油田中性压裂解堵剂

1、中性压裂解堵阻垢剂1前言压裂酸化改造技术作为低渗透油气田开发的重要手段之一，为中国低渗透油气藏的开发作出了重要贡献。然而，随着中国低/特低渗透油气藏储量所占比重逐年增多，低/特低渗透砂岩油气藏、火山岩油气藏、酸性油气藏以及复杂结构井的开发比例越来越大，研究适合不同复杂类型低渗透油气藏的大幅度提高单井产量技术，以及如何提高增产改造有效期，成为目前研究开发中性压裂解堵技术与发展的核心技术难题，迫切需要在中性压裂解堵阻垢机理、工艺技术及新材料等方面有所发展和创新，使其在增储上产方面发挥更大的作用。目前该技术体系已形成了低渗透油藏整体压裂技术、开发压裂技术、重复压裂技术、深井/超深井压裂酸化技术、复杂

2、岩性酸压技术、碳酸盐岩储层酸压及加砂压裂技术、砂岩基质酸化技术、加重压裂和加重酸压技术、控水锁低伤害压裂技术和泡沫压裂技术等具有特色的压裂酸化工艺技术与不用储层的工作液体系；并在水力压裂油藏工程、压裂力学、压裂酸化材料学、酸岩反应机理、砂岩酸化二次伤害机理、裂缝监测和长期导流能力、岩石力学性质与储气库稳定性、重复压裂前地应力场预测、水平井井网与人工裂缝优化匹配及产量预测、考虑启动压力和长期导流能力影响的油气藏数值模拟、压裂液对储层伤害机理及储层应力敏感性等机理性研究方面取得了一定的成就。近年来，环境保护越来越受到重视。因此，在压裂、酸化等井下施工过程中，不仅要注意对储层环境的保护，提高油气采收

3、率，而且要重视对自然环境的保护。1.1酸处理方式酸处理方式常规酸化（又称空隙酸化）与酸压两种。在低于地层破裂压力，不压开裂缝的情况下，把酸液挤入地层，这种酸处理方式称为常规酸化。因为常规酸化主要起解除井底附近地层的堵塞作用，所以亦称为解堵酸化。解堵酸化就是在新井完成或修井后，以解除泥浆堵塞恢复地层的渗透性，使之正常投产的一种酸处理措施。由于泥浆的侵入范围很小，以解除近井地带堵塞为目的的常规酸化所采用的酸量一般都不会很大，常在10m3以内，多则10m3左右。考虑到泥浆可能会均匀分布在井底附近的空隙、裂隙内。为了较好地解除整个油（气）层面上的堵塞，应该使酸液能均匀地进入地层的纵向各层段，避免沿高渗

4、透层段突入。为此，除了有时采用分层酸化或使用暂时堵塞剂封堵高渗透层以外，要求注酸泵压控制在地层初始吸收压力以上，而又在地层破裂压力以下，不宜过高以免压开裂缝不能很好地清除堵塞。由于常规酸化不压开裂缝，因此面容比很大，酸岩反应速度很快，酸的有效作用范围很小。对于堵塞范围较大的油气层以及低产，主要原因是油井位于低渗透区，采用常规酸化往往不能指望有较大的效果，应考虑采用水力压裂或酸压措施。酸压是在高于地层破裂下进行的酸化作业。酸压一般应用于碳酸盐岩地层，其核心问题是提高酸液的有效作用距离和裂缝的导流能力。1.2酸处理井的排液酸化施工结束后，停留在地层中的残酸水由于其活性已基本消失，不能继续溶蚀岩石，

5、而且随着PH值增高，原来不会沉淀的金属离子相继产生金属氢氧化物沉淀。为了防止生成沉淀堵塞地层空隙，影响酸处理效果，一般来说应缩短反应时间，限定残酸水的剩余浓度在某值以上，如果超出就将残酸尽可能快速排出。为此，应在酸化前就作好排液和投产的准备工作，施工结束后立即进行排液。残酸流到井底后，如果剩余压力（井底压力）大于井筒液柱压力，靠天然能量即可自喷。对于这类井，可以靠地层能量进行放喷排液。如果剩余压力低于井筒液柱压力，就要用人工方法将残酸从井筒排至地面。目前常用的人工排液法可分为两大类：一类是以降低液柱高度或密度的抽汲、气举法；另一类是以助喷为主的增注液体二氧化碳或液氮法。2中性压裂解堵技术砂岩储

6、层酸化技术从最初的土酸工艺，经过不断的摸索和实践，发展到后来的多种砂岩储层深部酸化工艺。虽然这些方法可以稍微增加酸液的穿透距离，但是某些酸化工艺比较繁琐，而且仍然不能解决沉淀堵塞问题。尽管现在油田上广泛使用的各种缓速酸与土酸比较而言，已经取得了良好的酸化效果，但是仍然没有解决沉淀堵塞的问题。这是因为砂岩储层中的硅铝酸盐矿物与氢氟酸将生成各种氟硅酸盐、氟盐沉淀物，这些沉淀物很难溶解于酸液，具有很高的潜在堵塞地层的能力，从而影响了酸化效果。正是当前的酸液性能和处理效果还不能充分满足油田开发和生产的需要，因此世界各国的石油工程师们一直在致力于酸化用酸的研究工作。3中性压裂液酸化原理3.1酸化原理（中

7、性络合技术原理）3.2缓速原理从中性压裂液与粘土的反应可以发现，中性压裂液对粘土矿物的溶蚀反应有缓速的作用。中性压裂液抑制反应速度和控制粘土溶蚀率的反应机理包括化学吸附和物理吸附作用。无论岩石表面的静电极性如何，中性压裂液都可以吸附在岩石上，每立方米的岩石能够吸附4.5461L的中性压裂液。物理吸附主要与岩石的表面积有关。对于沙岩地层，中性压裂液更容易吸附在粘土表面。一般来讲，粘土比表面积最大，远远高于其他矿物，因此，中性压裂液将吸附在岩石的粘土表面。除了物理吸附作用，化学吸附也易于作用在含钙、铁、铝成分较高的粘土和填充物上。此时，中性压裂液与粘土反应，在粘土表面生成铝硅膦酸盐的“薄层”。扫描

8、电镜观察这个“薄层”的厚度不超过1m，在弱酸（HF酸、碳酸）和水中的溶解度小，但是在HCl中溶解快，在有机酸中溶解速度较快。这个薄层可以阻止粘土与酸液的反应，减小粘土的溶解度。动态溶解度测试表明粘土的溶解度在一定程度上与粘土的比表面积（或者粘土所占体积比）成正比。由于在粘土表面形成的薄层是可溶于酸的，因此可以用少量的盐酸或者甲酸来调整粘土的溶解度，达到酸化优化设计。4酸处理技术酸化是油气井增产、注入井曾注的又一项有效的技术措施。其原理是通过酸液对岩石胶结物或地层空隙、裂解内堵塞物（粘土、钻井泥浆、完井液）等的溶解和溶蚀作用，恢复或提高地层空隙和裂缝的渗透性。酸化按照工艺可分为酸洗、基质酸化和压

9、裂酸化（也称酸压）。酸洗是将少量酸液注入井筒内，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；基质酸化是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渗透性；酸压（酸化压裂）是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蚀形成高导流能力的裂缝。4.1酸液及添加剂酸液及添加剂的合理使用，对酸化增产效果起着重要作用。随着酸化工艺的发展，国内外现场使用的酸液和添加剂类型越来越多。4.1.1常用酸液种类及性能碳酸盐岩油气层的酸化主要用盐酸，有时也用甲酸、醋酸、多组分酸（盐酸与甲酸或醋酸等的混合酸液）和氨基磺酸等酸

10、液。为了延缓酸的反应速度，有时也采用油酸乳化液、稠化盐酸液、泡沫盐酸液等。（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，不会产生化学沉淀；酸压时对裂缝壁面的不均匀溶蚀程度高，裂缝导流能力大；加之成本较低。因此，目前大多数酸化处理措施仍使用盐酸，特别是使用28%左右的高浓度盐酸。盐酸处理的主要缺点是：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；此外，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氢脆断

11、裂。为此，碳酸盐地层的酸化也试用了其他种类的酸液。（2）甲酸和乙酸甲酸和乙酸都是有机弱酸，它们在水中有一小部分离解为氢离子和羧酸根离子，且离解常数很低（甲酸离解常数为2.0×104，乙酸离解常数为1.8×105，而盐酸接近于无穷大），它们的反应速度比同浓度的盐酸要慢几倍到十几倍。所以，只有在高温深井中，盐酸液的缓速和缓蚀问题无法解决时，才使用它们来酸化碳酸盐岩层。甲酸或乙酸与碳酸盐作用生成盐类，在水中的溶解度较小。所以，酸处理时易生成甲酸钙或乙酸钙镁盐沉淀堵塞渗流通道。（3）多组分酸多组分酸是一种或几种有机酸与盐酸的混合物。20世纪60年代初，国外一度采用这种多组分酸来缓速

12、，取得了较好的效果。（4）乳化酸乳化酸即为油包酸型乳状液，其外相为原油。为了降低乳化液的粘度，亦可在原油中混合柴油、煤油、汽油等石油馏分，或者用柴油、煤油等轻馏分作外相。其内相一般为15%31%浓度的盐酸，或根据需要用有机酸、土酸等。为了配制油包酸型乳状液，需选用“HLB值”（亲水亲油平衡值）为36的表面活性剂作为W/O型乳化剂，如酰胺类（烷基酰胺）、胺盐类（十二烷基苯磺酸胺）、脂类（山梨糖醇酐油酸酯span80）等。乳化剂吸附在油和酸水的相界面上形成有韧性的薄膜，可防止酸滴发生聚结而破乳。有些原油本身含有表面活性剂（烷基磺酸盐等），当它们与酸水混合，不另加乳化剂，经过搅拌也会形成油包酸型乳状

13、液。（5）稠化酸稠化酸是指在盐酸中加入增稠剂（或称胶凝剂），使酸液粘度增加。这样降低了氢离子向岩石壁面的传递速度；同时，由于胶凝剂的网状分子结构，束缚了氢离子的活动，从而起到了缓速的作用。高粘度的稠化酸与低粘度的盐酸溶液相比，酸压时还具有能压成宽裂缝、滤失量小、摩阻低、悬浮固体微粒的性能好等特性。由于目前的这些增稠剂只能在低温（338K）下使用，在地层温度较高时，它们会很快在酸液中降解，从而使稠化酸变稀。（6）泡沫酸近来使用于水敏性油气层、低渗透率碳酸盐岩油气层的泡沫酸发展得很快。泡沫酸是用少量的泡沫剂将气体（一般用氮气）分散于酸液中所制成。泡沫酸的粘度高，在排液中可携带出对导流能力有害的微粒

14、。泡沫酸在降低粘土之不利影响方面的作用，使它得到了应用。（7）土酸对碳酸盐岩地层往往使用盐酸酸化就能达到目的，而对于砂岩地层，由于岩层中泥质含量高，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，在这种情况下，用普通盐酸处理常常得不到预期的效果。对于这类生产井或注入井多采用10%15%浓度盐酸和3%8%浓度的氢氟酸与添加剂所组成的混合酸液进行处理。这种混合酸液通常称为土酸。土酸中的氢氟酸（HF）是一种强酸，我国工业氢氟酸的浓度一般为40%。氢氟酸对砂岩中的一切成分（石英、粘土、碳酸盐等）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使用，这是由于氢氟酸与碳酸钙和钙长石

15、（硅酸钙铝）等反应生成氟化钙沉淀堵塞地层。4.1.2酸液添加剂酸化时要在酸液中加入某些物质，以改善酸液性能和防止酸液在油气层中产生有害影响，这些物质统称为添加剂。常用的添加剂种类有：缓蚀剂、表面活性剂、稳定剂、缓速剂、有时还加入增粘剂、减阻剂、暂时堵塞剂及破乳剂等。（1）缓蚀剂缓蚀剂的作用主要在于减缓局部的电池的腐蚀作用。其机理有三方面： 抑制阴极腐蚀； 抑制阳极腐蚀； 于金属表面形成一层保护膜。缓蚀剂的类型不同，其主导作用的方面也不一样。国内外使用的盐酸缓蚀剂分为两大类：无机缓蚀剂，如含砷化合物（亚砷酸钠、三氯化砷等）；有机缓蚀剂，如胺类（苯胺、松香胺）、醛类（甲醛）、喹啉衍生物、烷基吡啶、

16、炔醇类化合物等。有机缓蚀剂比无机缓蚀剂的缓蚀效能高，有机和无机组成的复合缓蚀剂缓蚀效果最好，例如炔醇类化合物和碘化物（碘化钾、碘化钠）混合成的复合缓蚀剂，能在120高温条件下，对28%HCl起较好的缓蚀效果。（2）表面活性剂酸液中加入表面活性剂，可以降低酸液的表面张力，减少注酸和排除残酸时的毛细管阻力，防止在地层中形成油水乳状物，便于残酸的排出。一般较多地采用阴离子型和非离子型表面活性剂，如阴离子型的烷基碘酸钠（AS），烷基苯磺酸钠（ABS）和非离子型聚氧乙烯辛基苯酚醚（OP）等。其用量0.1%1%，如证实油层酸化时有层内确有乳化物生成时，可于酸中加入破乳剂，如有机胺盐类，或季铵盐类和聚氧乙烯

17、烷基酚类活性剂。（3）稳定剂酸液与金属设备及井下管柱解除，溶解铁垢和腐蚀铁金属，使酸液含铁量增多。为防止氢氧化铁沉淀，避免发生地层堵塞现象，而加入的某些化学物质，成为稳定剂。常用的稳定剂有醋酸、柠檬酸，有时用乙二胺四醋酸（EDTA）及氮川三乙酸钠盐（NTA）等（4）增粘剂和减阻剂高粘度酸液能延缓酸岩反应速度，增大活性酸的有效作用范围。常用的增粘剂为部分水解聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素等，一般能于150内使盐酸增粘几个至十几个mPa·s，长时间保持良好的粘温性能。上述增粘剂同时也是很有效的减阻剂，可使稠化酸的摩阻损失低于水。（5）暂时堵塞剂将一定数量的暂时堵塞剂加入酸液中，随液流进入高渗透

18、层段，可将高渗透层段的孔道暂时堵塞起来，使以后泵注的酸液进入低渗透层段起溶蚀作用。常用的膨胀性聚合物，如聚乙烯、聚甲醛、聚丙烯酰胺等。4.1.3砂岩油气层的土酸处理砂岩油气层通常采用水力压裂增产措施，但对于胶状物较多或堵塞严重的砂岩油气层，也常采用以解堵为目的的常规酸化处理。砂岩是由砂粒和粒间胶结物组成，砂粒主要是石英和长石，胶结物主要为硅酸盐类（如粘土）和碳酸盐类物质。砂岩的油气储集空间和渗透通道就是砂粒与砂粒之间未被胶结物完全充填的空隙。砂岩油气层的酸处理，就是通过酸液溶解砂粒之间的胶结物和部分砂粒，或孔隙中的泥质堵塞物，或其他酸溶性堵塞物以恢复、提高井底附近地层的渗透率。4.1.3.1砂

19、岩地层土酸处理原理一般地，砂岩油气层骨架由硅酸盐颗粒、石英、长石、燧石及云母构成，骨架是原先沉积的砂粒，在原生孔隙空间沉淀的次生矿物是颗粒胶结物及自生粘土，这意味着岩石初期形成后粘土即沉淀于孔隙空间，这些新沉淀的粘土以空隙镶嵌或孔隙充填出现。从矿物学观点看，影响砂岩反应性的因素有两个：一是化学组成，二是表面积。从砂岩矿物组成和溶解度可以看到，对砂岩地层仅仅使用盐酸是达不到处理目的的，一般都用盐酸和氢氟酸混合的土酸作为处理液。氢氟酸与碳酸钙反应，生成不溶物氟化钙易二次堵塞地层。依靠土酸液中的盐酸成分溶蚀碳酸盐类物质，并维持酸液较低的PH值，依靠氢氟酸成分溶蚀泥质成分和部分石英颗粒，从而达到清除井

20、壁的泥饼及地层中的粘土堵塞，恢复和增加近井地带的渗透率的目的。土酸的高溶解能力可能局部破坏岩石的结构造成出砂；反应后脱落下来的石英和粘土等颗粒随液流运移，堵塞地层。5中性解堵阻垢处理压裂技术用中性解堵阻垢剂作为压裂液，不加支撑剂的压裂称为中性压裂解堵阻垢处理压裂。中性压裂解堵阻垢处理过程中一方面靠水力作用形成裂缝，另一方面靠中性解堵阻垢剂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。中性解堵阻垢剂和水力压裂增产的基本原理和目的都是相同的，目标是为了产生有足够长度和导流能力的裂缝，减少油气水渗流阻力。主要差别在于如何

21、实现其导流性，对水力压裂，裂缝内的支撑剂阻止停泵后裂缝闭合，酸压一般不使用支撑剂，而是依靠中性解堵阻垢剂对裂缝壁面的不均匀刻蚀产生一定的导流能力。因此，中性压裂解堵阻垢处理压裂应用通常局限于碳酸盐岩地层，很少用于砂岩地层。因为即使是氢氟酸也不能使地层刻蚀得到足够的导流能力的裂缝。但是，在某些含有碳酸盐充填天然裂缝的砂岩地层中，使用中性压裂解堵阻垢处理压裂也可以获得很好的增产效果。与水力压裂类似，中性压裂解堵阻垢处理效果最终也体现于产生的裂缝有效长度和导流能力。对中性压裂解堵阻垢处理，有效的裂缝长度是受中性解堵阻垢剂的滤失特性、清洗剂岩反应速度及裂缝内的流速控制的，导流能力取决于处理液对地层岩石

22、矿物的溶解量以及不均匀刻蚀的程度。由于储层矿物分布的非均质性和裂缝内处理液浓度的变化，导致处理液对裂缝壁面的溶解也是非均匀的，因此本处理液压裂后能保持较高的裂缝导流能力。6酸处理工艺中性压裂解堵阻垢处理效果与许多因素有关，诸如选井选层，选用适宜的中性压裂解堵阻垢处理技术，合理地选择中性压裂解堵阻垢处理工艺参数等。为了提高中性压裂解堵阻垢处理的效果，应在中性压裂解堵阻垢处理机理的指导下，做好各个环节的工作。6.1中性压裂解堵阻垢处理井层的选择一般地说，为了能够得到较好的处理效果，在选井层方面应考虑以下几点： 优先选择在钻井过程中油气显示好而试油效果差的井层。 优先选择邻井高产而本井低产的井层。

23、对于多产层的井，一般应进行选择性（分层）处理，首先处理低渗透地层。对于生产历史较长的老井，应临时堵塞开采程度高、油藏压力已衰减的层位，选择处理开采程度低的层位。7压裂、酸化基本原理水力压裂是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施，广泛用于低渗透油气藏的增产改造。近年来，在中、高渗油气藏的增产改造中取得了很好的效果。酸化是油气井解除污染、增加产量的另一项重要技术措施，在砂岩地层改造中发挥着重要的作用。8压裂时间的影响油井在不停生产，在没有外来能量的补充下，地层能量势必会不断衰减，压裂实施时间的选取，对油井产量势必产生一定的影响。压裂实施时间越早，地层能量越充足，措施实施后，增产幅度也就越大。对

24、于低渗透、特低渗透油藏来说，如果产能未达到工业要求，对油井进行压裂措施改善，不失为一种有效的措施。9中性压裂解堵阻垢工艺9.1中性压裂解堵选井选层原则在选井选层时，应结合地质资料、试井资料及生产情况等进行综合分析，选择储量充足，具有一定地层渗透能力和油、气、水边界清楚，固井质量好的井进行中性压裂解堵阻垢处理。中性压裂解堵阻垢处理选井选层的工作目标是：（1）客观地描述储层的油气储集性能；（2）客观地描述储层的渗滤特征及堵塞特征；（3）推荐可供增产作业改造的井和层段、一般地，选井选层的基本原则如下：（1）储层含油气饱和度高，储层能量较为充足；（2）产层受污染的井；（3）邻井高产而本井低产的井；（4

25、）优先选择在钻井过程中油气显示好，而试油效果差的井层；（5）产层应具有一定的渗透能力；（6）油、气、水边界清楚；（7）固井质量好和井况好的井。在考虑具体井的中性压裂解堵阻垢处理方式和中性压裂解堵阻垢处理规模时，应对井的动态资料进行综合分析，确定储层物性参数，并根据物性参数及油井的历史情况综合分析，准确确定出油气井产量下降或低产（注水井欠注）的原因以及该井可改造的程度，为中性压裂解堵阻垢处理作业提供地质依据。例如，油井位于断层附近、鼻状凸起、长轴等构造应力强，裂缝较发育的构造部位，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，低产的原因主要是储层污

26、染所致，一般只要进行常规酸化，均能取得较好的酸化效果。9.2施工工艺参数确定（1）施工排量；砂岩基质中性压裂解堵阻垢处理是在不压开地层的情况下注入处理。现场经验表明，地层被压开往往是导致施工失败的主要因素，因此必须合理地确定施工压力和排量。（2）最大注液地面压力；（3）底层破裂压力确定；（4）液柱压力确定；（5）孔眼摩阻确定；（6）井筒摩阻确定；（7）最大水马力确定。10清洁自转向中性压裂解堵阻垢处理技术10.1引言由于表面活性剂独特的性能，其在许多油井处理中具有重要和关键性的作用。表面活性剂可以用于降低表面张力、改变润湿性、清除残余油、作为腐蚀抑制剂等，也可用作反泥浆剂等。如此广泛的应用是由

27、于表面活性剂在不同表面吸附，由此而连接不同溶液本体的能力，以及形成胶束结构的性能。表面活性剂分子由水溶性基团（头部）和油溶性基团（尾端）组成。其性能依赖于表面活性剂头部的大小、尾端的长度和结构、表面的电荷、离子强度以及温度等。在转向剂的发展过程中已经使用过聚合物凝胶、泡沫、油溶性树脂和岩盐等作为转向剂。然而，这些转向剂的油田应用需要解堵阻垢和转向剂注入的多阶段交替过程。为了简化转向剂的油田使用，急需一种既具有压裂解堵功能，又要兼有阻垢作用的处理剂。添加粘弹性表面活性剂体系一般可为上述双子季铵盐类表面活性剂，当处理液体系进入高渗透地层之后，它会同碳酸盐基岩发生反应，并在地层中形成条虫状酸蚀孔洞。

28、根据在水中表面活性剂聚集结构的不同，粘弹性压裂液可分为胶束表面活性剂和泡囊结构表面活性剂。依赖于表面活性剂溶液，上述两种结构对于水力压裂液都可以提供足够的粘度。对于一种线形或者交联聚合物基压裂液，液体的粘性主要来自相对分子质量为200×104500×104的聚合物分子之间的相互作用。中性压裂解堵阻垢处理过程中的添加剂都与其相匹配。地层中堵塞物垢与表便活性剂反应，形成长蠕虫状或者棒状胶束。该种胶束相互缠绕，导致高粘度。与传统的交联流体不同的是，这种新的流体不含如铁和锆之类的金属交联剂。因此，特别是在酸性气井中，不会因为硫化氢与铁反应而产生不溶的硫化铁。在油田应用中，粘弹性表面

29、活性剂作为解堵阻垢转向剂的主要优点是：粘弹性表面活性剂处理液容易制备，具有不产生地层伤害的特性，支撑剂填充层具有高保留传导性。由于中性压裂解堵阻垢剂与碳酸盐反应，增高的Ca2+的浓度和中性压裂解堵阻垢剂的浓度降低，住进了中性压裂解堵阻垢剂中球形结构向蠕虫型结构的转化，即发生中性压裂解堵阻垢剂就地凝胶化，结果给予中性压裂解堵阻垢剂较高的粘度。较高的粘度降低了处理液进入蚓孔的几率，因此使所有地层区域得到解堵处理。解堵处理完成之后，由于溶剂的后冲洗以及与回流时地层烃类接触时，粘性流体被破坏，因而不会造成地层伤害。由于粘弹性表面活性剂自转向酸液体系容易清除，并且具有延长的粘度形成时间，不必当烃类返排时

30、就降低粘度。因此，其与聚合物自转向凝胶酸液相比，具有持续的转向作用。其在不伤害地层的条件下，可解决长裸井段解堵处理的困难。通常，传统的表面活性剂泡囊结构需要很高的表面活性剂浓度，来产生足够的粘度。而通过加入一种聚合（高分子）电解质，可以帮助泡囊结构的形成，并且降低了表面活性剂的使用浓度，同时提高了该流体的热稳定性。该流体的流变学性能可通过流体的pH值、表面活性剂浓度、聚合电解质的性能以及温度来调节。在预定的时间和温度下，流体内含的解聚剂配方可打破该表面活性剂凝胶，并降低该流体的粘度至接近水的粘度。同时，岩心实验表明，在处理岩心过程中没有产生地层伤害。10.2清洁自转向酸体系自转向酸体系主要包括

31、转向酸体系中的转向剂的确定、酸液体系性能的综合评价等环节。（1）自转向中性压裂解堵阻垢处理的特殊性能中性压裂解堵阻垢处理是一种新型的压裂处理体系，该体系除了具有常规的压裂处理体系的性能外，还具备其特殊的性能，主要有转向性能、缓速性能、破胶性能和保护储层性能。（2）自转向剂作用原理自转向酸液体系在与岩石反应前，鲜酸的粘度与清水相当，随着酸岩反应的进行，pH值升高，压裂处理在岩石除垢处理的孔、缝表面形成粘度大于1000mPa·s的凝胶。高的液相粘度减缓了处理液向已反应的岩石表面扩散的过程，也增加了处理液在高渗透层的渗透阻力，从而使鲜酸继续向深部穿透和转向其他的低渗和污染严重的储层。酸液作

32、业后反排时，高粘处理残液在接触含有烃类的有机物后，又会彻底破胶，无需外加任何破胶剂。破胶后的粘度相当于清水，只需很小的压力就可反排彻底且无任何残留物，对改造的储层具有良好的保护作用，从而达到对储层进行高效改造。（3）缓速性能的评价中性压裂解堵阻垢处理主要是通过吸附在岩石表面形成网状结构束缚络合反应的活动降低处理反应速度。随着处理反应的不断进行，处理残液粘度不断提高，减小了处理液向地层岩石表面扩散的速度，增强了对多孔介质的降滤失作用，这样就增长了新鲜处理液的作用距离，同时可利用其显著的降阻性能，以提高处理效果。11压裂酸化作业中储层伤害机理酸化压裂作为油气井重要的增产和投产措施，在石油工业生产中

33、得到了广泛的应用。特别是对于受到伤害的储集层，把压裂酸化作为投产措施，能在一定程度上解除堵塞物，恢复油气井产能。然而，压裂酸化措施也潜在着对储集层造成新的伤害的危险。在油气井生产的许多实践中，采用酸化压裂措施后，油气井产能并未得到恢复或提高。相反，有的井却在酸化压裂措施后造成减产。各油田都普遍存在这种情况，只是程度不同而已。据一些资料表明，酸化、压裂成功率普遍低于70%，其中压裂成功率稍高，碳酸盐岩储集层前置液酸压成功率较低，碳酸盐岩储集层盐酸直接酸压成功率较高。而在大量的砂岩储集层酸化中，作业由于使用HF作为处理液的主体酸，有时对地层造成的伤害比较严重，使砂岩储集层酸化成功率最低。即使是压裂

34、酸化取得成功的井例，压裂酸化措施本身也可能对储集层带来伤害，使该项措施不能发挥最大效益。因此，重视压裂酸化措施过程中对储集层的保护有两点实际意义：其一，可以提高解堵成功率，有效的恢复油气井产能；其二，可以最大限度地发挥压裂酸化作用的效果，达到少投入多产出的目的。在新油田勘探阶段压裂酸化作为一种投产措施，其作用更为突出。在新油田的勘探阶段，由于各种储集层参数资料缺乏，钻井完井过程中储集层难免受到伤害，使油气井测试不具备工业产能。在这种井成功地采用压裂酸化措施，解除储集层堵塞，恢复原有产能，从而有助于新油田的发现；反之，如果措施失败，将会漏掉产层，降低勘探成功率。11. 1酸化作业中储集层伤害由于

35、储集层岩石成分、结构及储集层中流体的不同，导致酸化技术的复杂性，使得有的酸化作业不但不能解除原有储集层堵塞，反而可能带来对储集层进一步的伤害。因此，酸化作业中如何采取积极有效的措施，保护储集层使酸化作业充分发挥其效益成了酸化中的首要问题。在酸化施工过程中，由于设计及处理不当，可能造成严重的储集层伤害。最常见的储集层伤害主要在于酸化后二次产物的沉淀，酸液与储集层岩石，流体的不配伍以及储集层润湿性的改变，毛管力的产生，酸化后疏松颗粒及微粒的脱落后运移堵塞、产生乳化剂等。11.1. 1酸液与储集层流体的配伍性（1）储集层原油与酸液的配伍性当酸液与储集层中含沥青原油接触时，会产生酸渣。酸渣由沥青、树脂

36、、石蜡和其他高分子碳氢化合物组成，是一种胶状的不溶性产物，一旦产生，会对储集层带来永久性伤害，一般很难消除。原油中的沥青物质是以胶态分散相形式存在，它是以高相对分子质量的聚芳烃分子为核心。此核心被较低相对分子质量的中性树脂和石蜡包围，周围靠吸附着较轻的芳香族特性较少的组分所组成。在无化学变化时，这种胶态分散相相当稳定，但当与酸接触时，酸与原油在油酸界面上开始反应，并形成不溶性薄层，该薄层的凝聚导致酸渣颗粒的形成。研究表明，在酸液中若不加入适当的抗酸渣添加剂，一般都有产生酸渣的危险，且用酸浓度越高，酸渣生成越多，如图 1所示。当酸液中含有一定量的Fe3+和Fe2+时，将大大增加酸渣的生成量，其中

37、Fe3+针对酸渣的影响特别明显，如图 2所示。（2）储集层中水与酸液的配伍性储集层中水与酸接触带来的危害，主要是反应生成沉淀。若不考虑注入酸液与岩石反应，酸与储集层中水接触产生的危害不大。室内实验表明，用不同配方的酸液与NaHCO3型储集层水反应，在80条件下反应4h，未产生不溶物，但冷却后可见到少量沉淀物。但要注意，当储集层中水富含Na+，K+，Mg2+，Ca2+，Fe2+，Fe3+，Al3+等时（这些离子有些是原储集层水中本身就存在的，这些是由于酸化过程中不断产生的），酸液特别是HF将与这些离子作用而产生有害沉淀物。因此，酸化时要设法避免HF与储集层水接触。11.1. 2酸液与储集层岩石的

38、配伍性储集层岩石矿物成分复杂，酸液注入后对不同矿物产生的溶解机理不同，会带来不同类型和不同程度的储集层伤害。粘土矿物普遍存在于油、气储集层中，最常见的是蒙脱石、伊利石、混层粘土（以伊利石蒙脱石为主）、高岭石以及绿泥石。不同的粘土矿物，其组成、结构以及理化性质不同，酸液对其反应亦各异，产生的伤害机理也不同。（1）酸液引起粘土矿物膨胀酸液注入含蒙脱石或伊利石蒙脱石含量较高的储集层，酸液中水被蒙脱石所吸收，引起这类粘土矿物的膨胀。特别是高含Na蒙脱石类粘土，膨胀体积可达610倍，因而使孔道变窄甚至堵死孔道，使储集层丧失渗透性。即使酸液溶解掉部分粘土矿物，也很难抵消其造成的伤害。（2）酸液的冲刷及溶解

39、作用造成微粒运移高岭石类粘土在储集层中大多松散地附着在沙粒表面，随着酸液的冲刷，剥落下来的微粒将发生迁移，造成空隙喉道的堵塞，进而降低渗透率。伊利石类粘土在砂岩中可以形成大体积的微孔（蜂窝状），这些微孔可以束缚酸中水，有时在空隙中还可发育成类似毛状的晶体，增加了空隙的弯曲性，降低渗透率。在酸化过程中或酸化后随酸液或流体流动而破碎迁移，引起孔道堵塞。不论是哪类粘土矿物，酸化过程中酸溶解胶结物不同程度地使储集层颗粒或微粒松散，脱落而运移堵塞，这些微粒随酸液的流动搅拌极易促进酸液与储集层中原油一起形成稳定的乳化液，产生液堵。（3）酸液溶解含铁矿物产生不溶产物绿泥石类粘土是水合铝硅酸盐，常常含有大量的

40、Fe和Mg，对酸和含氧的水非常敏感，它很容易溶于稀酸，用酸处理时可以被溶解掉，但当酸耗尽时，Fe3+可以再次以氢氧化铁凝胶沉淀出来，堵塞储集层，这种情况特别是酸液未加螯合剂时，更为严重。（4）酸化后产物的结垢酸化过程中产生过剩的Ca2+，在酸化后若不能及时排出，将与油层中的CO2作用生成碳酸钙再次沉淀结垢，这些垢与砂子及重油等伴随一起堵塞储集层。（5）酸化产生液堵和岩石润湿性改变酸液注入储集层后，井壁附近含水大大增加，当水油流度比大于1时会出现水锁，因此应加强酸化后排液工作。酸液中的表面活性剂可能改变岩石润湿性引起储集层伤害，若酸化时形成乳化、泡沫等，两相流动阻力增大，特别是当气泡、液滴流经喉

41、道时，产生贾敏效应封堵喉道。11. 1.3酸液与储集层矿物反应产生二次沉淀损害在酸化过程中，酸溶解矿物以扩大空隙或裂隙空间。但若溶解后的产物再次沉淀出来，则会重新堵塞孔道。酸化后的再次沉淀物一般如下：（1）铁质沉淀在酸化时，除上述绿泥石被溶解释放出铁离子之外，储集层中其他矿物的溶解也可能释放铁离子。此外，酸液本身在生产、储运过程中都污染有铁离子（一般含量为180ppm左右）。其中轧屑、鳞屑等外来溶于酸液中的铁大多为三价，而储集层矿物溶于酸中的铁多为二价（黄铁矿、磁铁矿、菱铁矿）。这些铁离子可以水化沉淀或与储集层内部物质反应生成沉淀。残酸pH值的改变铁在酸中的溶解度与酸液的pH值有密切关系，三价

42、铁离子（Fe3+）在酸液pH值为2.2时就开始以Fe（OH）3的形式产生沉淀，当pH值为3.2时，Fe3+完全沉淀；二价铁离子（Fe2+）只有在pH值达到7以上才开始沉淀。由于残酸通常能达到的最大pH值为5.5左右，因此，在残酸排除储集层之前，引起堵塞的主要是三价铁离子的沉淀。铁离子与储集层中硫化氢反应当酸化含硫化氢的油气储集层时，酸化产生的Fe3+与H2S相遇要发生氧化还原反应（H2S为还原剂）和沉淀反应。2Fe3+ H2S S 2Fe2+ 2H+Fe3+ 3H2O Fe（OH）3 3H+ 其结果生成硫和氢氧化铁沉淀，另一方面二价铁离子与H2S反应也会生成沉淀： Fe2+ H2S FeS 2

43、H+FeS在酸液pH值升到1.9时便开始沉淀，当pH值升值3.55时，则完全沉淀。因此对于含有H2S的井，无论是三价铁离子还是二价铁离子都能形成沉淀，故需添加性能较好的铁离子稳定剂。铁与沥青质原油结合当酸化作业时，沥青质原油对Fe3+、Fe2+非常敏感。形成的铁化物即为酸渣形式的胶体沉淀，既可堵塞储集层，又是一种乳化稳定剂，促使沥青胶质堵塞储集层。（2）氢氟酸反应产物产生沉淀砂岩储集层酸化使用的酸液，不论属于何种体系，其主要酸都为HF，HF与储集层矿物反应后可产生多种沉淀，这历来受到人们的重视。钙盐沉淀HF与CaCO3反应生成细白粉末状氟化钙沉淀。 CaCO3 2HF CaF2 H2O CO2

44、CaF2很容易沉淀，但由于CaF2粒子很小而且分散，若能在流动通道中移动，可减少其堵塞作用。CaF2沉淀是由于酸液在储集层中停留时间太长，并且随着酸的消耗，pH值上升所致。加入HCl可增加CaF2的溶解度，减轻伤害。一般情况下保持低pH值和适当的关井时间，是防止CaF2大量沉淀的行之有效的措施。Na盐和K盐沉淀氢氟酸与砂子及粘土等反应产生氟硅酸和氟铝酸。SiO2 6HF H2SiF6 2H2OAl2Si4O10 ( OH ) 236HF 4H2SiF6 12H2O 2H3AlF6NaAlSi3O8 22HF 3H2SiF6 AlF3 NaF 8H2O氢氟酸与砂子及粘土反应生成的两种酸，又将与储

45、集层岩石中或储集层水中的钾、钠等离子反应产生不溶性沉淀物。H2SiF6 2Na+ Na2SiF62H+H2SiF6 2K+ K2SiF62H+H2AlF6 3Na+ Na3AlF63H+H2AlF6 3K+ K3AlF63H+这些氟硅酸盐和氟铝酸盐是胶状物质，沉淀下来后可占据大量的空隙空间，它们牢牢地粘附在岩石表面上，产生严重损害。水化硅沉淀研究表明，水化硅的生成是由于HF与砂岩反应后的残酸再与粘土矿物发生二次反应的结果。当酸化时，随着HF的不断消耗，当游离F浓度减至13mol/L时，最初溶解于酸中的硅又将以水化硅胶态沉淀下来。其反应方程式如下：Al2SiO5 (OH) 4 18HF 2H2S

46、iF6 2AlF3 9H2O H2SiF6 4H2O Si (OH) 46HF 水化硅在岩石基质内沉淀会伤害储集层。室内实验用H2SiF6（残酸液）岩心渗透率下降20%左右。然而，由于产生的胶状水化硅沉淀覆盖于粘土表面，对其水敏性产生一定的抑制作用。为了减轻水化硅沉淀，酸化后可迅速排液。研究表明，残酸在岩心中停留的时间越长，水化硅沉淀量越多。HF浓度越低，溶解的硅越少，沉淀出的硅自然也少。注水井可采用过量冲洗，将近井带的残酸驱至远离井壁。11. 1.4妨碍酸反应的有机覆盖层处理后对油层的损害酸化中存在的一个普遍问题是酸不能穿透岩石或结垢表面上的有机覆盖层而使处理失败。这对沥青质原油的储集层尤为

47、突出。这类储集层酸化前，采用溶剂或酸/溶剂混合物作预处理，也可采用注热油处理。但若施工不当，把被溶解的有机沉淀物注到储集层中，发生再沉淀，也会堵塞储集层。酸化时则要在酸液中加入抗酸渣剂以免酸与原油作用产生酸渣。11.1.5添加剂选择不当会造成储集层损害针对不同储集层岩石和流体，酸液中应加入相应的添加剂，加入的添加剂应在使用类型和用量上精确设计，否则达不到防止伤害，提高酸化效果的目的。11.1.6酸液滤失造成的损害滤失问题发生在各种酸化施工过程中，当碳酸盐岩基质酸化时，酸液沿大孔道竞争反应的结果是产生溶蚀孔道，大多数酸液进入溶蚀孔不断加长和扩大溶蚀孔而提高近井带流体渗流能力，酸液沿溶蚀孔向基岩发

48、生漏失，漏失直接影响溶蚀孔的长度和大小。碳酸盐岩酸压主要靠酸蚀缝来提高储集层流体渗透能力；酸压时缝壁也会产生溶蚀孔，但这些溶蚀孔带来的后果是增加了酸液沿缝壁的滤失，溶蚀孔越多、越大，酸液向储集层中滤失的液量越多，直接影响酸蚀缝长和缝宽，而影响酸蚀缝的导流能力，降低酸压效果。 酸液滤失造成的储集层伤害，一是酸液或前置液渗入细微的粒间孔道，产生毛管阻力，返排时压差不能克服毛管阻力，造成这些流道的液阻；二是酸液中固相颗粒，酸液溶蚀下来的储集层微粒，特别是高粘前置液中残渣等在孔道中运移堵塞孔道，并在裂缝壁面形成滤饼。酸压后若这种堵塞不能解除，给储集层流体流动带来阻力。酸液中基液渗入基岩后，使基岩中的水

49、敏性矿物膨胀吸附或迁移，减小粒间孔道或堵塞。因此，酸液的滤失可能带来较大的伤害，严重时可能使酸压措施完全失效，实际工作中应重视酸液滤失问题。11. 1.7施工参数选择不当酸化施工参数包括酸浓度、施工泵压、施工排量、酸液用量等。酸浓度对酸化效果的影响占首要地位。酸浓度高，溶解一定量旷物需酸量少。但浓度过高一是缓蚀问题难以解决，可能严重腐蚀管材而引人大量铁离子等有害物进入储集层造成伤害；二是可能大量溶蚀基质颗粒，在砂岩储集层中造成岩石骨架的破坏，引起大量出砂或储集层坍塌，进而堵塞储集层流道。因此，酸液浓度的选择要结合室内溶解试验和岩心流动试验确定。施工泵压的选择对于基质酸化而言，要根据储集层吸酸能

50、力限制泵压，不能压破储集层，否则可能造成压破遮挡层，引起油井过早见气、见水，产生两相流动，过早消耗储集层能量。砂岩基质酸化压破储集层后，酸主要沿裂缝流动，不能达到解除其他部位储集层伤害的目的。此外，酸化结束时，裂缝立即闭合，由于不能形成酸蚀裂缝导致产生的悬浮物和沉淀物不能排出储集层造成新的伤害。酸液用量要选择适当，解堵酸化设计用酸量应以刚好解堵为佳，过多的酸量进入储集层时，若不能顺利返排将带来上述一系列储集层伤害问题。11. 1.8施工过程引入的储集层伤害配酸过程中操作不严格，使用不清洁的基液引入固体颗粒杂质、细菌等带人储集层造成伤害。脏管柱洗井不好将管中杂物及锈垢等带人储集层造成堵塞且有些杂

51、物与酸作用产生二次沉淀。例如，酸从油管注入，由套管环空返出，带出一吨多从管子上清除下来的油污和固体，按一般的程序，这些污泥固体混合物将在酸之前注入储集层，其对储集层的伤害可想而知。因此，施工中注意酸液的配制过程，严格按设计要求配酸，注液时清洗净管材，将大大减少酸化对储集层的伤害，提高酸化效果。酸化过程对储集层造成的伤害原因很多，但只要认真处理酸化中每一个环节，始终考虑到储集层保护问题，采取一些必要的措施就能防止或减轻伤害，使酸化技术充分发挥其效盆。11.2压裂作业中造成的储集层伤害压裂是油气井增产、水井增注的有效措施之一。特别适于低渗透油气藏的整体改造，也是解除储集层伤害，恢复油气井产能的重要

52、手段。理论上讲，压裂形成的高导流能力填砂裂缝 ，大大改善了储集层流体向井内流动的能力，因而压裂后必然提高油气井产能。然而在实际压裂施工中，并非每口压裂井都能获得成功，有的井经压裂后增产幅度很小，有的甚至造成减产。事实上，压裂作业中压裂液进入储集层后，总会干扰储集层原有平衡条件，给储集层带来某些伤害。压裂措施本身包含了改善储集层和伤害储集层双重作用，当前者占主导时压裂增产；反之则造成减产。为了获得增产效果，就应充分发挥其改善储集层的作用，尽量减少伤害储集层的因素。11. 2.1压裂液在储集层中滞留产生液堵在压裂施工中，向储集层注入了大量压裂液，压裂液沿缝壁渗滤人储集层，改变了储集层中原始含油饱和

53、度，并产生两相流动，流动阻力加大。毛管力的作用致使压裂后返排困难和流体流动阻力增加。如果储集层压力不能克服升高的毛细管力，则出现严重和持久的水锁。故选择压裂液时首先应考虑压裂液向储集层的渗滤引起流动阻力增加，储集层压力能否克服该附加阻力。压裂流体导致的储集层伤害主要是毛细管堵塞。利用双相二维差分模型研究气层压裂时，也认为储集层压力如币能克服毛管压力，将出现严重水锁现象。因毛细管力正比于表面张力，压裂液破胶后表面张力增大导致毛管力增大，造成储集层伤害。在低渗储集层压裂时，努力降低压裂流体的表面张力，是减少储集层伤害的重要一环，添加低相对分子质量醇类及高效表面张力降低剂，可有效地降低表面张力，减轻 对储集层的伤害。注入CO2或N2帮助排液町减小毛管力，从而减小液体滞留。注入CO2还可使压裂液的pH值降低，减少沉淀生成。11. 2.2压裂液残渣对储集层造成的损害残液的来源是基液和成胶物质中的不溶物、防滤失剂或支撑剂的微粒及由于压裂液对储集层岩石的侵泡冲刷作用而脱落下来的微粒。例如龙胶压裂液残渣含量