砂岩储层酸化技术.

砂岩储层酸化技术目录一、概述二、控制反应速度的方法三、酸液的选择四、砂岩酸化技术五、酸化设计一、概述酸化：基质酸化、酸浸、酸压。基质酸化：基质酸化又称孔隙酸化、常规酸化。原理：不压开地层的情况下将酸液注入地层孔隙(晶间，孔穴或裂缝)的工艺。利用酸液溶解砂岩孔隙及喉道中胶结物和堵塞物，改善储层渗流条件，提高油气产能。溶解基质矿物和堵塞物(伤害物)主要使用的酸液1、HF+HCl2、多氢酸（JPA酸）3、HBF44、有机酸(甲酸、乙酸)反应特点多矿物反应(石英长石粘土碳酸盐)多孔介质中存在问题1、反应速度快(作用半径小)2、沉淀物易产生(二次伤害)研究方向1、酸液及添加剂2、沉淀物的预防3、优化设计(工艺和参数)二、控制反应速度的方法反应速度由酸液及岩成分确定：酸岩反应分三个步骤1、酸液电离出H+的速度；2、H+传递到岩石表面速度；3、H+与岩石的反应速度。所有控制反应速度均围绕这三方面进行。影响反应速度的因素1、酸液类型；2、酸液浓度；3、温度；4、粘度；5、同离子效应；6、面容比；7、压力。降低反应速度的主要方法1、降低H+电离速度；2、降低反应温度；3、增加酸液粘度；4、增加离子浓度。三、酸液的选择一般酸液配方包含：酸液、缓蚀剂、铁离子稳定剂、粘土稳定剂、助排剂、破乳剂、防水锁剂等组成。要求：各种添加剂与酸液配伍、各种添加剂之间配伍且没有相互抵消作用。对地层有良好的溶蚀性有较好的缓蚀性有良好的返排性有一定的缓速性一般情况下，由实验确定。选择酸液的标准1、岩石矿物学2、地层伤害3、岩石力学4、油井条件考虑矿物敏感性敏感性取决于地层矿物与酸的反应性；反应性取决于岩石结构和矿物在岩石中的分布。酸液接触岩石后形成下列现象:基岩结构的破坏微粒的释放和沉淀的形成润湿性的改变选酸液方法有效地清除伤害提高地层渗透率防止沉淀溶解度粘土含量添加剂的选择缓蚀剂：不同的酸液所用的缓蚀剂不同，通过室内的挂片试验确定。主要作用是减轻对设备、管线、油管、套管的腐蚀。铁离子稳定剂：络合酸与金属反应形成的铁离子，避免产生Fe(HO)3沉淀。助排剂：具有较低的表（界）面张力，有利于残酸的反排。破乳剂：根据施工井的原油性质进行选定，不同的原油选用的破乳剂不一样。粘土稳定剂：地层粘土含量较高，则必须添加粘土稳定剂。四、砂岩酸化技术㈠砂岩储层酸化机理研究砂岩与酸反应动力学研究砂岩与酸反应热力学研究影响砂岩与酸的反应速度因素酸液在多孔介质中的反应规律酸岩反应中的反应前沿及储层渗流条件变化规律㈡砂岩储层酸化工艺2.1常规酸化工艺--原理：利用酸液溶解砂岩孔隙及喉道中胶结物和堵塞物，改善储层渗流条件，提高油气产能--关键技术：针对储层物性及矿物特性选择酸液体系酸化工艺参数优选施工质量保证常规酸化工艺常用工序1.洗井，用HCl正替入油管后用清水洗井目的：清除管壁脏物及铁锈2.注前处理液：用溶剂作前处理液目的：清洗原油或有机垢，使地层岩充分裸露。3.注前置液：盐酸作前置液目的：溶解碳酸盐岩类矿物，防止CaF2顶走地层水，防止Na2SiF6、K2SiF6清洗近井带油垢保持较低的pH值4.注主体酸液：作用：HCL溶解碳酸盐类胶结物，并保持pH值，HF溶解石英长石及粘土矿物目的：沟通并扩大孔道，提高地层渗透性5.注顶替液:活性水或防膨剂溶液2.2暂堵酸化工艺原理:在酸液中加入暂堵剂，注酸时暂时堵塞高渗层，酸化低渗层，实现在多层油藏或大厚层油藏中沿纵向的均匀布酸，均匀解堵改善纵向出油剖面或吸水剖面。低压低排量转向剂大量进入大孔道高渗层形成滤饼①低压低排量酸液大量进入低渗层酸化疏能油流通道②根据达西定律，酸液线性流过产层小段时，符合下列关系：式中：K介质(产层岩芯)渗透率；ΔP压差；A渗流面积；液体粘度；L造压差的距离。LPAKQμ要让酸液均匀进入每一小层(或小段)，达到均匀解堵的目的，就必须满足各小层(或小段)的单位面积上的注酸速度相同，即满足下式：式中：下标N为总层数。NNNiii22221111LPKLPKLPKLPKNiμμμμ暂堵酸化就是利用酸液优先进入最小阻力的高渗层，在酸液中加入适当的暂堵剂，随着注酸过程的进行，高渗层吸酸多，暂堵剂进入量也多，对高渗层的堵塞也较大，从而逐步改变进入各小层的酸量分布。最后达到各层均匀进酸的目的。这样让酸液充分进入渗透率较低或伤害严重的层，获得较好的解堵酸化效果。因此，采用暂堵酸化技术，达到解堵所需酸量低于非暂堵酸化技术，并且可减轻措施工作强度，是一项较好的砂岩储层解堵酸化技术。转向剂是油溶性的，当恢复生产后，转向剂滤饼被油流溶解，而进入高渗透水层的转向剂起封堵作用对暂堵剂性能要求(1)物理要求a.为了使暂堵功效最大，暂堵剂在井壁附近应尽可能形成渗透率小于等于最致密层或伤害严重层的滤饼。这样可使酸液进入低渗层酸化地层，同时阻止高渗层过多进酸。b.为了获得最大的暂堵效益和最小的清洗问题，必须防止暂堵剂颗粒浸入油气藏深部。结合上述两条要求，必须对暂堵剂粒度分布进行选择，寻求最佳粒度分布，使其同时满足两条要求。(2)化学要求a.暂堵剂必须与处理液(酸液)及其添加剂有较好的配伍性；在油井处理温度条件下，它不能与携带液起化学反应(即保持化学惰性)。b.暂堵剂必须在产出液(生产井)或注入液(注入井)中是完全可溶的，也即当酸化起到暂堵作用，在生产过程中，它们必须能被快速而完全地清洗掉，恢复井处于无暂堵状况。遵循上述原则开展试验研究，结合室内试验结果，优选效果好的暂堵剂。--关键技术据井层条件选择酸液体系据井层条件选择暂堵剂类型据储层物性及孔喉大小选择暂堵剂粒径分布暂堵剂注入工艺。暂堵酸化工艺参数的优化。2.3深部酸化技术原理：由于酸在砂岩多孔介质中的反应速度太快，酸化解堵半径小，采用在地下生成盐酸和HF技术，实现深部酸化目的。这些技术包括：氟硼酸酸化工艺技术；地下自生土酸技术;缓冲调节土酸技术;多氢酸酸化技术等。氟硼酸酸化工艺技术氟硼酸又称粘土酸，是一种单级化学处理法。砂岩地层HBF4处理属于深部酸化工艺，用土酸处理砂岩地层，要增加处理深度就要增大酸量，但由于HF与地层粘土等胶结物反应快，过量的HF将破坏地层骨架的结构，使井筒附近岩石强度受到损害，因此土酸酸化不能获得较深的穿透。此外，土酸处理井往往初期增产而后期递减迅速，因此受到限制。用HBF4处理可以克服酸化初期增产后期递减快的普遍性问题。国内外现场使用表明是一种较为有效的方法，当HBF4进入地层时能缓慢水解生成HBF4，因而在酸耗尽前可深入地层内部较大范围。此外还可以使任何不溶解的粘土微粒产生化学熔化，熔化后的微粒在原地胶结，使得处理后流量加大而引起的微粒移动受到限制，室内试验还表明：通过不相溶流体的接触，用HBF4处理过的粘土敏感性下降，不易膨胀或分散。①HBF4的水解反应HBF4在水溶液中发生水解反应，且是多级电离HBF4+H2O←→HBF3ＯH+HF(慢)氟硼酸羟基氟硼酸HBF3OH+H2O←→HBF2(OH)2+HF(快)HBF2(OH)2＋H2O←→HBF(OH)3+HF(快)HBF(OH)3+H2O←→H3BO3+HF(快)由于它的一级水解很慢，故为整个水解反应的控制步骤，它限制了酸液中HF生成速度，而因为HBF4在水溶液中任何时候都产生有限的HF，所以延长了反应时间，增加了HF的有效穿透距离。②影响HBF4水解速度的因素HBF4的水解速度可表示为HBF4水解速度主要受浓度和温度的影响浓度对HBF4水解速度的影响25℃时，第一级水解反应的平衡常数为显然，当HBF4浓度增大，为了使K为常数，[HF]及[HBF3(OH)]也要增大，即HBF4浓度越大，水解的[HF]也越多，因而酸岩反应速度也加快。][][)(414BFHKdtBFd343103.2][)]([HBFHFOHHBFK温度对水解度的影响温度升高，HBF4第一级水解反应的平衡常数也增大，如表所示。HBF4一级水解反应平衡常数随温度变化关系可见，随着温度升高水解平衡常数增加，但其值仍很小，氟硼酸的水解决定了水溶液中HF的最高浓度，该浓度直接影响酸液与地层岩石的反应速度，随着温度的升高，水解速度常数遵循Arrhenius经验公式K1=1.44×1017EXP(-26183/RT）温度(℃)258090100平衡常数(K×103)2.35.56.57.3多氢酸酸化技术多氢酸酸液体系是由多氢酸和氟盐反应生成HF，实质上与砂岩储层反应的物质仍然是HF。首先，多氢酸可以逐步电离出氢离子与氟盐反应，缓慢生成HF和膦酸盐，反应方程式如下:其中，H5R表示多氢酸，R代表膦酸根基团,NH4RH4表示膦酸盐。442452RHNHHFHFNHRH多氢酸的缓速机理从多氢酸与粘土的反应实验研究可以发现，多氢酸对粘土矿物的溶蚀反应有缓速的作用。多氢酸抑制反应速度和控制粘土溶蚀率的反应机理包括化学吸附和物理吸附作用。氟盐为溶液提供足够的氟离子，HF的生成需要氢离子和氟离子的结合。由于多氢酸可以逐渐电离出氢离子，因此控制了与氟盐反应生成HF的速度。在低pH值环境下，多氢酸电离出的氢离子的浓度将保持较低的水平，因此，HF的浓度也就保持较低的水平。物理吸附主要与岩石的表面积有关。对于砂岩地层，多氢酸更容易吸附在粘土表面。因为粘土比表面积最大，远远高于其他矿物。化学吸附也易于作用在含钙、铁、铝成分较高的粘土和填充物上。此时，多氢酸与粘土反应在粘土表面生成铝硅膦酸盐的“薄层”。由于在粘土表面形成的薄层是可溶于酸的，因此可以用少量的盐酸或者甲酸来调整粘土的溶解度，达到酸化优化设计。多氢酸抑制二次沉淀机理第一：多氢酸对溶液中多价金属离子具有的络合能力，并且多氢酸可以在很低的浓度下将远高于按照螯合机制的化学计量相应量的多价金属离子“螯合”于溶液中，从而使一些容易生成沉淀的金属离子保持溶液状态。这个效应称为“低限效应”。在砂岩酸化过程中，HF与储层岩石矿物反应将产生Ca2+、Al3+、Fe2+、Fe3+等多价金属离子，而且这些金属离子容易以各种形式生成沉淀，从而堵塞孔道，影响渗透率和最终的酸化处理效果。多氢酸在溶液中通过抑制和阻滞沉淀晶种生成，溶液中缺少必要的和一定数量的晶种，这些金属离子就很难继续生长发育成沉淀。因此，用很少量的多氢酸就可以抑制沉淀生成的效果明显。第二：多氢酸对Ca2+、Na+、K+、NH4+之类的离子有很强的吸附能力。因此，在有多氢酸存在的溶液环境中，Ca2+、Na+、K+、NH4+之类的离子就很难有机会与F-、SiF62-形成氟盐沉淀和氟硅酸盐沉淀。酸液初始状态加碳酸钠pH值沉淀pH值沉淀12%HCl+3%HF1.1无1.4浑浊9%HCl+3%HF+3%SA6021.9无2.2无3%HF+3%SA602+9%SA6012.6无4.4无多氢酸对氟化物沉淀的抑制作用酸液加入不同体积的硅酸钠溶液后沉淀情况1ml3ml12%HCl+3%HF无浑浊12%HCl+3%HF+1.2%SA602无微浑浊多氢酸对硅酸盐沉淀的抑制作用2.4增能酸化组成：起泡剂、多种化学药剂(均在常温下性能稳定)。●工艺：挤酸前后，均可挤入地层。●特点：产生大量气体和热量(峰值温度大于100℃)。●作用：①升高地层温度，溶解有机质、无机质堵塞。②泡沫液悬浮携带微粒，提高返排速度。五、酸化设计1、全面了解施工井的情况：地质、生产、油水性质、堵塞情况及地质要求等。2、根据施工井的情况选择合理的液体体系。3、根据地质要求选择合理的施工管柱及施工工艺。4、选择合理的施工参数。酸化管柱㈠光油管酸化（笼统酸化）笼统酸化即全井筒酸化，整个酸化井段处于一个压力系统下，施工工艺较为简单。㈡分层酸化分层酸化工艺分为机械封隔和化学暂堵剂分流酸化。排液方式一般来说，砂岩储层岩石矿物复杂，反应生成物容易产生沉淀，因此，应缩短反应时间，限定残酸的残余浓度在一定值之上就将残酸液尽可能排出。应在酸化前就作好排液和投产的准备，施工后立