化学反应,部分溶解岩石、矿物,生成可溶性的盐和气体,增大孔隙体积。成可溶性的盐和气体,增大孔隙体积。p溶蚀孔壁或缝壁溶蚀孔壁或缝壁,增大孔隙体积,扩大裂缝宽度,改增大孔隙体积,扩大裂缝宽度,改善流体渗流条件。善流体渗流条件。p酸液溶蚀孔道
6、或裂缝中的酸液溶蚀孔道或裂缝中的堵塞物堵塞物,或破坏堵塞物的结,或破坏堵塞物的结构使之解体,然后随残酸液一起排出地层,起到疏通流道构使之解体,然后随残酸液一起排出地层,起到疏通流道的作用,恢复地层原始渗透能力。的作用,恢复地层原始渗透能力。一、酸化机理MuskatMuskat 理论计算公式理论计算公式:sekwswekosrrFrrrrFJJlogloglog其中:其中:Jo-无污染地层的产能无污染地层的产能 Js-酸化处理后的产能酸化处理后的产能 Fk-污染地层和原始渗透率的比值,污染地层和原始渗透率的比值,Fk=ks/ko k-地层原始渗透率,地层原始渗透率,10-3 m2 ks-污染带等
7、效渗透率,污染带等效渗透率,10-3 m2 re-泄油半径,泄油半径,m rs-污染带半径,污染带半径,mrers,kskoPdPerw污染程度、污染半径对增产倍比的影响00.20.40.60.81051015202530rs=0.20mrs=0.5mrs=1.0m增产倍比Fkrw=0.12m,re=250m封闭油藏污染井示意图一、酸化机理计算结果表明:污染地层:在污染半径一定时,污染程度由轻到重,在酸化解除污染后,所获得的增产倍比值也在逐渐增大。这说明基质酸化对存在污染的井是极有效的。无污染地层:进行基质酸化处理,效果不大。 一、酸化机理5、酸压增产原理、酸压增产原理 酸压是在高于地层破裂压
8、力下,将酸液挤入地层,形成裂缝并与裂缝壁面反应,非均匀刻蚀岩石形成凹凸不平或沟槽状刻蚀缝。p酸溶蚀压开的人工裂缝,形成大大高于地层原始渗透酸溶蚀压开的人工裂缝,形成大大高于地层原始渗透率的酸蚀裂缝,提高油气渗流能力。率的酸蚀裂缝,提高油气渗流能力。p酸蚀裂缝沟通高渗透裂缝带,扩大泄流面积。酸蚀裂缝沟通高渗透裂缝带,扩大泄流面积。 p酸液进入裂缝壁面孔隙或裂隙与岩石发生反应,溶蚀酸液进入裂缝壁面孔隙或裂隙与岩石发生反应,溶蚀孔壁或微缝壁,改善流体向裂缝渗流条件。孔壁或微缝壁,改善流体向裂缝渗流条件。p酸液溶蚀孔道或裂缝中的堵塞物,或破坏堵塞物的结酸液溶蚀孔道或裂缝中的堵塞物,或破坏堵塞物的结构使
9、之解体,疏通流道,恢复地层原始渗透能力。构使之解体,疏通流道,恢复地层原始渗透能力。一、酸化机理6、影响酸岩反应速度因素、影响酸岩反应速度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。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。u温度的影响:温度的影响: 温度升高温度升高 酸岩反应速度加快。酸岩反应速度加快。u压力的影响:压力的影响: 低压下,压力对酸岩反应速度低压下,压力对酸岩反应速度影响很大,压力升高,影响减弱,压力升高到影响很大,压力升高,影响减弱,压力升高到5.0-5.0-6.0MPa6.0MPa后,压力影响很小。后,压力影响很小。u岩石类型的影响:岩
10、石类型的影响:低温下酸液与石灰岩要比白低温下酸液与石灰岩要比白云岩反应速度快。云岩反应速度快。u面容比的影响:面容比的影响:面容比越大,酸岩反应越快,面容比越大,酸岩反应越快,常规酸化酸液有效作用距离只有几十厘米,酸压活常规酸化酸液有效作用距离只有几十厘米,酸压活性酸深入地层的距离可以达到几十米。性酸深入地层的距离可以达到几十米。一、酸化机理u 酸液类型与酸液浓度的影响: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大,而酸岩复相反应速度与溶液内部H+H+浓度呈正比,采用强酸反浓度呈正比,采用强酸反应速度更快。应速度更快。u 流速
11、的影响:流速的影响:酸岩反应速度随酸液流速增大而加快,尤其处酸岩反应速度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。注酸排量可以增加活性酸深入地层的距离。u 同离子效应的影响:同离子效应的影响: 溶液中生成物浓度增加将抑制酸液正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、增大反应、减缓生成物扩散、增大H+H+传质阻力,因此,同离子效应减传质阻
12、力,因此,同离子效应减小酸岩反应速度。小酸岩反应速度。 酸岩反应速度的快慢,决定了酸液有效作用距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。离的大小,反应速度越快,有效作用距离越短。一、酸化机理二、酸液及添加剂酸处理所用的酸液是由主酸液和适当的添加剂组成。酸化时必须针对施工井层具体情况选择适当的主酸液和添加剂。1、酸液选择原则、酸液选择原则u能与油气层岩石反应并生产易溶的产物;能与油气层岩石反应并生产易溶的产物;u加入化学添加剂后,配制成的酸液化学和物理性质能够满足加入化学添加剂后,配制成的酸液化学和物理性质能够满足施工要求。施工要求。u同地层矿物、流体配
13、伍同地层矿物、流体配伍u施工安全、方便施工安全、方便 酸液选择的原则很简单,即酸液必须有效消除伤害酸液选择的原则很简单,即酸液必须有效消除伤害(包括二次伤害)且能增加渗透率。(包括二次伤害)且能增加渗透率。酸化沉淀物伤害主要取决于:酸化沉淀物伤害主要取决于:(1)化学因素:沉淀物在后置液及油层天然流体中的溶解化学因素:沉淀物在后置液及油层天然流体中的溶解 度。度。(2)结晶因素:沉淀物为非晶质还是晶质。结晶因素:沉淀物为非晶质还是晶质。(3)形态因素:关系到可以移动晶粒(从溶液中检出沉淀在孔形态因素:关系到可以移动晶粒(从溶液中检出沉淀在孔 隙空间)的形式。隙空间)的形式。(4)浓度因素:是否
14、高得足以引起孔隙系统堵塞。浓度因素:是否高得足以引起孔隙系统堵塞。(5)油层因素:伤害与渗透率、孔隙大小和空隙形态等岩石特油层因素:伤害与渗透率、孔隙大小和空隙形态等岩石特 征有关。征有关。二、酸液及添加剂条 件酸 液 配 方HCl溶解度20%仅使用15%HCl高渗透率地层(10010-3m2)高石英(80%)低粘土(20%)13.5%HCl+(15)%HF高粘土(10%)6.5%HCl+1%HF高铁绿泥石3%HCl+0.5%HF低渗透率地层(1010-3m2)6%HCl+1.5%HF3%HCl+0.5%HF低粘土(150100我国酸化允许腐蚀速度标准我国酸化允许腐蚀速度标准(1)缓蚀剂)缓蚀
15、剂执行标准:执行标准:SY/T5405-1996 酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标 二、酸液及添加剂品名品名一般加量一般加量,%残余表面张力残余表面张力,mN/m备注备注AS2.035-ABS2.030-35-SD1-72.030-PEN-50.15-0.226.9美国哈利伯顿公司产品美国哈利伯顿公司产品品名品名一般加量一般加量,%破乳率破乳率,%备注备注SD-12.090-降低表面和界面张力,防止生成乳状液,加速地层水返排。降低表面和界面张力,防止生成乳状液,加速地层水返排。用于降低表面张力的表面活性剂用于降低表面张力的表面活性剂防破乳用表面活性剂防破乳用
16、表面活性剂(2)表面活性剂)表面活性剂执行标准执行标准 :SY/T5755-1995 压裂酸化用助排剂性能评价方法压裂酸化用助排剂性能评价方法 二、酸液及添加剂品名品名一般加量,一般加量,%使用温度使用温度,%备注备注乙酸乙酸2.060不会生成乙酸钙不会生成乙酸钙柠檬酸柠檬酸2.093过量使用时有柠檬酸钙沉过量使用时有柠檬酸钙沉淀淀SDTA3.793价格贵价格贵DT1-70.5-1.5204四川天然气研究所四川天然气研究所NTA93几乎无沉淀几乎无沉淀L58204美国道威尔公司产品美国道威尔公司产品 防止铁及其他金属盐形成络合离子而沉淀。防止铁及其他金属盐形成络合离子而沉淀。常用铁离子稳定剂性
17、能参数常用铁离子稳定剂性能参数(3)铁离子稳定剂)铁离子稳定剂执行标准执行标准 : SY/T6571-2003 酸化用铁离子稳定剂性能评价方法酸化用铁离子稳定剂性能评价方法 二、酸液及添加剂品名品名一般加量,一般加量,%表面张力表面张力mN/m接触角,(接触角,()生产厂生产厂CF-4A0.224.270.8万庄万庄0.521.460.6CF-5B0.219.861.6万庄万庄0.517.957.4长庆长庆-A10.221.171.7庆阳庆阳0.518.865.8长庆长庆-B10.222.544.8庆阳庆阳0.521.540.4FZ-430.226.450.8昆山昆山0.525.847.2CT
18、5-40.218.671.9四川天然气所四川天然气所0.517.167.8SD2-90.22945四川井下四川井下 借助气体膨胀加速残酸返排,常用借助气体膨胀加速残酸返排,常用N2、醇类和表面活性剂。醇类和表面活性剂。(4)助排剂)助排剂执行标准执行标准 : SY/T5755-1995压裂酸化用助排剂性能评价方法压裂酸化用助排剂性能评价方法 二、酸液及添加剂品名品名一般加量一般加量,%使用条件使用条件KCL0.2HF体系不能用体系不能用NH4CL0.2可用于可用于HF体系体系CT12-1-可用于可用于HF体系体系Clasta0.2-(5)粘土稳定剂)粘土稳定剂 常用酸液粘土稳定剂常用酸液粘土稳
19、定剂执行标准执行标准 : SY/T5762-1995压裂酸化用粘土稳定剂性能测定方法压裂酸化用粘土稳定剂性能测定方法 二、酸液及添加剂品名品名一般加量一般加量,%降阻率降阻率,%(线速度线速度,m/s)FR-2031055(6-7)-63(7.5)SD1-8564(4-7)1085 (4-7)HJZ-6565 (4-7) 降低工作液在井筒流动的沿程摩阻,降低施工压力。降低工作液在井筒流动的沿程摩阻,降低施工压力。常用酸液降阻剂常用酸液降阻剂(6)降阻剂)降阻剂二、酸液及添加剂基质酸化是用以桥堵地层孔隙,酸压时用以桥塞射孔孔基质酸化是用以桥堵地层孔隙,酸压时用以桥塞射孔孔 眼或裂缝入口。如膨胀性
20、聚合物(聚乙烯、聚甲醛、聚丙烯眼或裂缝入口。如膨胀性聚合物(聚乙烯、聚甲醛、聚丙烯酰胺、胍胶)、膨胀性树脂、安息香酸(哈里伯顿公司酰胺、胍胶)、膨胀性树脂、安息香酸(哈里伯顿公司TLC-80、道威尔公司、道威尔公司J-227、西方公司、西方公司Westblock-X、杰、杰克逊公司(克逊公司(BJ)Divert)、石蜡小球、岩盐等。)、石蜡小球、岩盐等。稠化酸体系的主要添加剂。国内主要有稠化酸体系的主要添加剂。国内主要有CT1-6,VY101,SD1-9;此外有哈里伯顿公司的;此外有哈里伯顿公司的SGA-HT;菲利普公司的;菲利普公司的DSGA。(7)暂堵剂)暂堵剂(8)稠化剂)稠化剂二、酸液
21、及添加剂三、酸化工艺酸液体系确定后,必须根酸液体系确定后,必须根据具体的措施井条件,选择适据具体的措施井条件,选择适合的酸化工艺与之相配套。合的酸化工艺与之相配套。按注入方式分常规酸化常规酸化酸压酸压按酸化方式分u合层酸化合层酸化 光油管酸化,光油管酸化, 单上封合层酸化单上封合层酸化u分层酸化分层酸化l 连续上提管柱分层酸化连续上提管柱分层酸化l 不动管柱不动管柱1、酸化工、酸化工艺艺2、酸化配套工、酸化配套工艺艺(1)暂堵工艺)暂堵工艺酸化过程中,向井内投入暂堵剂,暂时封堵高渗透层近井地带,迫使酸液流向低渗透层,达到提高酸化处理范围的目的。暂堵剂在油层返出液可溶物质,随地层流体的排出,被溶
22、解或被带出地层。(2)残酸返排工艺)残酸返排工艺对地层能量较弱的油层,采用气举或液氮助排措施,提高残酸返排率,减少对地层的伤害。三、酸化工艺四、酸化施工设计执行标准执行标准 : SY/T5762-1995压裂酸化用粘土稳定剂性能测定方法压裂酸化用粘土稳定剂性能测定方法 任何一个地区,在任何一个地区,在 酸化施工之前,都必须进行系统储层地质酸化施工之前,都必须进行系统储层地质特征(包括岩性、粘土矿物特征(包括岩性、粘土矿物 成分、敏感性、地层流体性质等)和成分、敏感性、地层流体性质等)和生产动态分析,确定油井生产过程中堵塞原因,并通过垢物成分分生产动态分析,确定油井生产过程中堵塞原因,并通过垢物
23、成分分析,来确定适合的酸液休体系(主酸液和酸液添加剂),才能取得析,来确定适合的酸液休体系(主酸液和酸液添加剂),才能取得较好的酸处理效果。较好的酸处理效果。酸化施工的目的是恢复、提高近井地带渗透率,实现油水井增酸化施工的目的是恢复、提高近井地带渗透率,实现油水井增产增注,施工设计应充分考虑储层流体性质、工作液性质和相互间产增注,施工设计应充分考虑储层流体性质、工作液性质和相互间的物理、化学作用,计算酸化的有效作用范围,对比不同施工方案的物理、化学作用,计算酸化的有效作用范围,对比不同施工方案的经济投入和增产增注效果,以达到最好的效果的经济投入和增产增注效果,以达到最好的效果 、最大的投入产、
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