储层酸化技术监督与管理.ppt

1、第二部分：储层酸化技术监督与管理,第一节 储层伤害机理 第二节 酸化作用机理,第三节 常用酸液类型及其优选,第四节 现场施工常用酸液体系及试验仪器 第五节 酸化（压）工艺技术,第六节 酸化（压）施工设计与效果评价 第七节 酸化现场施工与监督,酸化技术的发展概述,酸化起始于19世纪90年代，1896年出现第一个酸化专利， 主要工艺,技术为酸洗和碳酸盐岩基质酸化，目的：解堵和除垢； 20世纪60年代开始进行砂岩酸化和碳酸盐岩酸压试验 其中,砂岩酸化初期进行大量的现场施工，并在70-80年代研究出一系列新 的砂岩酸化系统，开发了氟硼酸、胶束酸、多组分酸等新型酸液体系； 碳酸盐岩酸压从20世纪80-9

2、0年代进行了前置液酸压、多级注入酸 压、闭合酸化等大量酸压工艺新技术，开发了乳化酸、稠化酸、地下交 联酸、地面交联酸、微乳酸等新型酸液体系,定位：酸化及酸压是油(气)井增产、注水井增注的主要措施之一,酸化都是在低于储层破裂压力下向储层注入酸液溶解地层中的可 溶物质，清除孔隙中的堵塞物质。其主要目的是解除堵塞、恢复和提 高油（气）井产能,酸压裂是在高于储层破裂压力或延伸压力的条件下，以较大的排量 压开地层形成裂缝或扩展地层的天然裂缝，利用酸液溶蚀裂缝面，在裂 缝闭合后形成较高的酸蚀裂缝导流能力，使储层的渗流能力得到改善和 提高。其主要目的是改造储层，提高油（气）井产量,完整的酸化或酸压裂设计与现

3、场施工需要考虑的主要因素,1、储层特征及伤害类型,2、酸液体系和添加剂的选择,酸液类型、浓度及用量,酸液体系中化学添加剂，用于提高酸化效果、减少伤害和保护储层,3、泵注程序,设计注入排量、注入压力和注入流体顺序,4、转向技术,对于非均质严重的储层，调整吸酸剖面的技术,5、实时监测评估,酸化实施过程中的评估技术,6、残酸的返排技术,7、现场施工技术与质量监督程序,1,固井 射孔 砾石充填 增产措施,修井作业 化学处理 储层注水,钻完井,生产作业,第一节 储层伤害机理 储层伤害是指流体流动通道受到污染或限制，导致油气（水）流 动能力下降、产量降低。 钻井,一、储层伤害因素,1、储层受天然因素伤害,

4、微粒运移、粘土膨胀、水垢、沉淀(有机物单独、无机物和有机,物混合）、乳化等,2、储层受人为因素伤害,注入液体导致的微粒或聚合物堵塞伤害、润湿性改变、酸岩反,应、铁离子沉淀、细菌、水锁、钻井液不配伍等,二、钻完井伤害,1、泥浆侵入伤害,泥浆侵入大的孔隙喉道和张开的微裂隙 泥浆中的固体颗粒破碎后堵塞孔隙 钻井时间过长、泥饼被破坏,钻井液循环速度过大造成滤饼侵入 钻井液密度过高造成过平衡钻井 泥饼渗透率过高导致滤液侵入,泥浆,P1,砂岩储层泥浆侵入孔隙 Pi,泥饼,碳酸盐岩储层泥浆侵入微裂隙和孔洞,冲洗带,L1,L2,L1 L2 说明碳酸盐岩储层更容易受到泥浆的伤害,端部,2、射孔伤害,射孔压实带和

5、射孔滤液侵入对储层造成的伤害； 顶部 压实带 射孔滤液侵入,滤液,微粒运移、结垢、套管漏失、弱胶结或软砂岩储层射孔段垮塌等,三、生产过程伤害,如：酸化过程伤害,固相颗粒物质通过井筒进入地层造成伤害,表面活性剂或铁离子稳定剂等影响油藏润湿性或引起乳化堵塞 产生水锁,沥青或含蜡物质堵塞,不配伍酸液与沥青等物质反应生成的残渣堵塞,酸量设计不合理导致的胶结物过度溶蚀、酸后地层垮塌 设计酸液不合理产生的酸岩反应沉淀物,第二节 酸化作用机理,酸化目的：解堵、增产,酸化分类：基质酸化、酸压裂,一、砂岩酸化作用机理 砂岩储层由颗粒物质和粒间胶结物组成，颗粒主要成分是石英、长 石，胶结物主要成分是粘土，还含有黄

6、铁矿等矿物,盐酸与碳酸盐矿物反应,CaCl2+CO2 +H2O CaCl2+ MgCl2 +2CO2 +2H2O,CaCO3+2HCl CaMg(CO3)2+4HCl 盐酸与铁质矿物反应,Fe2O3+6HCl FeS+2HCl,2FeCl3+3H2O FeCl2+H2S,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CaF2沉淀，堵塞孔道。 CaCO3+2HF CaF2 +H2O+CO2,CaMg(CO3)2+4HF,CaF2 + MgF2 +2H2O+2CO2,氢氟酸与石英、长石和粘土矿物反应： SiO2+4HF SiF4+2H2O SiF4+2H

7、F H2SiF6 Si3AlO8Na+22HF NaF+AlF3+3H2SiF6+8H2O Al4(Si4O10)(OH)8+36HF 4H2SiF6+4AlF3+18H2O,二、碳酸盐岩酸化作用机理,杂质 100,1,2,3,5,6,7,4 8,9,50,50,100% 90% 白云石,50,90% 100% 方解石,1、非碳酸盐岩 2、不纯白云岩,3、不纯灰质白云岩,4、不纯白云质灰岩,5、不纯石灰岩 6、白云岩,7、灰质白云岩 8、白云质灰岩,9、石灰岩,含量高,含量低,盐酸与方解石、白云岩反应,CaCO3+2HCl,CaCl2+CO2 +H2O,CaMg(CO3)2+4HCl,CaCl

8、2+MgCl2+CO2 +2H2O,甲酸(蚁酸)与方解石、白云岩反应,CaCO3+2HCOOH,Ca(COOH)2+CO2 +H2O,CaMg(CO3)2+4COOH Ca(COOH)2+Mg(COOH)+2CO2 +2H2O 乙酸(醋酸)与方解石、白云岩反应,CaCO3+2H(CH2COOH,Ca(CH2COOH)2+CO2 +H2O,CaMg(CO3)2+ 4H(CH2COOH) Ca(CH2COOH)2+ Mg(CH2COOH)2 +2CO2 +2H2O,三、酸化工艺方式,酸洗,表皮解堵酸化，主要用于砂岩、碳酸盐岩油水井的表皮解堵及疏通射孔孔眼,基质酸化,常规酸化，是在低于储层岩石破裂压

9、力下将酸液挤入储层孔隙空间，使酸液沿 径向渗入地层而溶解地层孔隙空间的颗粒以及其它堵塞物，扩大孔隙空间而恢 复或提高地层渗透率。主要用于解除钻井、完井、大修等入井流体及 沉积物在 近井地带的伤害，该方式中酸液与岩石接触面积较大，酸岩反应时间很短，处 理范围一般在1m左右，对严重堵塞井的处理效果较好,酸化压裂,高于储层岩石破裂压力压开裂缝后注入酸液，以沟通井筒附近高渗带或其它裂 缝系统、清除井壁附近污染、增大油气向井眼流通面积、改善油气井流动方式 和增大井眼附近渗流能力。主要用于碳酸盐岩油、气井储层改造,四、酸液有效作用距离,酸液在渗流孔道或裂缝中流动，与岩石壁面发生化学反应，当 酸液浓度降低到

10、某一数值(通常为鲜酸浓度的10%)时称为残酸。鲜酸变为 残酸之前所流过的距离称为酸液有效作用距离,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,强酸反应速度快，作用距离短,弱酸反应速度慢，作用距离长,第三节 常用酸液类型及其优选 一、常用酸液,1、盐酸 2、氢氟酸 3、土酸 4、自生土酸,5、有机酸 6、磷酸 7、氟硼酸 8、多组分酸,1、盐酸 盐酸的工业标准 用工业盐酸配制酸液的计算公式,式中 QS 工业盐酸用量，kg; V 酸液用量，m3； 酸液相对密度； CS 酸液中盐酸浓度，%（质量分数）； Ci 工业盐酸质量浓度，%（一般为31,s,s,Q,V

11、C C i,2、氢氟酸 氢氟酸的工业标准,3、土酸（含、自生土酸,配方略,土酸为氢氟酸和盐酸的混合物，一般组成为： 36%HF（10%）+1015%HCL 氢氟酸与砂岩反应溶解泥质和二氧化硅。盐酸与碳酸岩反应，先把大 部分碳酸岩溶解掉，防止CaF2等生成沉淀物，从而充分利用土酸对粘 土、石英和长石等的溶蚀作用。若地层中碳酸盐胶结物较多，可适当提 高盐酸浓度,5、有机酸（甲酸和乙酸,甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）为弱离子型，慢反应的有机酸。主,要用于高温油井（高于120 ）或希望延长反应时间的井。矿场应用的醋 酸溶液常稀释到15%或更低,7、氟硼酸,当氟硼酸注入地层后发生水解反应，生

12、成氢氟酸，从而达到酸化目的,氟硼酸主要用于砂岩储层深部酸化,8、多组分酸,利用盐酸溶蚀能力强的特点获得较高的酸蚀裂缝导流能力，又利用,有机酸的低腐蚀性，主要用于高温储层酸处理,6、磷酸,磷酸电离度底，缓速效果明显，适用于钙质含量高的砂岩或石灰岩储层,二、常用酸液添加剂 酸液作为一种通过井筒注入地层并能改善储集层渗透能力的工作液 体，必须根据储集层条件和工艺要求加入各种化学添加剂，以完善和提 高酸液体系性能，保证施工效果,1、缓蚀剂 2、表面活性剂 3、铁离子稳定剂 4、助排剂,5、粘土稳定剂 6、降阻剂 7、暂堵剂 8、稠化剂,1、缓蚀剂 主要用于减小酸液对金属管件的腐蚀，降低对储层的污染,酸

13、化允许腐蚀速度标准,高温酸液缓蚀剂,120挂片表面对比,80挂片表面对比,100挂片表面对比,140挂片表面对比,2、表面活性剂,降低表面和界面张力，防止生成乳状液，使储层水湿和加速残酸返,排,用于降低表面张力的表面活性剂,防破乳用表面活性剂,3、铁离子稳定剂,防止铁及其它金属盐形成络合离子而沉淀,4、助排剂,借助气体膨胀加速残酸返排，常用N2、醇类和表面活性剂,5、粘土稳定剂,稳定细小粘土颗粒，防止微粒运移伤害,6、降阻剂,降低工作液在井筒流动的沿程摩阻，降低施工压力,7、暂堵剂,基质酸化是用以桥堵储层孔隙，酸压时用以桥塞射孔孔 眼或裂缝入口,8、稠化剂,三、酸液类型优选,基质酸化的主要作用

14、是清除储层的污染和伤害，恢复和提高油,井产能,酸压裂的主要是增加储层的渗流面积，沟通裂缝系统，提高油,井产能,因此，必须了解和掌握储层的类型、成因等状况，为选择酸化或,酸压裂以及酸液体系提供科学的依据,1、酸化（压）前的储层评估 岩性分析（矿物成分，孔隙和喉道分布等） 酸溶解率 物性评价（K，S0） 储层伤害特征评价 五敏（酸、碱、盐、速、水）分析和长短岩心流动伤害评价 试井分析 (s=?) 油气井生产特征分析 2、矿物成份影响,敏感性,酸液与岩石接触可能产生的所有有伤害反应,岩石结构：矿物在岩石结构内的位置； 酸溶解率：岩石之所以能在盐酸中溶解，通常认为存在碳酸盐岩。 粘土含量：岩石对酸处理

15、的响应,3、酸液选择方法,酸液选择的原则很简单，即酸液必须有效消除伤害并且能增加渗透率,比如：清除沉淀物的伤害，主要考虑以下5种因素,1)化学因素：沉淀物在后置液及油层天然流体中的溶解度,2)结晶因素：沉淀物为非晶质还是晶质,3)形态因素：可以移动晶粒（从溶液中检出沉淀在孔隙空间）的存在形式,4)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征有关,常用酸液主要特点和适用条件,砂岩酸化使用的酸液准则,第四节 现场施工常用酸液体系及试验仪器,一、碳酸盐岩酸化常用酸液体系,二、砂岩酸化常用酸液体系,三、酸液性能评价试验及仪器设备,一、常用碳酸盐岩酸化

16、（压）酸液体系 常规碳酸盐岩储层以盐酸体系工作液为主。 根据储层条件、矿物成分以及流体性质，对酸液配方及物理、化学 性质有不同的要求，选择不同的盐酸体系,1、常规盐酸体系,酸压一般只适合于碳酸盐岩储层,2、稠化酸体系 3、地面交联酸体系 4、乳化酸体系 5、泡沫酸体系 酸压形成人工大裂缝,盐酸浓度（,20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0,0,10,20,30,40,50,60,乳化酸 常规酸,酸 岩 反 应 速 率 评 价 实 验 结 果,反应时间（min） 在室温（30）下测得,乳化酸残酸,表面张力32.4Mn/m 界面张力1.7Mn/m 低于清水表面张力50%，有助于残酸

17、返排,残酸表面/界面张力评价实验结果,砂岩储层结构复杂，矿物成分多，如何选择与储层特征和岩石物性相匹,配的酸液体系非常关键。常用的酸液体系有下列几种,二、常用砂岩酸化酸液体系,1、常规盐酸体系 2、常规土酸体系,3、氟硼酸缓速体系,4、自生土酸缓速体系 5、磷酸缓速酸化体系 6、胶束酸体系 7、复合酸体系,1、常规盐酸体系,适用条件：砂岩解堵酸化，盐酸溶蚀率大于20,典型配方：1515HCI+23缓蚀剂+23表面活性剂+13铁离子稳定剂+13%粘土稳定剂,2、常规土酸体系,适用条件：砂岩解堵酸化，恢复和提高近井地带渗流能力,典型配方：812HCI+35%HF+23缓蚀剂+23表面活性剂+13铁

18、离子稳定剂+13%粘土稳定剂,特殊提示：盐酸前后需要冲洗,3、氟硼酸缓速体系,氟硼酸水解速度较慢，水解生成的氟化氢后与矿物发生反应,主要特点,酸岩反应速度慢，活性穿透距离大，酸处理半径大。 能将粘土及其他微粒融合为惰性粒子，就地胶结，从而 稳定粘土，防止微粒运移造成的伤害。 能抑制粘土矿物质的水敏性膨胀。 有利于储集层保护，有效增产期长,适用条件,砂岩油（气）层的深部或高温井的酸化施工,渗透率（10-3m2,0,4 2,10 8 6,三、酸液性能评价试验及仪器设备 酸蚀裂缝导流能力试验仪 12,0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,试验27,NH4Cl,HCl,常规土酸

19、,试验26 低浓度土酸,NH4Cl,29cm长岩心流动度,注入液体积（孔隙体积倍数PV） 长岩芯酸化流动试验仪,耐酸旋转粘度计,动态腐蚀监测仪,模拟地 层温度，动 态模拟酸液 对油管、套 管的腐蚀,暂堵酸化岩心流动试验仪,应用岩心夹,持器的串 （并联）同 组合，模拟 油（气）井 暂堵酸化过 程，筛选评 价酸化暂堵 剂,ESEM2020 环境扫描电镜,酸浸泡岩心 试验前后实 体定位对比 观察,闭合酸化工艺 前置液（粘性指进）酸压工艺 多级注入酸压工艺 多级注入酸压闭合酸化工艺 地面交联酸携砂压裂工艺 水平井分段酸压工艺,酸洗 基质酸化 酸压,第五节 酸化（压）工艺技术 碳酸盐岩储层酸化（压）工艺

20、技术 分层酸化（压）工艺 暂堵酸化工艺 稠化酸（泡沫酸）酸化（压）工艺,酸液,酸蚀裂缝,动态裂缝,酸压示意图,针对纵向多层，提高纵向改造,强度的一种工艺,封隔器分层，可靠性较高,堵塞球分层，施工方便，适,用性强，费用低,分层酸化（压）工艺,配 液,低渗透层段 高渗透层段,低渗透层段 高渗透层段 暂堵剂被溶解变小， 随产出液排出,酸 液 酸 化,低渗透层段 高渗透层段 泵入固态暂堵剂,暂堵剂,部分溶解的暂堵剂,固态暂堵酸化,暂堵酸化工艺 用携带液将暂堵剂带入井内封堵高渗层，然后挤酸；或者酸化中低 渗透层将暂堵剂加入酸液中一起挤入地层，暂堵剂首先进入高渗透层迫 使后来酸进入中低渗透层，从而达到暂堵

21、酸化的目的,导流能力m2*cm,1400 1200 1000 800 600 400 200 0,0,10,20,30,40,50 60 闭合压力(MPa,普通酸 稠化酸,在其它条件均相同的情况下(即排 量、压力、反应时间相同)，比较稠化 酸与普通酸的酸蚀裂缝导流能力，由于 稠化酸具有很好的缓速性能，而普通酸 反应较快，稠化酸对裂缝的不均匀刻蚀 更强，在低闭合压力下稠化酸的导流能 力低于普通酸，而在高闭合压力下导流,能力明显高于普通酸,稠化酸酸压工艺 对于天然裂缝和孔洞发育的碳酸盐岩储集层，采用基质酸化 对于中、低渗的天然裂缝和孔洞欠发育的碳酸盐岩储集层碳酸盐岩储 集层，可以采用稠化酸酸压。

22、1600,压力（MPa,排量（m3/min,0,20,40,14:18,14:38,14:58,15:18,15:38,15:58,16:18,施工时间,0,5,10,9 泵压 8 30 7 6,4 排量 3 10 2 1,替胶凝酸20m3,候球入座,验封1.4m,3,胶凝酸120m3,顶替25 m,3,测压降,活性水2m3,稠化酸酸压施工曲线,失,前置液酸压工艺 前置液酸压是碳酸盐岩储集层有效的增产工艺。增产原理是依靠压裂泵 压开地层形成新裂缝或撑开地层中原有裂缝。同时，依靠盐酸液的化学溶蚀 作用，沿压开、撑开的裂缝溶蚀碳酸盐岩，使这些裂缝成为具有良好导流能 力的酸蚀裂缝，从而减少了油气流向

23、井筒的阻力，使油气井获得增产效果。 前置液酸压的主要工艺特点：用高粘前置液先造缝，后注入酸液溶蚀。 前置液的主要作用：压裂造缝、降低裂缝表面温度和降低裂缝壁面滤,前置液压开裂缝, 降低裂 缝温度和滤失量,减缓酸岩反应速度, 短时间 内酸窜距离可达100m 前置液酸压过程示意图,酸不溶物随产出液排出,粘稠前置液+降滤剂,酸液,第六节 酸化（压）施工设计与效果评价,储层评价（地质资料及岩心实验分析） 施工工艺优选（酸洗、酸化、酸压） 酸液体系优选（酸液、添加剂） 施工参数及规模优选 施工方案设计,施工操作和质量控制 施工后评估,一、酸化（压）方案优化设计,砂岩酸化必须做好3项工作 （）选井选层工作

24、 动态分析及酸化的可能性 伤害评估 程度 类型 位置 采用酸化能否清除伤害的施 工前评价 与地层的配伍性 （2）优化参数设计 （3）现场施工检测与监督,二、砂岩基质酸化施工设计,砂岩酸化成功个要素 （）保证采用酸化工艺可以消除表皮伤害 （）准确的液体选择 包括：酸液类型 浓度 用量 添加剂配方 （）确定施工工艺、操作程序和质量控制 （）施工后评估,2、挤酸,Qmax,排量,3、酸液类型 一般选用不同的盐酸体系，对高温井也采用盐酸与有机酸（甲酸、乙酸） 的混合酸或者其他弱酸（如磷酸）体系。对于高渗层或具有天然裂缝地层，使 用乳化酸效果更好；对吸液能力强的层可采用28%HCL加入有效降滤剂。 、酸

25、液用量 (1)经验估算：用酸强度0.42.5m3 /m。 (2)按酸液穿透距离估算：为酸液穿透距离内地层孔隙体积的 24 倍,三、碳酸岩盐基质酸化施工设计 1、破裂压力梯度，计算最大注入压力（泵压,四、酸化（压）施工与效果评价 目前现场广泛应用的酸化（压）后评估方法,压力降落分析 实时压力诊断分析 试井方法（压力恢复测试） 测井（生产测井,第七节,酸化（压）现场施工与监督,一、施工准备 施工准备包括井场、井口装置、施工装置、管柱及工具，工作液体及地面流 程管线的准备过程 、井场 (1)必须平整、坚实，能容纳和摆放所有设备，并能正常工作； (2)入口必须宽敞，能保证施工装备自由进入； (3)车载

26、设备摆放位置至少距离井口15m以上； (4)有容积足够的废液池，废液池应能容纳所有排出井口的洗井液、地层返排 的工作液废液；如没有废液池，应准备罐车等设备，把洗井液和废液运到指定位 置排放，处理； (5)进入井场的公路应平整坚固，满足施工作业车通行,2、井口装置,1)主要包括采油（气）井口的套管四通，油管挂和总阀门等，必须与设计的,施工压力相匹配，试压检查，不允许超压作业,2)仔细检查中如果发现套管四通偏磨，应测量剩余厚度并按最薄部位进行强,度校核；必要时应进行超声测厚或射线探伤,3)对于井口施工压力大于50MPa的高压施工井，建议将原油（气）井口的,锥管式油管挂改为法兰式油管挂， 以免密封圈

27、处承受高压而引起刺漏,3洗井、压井、起下管柱,1)根据地层压力情况决定动井口前是否压井，压井液必须经室内实验证实对储层,不产生污染和伤害,2) 压井作业前应该完成必要的测试取资料工作，如压力、砂面和井下取样等； (3)起出原井管柱,5)通井、探砂面，为了避免套管变形或破裂造成井下工具阻卡，刮坏封隔器胶筒,等事故发生，必须用通井规通井和准确探砂面,6)酸化前必须彻底洗井，洗井至返出水质合格（如果可能，酸洗油管）。 (7)施工管柱入井前必须进行地面丈量并记录顺序丈量，交叉丈量和复合丈量之,间的误差不超过0.2,下入井工具管柱的操作要求,慢”：管柱入井速度小，应控制在2.5m/min “稳”：平稳下

28、入，不准猛提猛放,不转”：下入和上螺纹过程均不得转动已入井的油管柱 “净”：油管内无落物，油管外无赃物,封隔器坐放位置要求：胶皮筒高于射孔孔眼顶界1520m；胶筒、卡瓦和水,力锚应避开套管接箍和上次施工时的坐放位置,1）根据实际管柱下入深度计算油管内容积和到射孔段上部的容积,4、试压,施工管柱下入完毕，安装井口装置，连接泵车，罐车管线，安装连,接好后，还应进行试泵检验，试泵的压力如下,高压管线：设计工作压力的11.2倍,平衡管线：平衡压力的1.21.5倍,低压管线：0.40.5MPa,所有管线试压5min不刺、不漏为合格,5、配液、配酸,1)配液和配酸的用水必须清洁且满足设计要求，机械杂质含量低于0.1%，取样化验证明,水矿化度和值均能符合要求,2)配酸、储酸容器必须耐酸腐蚀，配酸、储酸前必须清洗干净,3)按设计任务书逐项检查所有化学用品，要求品种全，数量足，质量符合要求，包装无,破损，在可能条件下，进行取样封存,4)按设计要求计算各种药品的加入量，配酸应严格按照设计要求的方法和要求逐罐配置 各种酸液，每配完一罐液体，都应分别从罐的上部、中部、底部取样，并检