第07章酸化处理

1、第七章 酸处理技术主要内容：主要内容：1、碳酸盐岩地层盐酸处理、碳酸盐岩地层盐酸处理2、酸化压裂技术、酸化压裂技术3、砂岩油气层的土酸处理、砂岩油气层的土酸处理4、酸液及添加剂、酸液及添加剂5、酸处理工艺、酸处理工艺酸化原理酸化原理:通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙、裂缝内堵通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙、裂缝内堵塞物塞物( (粘土、钻井泥浆、完井液粘土、钻井泥浆、完井液) )等等的溶解和溶蚀作用，的溶解和溶蚀作用，恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性。恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性。酸化分类酸化分类：按照工艺可分为酸洗、基质酸化和压裂酸化。按照工艺可分为酸洗、基质酸化和压裂酸化。酸洗酸洗：将少量

2、酸液注入井筒内，：将少量酸液注入井筒内，清清除井筒孔眼中酸溶性除井筒孔眼中酸溶性颗粒和钻屑及结垢等，并疏通射孔孔眼；颗粒和钻屑及结垢等，并疏通射孔孔眼；常规酸化常规酸化（基质酸化基质酸化和解堵酸化）和解堵酸化）：在低于岩石破裂压：在低于岩石破裂压力下将酸注入地层，依靠酸液的溶蚀作用恢复或提高井力下将酸注入地层，依靠酸液的溶蚀作用恢复或提高井筒附近较大范围内油层的渗透性；筒附近较大范围内油层的渗透性；压裂酸化压裂酸化( (酸压酸压) )：在高于岩石破裂压力下将酸注入地层，：在高于岩石破裂压力下将酸注入地层，在地层内形成裂缝，通过酸液对裂缝壁面物质的不均匀在地层内形成裂缝，通过酸液对裂缝壁面物质的

3、不均匀溶蚀形成高导流能力的裂缝。溶蚀形成高导流能力的裂缝。油水分离装置油水分离装置酸化工艺过程储层：储层：碳酸盐地层碳酸盐地层 砂岩地层砂岩地层 盐酸盐酸土酸（盐酸土酸（盐酸+氢氟酸）氢氟酸） 碳酸盐碳酸盐地层：地层：(1)矿物成分是方解石矿物成分是方解石(CaCO3)和白云石和白云石CaMg(CO3)2;(2)储集空间为孔隙、裂缝；储集空间为孔隙、裂缝；第一节 碳酸盐岩地层的盐酸处理第一节 碳酸盐岩地层的盐酸处理酸处理目的：酸处理目的：解除孔隙、裂缝中的堵塞物质，或扩解除孔隙、裂缝中的堵塞物质，或扩大沟通油气岩层原有的孔隙和裂缝，大沟通油气岩层原有的孔隙和裂缝，提高油气层的渗流性提高油气层的

4、渗流性一、盐酸与碳酸盐岩的化学反应一、盐酸与碳酸盐岩的化学反应2 2HCl+CaCOHCl+CaCO3 3CaClCaCl2 2+H+H2 2O+COO+CO2 24HCl+MgCa(CO4HCl+MgCa(CO3 3) )2 2CaClCaCl2 2+MgCl+MgCl2 2+2H+2H2 2O+2COO+2CO2 2 2HCl+CaCO3=CaCl2+H2O+CO2 73 100 111 18 44 1m3,28% 320 438 486 79 193 (kg) 液重液重1140kg相当于相当于0.162m3体积体积以以CaCOCaCO3 3为例说明其反应过程为例说明其反应过程第一节 碳酸

5、盐岩地层的盐酸处理 酸处理后，地层的渗透性能否得到改善，不仅取决于酸处理后，地层的渗透性能否得到改善，不仅取决于所溶解的碳酸盐岩，还取决于反应生成物的状态。如果反所溶解的碳酸盐岩，还取决于反应生成物的状态。如果反应生成物都沉淀在孔隙里或裂缝里，或者即使不沉淀，但应生成物都沉淀在孔隙里或裂缝里，或者即使不沉淀，但粘度很大，在现有工艺条件下排不出来，那么，即使岩石粘度很大，在现有工艺条件下排不出来，那么，即使岩石被溶解掉了，但对于地层渗透性的改善仍是无济于事的。被溶解掉了，但对于地层渗透性的改善仍是无济于事的。 假设反应生成物氯化钙假设反应生成物氯化钙全部溶解于水，则此时氯化全部溶解于水，则此时氯

6、化钙的重量浓度钙的重量浓度35% 当温度为当温度为30时，氯化时，氯化钙的溶解度为钙的溶解度为52%，此值大，此值大大超过了大超过了35%。因此，。因此，氯化氯化钙是溶解状态钙是溶解状态，不会沉淀。，不会沉淀。 48679)(3201140(486%35水重）氯化钙氯化钙1）反应生成物的状态）反应生成物的状态 193kg的的CO2 在标准在标准状态下的体积为状态下的体积为98m3。 设地层温度为设地层温度为75，地层压力为地层压力为20 MPa，则，则1m3残酸液中只能溶解残酸液中只能溶解5m3 (标准标准)，剩下，剩下93m3 (标准标准)则仍为气态，在该地层条则仍为气态，在该地层条件下，约

7、为件下，约为0.59m3，主要，主要呈呈小气泡小气泡分散在残酸水中，分散在残酸水中， 有助于残酸溶液从油气层有助于残酸溶液从油气层中排出。中排出。 CO2 生成物氯化钙：生成物氯化钙：全部溶解于残酸中，其密全部溶解于残酸中，其密度和粘度都比水高。度和粘度都比水高。这种粘度较高的溶液：这种粘度较高的溶液： 有利：携带固体微粒的能力较强，能有利：携带固体微粒的能力较强，能 把酸把酸 处理时从地层中脱落下来的微粒带处理时从地层中脱落下来的微粒带 走，防止堵塞；走，防止堵塞； 不利：流动阻力增大，对渗流不利。不利：流动阻力增大，对渗流不利。 CO2气泡：气泡：从相渗和饱和度来作具体分析。从相渗和饱和度

8、来作具体分析。2）反应生成物对渗流的影响）反应生成物对渗流的影响 其他：其他： 残酸液一般都具有较高的界面张力，有时残酸液和残酸液一般都具有较高的界面张力，有时残酸液和地层油还会形成乳状液。这种乳状液有时地层油还会形成乳状液。这种乳状液有时 相当稳定，相当稳定，对地层渗流非常不利。对地层渗流非常不利。当酸浓度降低到一定程度当酸浓度降低到一定程度(如如2%3%)，基本上，基本上已失去溶蚀能力的酸液。已失去溶蚀能力的酸液。 油气层中含有油气层中含有Al2O3，Fe2O3，FeS等杂质，在盐酸等杂质，在盐酸与碳酸盐反应的同时，也会生成与碳酸盐反应的同时，也会生成AlCl3 ,FeCl3 。 再经过水

9、解反应产生再经过水解反应产生Fe(OH)3，Al(OH)3沉淀，这些胶沉淀，这些胶状物是很难从地层中排出来的，形成了所谓二次沉淀，状物是很难从地层中排出来的，形成了所谓二次沉淀，堵塞地层裂缝，对渗流极为不利。堵塞地层裂缝，对渗流极为不利。 盐酸溶解碳酸盐岩的过程，就是盐盐酸溶解碳酸盐岩的过程，就是盐酸被中和或被消耗的过程。这一过程进酸被中和或被消耗的过程。这一过程进行的快慢，可用盐酸与碳酸盐岩的行的快慢，可用盐酸与碳酸盐岩的反应反应速度速度（酸岩反应速度）来表示。（酸岩反应速度）来表示。 3) 酸酸-岩化学反应速度岩化学反应速度 酸岩反应速度：酸岩反应速度：指单位时间内酸指单位时间内酸浓度降低

10、量。浓度降低量。从酸液角度看酸岩反应速度从酸液角度看酸岩反应速度 酸岩反应酸岩反应(固液相反应固液相反应)是是复相反应复相反应，其特点是，其特点是反应只能在反应只能在相接触界面相接触界面上进行。把与酸液接触上进行。把与酸液接触的岩石看成为一个壁面。的岩石看成为一个壁面。3) 酸酸-岩化学反应速度岩化学反应速度酸岩酸岩复相复相反应速度：反应速度：指单位指单位时间内岩石单位反应面积时间内岩石单位反应面积的溶蚀量。的溶蚀量。从岩石角度看酸岩反应速度从岩石角度看酸岩反应速度 酸液里的酸液里的H+在岩面上与碳酸岩的反在岩面上与碳酸岩的反应。在恒温、恒压下，酸岩反应速度的数学表应。在恒温、恒压下，酸岩反应

11、速度的数学表达式达式:nkctc/3) 酸酸-岩化学反应速度岩化学反应速度表面化学反应表面化学反应盐酸与石灰岩地层的盐酸与石灰岩地层的表面反应表面反应速度非常快速度非常快，几乎是，几乎是H+一接触一接触岩面，立刻就反应完了。岩面，立刻就反应完了。 H+在在岩面上反应后，就在接近岩面岩面上反应后，就在接近岩面的液层里堆积起生成物、气泡。的液层里堆积起生成物、气泡。 岩面附近这一堆积生成物的微岩面附近这一堆积生成物的微薄液层为薄液层为。 图7-2 扩散边界层的浓度分布溶液内部：没有离子浓度差边界层内部：存在离子浓度差 由于边界层内存在离子浓度差，反应物和生成物在各自的离子浓度梯度作用下向相反的方向

12、传递。这种由于离子浓度差而产这种由于离子浓度差而产生的离子移动，称为生的离子移动，称为离子离子的扩散作用的扩散作用。扩散边界层和离子的扩散作用3) 酸酸-岩化学反应速度岩化学反应速度对流作用3) 酸-岩化学反应速度a) 自然对流作用：自然对流作用： 由于因由于因密度差异密度差异而产而产生的离子移动。生的离子移动。b) 强迫对流作用：强迫对流作用： 由于裂隙壁面十分由于裂隙壁面十分粗粗糙糙，极不规则，容易，极不规则，容易形成形成旋涡旋涡，所以，将会产生离，所以，将会产生离子的强迫对流作用子的强迫对流作用 。3) 酸酸-岩化学反应速度岩化学反应速度酸液中酸液中H H+ +的传递方式：的传递方式：对

13、流和扩散对流和扩散H H+ +的传质速度的传质速度：H H+ +透过边界层达到岩透过边界层达到岩面的速度。面的速度。菲克定律：单位时间内通过菲克定律：单位时间内通过与浓度梯度垂直的单位面积与浓度梯度垂直的单位面积上的上的H+H+的流通量。的流通量。HCuDy酸酸-岩过程：岩过程： （ 1）酸液中的）酸液中的H+传传递到碳酸盐岩表面；递到碳酸盐岩表面； （2）H+在岩面上与在岩面上与碳酸盐岩进行反应；碳酸盐岩进行反应； （3）反应生成物）反应生成物Ca2+、Mg2+和和CO2气泡气泡离开岩面。离开岩面。3) 酸酸-岩化学反应速度岩化学反应速度表面化学反应酸酸-岩过程：岩过程： （ 1）酸液中的）

14、酸液中的H+传递到碳酸盐岩表面；传递到碳酸盐岩表面； （2）H+在岩面上在岩面上与碳酸盐岩进行反应；与碳酸盐岩进行反应； （3）反应生成物）反应生成物Ca2+、Mg2+和和CO2气气泡离开岩面。泡离开岩面。3) 酸酸-岩化学反应速度岩化学反应速度影响反应速度因素：影响反应速度因素：H H+ +传质速度传质速度( (最慢最慢) )H H+ +反应速度（反应速度（最快最快）生成物离开岩面速度生成物离开岩面速度整个复相反应中，主要取决整个复相反应中，主要取决于于H+的传质速度。的传质速度。nkctc/菲克定律菲克定律二、影响酸岩反应速度的因素(一)酸岩复相反应速度表达式酸岩复相酸岩复相反应速度反应速

15、度主要取决于主要取决于H+的传质速度的传质速度，根据菲克定律，导出表示酸岩反应速度和扩散边界层内离子浓度梯度的关系式：HCSCDtVy酸岩瞬间的反应速度H+的传质系数面容比酸液浓度梯度面容比：面容比： 岩石反应表面积与酸液体积之比 当其它条件不变时，面容比越大，当其它条件不变时，面容比越大，单位体积酸液中单位体积酸液中H+的传递到岩面的数的传递到岩面的数量越多，反应速度就越快。地层中的裂量越多，反应速度就越快。地层中的裂缝越宽，缝越宽，面容比越小，则酸岩反应速度面容比越小，则酸岩反应速度越慢越慢。)(ycVADtcH（二）影响酸岩复相反应速度的因素分析流速增大，反应速度加快。流速增大，反应速度

16、加快。低速时低速时，流速对反应速度并无显著的影响；，流速对反应速度并无显著的影响；高速时高速时，由于酸液液流的搅拌作用，离子的，由于酸液液流的搅拌作用，离子的强迫对流作用大大加强，强迫对流作用大大加强， H+的传质速度显著的传质速度显著增加，致使反应速度随流速增加而明显加快。增加，致使反应速度随流速增加而明显加快。 提高注酸排量可以增加活性酸深入地层的距离。提高注酸排量可以增加活性酸深入地层的距离。（为什么？）（为什么？） （二）影响酸岩复相反应速度的因素分析 各种类型的酸液，其各种类型的酸液，其电离度电离度相差很大。分析：若近似相差很大。分析：若近似认为边界内认为边界内H+浓度呈线性变化，酸

17、溶液内部浓度呈线性变化，酸溶液内部H+浓度浓度c，岩，岩面上面上H+浓度浓度Cs，边界层厚度，边界层厚度，则，则)(sHccVADtccVADtcH 对酸与石灰岩反应来说，对酸与石灰岩反应来说，由于表面反应速度极快，故由于表面反应速度极快，故可认为可认为Cs=0，则上式，则上式反应速度与酸溶液内部反应速度与酸溶液内部H+浓度正比。因此，采用强酸时浓度正比。因此，采用强酸时反应速度快，采用弱酸时反应速度慢反应速度快，采用弱酸时反应速度慢。3.酸液的类型（二）影响酸岩复相反应速度的因素分析（二）影响酸岩复相反应速度的因素分析图7-3 盐酸质量分数对反应速度的影响2425实线：实线：各种浓度的各种浓

18、度的鲜酸鲜酸的初始反应速度的初始反应速度: : 1 1）当盐酸浓度当盐酸浓度 24% 24%24%后后, ,浓度增加则初始反应速度反而下浓度增加则初始反应速度反而下降。降。虚线：虚线：各种不同初始浓度的鲜酸在反应各种不同初始浓度的鲜酸在反应过程中，其反应速度的变化规律过程中，其反应速度的变化规律 : : 浓浓酸的初始反应速度虽然较快，但当其变酸的初始反应速度虽然较快，但当其变为为15%15%浓度的浓度的余酸余酸时，其反应速度就比时，其反应速度就比15%15%浓度的鲜酸反应速度慢得多，初始浓度的鲜酸反应速度慢得多，初始浓度越高，余酸的反应速度越慢。这说浓度越高，余酸的反应速度越慢。这说明明浓酸的

19、反应时间比稀酸的反应时间长浓酸的反应时间比稀酸的反应时间长，有效作用距离远。有效作用距离远。 4.酸浓度1515电离度和酸浓电离度和酸浓度，酸浓度愈度，酸浓度愈高，电离度愈高，电离度愈小。小。同离子效应同离子效应cVADtcH高浓度盐酸处理的优点：高浓度盐酸处理的优点：(1) 浓度越高，其溶蚀能力越强，溶解一定体积的碳酸盐岩石所需要的浓酸体积较少，残酸溶液也较少，易于从油、气层中排出。(2) 能解决酸化中的腐蚀问题，可获得较好的酸化效果。(3) 高浓度盐酸活性耗完时间相对长，酸液渗入油气层的深度也较大，酸化效果好。5、温度温度升高，H+热运动加剧，传质速度加快，酸岩反应速度加快图7-4 温度对

20、反应速度的影响6、压力压力增加，反应速度减慢图7-5 压力对反应速度的影响7、其它因素 岩石的化学组分、物理化学性质、酸液粘度等:酸液由活性酸变为酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距离。残酸之前所流经裂缝的距离。 酸压时，酸液沿裂缝向地层深部流动，酸压时，酸液沿裂缝向地层深部流动，酸浓度逐渐降低。当酸浓度降低到一定程度酸浓度逐渐降低。当酸浓度降低到一定程度(如如2%3%)，基本上已失去溶蚀能力的酸液。，基本上已失去溶蚀能力的酸液。 提高酸化效果的措施提高酸化效果的措施：降低面容比,提高酸液流速,使用稠化盐酸、高浓度盐酸和多组分酸，以及降低井底温度等。（三）酸液的有效作用距离第二节 酸化压裂技

21、术酸化压裂： 用酸液作为压裂液，不加支撑剂的压裂。作用原理作用原理：(1) 靠水力作用形成裂缝；(2) 靠酸液的溶蚀作用把裂缝的壁面溶蚀成凹凸不平的表面，停泵卸压后，裂缝壁面不能完全闭合，具有较高的导流能力，可达到提高地层渗透性的目的。相同点：相同点：基本原理和目的相同。不同点：不同点：实现其导流性的方式不同。裂缝有效长度导流能力酸液的滤失特性取决于酸液对地层岩石矿物的溶解量以及不均匀刻蚀的程度酸压效果酸岩反应速度裂缝内的流速控制一、酸液的滤失滤失主要受酸液的粘度控制 用压裂液的滤失系数CI公式计算控制酸液的滤失常用的方法和措施控制酸液的滤失常用的方法和措施(1)固相防滤失剂硅粉：添满或桥塞酸

22、蚀孔道和天然裂缝。刺梧桐胶质：在酸中膨胀并形成鼓起的小颗粒，在裂缝壁面形成桥塞，阻止酸蚀孔道的发展，降低滤失面积。大颗粒堵塞大的孔隙；亲油的树脂形成更小的颗粒，变形后堵塞大颗粒的孔隙，从而有效地降低酸液的滤失。粒径大小不等的油溶树脂：(2)前置液酸压优点：(1) 采用前置液破裂地层形成裂缝，并在裂缝壁面形成滤饼，可以降低活性酸的滤失；(2) 冷却井筒和地层，减缓酸液对油管的腐蚀，降低酸岩反应速度，增大酸液有效作用距离。(3)胶化酸以某些表面活性剂作酸液的稠化剂，能够形成类似于链状结构的胶束稠化酸。优点：(1)受剪切后胶束链能很快重新形成,稳定性好；(2)粘度大,在形成废酸前能有效地防止酸液滤失

23、。(4)乳化酸和泡沫酸二、酸液的损耗影响酸沿碳酸盐岩地层裂缝行进距离的因素： 酸液的类型、酸液浓度、注入速度、地层温度、裂缝宽度及地层矿物成分等图7-6 注入速率对酸穿透距离影响注入速率增加，穿透距离增加图7-8 温度及酸浓度与酸穿透距离关系图7-7 裂缝宽度对酸穿透距离影响裂缝宽度增加，穿透距离增加温度增加，穿透距离减小浓度增加，穿透距离增加三、酸岩复相反应有效作用距离残酸残酸：当酸浓度降低到一定浓度时，酸液基本上失去溶蚀能力。活性酸的有效作用距离：活性酸的有效作用距离：酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距离。裂缝的有效长度：裂缝的有效长度：酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距离。(一)

24、酸岩反应的室内试验方法简介静态试验静态试验动态试验动态试验恒温、恒压、恒面容比；静止反应；定时测量酸浓度和岩石溶蚀量(高温高压反应釜)流动模拟试验流动模拟试验动力模拟试验动力模拟试验模拟酸液在地下流动反应的情况岩心转动而酸液静止，利用相似模拟处理方法(二)裂缝中酸浓度的分布规律研究方法研究方法数学模拟： 求出裂缝中酸浓度分布物理模拟： 确定H+传质系数DH+1.酸液在裂缝中流动反应的偏微分方程基本假设：恒温恒压下，酸沿裂缝呈稳定层流状态；酸液为不可压缩液体；酸密度均一；传质系数与浓度无关。22HyxyCDyCuxCu对流扩散偏微分方程：2.酸浓度分布规律及计算图的应用边界条件0yC0y,xCC

25、y,xC0y2Wy00 x（1）裂缝入口端酸浓度为初始浓度C0（2）裂缝壁面处，对盐酸与石灰岩反应来说，表面反应速度与传质速度相比，可视为无限大，故壁面上的酸浓度C=0（3）裂缝中心位置且垂直于壁面的方向上，酸浓度梯度为零图7-9 酸沿平板流动反应俯视示意图22HyxyCDyCuxCuHLeDbvp2bvxvLLD02图中纵坐标为贝克来数：图中纵坐标为贝克来数：横坐标为无量纲距离数：横坐标为无量纲距离数：离和任意位置酸浓度时，性酸的有效作用距的预定从而算出酸液浓度降至和根据查出oDoeCCLCCP,有滤失情况下酸液有效作用距离计算图有滤失情况下酸液有效作用距离计算图图版应用方法：图版应用方法：

26、（已知断面位置x求酸浓度C值）1 1）根据物理参数计）根据物理参数计算皮克利特数算皮克利特数N NP P2 2）根据给定裂缝中）根据给定裂缝中任意断面的位置任意断面的位置x x，计算相应的无因次计算相应的无因次距离距离L LD D3 3）利用计算图，两坐标位置的垂线相交，）利用计算图，两坐标位置的垂线相交，得到得到x x位置的无因次酸浓度值，即位置的无因次酸浓度值，即任意断面任意断面位置位置x x的酸浓度的酸浓度C C值。值。HLeDbvp2bvxvLLD02图版应用方法：图版应用方法：（已知C/C0求活性酸的有效作用距离x值） 根据皮克利根据皮克利特数特数N NP P, ,给定的给定的C/C

27、0值值, ,利用图版利用图版查出相应的无因查出相应的无因次距离次距离L LD D; ;从而算从而算出酸浓度降至预出酸浓度降至预定的定的C/C0时时, ,活性活性酸的有效作用距酸的有效作用距离离x x值。值。求酸裂后某一时间的活性酸求酸裂后某一时间的活性酸有效作用距离有效作用距离的的步骤：步骤：由滤失系数C计算酸液平均滤失速度 ；V计算时间t时的动态裂缝尺寸（长度L及平均缝宽W）；根据排量Q、油层有效厚度h及缝宽W求裂缝入口端平均流速u0；根据H+有效传质系数求皮克利特数NP；根据图版查无因次距离数LD；求酸液有效作用距离x。3.确定有效传质系数的物理模拟原理物理模型的简化物理模型的简化 u0u

28、0图7-11 无滤失情况下酸沿裂缝流动反应示意图假设假设岩板不滤失岩板不滤失对流扩散微分方程22H0yCDxCu简化偏微分方程的解简化偏微分方程的解用用分离变量法和分离变量法和傅立傅立叶级数叶级数, ,得到得到x x方向任一横断面上平均酸浓度为方向任一横断面上平均酸浓度为 02)12(220)12(18nSnenCxC202WuxDSH令x=L,0)12(2202)12(18)(nSnenCLC裂缝出口酸浓度与入口酸浓度比值HHDWQLhWuLDS22024.有效传质系数曲线图图7-12 有效传质系数与雷诺数关系曲线图注意事项：注意：必须选用实际注意：必须选用实际产层温度条件下的曲产层温度条件

29、下的曲线，岩性不同，所得线，岩性不同，所得的的DH+值不同。值不同。 用产层岩石做室内流动模拟实验，确定出用产层岩石做室内流动模拟实验，确定出 DH+值值(H+有效传质系数有效传质系数)。实验条件：实验条件：恒温，恒温，恒压，壁面无漏失，恒压，壁面无漏失，稳定流动。稳定流动。增加酸液有效作用距离的方法或措施增加酸液有效作用距离的方法或措施：(1) 在地层中产生较宽的裂缝(2) 较低的氢离子有效传质系数(3) 采用较高的排量(4) 尽可能降低滤失速度矿场措施矿场措施：(1) 采用泡沫酸、乳化酸或胶化酸等以减少氢离子传质系数(2) 采用前置液酸压的方法以增加裂缝宽度(3) 适当提高排量及添加防滤失

30、剂以增加有效酸液深入缝中的能力四、前置液酸压设计方法前置液酸压：在酸压过程中，用高粘液体当作前置液，先把地层压开裂缝，然后再注入酸液的这样一种压裂工艺。优点：粘度高，滤失量小，可形成较宽、较长的裂缝作用机理：减少裂缝的面容比，从而降低酸液的反应速度，增大酸的有效作用距离预先冷却地层，岩石温度下降，起缓蚀作用酸液在高粘液体中指进现象。图7-15 酸液指进示意图KKWKKWrrRrRJJffffewelnlnln0设计步骤：设计步骤：(1)计算裂缝几何尺寸(2)计算缝中酸液温度(3)计算酸液有效作用距离(4)计算酸压后裂缝导流能力(5)计算增产比简化计算方法：认为缝的几何尺寸由注入的前置液造成。简

31、化为在某一平均温度下的酸的反应。用上一节的酸液有效作用距离计算方法。先求出在壁面上均匀溶蚀的缝宽和缝的理论导流能力，再考虑裂缝在应力作用下的导流能力。课本中(p314)用一例题说明了酸压的计算步骤(自学)。系统组成系统组成：由：由地面地面和和井下井下两大部分组成。地面部分两大部分组成。地面部分有压裂车、混砂车、大罐、有压裂车、混砂车、大罐、酸化压裂车及酸罐车。井酸化压裂车及酸罐车。井下部分有下部分有4759封隔器、封隔器、喷砂器、工作简、挡球短喷砂器、工作简、挡球短节，球与座等。节，球与座等。 用高粘液体将油层压用高粘液体将油层压开裂缝后，接着快速向油开裂缝后，接着快速向油层挤入土酸，使酸液沿

32、着层挤入土酸，使酸液沿着裂缝渗入油层，达到深度裂缝渗入油层，达到深度解堵的目的。解堵的目的。 酸压工艺第三节 砂岩油气层的土酸处理砂岩砂岩砂 粒粒间胶结物石英和长石硅酸盐类(如粘土)和碳酸盐类物质 通过酸液溶解砂粒之间的胶结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。由由10%15%浓度的盐酸和浓度的盐酸和3%8%浓度浓度的氢氟酸与添加剂按不同比例所组成的混合液的氢氟酸与添加剂按不同比例所组成的混合液, 通通常之称为土酸常之称为土酸(Mud Acid)。矿 物化 学 组 成石 英长石类 正长石 微斜长石 钠长石 斜长石云母类 黑云母 白云母粘土类 高岭石 伊利石

33、蒙脱石 绿泥石碳酸盐类 方解石 白云石 铁白云石硫酸盐类 石膏 硬石膏其它 盐类 氧化铁2SiONaAlSi83KAlSi83CaNa,OAlSi82132 23103OHFeMg,KOAlSi22103OHKAlOAlSi81044OHOSiAl2x210 xx4AlKOHOAlSi 47 . 0,2/1FeAlMgNaCaOnHOHOAlSi24208,85103OHFeAl,MgOAlSi3CaCO23)CaMg(CO23COMgFe,CaO2HCaSO244CaSONaCl4332OFe,OFeFeO,表7-2 典型砂岩矿物的化学组成一、砂岩地层土酸处理表7-1 砂岩矿物的表面积及溶解

34、度溶解度矿物表面积盐 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 土酸中土酸中的的盐酸盐酸(HCl)只能与只能与碳酸盐岩反碳酸盐岩反应，不能和粘应，不能和粘土矿物反应，土酸中土矿物反应，土酸中的氢的氢氟酸氟酸(HF)是强酸，是强酸， HF对砂岩中的一切成分对砂岩中的一切成分(石英、石英、粘土、碳酸盐粘土、碳酸盐)都有溶蚀能力，但不能单独用都有溶蚀能力，但不

35、能单独用氢氟酸，而要和盐酸混合配制成土酸，其主氢氟酸，而要和盐酸混合配制成土酸，其主要原因有下述两个方面：要原因有下述两个方面：（一）酸化原理：（一）酸化原理：（一）酸化原理：（一）酸化原理： 1)1)氢氟酸与硅酸盐类以及碳酸盐类反应时氢氟酸与硅酸盐类以及碳酸盐类反应时, ,其其生成物中有气态物质和可溶性物质生成物中有气态物质和可溶性物质, ,也会生成不溶也会生成不溶于残酸液的沉淀。于残酸液的沉淀。2HF+CaCO2HF+CaCO3 3=CaF=CaF2 2+CO+CO2 2+H+H2 2O O16HF+CaAl16HF+CaAl2 2SiSi2 2O O8 8=CaF=CaF2 2+2AlF

36、+2AlF3 3+2SiF+2SiF4 4+8H+8H2 2O O对对CaF2，当酸浓度高时，处于溶解状态，当酸浓度高时，处于溶解状态， 当酸浓度低时，处于沉降状态。当酸浓度低时，处于沉降状态。做法：酸液中包含有做法：酸液中包含有HCl时，依靠时，依靠HCl维持酸液维持酸液较低的较低的pH值值，以提高，以提高CaF2的溶解度。的溶解度。（一）酸化原理：（一）酸化原理：氢氟酸与石英的反应：氢氟酸与石英的反应：6HF+SiO6HF+SiO2 2=H=H2 2SiFSiF6 6+2H+2H2 2O O 反应生成的氟硅酸反应生成的氟硅酸(H2SiF6)在水中可解离在水中可解离为为H+和和SiF62-，

37、而后者又能和地层水中的，而后者又能和地层水中的Ca+、Na+、NH4+等离子相结合。生成的等离子相结合。生成的CaSiF6易溶于水，不会产生沉淀，而易溶于水，不会产生沉淀，而Na2SiF6为不溶物质会堵塞地层。为不溶物质会堵塞地层。做法：做法：在酸处理过程中，应先将地层水顶替在酸处理过程中，应先将地层水顶替走，避免与氢氟酸接触。走，避免与氢氟酸接触。 土酸中的盐酸成分可先把碳酸盐类溶解掉，从而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。能充分发挥氢氟酸溶蚀粘土和石英成分的作用。（一）酸化原理：（一）酸化原理：2) 氢氟酸与砂岩中各种成分的反应速度各不氢氟

38、酸与砂岩中各种成分的反应速度各不相同相同。 VHCl碳酸盐碳酸盐VHF-碳酸盐碳酸盐 VHF-碳酸盐碳酸盐VHF-硅酸盐硅酸盐VHF-石英石英 氢氟酸与碳酸盐的反应速度最快，其次是硅氢氟酸与碳酸盐的反应速度最快，其次是硅酸盐酸盐( (粘土粘土) )，最慢是石英，最慢是石英: :盐酸与碳酸盐的反应速度比氢氟酸还要快盐酸与碳酸盐的反应速度比氢氟酸还要快: : 总之，依靠土酸液中的总之，依靠土酸液中的 HCl HCl 成分溶蚀碳酸盐类，并成分溶蚀碳酸盐类，并维持酸液较低的维持酸液较低的pHpH值，依靠值，依靠 HF HF 溶蚀石英和泥质成分，溶蚀石英和泥质成分，恢复和增加近井地带的渗透率。恢复和增加

39、近井地带的渗透率。砂岩酸化过程中，影响反应速度的主要因砂岩酸化过程中，影响反应速度的主要因素是素是等。等。1) 氢氟酸浓度：氢氟酸浓度：酸岩反应速度除蒙脱石外大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，多数砂岩矿物都与氢氟酸浓度成正比，因此，为了防止为了防止疏松地层疏松地层破碎，应该用低浓度破碎，应该用低浓度(1.5%)的氢氟酸进行酸处理。的氢氟酸进行酸处理。2) 盐酸浓度：盐酸浓度：酸岩反应速度一般在强酸介质酸岩反应速度一般在强酸介质中加快，高浓度的中加快，高浓度的余酸的反应速度余酸的反应速度小于同浓小于同浓度的鲜酸，盐酸的主要作用是保持低度的鲜酸，盐酸的主要作用是保持

40、低pH值，值，防止二次沉淀。防止二次沉淀。(二二) 影响土酸反应速度的因素影响土酸反应速度的因素3) 温度：温度：矿物的溶解是一种热活化现象，因此，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，反应速度随温度增加而明显增加，对石英矿物，每增加每增加25，速度增加约，速度增加约1倍，但活性酸的穿倍，但活性酸的穿透深度相应地减小。透深度相应地减小。4) 压力：压力：压力增加，总溶解反应速度略微加快，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因为溶解的六氧化硅可以部分变为酸性六氟化硅硅(H2SiF6)且能迅速引发进一步反应。且能迅速引发进

41、一步反应。5) 矿物组成及可接触表面积：矿物组成及可接触表面积：酸岩反应过程中，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，反应速度则比石英基质快。接触表面积越大，反应速度越快。反应速度越快。二、土酸处理设计二、土酸处理设计10101515的的HClHCl及及3 38 8的的HFHF混合成的混合成的土酸土酸当泥质含量较高时，氢氟酸浓度取上限，盐酸浓当泥质含量较高时，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

42、度取上度取下限；当碳酸盐含量较高时，盐酸浓度取上限，氢氟酸浓度取下限。限，氢氟酸浓度取下限。逆土酸：逆土酸：氢氟酸浓度超过盐酸浓度氢氟酸浓度超过盐酸浓度( (如如6 6HF+3HF+3HCl)HCl)。（一）土酸酸化设计步骤（一）土酸酸化设计步骤1.1.确信处理井是由于油气层损害造成的低产或低确信处理井是由于油气层损害造成的低产或低注入量注入量2.2.选择适宜的处理液配方选择适宜的处理液配方3.3.确定注入压力或注入排量，以便在低于破裂压确定注入压力或注入排量，以便在低于破裂压力下施工力下施工4.4.确定处理液量确定处理液量前置液前置液( (预冲洗液）预冲洗液）酸化液酸化液替置液替置液( (后

43、冲洗液后冲洗液) )避免避免地层水与地层水与HFHF接触，防止接触，防止HF与碳酸盐反应与碳酸盐反应生成沉淀生成沉淀，以提高以提高HFHF的酸化效果。的酸化效果。根据损害半径来确定根据损害半径来确定用经验方法确定用经验方法确定将正规处理酸液驱离井筒半将正规处理酸液驱离井筒半径径12121515倍以外。倍以外。（一）土酸酸化设计步骤（一）土酸酸化设计步骤（二）提高土酸处理效果的方法（二）提高土酸处理效果的方法影响土酸处理效果的因素：影响土酸处理效果的因素：在高温油气层内由于在高温油气层内由于HFHF的急剧消耗，导致处理的的急剧消耗，导致处理的范围很少；范围很少；土酸的高溶解能力可能局部破坏岩石的

44、结构造成土酸的高溶解能力可能局部破坏岩石的结构造成出砂；出砂；反应反应后脱落下来的后脱落下来的石英和粘土等颗粒随液流运移，石英和粘土等颗粒随液流运移，堵塞地层。堵塞地层。提高酸处理效果的方法提高酸处理效果的方法（1 1）同时将氟化铵水溶液与有机脂）同时将氟化铵水溶液与有机脂( (甲酸甲脂甲酸甲脂) )注入注入地层，一定时间后有机脂水解生成有机酸地层，一定时间后有机脂水解生成有机酸( (甲酸甲酸) )，有机酸与氟化铵作用生成氢氟酸。有机酸与氟化铵作用生成氢氟酸。（2 2）利用粘土矿物的离子交换性质，在粘土颗粒）利用粘土矿物的离子交换性质，在粘土颗粒上就地产生氢氟酸上就地产生氢氟酸( (自生土酸自

45、生土酸) )。（3 3）使用替换酸，如氟硼酸。）使用替换酸，如氟硼酸。第四节第四节 酸液及添加剂酸液及添加剂一、常用酸液种类及性能一、常用酸液种类及性能( (一一) )盐酸盐酸高浓度盐酸处理的优点高浓度盐酸处理的优点酸岩反应速度相对变慢，有效作用范围增大；酸岩反应速度相对变慢，有效作用范围增大；单位体积盐酸可产生较多的单位体积盐酸可产生较多的COCO2 2，利于废酸，利于废酸的排出；的排出；单位体积盐酸可产生较多氯化钙、氯化镁，单位体积盐酸可产生较多氯化钙、氯化镁，提高了废酸的粘度，控制了酸岩反应速度，提高了废酸的粘度，控制了酸岩反应速度，并有利于悬浮、携带固体颗粒从地层中排出；并有利于悬浮、

46、携带固体颗粒从地层中排出；受到地层水稀释的影响较小。受到地层水稀释的影响较小。主要缺点：主要缺点：与石灰岩反应速度快，特别是高温深井，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；而处理不到地层深部；盐酸会使金属坑蚀成许多麻点斑痕，腐蚀盐酸会使金属坑蚀成许多麻点斑痕，腐蚀严重；严重；H H2 2S S含量较高的井，盐酸处理易引起钢材的含量较高的井，盐酸处理易引起钢材的氢脆断裂。氢脆断裂。( (二二) )甲酸和乙酸甲酸和乙酸优点优点有机弱酸，反应速度比同浓度的盐酸要慢几有机弱酸，反应速度比同浓度的盐酸要慢几倍到

47、十几倍，适用于高温深井。倍到十几倍，适用于高温深井。( (三三) )多组分酸多组分酸多组分酸是一种或几种有机酸与盐酸的混合物多组分酸是一种或几种有机酸与盐酸的混合物, ,主主要起缓速作用要起缓速作用, ,可以得到较大的有效酸处理范围。可以得到较大的有效酸处理范围。( (四四) )乳化酸乳化酸乳化酸即为油包酸型乳状液，其外相为原油。乳化酸即为油包酸型乳状液，其外相为原油。要求：要求：在地面条件下稳定在地面条件下稳定( (不易破乳不易破乳) )和在地层条件和在地层条件下不稳定下不稳定( (能破乳能破乳) )。主要作用（或优点）主要作用（或优点）粘度较高，能形成较宽的裂缝，减少裂缝的面粘度较高，能形

48、成较宽的裂缝，减少裂缝的面容比，有利于延缓酸岩的反应速度。容比，有利于延缓酸岩的反应速度。酸滴不会立即与岩石接触，油酸乳状液可把活性酸滴不会立即与岩石接触，油酸乳状液可把活性酸携带到油气层深部，扩大了酸处理的范围。酸携带到油气层深部，扩大了酸处理的范围。酸液并不与井下金属设备直接接触，可很好地酸液并不与井下金属设备直接接触，可很好地解决防腐问题。解决防腐问题。主要缺点主要缺点摩阻较大，施工注入排量受到限制摩阻较大，施工注入排量受到限制( (五五) )稠化酸稠化酸指在盐酸中加入增稠剂指在盐酸中加入增稠剂( (或称胶凝剂或称胶凝剂) )，使酸液，使酸液粘度增加。粘度增加。主要作用主要作用降低氢离子

49、向岩石壁面的传递速度；降低氢离子向岩石壁面的传递速度；由于胶凝剂的网状分子结构，束缚了由于胶凝剂的网状分子结构，束缚了氢离子的活动，从而起到缓速的作用。氢离子的活动，从而起到缓速的作用。主要优点主要优点能压成宽裂缝、滤失量小、摩阻低、能压成宽裂缝、滤失量小、摩阻低、悬浮固体微粒的性能好等特性。悬浮固体微粒的性能好等特性。( (六六) )泡沫酸泡沫酸用少量泡沫剂将气体用少量泡沫剂将气体( (一般用氮气一般用氮气) )分散于酸分散于酸液中所制成。液中所制成。主要优点主要优点由于滤失量低而相对增加了酸液的溶蚀能力；由于滤失量低而相对增加了酸液的溶蚀能力；排液能力大，减少了对油气层的损害；排液能力大，减少了对油气层的损害；粘度高，在排液中可携带出对导流能力有害粘度高，在排液中可携带出对导流能力有害的微粒。的微粒。( (七七) )土酸土酸泥质含量高，碳酸盐岩含量少，油井泥浆堵塞泥质含量高，碳酸盐岩含量少，油井泥浆堵塞较为