砂岩油气层的土酸处理

1、第七章酸处理技术第三节砂岩油气层的土酸处理一、 教学目的了解砂岩土酸增产原理， 掌握土酸处理设计， 并掌握砂岩地层土酸处理的原理，能够解释为什么砂岩地层要用土酸处理。二、 教学重点、难点教学重点1 、砂岩土酸增产原理2 、土酸处理设计教学难点砂岩地层土酸处理原理三、 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两个方面的问题：一、砂岩地层土酸处理原理二、土酸处理设计砂岩土酸处理的增产原理：通过酸液溶解部分砂粒和胶结物，扩大孔隙通道。酸液溶解孔隙中的各种堵塞物， 恢复提高井底附近的渗透率k。（一）砂岩地层土酸处理原理1、砂岩组成：第三节砂岩油气层的土酸处理第七

2、章酸处理技术石英： SiO2砂粒长石：硅酸盐（ kAlSi 3O8、NaAlSi 3O8）粘土：硅酸盐 CaAl2SiO8胶结物碳酸盐： CaCO3、 CaMg(CO3)2盐酸不能溶解泥质或石英， 而氢氟酸可与砂岩中的任何物质起反应，但不能单独使用氢氟酸，原因如下：2、土酸与砂岩地层的化学反应：土酸：（1015%）HCl+（38%）HF+添加剂可根据地层的岩石矿物成分， 通过室内试验， 选择不同浓度的土酸进行作业。（ 1）HF与砂岩中的矿物反应：2HF+CaCO3=CaF2+CO2+H2O16HF+CaAl2Si 2O8=CaF+2AlF3+2SiF +8HO242生成物中有气态物质、可溶性物

3、质，也有不溶于残酸的沉淀，如CaF2 当酸浓度高时处于溶解状态，当酸浓度降低时，会沉淀。酸液中含有 HCl 时，可维持酸液较低的PH值，避免 CaF2。（ 2）2HF+SiO=H2SiF 6+2HOH+2-2SiF 6=2H+SiF6地层水中含有Na+、K+、Ca2+、NH4+等。2Na+SiF62- =Na2SiF 6第三节砂岩油气层的土酸处理第七章酸处理技术+2-2K+SiF6 =K2SiF 6堵塞地层。因此在砂岩地层酸处理过程中，为避免地层水与SiF 62- 接触，产生沉淀堵塞地层，应先将地层水顶替走。（ 3）氢氟酸与砂岩中各种成分的反应速度各不相同。HF与碳酸盐反应最快，其次是硅酸盐（

4、粘土），最慢是石英。当HF进入砂岩地层后，价格较贵的HF大部分首先消耗在与碳酸盐的反应上，而影响HF对泥质成分的反应。但HCl 与碳酸盐的反应速度比HF 与碳酸盐的反应速度还要快，因此土酸中的HCl 成分可先把碳酸盐类溶解掉，从而充分发挥HF溶蚀粘土和石英成分的作用。（二）土酸处理设计1、酸组成地层泥质含量高时： HCl 10%+HF 8%地层碳酸盐含量高时：HCl 15%+HF 3%根据处理对象不同而定：水井：堵塞物（硫化亚铁、氯化铁等） ，HCl 可溶，所以HCl 占比例大。油井：泥浆堵塞， HF占比例大。此外，还可分以下几种情况：常规土酸： 12%HCl+3%HF土酸： 12%HCl+6

5、%HF逆 土 酸： 3%HCl+6%HFHF>HCl第三节砂岩油气层的土酸处理第七章酸处理技术超级土酸： 12%HCl+10%HFHF 10%20%HCl+15%HF25%HCl+20%HF美国一些公司（如Holliluiton、Dowell 、Schlum lerger）均用超级土酸处理过致密砂岩，我国一般用常规土酸或土酸处理砂岩地层，酸浓度的选择应根据室内岩心流动试验，以不破坏岩石骨架为原则。2、土酸的用量土酸的用量无统一标准，各油田不同。华北油田： 0.6 1.75m3/m前 苏 联： 0.3 0.4m3/m美国： 0.55 2.2m3/m（50200gal/ft）3、土酸处理前的

6、预处理为什么要进行预处理？土酸处理前，必须用盐酸进行预处理，其原因有二个方面：盐酸先把大部分的碳酸盐溶蚀掉，从而防止CaF2 沉淀，并充分发挥土酸对泥质成分的溶蚀作用。盐酸把地层水顶走， 避免 HF与地层水接触，防止生成 K2 SiF6、Na2SiF 6、 K3AlF 6、Na3AlF 6。AlSi O (OH) （粘土） +36HF4HSiF +12HO+2HAlF6221022634、土酸酸化设计步骤（ 1）采用试井分析确定表皮系数污染（伤害）半径，结合钻井和生产过程确定储层损害的类型、原因、位置及范围。第三节砂岩油气层的土酸处理第七章酸处理技术（ 2）选择适宜的处理液配方，包括能清除损害

7、、不形成二次沉淀酸液及添加剂等，这需要根据室内岩心实验确定。（ 3）确定注入压力或注入排量，以便在低于破裂压力条件下施工。（ 4）确定处理液量由于 HF与长石、粘土、硅酸盐等的反应很复杂的，很难用准确的化学反应动力学来模拟， 所以土酸处理用液量的确定一般都用经验方法。砂岩地层的土酸处理液一般都由三部分组成：前置液（预冲洗液）、酸化液、顶替液（后冲洗液） 。前置液：使用515%的 HCl 或 510%的醋酸，前置液量可根据损害半径来确定。Vpr 2r 2hsw土酸液量：见前面介绍，反应时间一般不超过812 h顶替液量： V12 15 rwh油井： NH4HCl、柴油或 57.5%的 HCl气井：

8、 NH4HCl、N2 或 57.5%的 HCl5、提高土酸处理效果的方法影响土酸处理效果的因素：在高温油气层内由于HF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；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。提高酸处理效果的方法：第三节砂岩油气层的土酸处理第七章酸处理技术同时将氟化铵水溶液与有机脂( 乙酸甲脂 ) 注入地层，一定时间后有机脂水解生成有机酸( 甲酸 ) ，有机酸与氟化铵作用生成氢氟酸。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(自生土酸 )。使用替换酸，如氟硼酸。国外采用互溶剂 土酸处理等技术提高酸化效果。6、土酸处理工艺5

9、 15%HCl或 510%的醋酸预处理土酸后置液顶替液： 515%HCl进行预处理注土酸注后置液注顶替液后置液的作用：将土酸顶出近井地带， 并使岩石亲水， 以便残酸液排出和增加近井处含油饱和度，提高油井生产时的油相渗透率。对于油井：后置液为煤油或柴油原油或 15%的 HCl对于气井、水井：后置液为HCl 或 HCl+EGMBE顶替液：原则上当顶替液到达射孔段顶部时停止顶替，所以顶替液用量可为井筒体积。7、土酸处理有害沉淀物及预防土酸与砂岩矿物反应产生的生成物，在一定条件下发生沉淀：第三节砂岩油气层的土酸处理第七章酸处理技术 CaF2 沉淀：可用 HCl 预处理进行预防。 K2SiF 6 和 N

10、a2 及 H2SiF 6 胶状堵塞：预防： HCl 预处理，顶走地层水。 Si(OH) 4（水化硅）、 Al(OH) 3等。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。残酸在地层中停留时间越长，Si(OH) 4量越多，酸化时，随着HF 的不断消耗，当F - 减至10-5 mol/l时，原来溶解于酸中的Si 4+将以 Si(OH) 4 胶状沉淀下来。Al 2Si 2O5(OH)4+18HF2HSiF 6+2AlF3+9H2OH2SiF 6+4H2OSi(OH) 4+6HF预防：及时排液 FeS、 Fe(OH)3对含 H2S气体的井酸化时，会产生FeS、 Fe(OH)3预防：添加性能优良的铁离子稳定剂。残渣（胶团）酸化作业时，沥青质原油对Fe2+、Fe3+非常敏感，形成的铁化物即为酸渣形式的胶团， 即可堵塞地层， 又是一种乳化稳定剂，促使沥青胶质堵塞储层。预防：预先用室内试验分析，选好酸液及添加剂，用前置液过量顶替。五、 教学后记第三节砂岩油气层的土酸处理第七章酸处理技术通过本节课的学习， 同学们基本了解了砂岩土酸增产原理，掌握了土酸处理设计， 并掌握了砂岩地层土酸处理的原理，能够解释为什么砂岩地层要用土酸处理。六、 教学参考书1、王鸿勋 .水力压裂原理 .石油工业出版社2、王鸿勋，张琪 .采油工艺