精品课程石油工程13.ppt

第十三章,油水井增产增注措施,第一节水力压裂,第二节酸化,第十三章油水井增产增注措施,定义：当地面高压泵组将液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中时，在井底附近蹩起超过井壁附近地层的最小地应力及岩石抗张强度的压力后，即在地层中形成裂缝。随带有支撑剂的液体注入缝中，裂缝逐渐向前延伸，这样，在地层中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝。,第一节水力压裂,增产原理：径向流,作用,在压裂中，了解裂缝的形成条件，裂缝形态及方向对有效地发挥压裂在增产，增注中的作用是极为重要的。但由于地下条件的复杂性，虽然进行了大量的研究，但仍未得到较好的解决。,地层中造缝的影响因素,井底附近的地应力及其分布,岩石力学性质及压裂液渗滤性质,注入方式,一、造缝机理,一般情况下，地层中的岩石处于压应力状态。作用在地下某单元体上的力有垂向主应力及水平主应力(其中又分为互相垂直的和)。(1)应力垂向应力：作用在单元体上的垂向应力来自上覆岩层的重量，其数值约为,1.地应力及其分布,有效垂向应力,岩石的有效水平应力为：,推导：单元体在x轴方向上的应变为,侧向应变为0，令,则得,如果岩石单元体是各向同性材料，岩石破裂时的裂缝方向总是垂直于最小主应力轴。,(2)地质构造对应力的影响,(3)井壁上的应力,1)井筒对地应力及其分布的影响,圆孔周向的应力分布：,A）当r=a且x=y=H时，=2x=2y=2H,B)当r=a,xy时，,c)当r=,=2H,破裂压力大于延伸压力,简化：根据拉梅公式,当厚壁筒外边界半径re，厚壁筒外边界压力Pe=0时，井壁上r=a处的周向应力:,2)井眼内压所引起的井壁应力,由于注入井中的高压液体在地层破裂前，渗入井筒周围地层中，形成了一个附加应力区，它的作用是增大了井壁周围岩石中的应力。增加的周向应力值为：,岩石骨架压缩系数,岩石体积压缩系数,其中：,3)压裂液径向渗入地层所引起的井壁应力,总周向应力：,总垂向应力：,4)井壁上的总应力,为使地层破裂，必须使井底压力高于井壁上的总应力及岩石的抗张强度。,条件：如果地层的破裂属于纯张力破坏，那么随井内注入压力的不断增加，当达到或超过井壁附近地层的最小周向应力及岩石水平方向的抗张强度时，在垂直于水平周向应力的方向上产生垂直裂缝，即：,2.造缝条件,(1)形成垂直裂缝,其中：,即：,1）当有滤失时：,2）无滤失时：,条件：当注入压力达到或超过井壁附近地层的最小垂向应力及岩石的垂向抗张强度时，在垂直于垂向应力的方向上产生水平裂缝，其条件为：,(2)形成水平裂缝,1）存在滤失时：,2）无滤失时：,压裂液是为造缝与携砂使用的液体，是水力压裂的关键组成部分。压裂液是一个总称，根据其在压裂过程中的任务不同可分为前置液、携砂液和顶替液。,二、压裂液,1）前置液：作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝以备后面的携砂液进入，它还起到一定的降温作用。有时为了提高前置液的工作效率，在一部分前置液中加细砂以堵塞地层中的微隙，减少液体的滤失。2）携砂液：作用是将支撑剂带入裂缝中并将砂子放到预定位置上去。在压裂液的总量中，这部分占的比重较大。有造缝及冷却地层的作用。3）顶替液：作用是打完携砂液后，用于将井筒中全部携砂液替入裂缝中。中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预防砂卡的作用。,压裂液分类及作用,前置液及携砂液必须具备的性能要求：1)滤失少压裂液的滤失性主要取决于它的粘度与造壁性，粘度高则滤失少。在压裂液中添加防滤失剂，能改善造壁性并大大减少滤失量。2)悬砂能力强压裂液的悬砂能力主要取决于粘度，压裂液只要有足够高的粘度，砂子即可完全悬浮，这对砂子在缝中分布是非常有利的。3)摩阻低压裂液的摩阻愈小则在设备功率一定的条件下，利用造缝的有效功率愈大。摩阻过高不仅降低了有效功率的利用，且由于井口压力过高，排量降低。,性能要求,4)稳定性压裂液应具有热稳定性，不能由于温度的升高而使粘度有较大的降低；液体还应有抗机械剪切的稳定性，不因流速的增加而发生大幅度的降解。5)配伍性压裂液进入地层后与各种岩石矿物及流体相接触，不应产生不利于油气渗滤的物理化学反应。6)低残渣要尽量降低压裂液中水不溶物的数量，以免降低岩石及填砂裂缝的渗透率。7)易反排施工结束后大部分注入液体反排出井外，排液愈完全，效果愈好。8)货源广便于配制，价钱便宜。,性能要求,随着水力压裂技术的发展，压裂液由最初的原油和清水逐步发展为目前经常使用的水基、油基、酸基压裂液及多相压裂液等。(1)水基压裂液水基压裂液主要是用水溶胀性聚合物作为成胶剂，制成能悬浮支撑剂的稠化溶液，具有粘度高、摩阻低及悬砂能力强的优点。缺点：但热稳定性和机械剪切稳定性较差。为了克服这一缺点，又发展了交链压裂液和延迟交链压裂液。,1.压裂液的类型,a.矿场原油或炼厂粘性成品油b.稠化油，稠化油=油（原油、汽油、柴油、煤油、凝析油）+稠化剂（脂肪酸铝皂、磷酸酯铝盐,压裂液的类型,(3)酸基压裂液用植物胶或纤维素稠化酸液得到稠化酸或用非离子型聚丙烯酰胺在浓盐酸溶液中，以甲醛交链而得到酸冻胶。酸基压裂液适宜于碳酸盐类油气层的酸压。,(2)油基压裂液,1）泡沫压裂液外相：水、水基溶胶或水基冻胶内相：气体优点：对地层伤害小、携砂能力和造缝能力强、易于反排、摩阻低等特点。缺点：所需注入压力高。2)乳化压裂液乳状液是用表面活性剂稳定的两相非混相液的一种分散体系。优点：携砂能力强、粘度高、热稳定性好、对地层损害小、排液快。缺点：摩阻大、成本高,(4)多相压裂液,压裂液滤失是指在裂缝与储层的压差作用下压裂液向储层中的滤失。,压裂液的粘度地层岩石及流体的压缩性压裂液的造壁性。,2.压裂液的滤失性,主要受三种因素的控制,当压裂液的粘度大大超过地层油的粘度时（即：）时，压裂液的滤失速度主要取决于压裂液的粘度，压裂液在多孔介质中的实际渗流速度va为：,(1)受压裂液粘度控制的滤失系数,代入达西公式：,令,则得：,受压裂液粘度控制的滤失系数,当压裂液的粘度接近于地层流体的粘度时，即（）时，压裂液的滤失主要取决于地层流体的压缩性。这是因为流体受到压缩，让出一部分空间，压裂液才得以滤失进来。q以为因压力降低p所引起的液体的膨胀dV(忽略岩石的体积膨胀),则单元地层体积内液体的体积V为:,(2)受地层流体压缩性控制的滤失系数,对无限地层，边界压力为常数的解为：,上式对x求导得缝壁面上的压力梯度值：,滤失系数,有的压裂液具有很好的造壁性，其中添加有防滤失剂(硅粉或沥青粉等)，能在壁面上形成滤饼，有效地降低滤失速度，其滤失系数由实验方法确定。（4）综合滤失系数C根据水电相似原理有,(3)具有造壁性压裂液的滤失系数C3,支撑剂：储层形成裂缝后,由携砂液输送、携带充填至裂缝中的具有一定强度与圆球度的固体颗粒。作用：泵注停止且缝内液体排出后保持裂缝处于张开状态，地层流体可通过支撑剂由裂缝流向井底。,三、支撑剂及支撑剂输送,1.支撑剂(1)支撑剂类型,支撑剂按其力学性质分为两大类：1）脆性支撑剂(如石英砂、玻璃珠等)，特点是硬度大，变形小；2）韧性支撑剂(如核桃壳、铝球等)，特点是变形大，承压面积随之加大，高压下不易破碎。,1)粒径均匀。支撑剂粒径均匀可提高支撑剂的承压能力及渗透性。目前使用的支撑剂直径多半是0.420.84mm(4020目)，有时也用少量直径为0.842mm(2010目)的。2)强度高。支撑剂组成不同，其强度也不同，强度越高，承压能力越大。3)杂质含量少。压裂砂中的杂质是指混在砂中的碳酸盐、长石、铁的氧化物及粘土等矿物质。常用酸溶解度来衡量存在于压裂砂中的碳酸盐、长石和氧化铁含量；用浊度来衡量存在于压裂砂中的粘土、淤泥或无机物质微粒的含量。,(2)对支撑剂的要求,4)砂子圆球度要好。砂子的球度是指砂粒与球形相近的程度，圆度表示颗粒棱角的相对锐度。支撑剂颗粒圆且大小大致相同时，颗粒上应力分布比较均匀，可承受的载荷比较大。5)密度小。若密度大，在压裂液中悬浮及在裂缝中充填较困难。6)来源广、价廉。,(2)对支撑剂的要求,填砂裂缝的导流能力：是裂缝闭合后，支撑剂充填带对储层流体的通过能力。值为：,(1)导流能力确定1）在室内模拟地层条件下测得；2）不稳定试井方法求得；3）数值模拟方法加以估计。,2.填砂裂缝导流能力,1)根据油层性质和埋藏深度经室内试验确定能满足压裂增产效果的石英砂粒径及浓度。一般在低闭合压力下浅层可选用大颗粒支撑剂；在高闭合压力下，选用粒径较小的支撑剂；裂缝面积上高浓度的支撑剂比低浓度的支撑剂有较高的导流能力。2)根据实际需求量选货源广又符合要求的砂产地，做到既经济，又来源充足。3)选择合适的加砂方式，不同加砂方式要选择不同的支撑剂。,(2)支撑剂的选择,支撑剂在压裂液中的沉降规律直接影响到填砂裂缝的几何尺寸、支撑剂在缝中的分布规律及填砂裂缝的导流能力。(1)单颗粒支撑剂在静止压裂液中的自由沉降斯托克斯利用浮力与阻力相等的原理，得出了无限、静止牛顿液体中颗粒以稳定匀速沉降的基本关系。作用在颗粒上的重力：,3.支撑剂输送,1)当时，,颗粒稳定匀速沉降时的阻力：,由F1=F2,2)当,3)当,时，,时，,对于非牛顿幂律压裂液以代则：,(2)支撑剂在裂缝中的沉降此时压裂液受到两种剪切效应，即砂子沉降剪切和液体水平流动的剪切。因此，压裂液受到的总剪切速率为：,由于砂子在缝中并不是孤立的单一颗粒，而是在一定的浓度下，此时，一颗砂子的沉降，受到其它砂子的影响，这种条件下的沉降称为干扰沉降。常用的干扰沉降速度的计算式为：,其中：,式中干扰沉降速度，ms；携砂液中液体所占的体积百分数。地面砂浓度，指单位体积携砂液中支撑剂的质量，kgm3。,液体中多颗粒沉降时，由于粒间相互干扰作用，使多粒中的单颗粒沉降速度低于多颗粒的沉降速度。,1）单颗粒支撑剂的沉降引起周围液体的向上流动，阻尼了周围颗粒的下沉，砂比愈高阻尼作用愈大；2）混有砂子的液体混合物的密度、粘度都有所增加，其结果是增大了颗粒的浮力及沉降的阻力，这都使沉降速度变缓。3）当支撑剂在裂缝中沉降时，壁面使颗粒沉降速度变缓。,相互干扰包括,(3)影响颗粒沉降的因素,建立压裂裂缝延伸模型是个相当复杂的课题，对压裂裂缝延伸的研究经历了一个逐步发展和完善的过程，由最初的线性模型发展为二维、拟三维及全三维模型。,四、裂缝扩展模型,最初研究裂缝扩展的模型是假设裂缝被限制在储层内，即压裂过程中，裂缝始终具有与储层厚度相同的高度，只在长度和宽度两个方向延伸。具有代表性的二维模型有卡特面积公式、PKN和KGD模型。,裂缝扩展模型示意图,卡特(Carter)利用霍华德(Howard)和法斯特(Fast)假设的裂缝形态，考虑液体滤失而导出了裂缝面积公式。基本假设为：1）裂缝等宽；2）压裂液从缝壁垂直而又线性地渗入地层；3）地层中某点的滤失速度取决于该点暴露于液体中的时间；4）地层中各点的速度函数都是相同的；5）裂缝中各点压力相同，等于井壁储层处的注入压力。,1.卡特面积公式,以排量Q注入到裂缝中的压裂液，一部分滤失于地层，一部分使裂缝体积增加。,1)滤失于地层的液量因为滤失量是从两个缝面滤失出去的，所以：面积是时间的函数，上式可写为：,式中:压裂液到达裂缝中某点所需的时间，s；压裂液到达缝中某点的时刻起的滤失速度，m/s；t注入时间，s；裂缝的单面面积。,2)使裂缝体积增加的液量,因此,用拉氏变换处理，解得：其中；erfc()可以查表或近似计算对于垂直裂缝：对于水平裂缝：,裂缝半径,缝高,缝长,珀金斯(Perkins)和克恩(Kern)1966年建立了垂直缝扩展模型，诺尔准(Nordgren)1972年做了进一步改进，考虑了流量沿裂缝的变化。该模型的假设条件是：1）缝高为常量;2）岩石具有弹塑性性质；3）裂缝纵向、横向呈椭圆型；4）垂向上无流动，裂缝垂直截面中压力恒定；5）沿裂缝长度某点处的应力状态与其它位置的压力分布无关。,2.PKN模型,缝宽方程压力方程连续性方程,藕合迭代求解,在计算过程中,吉尔兹玛(Geertsma)和德克拉克(Deklerk)利用克里斯丹诺维奇(Khristianovitch)和姚尔托夫(Zheltov)提出动平衡裂缝的概念，提出了裂缝扩展和延伸模型，简称KGD模型。动平衡裂缝：由于水力作用裂缝慢慢地扩展，而作用在缝壁上的液体正压力会使裂缝边界处的壁面光滑地闭合。,3.KGD模型,假设（除了与PKN相同之外）：1）裂缝以矩形断面从一个线源向外线性地延伸；2）沿缝长的压力分布遵循层流牛顿液在窄的矩形缝中的流动方程；3）采用英格兰(England)与格林(Green)提出的平面应变条件下的岩石破裂方程；4）考虑液体的滤失。求解：在实际压裂过程中，裂缝的高度、长度和宽度同时增加，因此二维模型与此不相符合。要真实地模拟垂直裂缝在垂向和横向上的扩展，应按三维空间求解。,3.KGD模型,水力压裂优化设计是以获得最大经济净现值为目标的压裂设计，一般包括三项内容：1)不同缝长及裂缝导流能力下的油、气日产量；2)确保上述缝长及裂缝导流能力的作业设计（压裂液用量、支撑剂用量及加砂程序）；3)综合1)与2)可获得最高净现值条件下的缝长。,五、水力压裂优化设计,进行这样的经济优化设计，必须以油藏模拟、裂缝模拟与经济模型等为基本手段。优选出最高经济净现值的设计方案。,优化压裂设计概念图,压裂设计参数分为不可控制参数和可控制参数。不可控制参数是指无法进行调整的储层特征参数，包括：储层渗透率和孔隙度；储层净厚度；储层应力状态；储层压力和温度；储层流体特性及其饱和度；邻近遮挡层的厚度及其延伸范围和应力状态。可控制参数是指可以加以调整来进行优化压裂设计的完井特征参数，包括：井筒套管、油管及井口状况；井下设备；射孔位置和射孔数；压裂液和支撑剂；施工排量等。,1.压裂设计所需参数,1)普拉兹(Platz)认为如果裂缝的导流能力及填砂裂缝的长度是有限的，裂缝相当于增加了井的有效半径。如果井半径较小，填砂裂缝又具有较高的导流能力，井的有效半径可按缝长的14来计算。压裂后井的增产倍数可表示为：,压裂前的稳定产量,压裂后的稳定产量,2.压裂井的产量预测,(1)垂直裂缝,2)如裂缝的单翼缝长小于供油半径的110，即时，可采用下式计算,3)麦克奎尔(McGuire)与西克拉(Sikora)作出了电模拟曲线，如图13-6；该曲线的拟合方程为：,其中,3)麦克奎尔与西克拉法,*（1）低渗层（KH+传质速度;故壁面上的酸浓度c0。在裂缝中心位置且垂直于壁面的方向上，酸浓度梯度为零。因此，盐酸与石灰岩反应，其边界条件组为:,盐酸与白云岩反应，表面反应速度有限，故边界条件组与这三式不同，做出的图版亦不同，不可混淆。,2)酸浓度分布规律及计算图的应用,图中纵坐标为贝克来数：,横坐标为无量纲距离数：,计算图的应用,注意：必须选用实际产层温度条件下的曲线，岩性不同，所得的DH+值不同。,用产层岩石做室内流动模拟实验，确定出DH+值(H+有效传质系数)。,3)H+有效传质系数的确定,实验条件：恒温，恒压，壁面无漏失，稳定流动。,砂岩组成：砂粒+粒间胶结物砂粒：石英和长石胶结物：硅酸盐类和碳酸盐类。砂岩地层的酸处理，就是通过酸液溶解砂粒之间的胶结物和部分砂粒，或者溶解孔隙中的泥质堵塞物，或其它结垢物以恢复、提高井底附近地层的渗透率。砂岩地层的酸处理多采用土酸进行处理。,2.砂岩地层的土酸处理,土酸：由10%15%浓度的盐酸和3%8%浓度的氢氟酸与添加剂按不同比例所组成的混合液,通常之称为土酸(MudAcid)。,土酸中的氢氟酸(HF)是强酸，HF对砂岩中的一切成分(石英、粘土、碳酸盐)都有溶蚀能力，但不能单独用氢氟酸，而要和盐酸混合配制成土酸，其主要原因有下述两个方面：氢氟酸与硅酸盐类以及与碳酸盐岩反应。氢氟酸与碳酸钙的反应为：,氢氟酸与硅酸钙铝(钙长石)的反应为：,(1)土酸处理原理,对CaF2，当酸浓度高时，处于溶解状态，当酸浓度低时，处于沉降状态。做法：酸液中包含有HCl时，依靠HCl维持酸液较低的pH值，以提高CaF2的溶解度。,氢氟酸与石英的反应为,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+、NH4+等离子相结合。生成的CaSiF6易溶于水，不会产生沉淀，而Na2SiF6为不溶物质会堵塞地层。做法：在酸处理过程中，应先将地层水顶替走，避免与氢氟酸接触。,2)氢氟酸与砂岩中各种成分的反应速度各不相同，氢氟酸与碳酸盐的反应速度最快，其次是硅酸盐(粘土)，石英最慢。VHF-碳酸盐VHF-硅酸盐VHF-石英,VHCl碳酸盐VHF-碳酸盐,因此土酸中的盐酸成分可先把碳酸盐类溶解掉，从而能充分发挥氢氟酸溶蚀粘土和石英成分的作用。,依靠土酸液中的HCl成分溶蚀碳酸盐类，并维持酸液较低的pH值，依靠HF溶蚀石英和泥质成分，恢复和增加近井地带的渗透率。,2)氢氟酸与砂岩中各种成分的反应速度各不相同，氢氟酸与碳酸盐的反应速度最快，其次是硅酸盐(粘土)，石英最慢。V碳酸盐V硅酸盐V石英,因此当HF进入砂岩地层后大部分HF首先消耗在与碳酸盐的反应上，不仅浪费了大量价值昂贵的HF，并且妨碍了它与泥质成分的反应。但是VHCl碳酸盐VHF-碳酸盐因此土酸中的盐酸成分可先把碳酸盐类溶解掉，从而能充分发挥氢氟酸溶蚀粘土和石英成分的作用。,总之依靠土酸液中的盐酸成分溶蚀碳酸盐类，并维持酸液较低的pH值，依靠氢氟酸恢复和增加近井地带的渗透率,溶蚀石英和泥质成分。,砂岩酸化过程中，影响反应速度的主要因素是HF浓度、HCl浓度、温度、矿物组成等。1)氢氟酸浓度：酸岩反应速度除蒙脱石外大多数砂岩矿物都与氢氟酸浓度成正比，因此，为了防止疏松地层破碎，应该用低浓度(1.5%)的氢氟酸进行酸处理。2)盐酸浓度：酸岩反应速度一般在强酸介质中加快，高浓度的余酸的反应速度小于同浓度的鲜酸，盐酸的主要作用是保持低pH值，防止二次沉淀。3)温度：矿物的溶解是一种热活化现象，因此，反应速度随温度增加而明显增加，对石英矿物，每增加25，速度增加约1倍，但活性酸的穿透深度相应地减小。,(2)影响土酸反应速度的因素,4)压力：压力增加，总溶解反应速度略微加快，因为溶解的六氧化硅可以部分变为酸性六氟化硅(H2SiF6)且能迅速引发进一步反应。5)矿物组成及可接触表面积：酸岩反应过程中，要接触岩石的矿物性质和总可接触表面积将决定总反应速度。粘土反应速度比长石快，长石反应速度则比石英基质快。接触表面积越大，反应速度越快。,酸液及添加剂的合理使用，对酸处理效果起着重要作用。随着酸化工艺的发展，国内外现场使用的酸液种类和添加剂类型越来越多。,二、酸液及添加剂,(1)盐酸盐酸是一种强酸，它与许多金属、金属氧化物、盐类和碱类都能发生化学反应。由于盐酸对碳酸盐岩的溶蚀力强，反应生成的氯化钙、氯化镁盐类能全部溶解于残酸水，不会产生沉淀；酸压时对裂缝壁面的不均匀溶蚀程度高，裂缝导流能力大，成本较低。缺点:与石灰岩反应速度快，特别是高温深井，由于地层温度高，盐酸与地层作用太快，因而处理不到地层深部;盐酸会使金属坑蚀成许多麻点斑痕，腐蚀严重;H2S含量较高的井，盐酸处理易引起钢材的脆性断裂。,1.常用酸液种类及性能,常用的有机弱酸是甲酸和乙酸，它们在水中只有一小部分离解为氢离子和酸根离子，即离解常数很低。因此，它们的反应速度比同浓度的盐酸要慢几倍到十几倍，有效作用距离长，对金属设备和管线腐蚀弱。缺点:溶蚀力小，与碳酸盐作用生成的盐类，在水中的溶解度较小。因此，酸处理时采用的浓度不能太高，以防生成甲酸或乙酸钙镁盐沉淀堵塞渗流通道。一般甲酸的浓度不超过10%，乙酸液的浓度不超过15%。,(2)有机酸,多组分酸是一种或几种有机酸与盐酸或氢氟酸的混合物。盐酸或氢氟酸先反应，然后甲酸或乙酸才反应。,(3)多组分酸,乳化酸一般以油为连续外相，酸为分散相所组成的油包酸型体系。特点：粘度较高，滤失少。,(4)乳化酸,当乳化酸进入地层时，被油膜包围的酸液不会立即与岩石结触，因此，乳化酸可增大酸的有效作用距离。另外，由于油膜的存在，使得酸在注入过程中基本不与金属设备和井下管柱直接接触，很好地解决了缓蚀问题。其缺点是摩阻较大，从而排量受到了限制。,稠化酸是在盐酸中加入增稠剂或胶凝剂，使酸液粘度增加，降低酸至裂缝壁面的传递速度。,(5)稠化酸,特点：它具有粘度高、滤失小、穿透距离深、溶蚀性能好、可携带不溶的细小颗粒及残渣。,泡沫酸是用少量起泡剂将气体分散到酸液中形成一种均匀的细小的气泡分散体系的酸液。,(6)泡沫酸,特点：密度小(300800)、粘度大等特点。因此缓速、低滤失、反排能力强、用液量少。适用于重复酸化的老井和液体滤失性大的低压油层处理。,常用的酸液还有氨基磺酸、废硫酸、化学缓速酸等。,(7)其它酸液,氨基磺酸：是一种缓速酸，它与碳酸盐岩反应慢，作用时间长，价格便宜，处理效果好。,废硫酸：腐蚀性小，溶解能力较高，与地层反应速度慢，能有效地处理井附近及远离井的油层地带。它适用于高温灰岩油层和一般灰岩油层的处理。化学缓速酸的特点是缓速而不增高粘度和固体含量。,活性酸：其中的活性剂可吸附在岩石表面，通过控制酸与岩石表面的反应以达到缓速的目的。,酸处理时要在酸液中加入某些化学物质，以改善酸液的性能和防止酸液在地层中产生有害物质，这些化学物质统称为添加剂。,2.酸液的添加剂,常用添加剂的种类有：,(1)缓蚀剂缓蚀剂是指那些加到酸液中能大大减少金属腐蚀的化学物质。其缓蚀机理是将缓蚀剂通过物理吸附或化学吸附而吸附在金属表面，从而把金属表面覆盖，避免直接与酸接触，使其腐蚀得到抑制。常用的缓蚀剂包括有机缓蚀剂和无机缓蚀剂。使用结果表明，有机缓蚀剂比无机缓蚀剂效能高。,酸液的添加剂,(2)稳定剂(络合剂)为了减少氢氧化铁沉淀，避免发生堵塞地层的现象而加入的某些化学物质，称为稳定剂。稳定剂能与酸液中的离子结合成能溶于水的六乙酸铁络离子，减少产生沉淀的机会。,(3)表面活性剂酸液中加入表面活性剂，其作用主要是：降低界面张力，油酸脱乳，改变地层润湿性，加速返排，防止残渣形成。加入表面活性剂时必须保证它们与缓蚀剂及其它添加剂配伍。根据其作用，主要包括减阻剂、破乳剂、缓速剂、悬浮剂等。,(4)粘土稳定剂防止粘土膨胀的添加剂，主要有羟基铝、氯氧化锆、阳离子有机聚合物、聚胺、聚季胺等。,(5)互溶剂互溶剂的主要作用是减少亲油性表活剂在地层固相颗粒的吸附，缓解酸化后因相对渗透率的改变或固相稳定乳化作用可能引起的减产。,酸压：用酸液做压裂液，不加支撑剂的压裂称为酸化压裂。,三、酸压设计,前置液酸压：用高粘液体作为前置压裂液，先把地层压开，然后在注入酸液的方法。,酸压机理,1）因为粘度高，滤失小，可形成较宽较长的裂缝，减少了裂缝的面容比。降低了酸液的反应速度，增大了酸液的有效距离。,2）前置液预先冷却地层，温度下降，起缓蚀作用。,3）酸液进入有高粘度压裂液的裂缝，由于两种液体的粘度相差悬殊，粘度小的液体在高粘度液中形成指进现象，酸液大约只与30%60%的裂缝表面接触，漏失量降低，酸反应速度降低。,1.裂缝几何尺寸2.缝中酸液温度3.酸液有效作用距离4.酸压后裂缝导流能力的计算5.增产比的计算,设计内容,酸压中粘度较高的前置液与粘度较低的酸液是顺序泵入的。由于前后泵入液体的性质差别，在两种液体界面前后就存在不同的压力梯度，使得裂缝几何尺寸的计算复杂化。如果在界面间产生粘性指进的不稳定过程,在缝宽缝长的计算上就更为困难。在这里采取了简化计算方法，认为缝的几何尺寸由泵入的前置液造成。酸液进入既定的平均缝宽的裂缝中进行反应。,1.裂缝几何尺寸,2.缝中酸液温度温度对酸液的反应速度是非常敏感的。酸液在缝中的温度分布取决于地层温度及反应热对它的影响。对于这个问题已经研究出了同时考虑地层向缝中传热及反应热对缝中酸液温度的作用的解。,前面已全面阐述了酸液有效作用距离的计算方法，特别是在不同条件下氢离子有效传质系数的计算，其中未考虑酸液粘度、酸浓度及同离子效应对传质系数的影响。,3.酸液有效作用距离,4.酸压后裂缝导流能力的计算酸溶蚀后导流能力的大小与岩石强度、岩石非均质程度、岩石矿物被溶解的数量及其分布等因素有关。在壁面上均匀溶蚀后的缝宽为：,裂缝的理论导流能力为:裂缝的实际导流能力应计入闭合压力Pc及岩石的嵌入压力Pin的影响,当已知有效作用距离与供油半径的比及裂缝导流能力与地层渗透率K的比后，与水力压裂的增产比求法一样，可查增产倍数曲线(图13-6)，但当小于0.1或查曲线不方便的时候，可根据实际情况选用式(13-46)式(13-51)中有关公式计算。,5.增产比的计算,系统组成：由地面和井下两大部分组成。地面部分有压裂车、混砂车、大罐、酸化压裂车及酸罐车。井下部分有4759封隔器、喷砂器、工作简、挡球短节，球与座等。用清水将油层压开裂缝后，接着快速向油层挤入土酸，使酸液沿着裂缝渗入油层，达到深度解堵的目的。,酸压工艺,酸处理效果与许多因素有关，诸如选井选层，选用的酸化技术，选择的酸化工艺参数及施工质量等。下面主要介绍选择处理井层的一般原则，各种酸化技术以及酸化后的排液。,四、酸处理工艺,1）优选油气显示好、试油效果差的井层;2）优选邻井高产而本井低产的井层；3）多产层位的井，进行分层处理，先处理低渗透地层；4）对于生产史较长的老井，应暂堵开采程度高、地层压力已衰减的层位，选择处理开采程度低的层位;5）关于重复酸压问题，应根据情况分别对待，如查明为解堵不彻底的井，可进行重复解堵酸化；如堵塞已彻底解除而油气产量递减快，则说明该井供油面积小，可以进行大型酸压，以沟通远处的裂缝系统获得高产；6）对于生产稳定，而以前酸处理均收效的井，可考虑再次进行酸处理。,1.酸处理井层的选择,根据施工压力与地层破裂压力的关系，将酸化分为常规酸化和压裂酸化；根据施工方式不同而进行的酸化又可称为选择性酸化和“空井”酸化。,2.酸处理方式,1）常规酸化：是指注酸压力低于地层破裂压力的酸化，这时酸液主要发挥其化学溶蚀作用，扩大与之接触岩石的孔、缝、洞。例：一般对于岩性条件较好，电测曲线解释为具有渗透层的特征，在钻井过程中有井涌井喷、放空等良好油气显示的井。,2）酸化压裂：是在高于地层破裂压力下进行的酸化作业。这时酸液将同时发挥化学作用和水力作用来扩大、延伸、压开和沟通裂缝，形成延伸远、流通能力高的油气渗流通道。,3）“空井”酸化：为避免洗井液漏入地层和减少配制泥浆的地面设施，利用原管串不压井，直接从油管往地层挤酸的酸化方法。优点：避免清水大量漏入油、气层；省去压井和洗井工序，缩短施工时间，降低施工成本；不放气压井，减少天然气损耗。,4）选择性酸化：是采用机械或物理化学的方法，将井中各油气层段隔开，然后针对各层特点把酸液有控制地注入各个层段的酸化工艺。优点：充分挖掘各层潜力，实现“一井多层，合理开采”；提高中、低渗透层段的注水量，使注入水均匀推进，以获得较高的采收率；加快试采速度，取得单层资料；提高复杂井酸化措施效果。,目的：酸化施工结束后，停留在地层中的残酸由于其活性已基本消失，不能继续溶蚀岩石，而且随着其pH值增高，原来不会沉淀的金属会相继产生金属氧化物沉淀。为了防止生成沉淀堵塞地层孔隙，影响酸化效果，一般说来应缩短反应时间，限定残酸浓度在某值以上，尽可能将残酸快速排出。,3.酸处理井的排液,常用的排液方法：放喷、抽汲、气举法和增注液态及氮气助喷排液法。,常用的排液方法,增注液态CO2排液法简介：酸化施工时，用将液态CO2在高压下同酸液混合挤入地层。当液体CO2进入地层后，由于温度不断升高(超过31)而施工后压力不断下降，液态CO2就转变为气态CO2。放喷时气态体积不断膨胀，这种膨胀能量将挤推和携带残酸，往往无需抽汲即可排净残酸。同时还有缓速等多种效能，在现场施工中收到较好效果。氮气也有类似的助排效果。,（1）酸液的选择：不同地层应选择不同的酸比例。1）当地层泥质含量较高时，氢氟酸浓度取上限；2）当地层碳酸盐含量较高时，则盐酸浓度取上限，氢氟酸液度取下限。3）对于解除井底铁锈堵塞为主的注水井，应配制以盐酸为主的土酸溶液；相反如果是泥质堵塞物为主，则应相应提高氢氟酸的浓度。4）在改造以粘土胶结为主的砂岩地层或泥浆堵塞中碳酸盐成分较小时，土酸溶液中的氢氟酸浓度应相应提高。,4.土酸处理工艺,为了进一步防止不溶物的沉淀和充分发挥氢氟酸对泥质成分的溶蚀作用，在土酸处理前应预先进行盐酸处理。,（2）盐酸预处理,预处理的作用：,因此，预处理时的盐酸用量不应低于土酸用量，盐酸的浓度依地层中的碳酸盐含量而定，一般取12%15%。,（3）土酸处理的施工工艺步骤,1)预处理：用12%15%的盐酸溶解地层中的碳酸盐类并顶走地层水,2)土酸处理：其中盐酸进一步溶解碳酸盐类并保持酸液在较低的pH水平上，防止CaF2沉淀，氢氟酸溶解泥质成分和部分石英颗粒；,3)顶替酸处理：顶替液可以用5%10%盐酸，过滤的煤油、柴油或氯化铵，其目的是作氢氟酸与泵入液体间的缓冲液体，应有足够量的顶替液，把土酸全部顶替到地层中去。,高能气体压裂(HighEnergyGasFracturing,简称HEGF)是继爆炸压裂、水力压裂之后发展起来的一项油水井增产增注技术。,第三节高能气体压裂,原理：利用特制火药或火箭推进剂在井筒中油层部位快速燃烧所产生的高温高压气体，将油层压出辐射状径向多裂缝体系，从而有效地穿透井筒附近的污染带，勾通天然微裂缝，改善近井地带渗透性能，达到油水井增产增注的目的。,高能气体压裂特点：具有施工简便、成本低廉、污染小的显著优点，为低产能井的改造提供了新手段。,增产机理主要基于下述四方面的作用：1.机械作用当高能气体发生器在