酸化压裂培训教案

采油五厂工艺研究所油水井增产增注技术采油五厂工艺研究所目录第一部分化学法处理储层技术第二部分物理法处理油层技术第三部分水力压裂技术采油五厂工艺研究所油水井增产增注技术油水井增产增注技术主要是针对由于储层致密、污染堵塞等原因，导致油井低产、注水井欠注的问题，通过应用压裂、化学、物理等方法对储层进行措施改造，从而达到解除储层污染，提高储层渗透性，改善油水井剖面等目的，最终实现油田的长期高产、稳产的综合技术。下面主要介绍油田常用的化学法（酸化）储层处理技术、物理法解堵技术和水力压裂工艺技术。采油五厂工艺研究所化学法处理储层主要是对于油水井近井地带污染或堵塞的问题，通过应用各种化学剂与地层组分及外来物质（污染物）发生化学物理反应，产生溶蚀或消除作用，达到恢复和改善近井地带的渗透性。其中应用最广泛的是酸化技术，在某些情况下也用注入溶剂、热溶剂的办法解决堵塞问题。第一部分化学法处理储层技术采油五厂工艺研究所酸化的目的是解决因污染或堵塞而造成的对油层伤害问题。损害的原因很多，其表现形式主要是流体通过地层天然渗流通道的流动能力受到了限制。按照其损害机理，可以分为五种类型：绝对渗透率损害、相对渗透率变化、粘度效应、速敏效应和应力敏感性。一地层损害类型采油五厂工艺研究所（一）酸液的类型：酸化最初主要是使用盐酸处理，后来又增加了氢氟酸，形成了盐酸和氢氟酸的复配酸（土酸），一直到目前这两种酸仍是油水井酸化处理的基本酸系。二酸化甲酸、醋酸酸的类型无机酸有机酸盐酸、土酸、氟硼酸、和磷酸采油五厂工艺研究所1、缓蚀剂：酸液对金属都有腐蚀作用。缓蚀剂主要作用在于减缓局部的电池腐蚀作用，其机理有三方面：（1）、抑制阴极腐蚀；（2）、抑制阳极腐蚀；（3）、在金属表面形成一层保护摸。有机缓蚀剂盐酸缓蚀剂无机缓蚀剂（二）酸液添加剂采油五厂工艺研究所表面活性剂是酸化中常用试剂。其功能包括破乳、分散、防堵塞、渗入、表面张力降低等。2、表面活性剂3、互溶剂互溶剂是酸化中常用的一类添加剂，它既可在水基（如酸液）中溶解，又可在烃基（如原油）中溶解。酸液中添加互溶剂，可用来处理表面覆一层油膜的堵塞物损害，同时由于它有降低酸液表面张力的作用，可使残酸容易返排，提高酸化效果。采油五厂工艺研究所酸液泵入地层前要经泵组、井口、油管等金属设备，再加上许多地层本身含有菱铁矿、赤铁矿及其它高含铁的矿物。因此铁螯合剂是酸液体系的常规添加剂。4、铁控制剂采油五厂工艺研究所5、转向剂转向剂分类转向剂分类泡沫射孔孔眼密封球化学固体使用射孔孔眼密封球时，要求每个孔眼必须有一定的排量,在注酸过程中很难保证密封球能封堵较长的射孔井段。如变密度岩盐、苯甲酸及各种油溶性树脂都可以用来封堵大井段进行分层酸化泡沫液中气泡在地层中可以膨胀，使其渗透率降低，从而使后泵入的酸进入地层的其它没有酸处理的部分采油五厂工艺研究所（三）酸化处理工艺方式酸洗：是一种清除井筒中的酸溶性结垢或疏通射孔孔眼的工艺。基质（岩）酸化：是指在低于岩石破裂压力下将酸注入地层孔隙。压裂酸化：是在足以压开地层形成裂缝或张开地层原有裂缝的压力下，对地层挤酸的一种工艺。采油五厂工艺研究所（四）酸化处理的对象1、碳酸盐岩基质酸化碳酸盐岩基质酸化不但可以消除近井筒地带的损害，而且可以溶蚀喉道，扩大流道通道，提高近井地带的渗透率。一般来讲，它比砂岩基质酸化更直接有效。由于胡庆油田为砂岩油藏,因此,碳酸盐岩基质酸化不做详细介绍。采油五厂工艺研究所2、砂岩油气层的土酸处理砂岩油气层的酸处理,就是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。1）、处理原理一般地，砂岩油气层骨架由硅酸盐颗粒、石英、长石、燧石及云母构成，骨架是原先沉积的砂粒，在原生孔隙空间沉淀的次生矿物是颗粒胶结物及自生粘土，这意味着岩石初期形成后，粘土即沉淀于孔隙空间，这些新沉淀的粘土以孔隙镶嵌或孔隙充填形式出现。采油五厂工艺研究所2、砂岩油气层的土酸处理从矿物学观点看，影响砂岩反应性的因素有两个：一是化学组成，二是表面积。盐酸土酸石英低不溶解很低燧石低至中等不溶解低至中等长石低至中等不溶解低至中等云母低不溶解低至中等高岭石高不溶解高溶解伊利石高不溶解高溶解蒙脱石高不溶解高溶解绿泥石高低至中等高溶解方解石低至中等高溶解高溶解白云石低至中等高溶解高溶解铁白云石低至中等高溶解高溶解菱铁矿低至中等高溶解高溶解矿物表面积溶解度砂岩矿物的表面积及溶解度采油五厂工艺研究所影响砂岩反应性的因素：表面积化学组成SiO2正长石Si3AL8Na微斜长石Si3AL8K钠长石Si2-AL1-2O8(Na,Ca)斜长石(ALSi3O10)K(Mg,Fe)3(O)8黑云母(ALSi3O10)KAL2(OH2)白云母AL4(Si4O10)(OH)8高岭石Si4-xALxO10(OH)2KxAL2伊利石(1/2Ca,Na)0.7(ALMg,Fe)4蒙脱石(Si,AL)8O20(OH)4.n绿泥石(ALSi3O10)Mg5(AL,Fe)(OH)8方解石CaCO3白云石CaMg(CO3)2铁白云石Ca(Fe,Mg)(CO3)2石膏CaSO4.2H2O硬石膏CaSO4盐类NaCL氧化铁FeO,Fe2SO3,Fe3O4其它云母类粘土类碳酸盐类硫酸盐类矿物石英长石类典型砂岩矿物的化学组成采油五厂工艺研究所从上表砂岩矿物组成和溶解度可以看到，对砂岩地层仅仅使用盐酸是达不到处理目的的，一般都用盐酸和氢氟酸混合的土酸作为处理液，盐酸的作用除了溶解碳酸盐类矿物，使HF进入地层深处，还可以使酸液保持一定的PH值，不至于产生沉淀物，其原理如下：采油五厂工艺研究所（1）、氢氟酸与硅酸盐类以及碳酸盐类反应2HF+CaCO3====CaF↓+CO2↑+H2O16HF+CaALSi2O8===CaF2↓+2ALF3+2SiF4↑+H2O反应中生成的CaF2，当酸液浓度高时，处于溶解状态，当酸液浓度降低后，即会沉淀。采油五厂工艺研究所（2）氢氟酸与石英的反应6HF+SiO2====H2SiF6+2H2O反应生成的氟硅酸（H2SiF6）在水中可解离为H+和SiF62-，而后者又能和地层水中的Ca+、Na+、K+、NH4+等离子结合，生成的CaSiF6、（NH4）2SiF6均为不溶物质，会堵塞地层。因此在酸处理过程中，应先将地层水顶替走，避免与氢氟酸接触，处理时一般用盐酸作为预冲洗液来实现这一目的。采油五厂工艺研究所由于油气层的岩石成分和性质各不相同，因此，在实际处理时，所用酸量和土酸溶液的成分应根据岩石成分和性质而定。据多年的实践表明，由10%-15%的盐酸及3%-8%的氢氟酸混合成的土酸足以溶解组成砂岩油层的主要矿物。其中当泥质含量较高时，氢氟酸浓度取上限，盐酸浓度取下限；当碳酸盐含量较高时，盐酸浓度取上限，氢氟酸浓度取下限。2）、土酸处理设计设计步骤1、确信处理井是由于油气层损害造成的低产或低注入量。主要采用试井分析确定表皮系数，结合钻井和生产过程确定储层损害的类型、原因、位置及范围。2、选择适宜的处理液配方，包括能清除损害、不形成二次沉淀酸液及添加剂等，这需要根据岩心试验确定。3、确定注入压力和排量，以便于在低于破裂压力条件下施工（主要针对酸压）。采油五厂工艺研究所砂岩地层的土酸处理液一般都由三部分组成：前置液（预冲洗液）、酸化液、替置液（后冲洗液）。3）、土酸处理程序主要作用是避免地层水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。预冲洗液一般根据地层碳酸盐和粘土含量以及地层的渗透率大小，使用5%-15%的盐酸或5%-15%的醋酸。土酸用量一般不宜超过预处理液的盐酸用量，反应时间一般不超过8-12小时，地层温度高时，可缩短为6-8小时，最好根据岩心模拟试验确定。后冲洗液的作用在于将处理酸液驱离井筒半径12-15倍以外，否则，残酸液的反应产生物沉淀会降低产量。常用的有：NH4CL、柴油或5%-7.5%的HCL。采油五厂工艺研究所酸化一般都可得到正面效果，但在决定酸化用量、浓度、施工参数时，必须研究地层损害类型以及地层岩性，在室内进行评价实验。采油五厂工艺研究所（五）几种新型砂岩酸化技术1、低伤害酸处理储层技术：采用多组分酸和复合添加剂，利用其所特有的物理和化学性质，加上合理的施工工序，抑制或减少二次沉淀的生成，起到保护油层的作用。它主要由前置酸（盐酸+复合添加剂）及主体酸（磷酸/氢氟酸+添加剂）组成。1、可解除多种有机物、无机物对地层造成的堵塞；2、反应速度缓慢，活性酸穿透距离可达1～1.5m；3、减少CaF2、K2SiF6及难溶氢氧化物生成，不破坏油层骨架，是钙质含量高、酸敏、水敏性油层解堵的优良处理剂。4、处理剂具有良好的抑制粘土膨胀的作用。采油五厂工艺研究所2、硝酸粉末处理油层技术（1）可解除多种有机物和无机物对油层造成的堵塞；（2）在反应中产生热量，能降低高粘原油的粘度；（3）具有深部解堵作用；（4）对设备管柱腐蚀小，施工运输方便。硝酸粉末就是用硝酸与有机物质在一定的条件下，发生反应产生的一种固体，经加工形成的粉末。它是一种油分散和水溶解的物质。采油五厂工艺研究所3、浓缩酸处理储层技术浓缩酸是由多元酸和适量的添加剂组成，由于多元酸具有多级电离的特性，在进入地层过程中逐级释放氢离子，因而具有渗透半径长的特点，在常温下其反应速度比盐酸慢30～40倍，又由于在添加剂中有一定量的表面活性剂，所以具有较低的表面张力，利于返排。有机溶剂和表活剂的复配协同作用可清除少量的有机物堵塞。同时也利用了有机物质的静电吸咐使得该解堵剂具有防止粘土膨胀的作用。1、反应速度慢，适用于油水井深部解堵；2、与地层流体配伍性好，不乳化，无残渣生成；3、腐蚀性小，施工时可保证人身及设备安全；4、具有防止粘土膨胀的能力；5、可以解除碳酸盐、铁腐蚀产物、钻井泥浆及“水锁”等形成的油层堵塞。采油五厂工艺研究所4、胶束酸处理储层技术胶束酸是依据表面活性剂具有两亲结构形成胶束的机理与酸液配成的一种解堵剂，它具有胶束和酸的叠加效应。1、具有较低的表面张力；2、具有渗透和溶解有机物的能力；3、具有分散和悬浮微小颗粒的能力，有助于防止二次沉淀；4、由于活性剂的吸附作用，延缓了酸化反应速度，增加了处理半径；5、可使生产油层保持水润湿性；6、和地层流体配伍性能好，并可防止乳化；7、可同时清除无机物和有机物堵塞。采油五厂工艺研究所5、自生热化学处理储层技术将热化学解堵剂和各种酸液结合在一起使用，它利用热化学解堵剂产生的热量溶解地层中的有机堵塞物，利用酸液溶解无机堵塞物，同时热化学解堵剂产生的气体使进入地层的流体及反应产物被迅速彻底返排。1、处理剂自身温度在绝热条件下可升至220℃以上，不加热、不保温的状态下，可由室温升至99℃；2、反应后的残液返排迅速彻底；3、与地层流体配伍性能好，无乳化物生成；4、有预防结蜡的特点。采油五厂工艺研究所6、二氧化氯体系处理储层技术该工艺是强氧化剂与酸相配合的复合解堵技术。它利用强氧化剂（主要成份为稳定性二氧化氯）的强氧化性能，将油、水井中的细菌堵塞物和有机污染物进行溶蚀解除，结合酸液溶蚀解除酸溶性无机堵塞物，达到解除地层堵塞的目的。采油五厂工艺研究所（六）化学法处理储层工艺配套技术1、分层处理油层管柱配套在油水井的解堵中，对渗透性差异大，层间矛盾突出的油水井能分层处理的一定分层处理。对因井况原因不能下入分层酸化施工管柱的井用暂堵剂选择性处理；对井况好的井除利用下部填砂（或打塞）处理上部外，还可使用分层管柱，使其达到处理任一层的要求。采油五厂工艺研究所分层处理油层管柱图采油五厂工艺研究所2、返排残酸工艺配套油水井化学法处理后，二次污染堵塞地层更不易分析和解除，为预防二次沉淀对地层的污染，对油水井采用混气水返排工艺，以彻底排出残酸，这一排酸方式提高了解堵效果。对一些地层能量不足，依靠自身能量排残酸速度慢或不能排出残酸的油井，应配套使用负压排酸装置，以保证残酸的完全排出。采油五厂工艺研究所第二部分物理法处理油层技术物理法处理油层技术是近