酸化压裂技术

1、第七章酸处理技术第二节酸化压裂技术一、 教学目的了解酸化压裂的原理，掌握酸液的滤失，酸液的损耗，能够计算酸岩复相反应有效作用距离，了解前置液酸压设计方法。二、 教学重点、难点教学重点1、酸化压裂原理2、酸液的损耗3、前置液酸压设计方法教学难点1、酸液的滤失2、酸岩复相反应有效作用距离三、 教法说明课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的数据和图表四、 教学内容本节主要介绍四个方面的问题：一、酸液的滤失二、酸液的损耗三、酸岩复相反应有效作用距离四、前置液酸压设计方法酸化压裂 ：用酸液作为压裂液，不加支撑剂的压裂。作用原理： (1)靠水力作用形成裂缝；第二节酸化压裂技术第七章酸处理技术(2)靠酸液的溶

2、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。酸压与水力压裂相比 ：相同点 ：基本原理和目的相同。不同点：实现其导流性的方式不同。酸压效果：酸液的滤失特性裂缝有效长度酸盐反应速度裂缝内的流速控制导流能力：取决于酸液对底层岩石矿物的溶解量以及不均匀刻蚀程度( 一) 酸液的滤失滤失主要受酸液的粘度控制控制酸液的滤失常用的方法和措施：(1) 固相防滤失剂刺梧桐胶质：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。硅粉：添满或桥塞酸蚀孔道和天然裂缝。粒径大小不等的油溶树脂： 大颗粒桥塞大的

3、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。(2) 前置液酸压优点：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；第二节酸化压裂技术第七章酸处理技术冷却井筒和地层，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：受剪切后胶束链能很快重新形成，稳定性好；粘度大，在形成废酸前能有效地防止酸液的滤失。(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

4、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，穿透距离增加第二节酸化压裂技术第七章酸处理技术图7-7裂缝宽度对酸穿透距离影响裂缝宽度增加，穿透距离增加图 7-8温度及酸浓度与酸穿透距离关系温度增加，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：当酸浓度降低到一定浓度时，酸液基本上失去溶蚀能力。第二节酸化压裂技术第七章酸处理技术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： 酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距离。1、酸岩反应的室内试验方法简介静态试验 ：将一定体积的岩石放在高压釜内，保持恒温、恒压和一定的面容比，使酸岩在高

5、压釜内静止反应，每隔一定时间取酸滴定其酸浓度和岩石活蚀量， 作出酸岩反应速度随时间的变化曲线：t1c1w1t2c2w2反应速度c2c1克分子 / 升·秒t2t1Or反应速度ww1w2mg/cm2secsts t2t1由于静态法不能反映地下酸岩流动反应的真实情况，其数据不能作为酸处理的依据，只能作为酸液配方对比的依据。动态试验 ：流动模型（流动模拟试验）由两个半圆形岩芯形成，中间留一裂缝，置于2 12 油管内，将酸液通过，测出末端的酸浓度及相应的时间，即可得到反应速度，这样基本上如实的模拟了酸液在地下流动反应的情况。动力模拟试验（俗称旋转圆盘试验）第二节酸化压裂技术第七章酸处理技术将岩

6、芯置于高温高压反应器中，岩芯转动而酸液静止， 利用一定的相似模拟处理方法，得出动态试验结果。2、裂缝中酸浓度的分布规律数学模拟：求出裂缝中酸浓度分布的数学规律研究方法物理模拟：确定 H 传质系数 D H(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。对流扩散偏微分方程：CC2Cuxu yDH2xyy(2) 酸浓度分布规律及计算图的应用裂缝入口端酸浓度为初始浓度 C0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。裂缝中心位置且垂直于壁面的方向上，酸

7、浓度梯度为零。边界条件：第二节酸化压裂技术第七章酸处理技术C x, yx 0C0C x, yW0y2C0y y 0图 7-9酸沿平板流动反应俯视示意图图7-10有滤失情况下酸液有效作用距离计算图图版应用方法：方法一：（已知断面位置x）根据物理参数计算皮克利特数NP根据给定裂缝中任意断面的位置x，计算相应的无因次距离LD利用计算图， 两坐标位置的垂线相交， 得到 x 位置的无因次酸浓度值，即任意断面位置x 的酸浓度 C值。方法二：（已知 C/C0）根据皮克利特数 NP ，给定的 C/C0 值，利用图版查出相应的无因次距离 LD 。从而算出酸浓度降至预定的 C/C0 时，活性酸的有效作用第二节酸化

8、压裂技术第七章酸处理技术距离 x 值。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v0 ；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u0u0图7-11无滤失情况下酸沿裂缝流动反应示意图假设岩板不滤失 , 对流扩散微分方程 :C2Cu0 xDHy 2简化偏微分方程的解用分离变量法和傅立叶级数， 得到 x 方向任一横断面上的平均酸浓度为：

9、8C01(2n 1) 2 SS2DH xn 0 (2n 1)2u0W 2C x2e第二节酸化压裂技术第七章酸处理技术令 x=L，则C (L)81e(2 n 1)2sS2DH L2 LhC02n 0 (2n 1)2u0W2DHQW(4) 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：必须选用实际产层温度条件下的曲线；岩性不同，传质系数值不同。 因此各油气田应用本产层的岩心作流动模拟试验，作出有效传质系数与流动雷诺数关系曲线，其它油气田的试验结果只能作为参考。（ 5）有效作用距离的计算计算沿缝长任意时刻的平均滤失速度：C滤失 /t计算的液流入裂缝的雷诺数：2wu2QNRevv

10、h因裂缝模型出口断面位置的酸浓度可以直接测量。第二节酸化压裂技术第七章酸处理技术若 xL 时， c xc Lc L812n 1 s则有：e2c022n1 2式中： s无因次数群s2 DHL2 Lh2DHu0 wQ wL 裂缝长度（ cm）h 裂缝高度（ cm）Q 裂缝入口排量（ cm3/s ）w 裂缝平均宽度（ cm）+2DH H的有效传质系数（ cm/s ）+由图7-12 中 D H NRe 查出该雷诺数下H的有效传质系数DH计算皮克列特（ Peclet ）数：NPw/ 2DH查图 7-10 中 NP LD 得出无因次距离 LD ，此时用 c =0.1 曲c0线，即得出有效无因次距离。求酸液

11、有效作用距离xeLDu wLDQ/ 2hxe2（ 6）增加酸液有效作用距离的方法或措施：从以下四个方面考虑：压宽裂缝第二节酸化压裂技术第七章酸处理技术低的 DH高的 Q小的滤失速度由 Peclet 数的定义知：NPw/ 2DHw 愈大， DH 愈小， NP 愈大，由 P306图 7-10 可知， LD 愈大。由于 LD2 x / u0 w所以 x 就愈大。同样， Q愈大，愈小，则 x 也愈大。由此可得出下列结论：采用弱酸、混合酸、缓速酸，以减慢反应速度（也可用泡沫酸、乳化酸、稠化酸减小 DH 。在盐酸内加添加剂，以降低滤失速度。加稠化剂，以增加酸液粘度，即有利于形成宽裂缝，又减慢酸岩反应速度。

12、加降阻剂，提高泵排量，从而增大缝长和缝宽。利用前置液酸压工艺来增加裂缝宽度。（四）前置液酸压设计方法第二节酸化压裂技术第七章酸处理技术图7-15 酸液指进示意图前置液酸压 ：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。设计步骤：(1) 计算裂缝几何尺寸简化计算方法：认为缝的几何尺寸由注入的前置液造成。(2) 计算缝中酸液温度简化为在某一平均温度（地层温度）下的酸的反应。(3) 计算酸液有效作用距离第二节酸化压裂技术第七章酸处理技术用上一节的酸液有效作用距离计算方法。(4) 计算酸压后裂缝导流能力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。(5) 计算增产比Jln RerwJ0r fW K fRelnKlnW K fr fK课本中 (p314) 用一例题说明了酸压的计算步骤(自学)。五、 教学后记通过本节课的学习，同学们基本了解酸化压裂的原理，掌握了酸液的滤失，酸液的损耗，能够计算酸岩复