采油工程第7章酸化处理

1、1 第七章第七章 酸处理技术酸处理技术 主要内容：主要内容： 2.2.碳酸盐岩地层盐酸处理碳酸盐岩地层盐酸处理 3.3.酸化压裂技术酸化压裂技术 4.4.砂岩油气层的土酸处理砂岩油气层的土酸处理 1.1.酸液及添加剂酸液及添加剂 5.5.酸处理工艺酸处理工艺 2 酸化原理：酸化原理： 通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙( (裂缝裂缝) )内堵塞物等的溶内堵塞物等的溶 解和溶蚀作用，恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性解和溶蚀作用，恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性。 酸酸 洗洗 基质酸化基质酸化 压裂酸化压裂酸化 将少量酸液注入井筒内，清除井筒孔眼中酸溶性将少量酸液注入井筒

2、内，清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。 在低于岩石破裂压力下将酸注入地层，依靠酸液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筒附近较大范围内油层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。的渗透性。 在高于岩石破裂压力下将酸注入地层，在地层内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溶形成裂缝，通过酸液对裂缝壁面物质的不均匀溶 蚀形成高导流能力的裂缝。蚀形成高导流能力的裂缝。 第七章第七章 酸处理技术酸处理技术 ? 3 第一节第一节 酸液及添加剂酸液及添加剂

3、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，利于废酸的排出；单位体积盐酸可产生较多的，利于废酸的排出； 单位体积盐酸可产生较多氯化钙、氯化镁，提高了废酸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，并有利于悬浮、携带固体的粘度，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；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。 4 主要缺点：主要缺点：

4、与石灰岩反应速度快，特别是高温深井，由于地层温度高，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；盐酸会使金属坑蚀成许多麻点斑痕，腐蚀严重； 含量较高的井，盐酸处理易引起钢材的氢脆断裂。含量较高的井，盐酸处理易引起钢材的氢脆断裂。 第一节第一节 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 5 ( (二二) )甲酸和乙酸甲酸和乙酸 有机弱酸，反应速度比同浓度的盐酸要慢几倍到十几倍，有机弱酸，反应速度比同浓度的

5、盐酸要慢几倍到十几倍， 适用于高温深井。适用于高温深井。 第一节第一节 酸液及添加剂酸液及添加剂 ( (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，主要起缓多组分酸是一种或几种有机酸与盐酸的混合物，主要起缓 速作用，可以得到较大的有效酸化处理范围。速作用，可以得到较大的有效酸化处理范围。 6 ( (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：地面条件下稳定地面条件下稳定( (不易破乳不易破乳) )和地层条件下不稳定和地层条件下不稳定( (能破乳能破乳) )。 主要作用（或优点）：主要作用（或优点

6、）： 粘度较高，能形成较宽的裂缝，减少裂缝的面容比，有利于粘度较高，能形成较宽的裂缝，减少裂缝的面容比，有利于 延缓酸岩的反应速度。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携带到油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。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，可很好地解决防腐问题。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。 第一节第一节 酸液及添加剂酸液及添加剂 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 7 ( (五五) )稠化酸稠化酸 指在盐酸中加入增

7、稠剂指在盐酸中加入增稠剂( (或称胶凝剂或称胶凝剂) )，使酸液粘度增加。，使酸液粘度增加。 主要作用：主要作用： 降低氢离子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，束缚了氢离子的活动，从而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。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、悬浮固体微粒的性能能压成宽裂缝、滤失量小、摩阻低、悬浮固体微粒的性能 好等特性。好等特性。 第一节第一节 酸液及添加剂酸液及添加剂 8 ( (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

8、) )分散于酸液中所制成。分散于酸液中所制成。 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的微粒。粘度高，在排液中可携带出对导流能力有害的微粒。 ( (七七) )土酸土酸 泥质含量高，碳酸盐岩含量少，油井泥浆堵塞较为泥质含量高，碳酸盐岩含量少，油井泥浆堵塞较为 严重而泥饼中碳酸盐含量又较低的油井。严重而泥饼中碳酸盐含量又较低的油井。 适用范围适用范围 第一节第一节 酸液及添加剂酸液及添加剂 HCl与与HF混合酸混合酸 9 二、酸

9、液添加剂二、酸液添加剂 ( (一一) )缓蚀剂缓蚀剂 主要作用主要作用减缓局部的电池的腐蚀减缓局部的电池的腐蚀 作用机理作用机理抑制阴极腐蚀；抑制阴极腐蚀；抑制阳极腐蚀；抑制阳极腐蚀； 在金属表面形成一层保护膜。在金属表面形成一层保护膜。 第一节第一节 酸液及添加剂酸液及添加剂 10 ( (二二) )表面活性剂表面活性剂 主要作用主要作用 可以降低酸液的表面张力；可以降低酸液的表面张力； 减少注酸和排出残酸时的毛细管阻力；减少注酸和排出残酸时的毛细管阻力； 防止在地层中形成油水乳状物防止在地层中形成油水乳状物 便于残酸的排出。便于残酸的排出。 第一节第一节 酸液及添加剂酸液及添加剂 ( (三三

10、) )稳定剂稳定剂 主要作用主要作用防止氢氧化铁沉淀，避免发生地层堵塞现象防止氢氧化铁沉淀，避免发生地层堵塞现象 11 ( (四四) )增粘剂和减阻剂增粘剂和减阻剂 主要作用主要作用 延缓酸岩反应速度，增大活性酸的有效作用范围延缓酸岩反应速度，增大活性酸的有效作用范围 可使稠化酸的摩阻损失低于水的摩阻损失。可使稠化酸的摩阻损失低于水的摩阻损失。 ( (五五) )暂时堵塞剂暂时堵塞剂 主要作用主要作用 堵塞高渗透层段孔道，溶蚀低渗透层段。堵塞高渗透层段孔道，溶蚀低渗透层段。 第一节第一节 酸液及添加剂酸液及添加剂 12 第二节第二节 碳酸盐岩地层的盐酸处理碳酸盐岩地层的盐酸处理 碳酸盐岩地层主要

11、成分：方解石和白云石碳酸盐岩地层主要成分：方解石和白云石 目的：目的：解除孔隙、裂缝中的堵塞物质，或扩大沟通油气岩层原有解除孔隙、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，提高油气层的渗流性的孔隙和裂缝，提高油气层的渗流性 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 2HCl+CaCO3CaCl2+H2O+CO2 4HCl+MgCa(CO3)2CaCl2+MgCl2+2H2O+2CO2 生成物状态生成物状态：氯化钙、氯化镁全部溶于残酸中。二氧化碳气体氯化钙、氯化镁全部溶于残酸中。二氧化碳气体 大部分呈游离状态的微小气泡，分散在残酸溶液中，有助于残大部分呈游离状态的微

12、小气泡，分散在残酸溶液中，有助于残 酸溶液从油气层中排出。酸溶液从油气层中排出。 13 高浓度盐酸处理的优点：高浓度盐酸处理的优点： (1) (1) 浓度越高，其溶蚀能力越强，溶解一定体积的碳酸盐岩石浓度越高，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。排出。 (2) (2) 能解决酸化中的腐蚀问题，可获得较好的酸化效果。能解决酸化中的腐蚀问题，可获得较好的酸化效果。 (3) (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高浓度盐酸活性耗完时间相对长，酸液渗入油气层的深

13、度 也较大，酸化效果好。也较大，酸化效果好。 第二节第二节 碳酸盐岩地层的盐酸处理碳酸盐岩地层的盐酸处理 14 酸酸岩反应系统示意图岩反应系统示意图 酸液中的酸液中的H H+ +传递到碳酸盐岩表面；传递到碳酸盐岩表面； H H+ +在岩面与碳酸盐进行反应；在岩面与碳酸盐进行反应； 反应生成物反应生成物CaCa2+ 2+、 、MgMg2+ 2+和 和COCO2 2气泡离开气泡离开 岩面。岩面。 酸岩反应速度：酸岩反应速度： 指单位时间内酸浓度降低值或单位时指单位时间内酸浓度降低值或单位时 间内岩石单位反应面积的溶蚀量。间内岩石单位反应面积的溶蚀量。 表面反应表面反应 表征盐酸溶蚀岩石过表征盐酸溶

14、蚀岩石过 程快慢的指标程快慢的指标 二、影响酸岩反应速度的因素二、影响酸岩反应速度的因素 15 扩散边界层的浓度分布扩散边界层的浓度分布 溶液内部：溶液内部：没有离子浓度差没有离子浓度差 边界层内部：边界层内部：存在离子浓度差存在离子浓度差 由于边界层内存在离子浓度差，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传递。这梯度作用下向相反的方向传递。这 种由于离子浓度差而产生的离子移种由于离子浓度差而产生的离子移 动，称为动，称为离子的扩散作用离子的扩散作用。 酸液中酸液中H H+ +的传递方式：的传递方式： 对流和扩散对流和

15、扩散 H H+ +的传质速度的传质速度：H H+ +透过边界层达到岩面的速度。透过边界层达到岩面的速度。 影响反应速度因素：影响反应速度因素： H H+ +传质传质速速度、度、H H+ +反应速度和生成物离开岩面速度反应速度和生成物离开岩面速度 16 二、影响酸岩反应速度的因素二、影响酸岩反应速度的因素 ( (一一) )酸岩复相反应速度表达式酸岩复相反应速度表达式 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：浓度梯度的关系式： y C V S DKC t C H n 酸岩瞬间的反应速度酸岩瞬间的反应速度 H H+

16、+的传质系数的传质系数 面容比面容比 酸液浓度梯度酸液浓度梯度 面容比：面容比： 岩石岩石反应反应表面积与酸液体积之比。表面积与酸液体积之比。 17 （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 1.1.面容比面容比 面容比越大，反应速度也越快。面容比越大，反应速度也越快。 2.2.酸液的流速酸液的流速 酸液流动速度增加，反应速度加快。酸液流动速度增加，反应速度加快。 3.3.酸液的类型酸液的类型 强酸反应速度快，弱酸反应速度慢。强酸反应速度快，弱酸反应速度慢。 4.4.盐酸的质量分数盐酸的质量分数 盐酸质量分数对反应速度的影响盐酸质量分数对反应速度的影响 左边：盐

17、酸浓度增加，反应速度增加。左边：盐酸浓度增加，反应速度增加。 24242525 右边：盐酸浓度增加，反应速度反而降低。右边：盐酸浓度增加，反应速度反而降低。 相同浓度条件下，初始浓度相同浓度条件下，初始浓度越大越大，余酸的反，余酸的反 应速度应速度越慢越慢，因此浓酸的，因此浓酸的反应时间长反应时间长，有效有效 作用范围越大。作用范围越大。 18 5.5.温度温度 温度升高，温度升高，H H+ +热运动加剧，传质速度加热运动加剧，传质速度加 快，酸岩反应速度加快快，酸岩反应速度加快 温度对反应速度的影响 6.6.压力压力 压力增加，反应速度减慢压力增加，反应速度减慢 压力对反应速度的影响压力对反

18、应速度的影响 7.7.其它因素其它因素 岩石的化学组分、物理化学性质、岩石的化学组分、物理化学性质、 酸液粘度等酸液粘度等 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。及降低井底温度等。 （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 19 第三节第三节 酸化压裂技术酸化压裂技术 酸化压裂：酸化压裂：用酸液作为压裂液，不加支撑剂的压裂。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) (1) 靠水力作用形成裂

19、缝；靠水力作用形成裂缝； (2) (2) 靠酸液的溶蚀作用把裂缝的壁面溶蚀成凹凸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合，具有较高的导流能力，可达到提高地层渗透 性的目的。性的目的。 酸压与水力压裂相比：酸压与水力压裂相比： 相同点：相同点：基本原理和目的相同。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。实现其导流性的方式不同。 20 裂缝有效长度裂缝有效长度 导流能力导流能力 酸液的滤失特性酸液的滤失特性 取决于酸液对地层岩石矿物的溶解量以及取决

20、于酸液对地层岩石矿物的溶解量以及 不均匀刻蚀的程度不均匀刻蚀的程度 酸酸 压压 效效 果果 酸岩反应速度酸岩反应速度 裂缝内的流速控制裂缝内的流速控制 第三节第三节 酸化压裂技术酸化压裂技术 21 一、酸液的滤失一、酸液的滤失 滤失主要受滤失主要受酸液的粘度酸液的粘度控制控制压裂液的滤失系数压裂液的滤失系数C CI I公式公式 第三节第三节 酸化压裂技术酸化压裂技术 22 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 第三节第三节 酸化压裂技术酸化压裂技术 (1)(1)固相防滤失剂固相防滤失剂 硅粉：硅粉：添满或桥塞酸蚀孔道和天然裂缝。添满或桥塞酸蚀孔道和天然裂缝。 刺梧桐胶质

21、：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。成桥塞，阻止酸蚀孔道的发展，降低滤失面积。 大颗粒桥塞大的孔隙；亲油的树脂形成更小的颗粒，大颗粒桥塞大的孔隙；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变形后堵塞大颗粒的孔隙，从而有效地降低酸液的滤 失。失。 粒径大小不等的油溶树脂：粒径大小不等的油溶树脂： 23 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 第三节第三节 酸化压裂技术酸化压裂技术 (2)(2)前置液酸压前置液酸压 (1) (1) 采用前置

22、液破裂地层形成裂缝，并在裂缝壁面形成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；滤饼，可以降低活性酸的滤失； (2) (2) 冷却井筒和地层，减缓酸液对油管的腐蚀，降低酸冷却井筒和地层，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。岩反应速度，增大酸液有效作用距离。 24 (3)(3)胶化酸胶化酸 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。结构的胶束稠化酸。 (1)(1)受剪切后胶束链能很快重新形成，稳定性好；受剪切后胶束链能很快重新形成，稳定性好； (2)(2)粘度大

23、，在形成废酸前能有效地防止酸液的滤失。粘度大，在形成废酸前能有效地防止酸液的滤失。 (4)(4)乳化酸和泡沫酸乳化酸和泡沫酸 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 第三节第三节 酸化压裂技术酸化压裂技术 25 二、酸液的损耗二、酸液的损耗 影响酸沿碳酸盐岩地层裂缝行进距离的因素：影响酸沿碳酸盐岩地层裂缝行进距离的因素： u 酸液的类型酸液的类型 u 酸液浓度酸液浓度 温度及酸浓度与酸穿透距离关系温度及酸浓度与酸穿透距离关系 浓度增加，穿透距离增加浓度增加，穿透距离增加 26 二、酸液的损耗二、酸液的损耗 影响酸沿碳酸盐岩地层裂缝行进距离的因素：影响酸沿碳酸盐岩地层裂缝行

24、进距离的因素： u 酸液的类型酸液的类型 u 酸液浓度酸液浓度 注入速率对酸穿透距离影响注入速率对酸穿透距离影响 注入速率增加，穿透距离增加注入速率增加，穿透距离增加 u 注入速度注入速度 27 u 裂缝宽度裂缝宽度 二、酸液的损耗二、酸液的损耗 影响酸沿碳酸盐岩地层裂缝行进距离的因素：影响酸沿碳酸盐岩地层裂缝行进距离的因素： u 酸液的类型酸液的类型 u 酸液浓度酸液浓度 u 注入速度注入速度 裂缝宽度对酸穿透距离影响裂缝宽度对酸穿透距离影响 裂缝宽度增加，穿透距离增加裂缝宽度增加，穿透距离增加 28 u 裂缝宽度裂缝宽度 二、酸液的损耗二、酸液的损耗 影响酸沿碳酸盐岩地层裂缝行进距离的因素

25、：影响酸沿碳酸盐岩地层裂缝行进距离的因素： u 酸液的类型酸液的类型 u 酸液浓度酸液浓度 u 注入速度注入速度 u 地层温度地层温度 u 地层矿物成分等地层矿物成分等 温度及酸浓度与酸穿透距离关系温度及酸浓度与酸穿透距离关系 温度增加，穿透距离减小温度增加，穿透距离减小 29 三、酸岩复相反应有效作用距离三、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。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。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：

26、裂缝的有效长度： 活性酸的有效作用距离内仍具有相当导流能力的裂缝长度。活性酸的有效作用距离内仍具有相当导流能力的裂缝长度。 30 ( (一一) )酸岩反应的室内试验方法简介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酸浓度和岩石溶蚀量 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，利用相似模拟岩心转动而酸液静止，利用相似模拟 处理方法处理方法 三、酸岩复相反应有效作用距离三、酸岩复相反应有效作

27、用距离 确定确定H H+ +传质系数传质系数D DH H+ + 31 ( (二二) )裂缝中酸浓度的分布规律裂缝中酸浓度的分布规律 研究方法研究方法 数学模拟数学模拟求出裂缝中酸浓度分布的数学规律求出裂缝中酸浓度分布的数学规律 物理模拟物理模拟确定确定H H+ +传质系数传质系数D DH H+ + 1.1.酸液在裂缝中流动反应的偏微分方程酸液在裂缝中流动反应的偏微分方程 基本假设：基本假设： 恒温恒压下，酸沿裂缝呈稳定层流状态；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；酸液为不可压缩液体； 酸密度均一；酸密度均一； 传质系数与浓度无关。传质系数与浓度无关。 2 2 Hyx y

28、C D y C u x C u 对流扩散偏微分方程：对流扩散偏微分方程： 三、酸岩复相反应有效作用距离三、酸岩复相反应有效作用距离 32 2.2.酸浓度分布规律及计算图的应用酸浓度分布规律及计算图的应用 边边 界界 条条 件件 0 y C 0y,xC Cy,xC 0y 2 W y 00 x 裂缝入口端酸浓度为初始浓度裂缝入口端酸浓度为初始浓度C C0 0 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，故壁面上的酸浓度速度相比，可视为无限大，故壁面上的酸浓度C=0C=0 裂缝中心位置且垂直于壁面的方向上，酸浓

29、度梯度为零裂缝中心位置且垂直于壁面的方向上，酸浓度梯度为零 酸沿平板流动反应俯视示意图酸沿平板流动反应俯视示意图 三、酸岩复相反应有效作用距离三、酸岩复相反应有效作用距离 33 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 三、酸岩复相反应有效作用距离三、酸岩复相反应有效作用距离 34 图版应用方法：图版应用方法： 方法一：方法一：（已知断面位置（已知断面位置x x） 1 1）根据物理参数计算皮克）根据物理参数计算皮克 利特数利特数N NP P 2 2）根据给定裂缝中任意断）根据给定裂缝中任意断 面的位置面的位置x x，计算相应的无，计算相应的无 因次距离因次距离L L

30、D D 3 3）利用计算图，两坐标位）利用计算图，两坐标位 置的垂线相交，得到置的垂线相交，得到x x位置位置 的无因次酸浓度值，即可的无因次酸浓度值，即可 计算任意断面位置计算任意断面位置x x的酸浓的酸浓 度度C C值。值。 三、酸岩复相反应有效作用距离三、酸岩复相反应有效作用距离 35 图版应用方法：图版应用方法： 方法二：方法二：（已知（已知C/CC/C0 0） u给定的给定的C/CC/C0 0值。值。 u根据皮克利特数根据皮克利特数N NP P 。 u 利用图版查出相应的无利用图版查出相应的无 因次距离因次距离L LD D 。 u 从而算出酸浓度降至预从而算出酸浓度降至预 定的定的C

31、/CC/C0 0时，活性酸的有时，活性酸的有 效作用距离效作用距离x x值。值。 三、酸岩复相反应有效作用距离三、酸岩复相反应有效作用距离 36 破裂地层后某一时间时活性酸有效作用距离的步骤：破裂地层后某一时间时活性酸有效作用距离的步骤： 由滤失系数由滤失系数C C计算酸液平均滤失速度计算酸液平均滤失速度V V； 计算时间计算时间t t时的动态裂缝尺寸（长度时的动态裂缝尺寸（长度L L及平均缝宽及平均缝宽W W）；）； 根据排量根据排量Q Q、油层有效厚度油层有效厚度h h及缝宽及缝宽W W求裂缝入口端平均流速求裂缝入口端平均流速u u0 0； 根据根据H H+ +有效传质系数求皮克利特数有效

32、传质系数求皮克利特数N NP P； 根据图版查无因次距离数根据图版查无因次距离数L LD D； 求酸液有效作用距离求酸液有效作用距离x x。 三、酸岩复相反应有效作用距离三、酸岩复相反应有效作用距离 37 3.3.确定有效传质系数的物理模拟原理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 u0u0 无滤失情况下酸沿裂缝流动反应示意图无滤失情况下酸沿裂缝流动反应示意图 假设岩板不滤失假设岩板不滤失 对流扩散微分方程对流扩散微分方程 2 2 H0 y C D x C u 三、酸岩复相反应有效作用距离三、酸岩复相反应有效作用距离 38 3.3.确定有效传质系数的物理模拟原理确定有效传

33、质系数的物理模拟原理 三、酸岩复相反应有效作用距离三、酸岩复相反应有效作用距离 简化偏微分方程的解简化偏微分方程的解 用用分离变量法和傅立叶级数分离变量法和傅立叶级数，得到，得到x x方向任一横断面上的方向任一横断面上的 平均酸浓度为：平均酸浓度为： 0n S)1n2( 22 0 2 e )1n2( 1C8 xC 2 0 H 2 Wu xD S 令令x=Lx=L，则，则 0n s)1n2( 22 0 2 e )1n2( 18 C )L(C H 2 2 0 H 2 D WQ Lh Wu LD S 裂缝出口酸浓度与入口酸浓度比值裂缝出口酸浓度与入口酸浓度比值 39 4.4.有效传质系数曲线图有效传

34、质系数曲线图 有效传质系数与雷诺数关系曲线图有效传质系数与雷诺数关系曲线图 注意：注意： 各油气田应用各油气田应用 本产层的岩心作流本产层的岩心作流 动模拟试验，作出动模拟试验，作出 有效传质系数与流有效传质系数与流 动雷诺数关系曲线，动雷诺数关系曲线， 其它油气田的试验其它油气田的试验 结果只能作为参考。结果只能作为参考。 三、酸岩复相反应有效作用距离三、酸岩复相反应有效作用距离 现已不常用现已不常用 图版法！图版法！ 40 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) (1) 在地层中产生较宽的裂缝在地层中产生较宽的裂缝 (2) (2) 较低的氢离子有效传质系

35、数较低的氢离子有效传质系数 (3) (3) 采用较高的排量采用较高的排量 (4) (4) 采用尽可能小的滤失速度采用尽可能小的滤失速度 矿场措施矿场措施： (1) (1) 采用泡沫酸、乳化酸或胶化酸等以减少氢离子传质系数采用泡沫酸、乳化酸或胶化酸等以减少氢离子传质系数 (2) (2) 采用前置液酸压的方法以增加裂缝宽度采用前置液酸压的方法以增加裂缝宽度 (3) (3) 适当提高排量及添加防滤失剂以增加有效酸液深入缝中的能力适当提高排量及添加防滤失剂以增加有效酸液深入缝中的能力 三、酸岩复相反应有效作用距离三、酸岩复相反应有效作用距离 41 四、前置液酸压设计方法四、前置液酸压设计方法 前置液酸

36、压：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。压开裂缝，然后再注入酸液的这样一种压裂工艺。 优点：优点： 粘度高，滤失量小，可形成较宽、较长的裂缝粘度高，滤失量小，可形成较宽、较长的裂缝 作用机理：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。酸液在高粘液体中指进现象。 酸液指进示意图酸液指进示

37、意图 42 K KW K KW r r R r R J J f f f f e w e lnln ln 0 设计步骤：设计步骤： (1)(1)计算裂缝几何尺寸计算裂缝几何尺寸 (2)(2)计算缝中酸液温度计算缝中酸液温度 (3)(3)计算酸液有效作用距离计算酸液有效作用距离 (4)(4)计算酸压后裂缝导流能力计算酸压后裂缝导流能力 (5)(5)计算增产比计算增产比 简化计算方法：认为缝的几何尺寸由注入的前置液造成。简化计算方法：认为缝的几何尺寸由注入的前置液造成。 简化为在某一平均温度下的酸的反应。简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。用上一节的酸液有效作用距

38、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。裂缝在应力作用下的导流能力。 课本中课本中(p314)(p314)用一例题说明了酸压的计算步骤用一例题说明了酸压的计算步骤( (自学自学) )。 四、前置液酸压设计方法四、前置液酸压设计方法 43 第四节第四节 砂岩油气层的土酸处理砂岩油气层的土酸处理 砂岩砂岩 砂砂 粒粒 粒间胶结物粒间胶结物 石英和长石石英和长石 硅酸盐类硅酸盐类( (如粘土如粘土) )和碳酸盐类物质和碳酸盐类物质 砂岩油气层的酸处理砂岩油气层的酸处理 通过酸液溶解砂粒之间

39、的胶结物和部分砂粒，或孔隙中通过酸液溶解砂粒之间的胶结物和部分砂粒，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。地层的渗透率。 44 一、砂岩地层土酸处理原理一、砂岩地层土酸处理原理 影响砂岩反应因素影响砂岩反应因素一是化学组成，二是表面积一是化学组成，二是表面积 表7-1 砂岩矿物的表面积及溶解度 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

40、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 第四节第四节 砂岩油气层的土酸处理砂岩油气层的土酸处理 45 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 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 2 SiO NaAlSi 83 KAlSi 83 CaNa,OAlSi 82132 2 3 103 OHF

41、eMg,KOAlSi 2 2103 OHKAlOAlSi 8 1044 OHOSiAl 2x 2 10 xx4 AlKOHOAlSi 4 7 . 0 ,2 / 1FeAlMgNaCa OnHOHOAlSi 2 4 20 8 , 8 5103 OHFeAl,MgOAlSi 3 CaCO 23) CaMg(CO 2 3 COMgFe,Ca O2HCaSO 24 4 CaSO NaCl 4332 OFe,OFeFeO, 典型砂岩矿物的化学组成典型砂岩矿物的化学组成 第四节第四节 砂岩油气层的土酸处理砂岩油气层的土酸处理 46 酸化原理：酸化原理： 1) 1)氢氟酸与硅酸盐类以及碳酸盐类反应时，其生成

42、物中有气态氢氟酸与硅酸盐类以及碳酸盐类反应时，其生成物中有气态 物质和可溶性物质，也会生成不溶于残酸液的沉淀。物质和可溶性物质，也会生成不溶于残酸液的沉淀。 2HF+CaCO2HF+CaCO3 3=CaF=CaF2 2+CO+CO2 2+H+H2 2O O 16HF+CaAl16HF+CaAl2 2SiSi2 2O O8 8=CaF=CaF2 2+2AlF+2AlF3 3+2SiF+2SiF4 4+8H+8H2 2O O 酸液浓度高，酸液浓度高，CaFCaF2 2处于溶解状态；酸液浓度低，产生沉淀。处于溶解状态；酸液浓度低，产生沉淀。 2)2)氢氟酸与石英的反应氢氟酸与石英的反应 6HF+Si

43、O6HF+SiO2 2=H=H2 2SiFSiF6 6+2H+2H2 2O O 氟硅酸氟硅酸(H(H2 2SiFSiF6 6) )在水中可解离为在水中可解离为H H+ +和和SiFSiF6 62+ 2+；后者与 ；后者与CaCa2+ 2+、 、NaNa+ +、 K K+ +、NHNH4 4+ +等离子相结合，生成的等离子相结合，生成的CaSiFCaSiF6 6、(NH(NH4 4) )2 2SiFSiF6 6易溶于水，而易溶于水，而 NaNa2 2SiFSiF6 6及及K K2 2SiFSiF6 6均为不溶物质，会堵塞地层。均为不溶物质，会堵塞地层。 第四节第四节 砂岩油气层的土酸处理砂岩油气

44、层的土酸处理 47 3)3)氢氟酸与砂岩中各种成分的反应速度各不相同。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，其次是硅酸盐氢氟酸与碳酸盐的反应速度最快，其次是硅酸盐( (粘土粘土) )，最，最 慢是石英。慢是石英。 盐酸和碳酸盐的反应速度比氢氟酸与碳酸盐的反应速度还要盐酸和碳酸盐的反应速度比氢氟酸与碳酸盐的反应速度还要 快，因此土酸中的盐酸成分可先把碳酸盐类溶解掉，从而能充分快，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。发挥氢氟酸溶蚀粘土和石英成分的作用。 二、土酸处理设计二、土酸处理设计 10101515的的H

45、ClHCl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，盐酸浓度取下限当泥质含量较高时，氢氟酸浓度取上限，盐酸浓度取下限 当碳酸盐含量较高时，盐酸浓度取上限，氢氟酸浓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 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)。 第四节第四节 砂岩油气层的土酸处理砂岩油气层的土酸处理 48 （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注入量确信处理井是由于油气层损害造成的低产或低注入量 2.2

46、.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，以便在低于破裂压力下施工确定注入压力或注入排量，以便在低于破裂压力下施工 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( (后冲洗液后冲洗液) ) 避免地层水与避免地层水与HFHF接触；防止接触；防止HFHF与碳酸与碳酸 盐反应生成沉淀；以提高盐反应生成沉淀；以提高HFHF的酸化效的酸化效 果。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径将正规处理酸液驱离井筒半径12121515 倍以外。倍以外。根据公式计

47、算。 根据公式计算。 第四节第四节 砂岩油气层的土酸处理砂岩油气层的土酸处理 49 （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，导致处理的范围很少；的急剧消耗，导致处理的范围很少； 土酸的高溶解能力可能局部破坏岩石的结构造成出砂；土酸的高溶解能力可能局部破坏岩石的结构造成出砂； 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，堵塞地层。石英和粘土等颗粒随液流运移，堵塞地层。 第四节第四节 砂岩油气层的土酸处理砂岩油气层的土酸处理 50 （二）提高土酸处理效果的方法（二）提高土酸处理效果