酸化压裂基础知识

油田增产措施酸化压裂基础知识培训,北方技术服务中心程艳2010-730,2,油气井产量低的主要原因,近井地带受伤害，导致渗透率严重下降油气层渗透性差地层压力低，油气层剩余能量不足地层原油粘度高,3,油气井增产途径,提高或恢复地层渗透率保持压力增加地层能量降低井底回压降低原油粘度,常用增产方法,水力压裂HydraulicFracturing酸化Acidizing,酸化Acidizing,常规酸化MatrixAcidizing（基质酸化、解堵酸化）压裂酸化AcidFracturing（简称酸压）前置液酸压普通酸压或一般酸压酸洗AcidWash,水力压裂HydraulicFracturing,常规水力压裂ConventionalHydraulicFracturing巨型水力压裂MHF-MassiveHydraulicFracturing,各类储层中增产方法的使用,砂岩储层SandstoneFormation水力压裂、基质酸化碳酸盐岩储层水力压裂、基质酸化、酸压特低渗储层MHF特低渗坚硬储层高能气体压裂,水力压裂概念,水力压裂就是利用地面压裂车组将一定粘度的液体以足够高的压力和足够大的排量沿井筒注入井中。由于注入速度远远大于油气层的吸收速度，所以多余的液体在井底憋起高压，当压力超过岩石抗张强度后，油气层就会开始破裂形成裂缝。当裂缝延伸一段时间后，继续注入携带有支撑剂的混砂液扩展延伸裂缝，并使之充填支撑剂。施工完成后,由于支撑剂的支撑作用，裂缝不致闭合或至少不完全闭合，因此即可在油气层中形成一条具有足够长度、宽度和高度的填砂裂缝。此裂缝具有很高的渗滤能力，并且扩大了油气水的渗滤面积，故油气可畅流入井，注入水可沿裂缝顺利进入地层，从而达到增产增注的目的。,(一)压裂液组成,前置液携砂液顶替液,前置液,作用造缝降温减少携砂液滤失防砂卡要求一定粘度足够用量,携砂液,作用将支撑剂代入裂缝继续扩张裂缝冷却地层要求粘度高携砂能力强,顶替液,作用中间顶替液尾注顶替液要求用量适当，避免过量顶替,（二）压裂液性能要求,滤失低携砂能力强摩阻低、比重大稳定性好配伍性好残渣少易于返排货源广、价格便宜、便于配制,造长、宽缝用量小、压裂液效率高、成本低防砂卡污染小,深穿透、饱填砂防止井筒沉积防砂卡,热稳定性抗剪切稳定性,与岩石矿物配伍与储层流体配伍,(三)压裂液类型,水基压裂液油基压裂液乳化压裂液泡沫压裂液液化汽压裂液酸基压裂液,水基压裂液种类A,田箐胶水基压裂液成胶剂：田箐交链剂：硼砂、硼酸、重金属盐类破胶剂：淀粉酶、氧化剂特点A、丰富、配制方便B、摩阻低C、悬砂性能较好，砂比可达2025D、滤失低E、不溶物较多，水溶液易变质,水基压裂液种类B,羧甲基田箐胶水基压裂液成胶剂：羧甲基田箐特点与前相比，不溶物较少，残渣含量由2030下降到510羟丙基羧甲基速溶田箐胶水基压裂液工艺复杂，成本高，货源缺,水基压裂液种类C,羧甲基纤维素（CMC）水基冻胶压裂液流变性热稳定性残渣2.59.7%滤失量6.5毫升/30分破胶摩阻,水基压裂液种类D,聚丙烯酰胺(PAM)与甲叉基聚丙烯酰胺(PAMM)水基压裂液已成系列，适应40150C抗剪切性能强低温时残渣低90C以上不易破胶不易溶解，配制较难,水基压裂液种类E,羟丙基胍胶压裂液热稳定性好抗剪切性能强残渣少,油基压裂液,适应:水敏性地层有些气层发展:矿场原油稠化油冻胶油,油基压裂液之稠化油,基液:原油汽油柴油煤油凝析油,稠化剂:脂肪酸皂脂肪酸铝皂磷酸脂铝盐等特点:遇地层水后会自动破乳。,油基压裂液之冻胶油,特点:粘度高摩阻低滤失性类似于冻胶水耐温性好抗剪切能力强，破胶水化彻底施工简单,乳化压裂液,两份油+一份稠化水(聚合物)油相80%，不稳定或粘度太高,外相为水冻胶摩阻低粘度高热稳定性好悬砂能力特别强滤失低，压裂液效率高伤害小在某些地返排困难在大多数情况下，易返排,泡沫压裂液,适用:K0污染S50%石灰岩类白云石CaMg(CO3)250白云岩类油气层分类：孔隙性碳酸盐岩油气层孔隙裂缝性碳酸盐岩油气层裂缝性碳酸盐岩油气层,一、酸岩化学反应及生成物状态,常用的酸：盐酸（HCL），甲酸（HCOOH）乙酸（CH3COOH），氯醋酸（CH3CLCOOH）氢氟酸（HF），土酸（HFHCL）盐酸与碳酸盐岩的化学反应2HCL+CaCO3=CaCL2+H2O+CO24HCL+CaMg(CO3)2=CaCL2+MgCL2+2H2O+2CO2,一、酸岩化学反应及生成物状态,反应生成物的状态CaCL2的状态：一般呈溶液状态HCL溶液最大浓度28地层温度30C，CaCL252%CO2的状态:部分溶解，部分小气泡反应生成物对渗流的影响:CaCL2粘度高:,一、酸岩化学反应及生成物状态,A.携带脱落微粒能力强，防止堵塞，有利B.流动阻力大，对渗流不利CO2的影响:应从相渗透率和相饱和度的关系上具体分析，一般有助于酸液反排。乳状液的生成对地层渗流不利此外，AL2O3，Fe2O3，FeS等杂质与盐酸反应生成AlCL3，FeCL3等，当PH值上升到一定值时，将生成Fe(OH)3，Al(OH)3沉淀,一、酸岩化学反应及生成物状态,增产机理：解除近井堵塞、恢复和提高地层渗透率（酸化、酸压）改善近井地层渗流通道，流通较远地带的缝、孔、洞（酸压）,二、酸岩化学反应速度,酸处理的目的：解除近井附近的污染得到足够深度的溶蚀范围酸岩复相反应分析酸岩复相反应速度表达式影响酸岩复相反应的因素,酸岩复相反应分析,酸岩复相反应酸岩复相反应是在高温、高压条件下进行的，反应在液相（酸液）与固相（岩石）的界面上发生，为一复相反应。由化学动力学理论可知：均相反应速度主要受温度、浓度液相，而复相则较复杂。复相反应特点：反应只在接触面上进行,酸岩复相反应分析,酸岩复相反应过程,酸液,岩面,扩散边界层,H,Ca2+Mg2+CO2,反应生成物离开岩石表面，向酸液扩散,H与岩石发生反应（表面反应）,H向岩石表面（相界面）传递,酸岩复相反应分析,反应中，离子扩散、传递过程包括两种形式：扩散：离子在浓度差的作用下产生的移动对流：自然对流：由于密度差引起的离子移动强迫对流：在外力作用下的离子移动,酸岩复相反应分析,酸岩复相反应归纳为两个过程：传递过程反应过程对应两个速度传质速度：H通过边界层达到岩石表面的速度表面反应速度：,酸岩复相反应分析,试验表明：灰岩：盐酸与岩石反应速度很快，系统反应速度受H传质控制白云岩：低温（50C）表面反应速度大大加快，系统反应速度受H传质控制,酸岩复相反应速度表达式,酸岩反应速度与下列因素有关：酸岩系统的面容比垂直与岩面的酸浓度梯度H的传质速度,影响酸岩复相反应的因素,面容比面容比越大，反应速度越快酸液的流速层流，影响小紊流，影响大，强迫对流使H的传质速度增大，但反应速度增加倍数小于流速增加，有助于增加有效作用距离,影响酸岩复相反应的因素,酸液类型,18C，0.1当量，离解度HCL为29醋酸为1.3,影响酸岩复相反应的因素,酸浓度在2425之前，HCL浓度增加，反应速度增加；之后，浓度增加，反应速度反而下降初始浓度越高，余酸的反应速度越慢HCLHCL现场倾向采用高浓度酸液,影响酸岩复相反应的因素,其它温度压力岩石化学组分物化性质酸液粘度,延缓酸岩反应速度的途径,压宽缝用高浓度酸液采用弱酸稠化酸液井底降温提高注酸排量,三、酸岩复相反应的有效作用距离,概念：酸液有效作用距离酸岩反应室内试验方法简介静态试验动态试验流动模拟试验动力模拟试验,三、酸岩复相反应的有效作用距离,裂缝中酸浓度的分布规律思路：数模酸浓度分布规律物模H传质系数DH得到：酸液有效作用距离Lef酸液在裂缝中流动反应的偏微分方程,三、酸岩复相反应的有效作用距离,酸浓度分布规律及计算图的应用自学15分钟,四、前置液酸压的计算方法,酸压前置液酸压作用机理宽缝前置液预先冷却地层指进现象降低了滤失减缓了反应速度,四、前置液酸压的计算方法,裂缝几何尺寸缝中酸液温度井筒裂缝酸液有效作用距离酸压后裂缝导流能力的计算增产倍比的计算,第二节酸液及添加剂,性能要求酸类型酸液添加剂,性能要求,酸液溶蚀能力强，生成物溶于残酸与地层流体配伍性好加入添加剂后化学、物理性质稳定在施工条件下，对设备及管线的腐蚀程度低于规定标准运输、施工方便安全货源广，价格便宜,性能要求,添加剂处理效果好对储层污染小货源广、价格低使用方便、安全,酸类型,盐酸甲酸、乙酸多组分酸化学缓速酸乳化酸稠化酸、胶化酸泡沫酸,盐酸,无机酸酸化用，工业盐酸由电解法制得，本无色，但由于常含FeCl3及其它杂质略带黄色工业浓度31特点：成本低，溶蚀能力强,盐酸,缺点：反应速度快腐蚀严重，带如Fe3+如形成沉淀将污染地层H2S含量高的井，产生脆性断裂浓度增加，粘度增加温度增加，粘度降低,甲酸、乙酸,有机酸：甲酸(HCOOH),乙酸(CH3COOH)工业浓度:甲酸90%，乙酸98.5%特点：弱酸，电离度小与同浓度盐酸相比，反应速度低几倍到十几倍，作用距离大,甲酸、乙酸,对钢铁腐蚀小用于高温、深井缺点：单位溶蚀能力成本比盐酸高得多，乙酸比甲酸更贵酸压时均匀溶蚀壁面能力低，形成的导流能力低,多组分酸,盐酸有机酸特点：盐酸溶解近井地带，有机酸溶解远井地带优点：酸液有效作用距离大缺点：成本高,化学缓速酸,组成：酸液亲油性表面活性剂用途：酸压缓速机理：活性剂在岩石表面吸附，形成油溶性活性剂吸附层，造成一种物理屏障，阻碍H向岩石表面传递，延缓酸岩反应速度,乳化酸,组成：酸油乳化剂其它添加剂一般：油外相，酸内相用途：酸化、酸压缓速机理：乳化酸进入地层后，被油膜包裹的酸液不能马上与岩石接触、发生反应，只有进入地层一段距离后，因温度升高或挤压而破乳，酸才能与岩石反应，延缓了反应速度,乳化酸,要求：地面稳定，地下不稳定优点：反应速度低粘度高，动态缝宽大有效作用距离长腐蚀小,乳化酸,缺点：摩阻大，排量受限稳定性较差不易完全破乳，不利反排内、外相用量不易确定,稠化酸、胶化酸,组成：稠化酸：酸液稠化剂胶化酸：酸液稠化剂交链剂缓速机理：粘度增加，降低了H的传质速度，酸液中的高分子物质对H具有束缚作用，限制了H的活动，减缓了酸岩反应速度,稠化酸、胶化酸,优点：缓速效果好，酸液有效作用距离大粘度高，滤失小摩阻低携带不溶颗粒能力强缺点：成本高高温下不稳定残酸不易反排,泡沫酸,组成：酸液气体起泡剂稳定剂用途：酸压缓速机理：由于小气泡减少了酸与岩石的接触面积，限制了酸液中H的传递，延缓了酸岩反应速度,泡沫酸,优点：液体含量低，对储层污染小粘度高，动态裂缝宽滤失小反应速度低，作用距离大易反排，悬浮能力强，可带出固体不溶物适合低压、低渗、水敏性地层,泡沫酸,缺点：成本高地层压力高、深井受限制天然裂缝发育地层滤失量大设备要求高,酸液添加剂,缓蚀剂稳定剂表面活性剂降滤剂其它,缓蚀剂,最主要添加剂，费用占总费用比例大缓蚀方法：缓蚀酸液缓蚀工艺缓蚀剂,缓蚀剂,缓蚀剂作用原理物理吸附化学吸附缓蚀剂种类无机缓蚀剂：砷化物有机缓蚀剂：甲醛、丁炔二醇复合缓蚀剂,稳定剂,防止铁离子沉淀铁离子来源：腐蚀金属铁，溶解铁锈储层中的铁氧化物铁离子沉淀取决于PH值PH：3.55.5，Fe3+沉淀PH：6.84，Fe2+沉淀,稳定剂,施工中，残酸PH6.84，Fe2+不沉淀，加稳定剂防止Fe3+沉淀种类：醋酸柠檬酸EDTANTACT17,表面活性剂,作用：降低油水界面张力，改变润湿性，降低挤注压力，加速反排（助排剂）防止油水乳化（破乳剂）缓速剂（用于缓速酸）悬浮剂,表面活性剂,种类：阳离子型阴离子型非离子型,降滤剂,种类：固体型100目砂、硅粉油溶性树脂胶质型矿物油天然/合成聚合物,其它,增稠剂防膨剂暂堵剂,第三节酸处理工艺,选井选层酸处理方式基质酸化酸压酸处理井的排液,第三节酸处理工艺,放喷抽汲气举CO2和N2助排,第四节砂岩油气藏的土酸处理,砂岩地层土酸处理原理土酸处理工艺,砂岩地层土酸处理原理,HF与硅酸盐类以及碳酸盐类反应2HF+CaCO3=CaF2+CO2+H2O16HF+CaAl2Si2O3=C