采油工程7-酸处理技术

1、第七章第七章 酸处理技术酸处理技术1 1、碳酸盐岩地层盐酸处理、碳酸盐岩地层盐酸处理2 2、酸化压裂技术、酸化压裂技术3 3、砂岩油气层的土酸处理、砂岩油气层的土酸处理4 4、酸液及添加剂、酸液及添加剂5 5、酸处理工艺、酸处理工艺酸化酸化原理：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) )内堵内堵塞物等的塞物等的溶解和溶蚀溶解和溶蚀作用，恢复或提高作用，恢复或提高地层孔隙和裂地层孔隙和裂缝的渗透性。缝的渗透性。是油气井增产、注入井增注的是油气井增产、注入井增注的一项有效技术手段一项有效技术手段酸化酸化（按（按照工艺不同）照工艺不同） 将少量酸液注入井筒

2、内，将少量酸液注入井筒内，清清除井筒孔眼中酸溶性颗粒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。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，依靠酸液的溶蚀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。作用恢复或提高井筒附近较大范围内油层的渗透性。 在高于岩石破裂压力下将酸注入地层，在地层内形成裂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。力的裂缝。酸酸洗洗基质基质酸酸化化压裂压裂酸酸化化第一节第一节

3、碳酸盐岩地层的盐酸处理碳酸盐岩地层的盐酸处理 碳酸盐岩碳酸盐岩储集层储集层是重要的储集层之一，据统计，是重要的储集层之一，据统计，到目前为止，碳酸盐岩中的油气储量已超过世界到目前为止，碳酸盐岩中的油气储量已超过世界油气总储量的油气总储量的一半一半，而产量已达到总产量的，而产量已达到总产量的60%60%以以上。上。 碳酸盐岩地层主要成分：碳酸盐岩地层主要成分：方解石方解石（CaCO3）和和白云石白云石（CaMg(CO3)2）。其中方解石的含量）。其中方解石的含量高于高于50%的称为的称为石灰岩石灰岩，白云石含量高于，白云石含量高于50%的称为的称为白云岩白云岩。碳酸盐岩的碳酸盐岩的储集空间储集空

4、间孔隙孔隙裂缝裂缝孔隙性碳酸盐岩油气层孔隙性碳酸盐岩油气层裂缝性碳酸盐岩油气层裂缝性碳酸盐岩油气层孔隙孔隙-裂缝性碳酸盐岩油气层裂缝性碳酸盐岩油气层碳酸盐岩油气层酸处理的碳酸盐岩油气层酸处理的目的：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有的孔隙和裂缝，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+CaCO2HCl+CaCO3 3CaClCaCl2 2+H+H2 2O+COO+CO2 24HCl+MgCa(CO4HCl+MgCa(CO3 3) )2 2CaC

5、lCaCl2 2+MgCl+MgCl2 2+2H+2H2 2O+2COO+2CO2 2生成物状态：生成物状态：氯化钙、氯化镁全部溶于残酸中。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，有助于残酸溶液从油气层中排散在残酸溶液中，有助于残酸溶液从油气层中排出。出。高浓度盐酸处理的优点：高浓度盐酸处理的优点：(1) (1) 浓度越浓度越高高，其溶蚀能力越，其溶蚀能力越强强，溶解一定体积，溶解一定体积的碳酸盐岩石所需要的浓酸体积的碳酸盐岩石所需要的浓酸体积较少较少，残酸溶液，残酸溶液也也较少较少，易于从油、气层中排出

6、。，易于从油、气层中排出。(2) (2) 能解决酸化中的腐蚀问题，可获得较好的酸能解决酸化中的腐蚀问题，可获得较好的酸化效果。化效果。(3) (3) 高浓度盐酸活性耗完时间相对高浓度盐酸活性耗完时间相对长长，酸液渗入，酸液渗入油气层的深度也较油气层的深度也较大大，酸化效果，酸化效果好好。图图7-1 7-1 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+ +传递到碳酸盐岩传递到碳酸盐岩表面；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气泡离开岩面。气泡离开岩面。酸岩反应速度：酸岩反应速度：

7、指单位时间内酸浓度降低值指单位时间内酸浓度降低值或或单位时间内单位时间内岩石单位反应面积的溶蚀量。岩石单位反应面积的溶蚀量。酸岩反应酸岩反应是是复相反应复相反应。其特点。其特点是是反应只在酸岩界面上进行。反应只在酸岩界面上进行。图图7-2 7-2 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，反应物和生成物反应物和生成物就会就会在各自的离在各自的离子浓度梯度作用下向相反的方向子浓度梯度作用下向相反的方向传递。这种由于离子浓度差而产传递。这种由于离

8、子浓度差而产生的离子移动，称为生的离子移动，称为离子的扩散离子的扩散作用作用。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+ +传质速度、传质速度、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二、影响酸岩反应速度的因素二、影响酸岩反应速度的因素 盐酸的优点是盐酸的优点是溶蚀能力强，价格较低溶蚀能力强，价格较低，但其与碳酸盐岩，但其与碳酸盐岩反应速度快反应速度快，活性酸的，活性酸的作用范围小。作用范围小。 酸液

9、在压裂裂缝中流动，仅需要酸液在压裂裂缝中流动，仅需要几分钟到十几分钟几分钟到十几分钟，酸，酸的活性就基本消耗完，活性酸的穿入深度一般的活性就基本消耗完，活性酸的穿入深度一般只有十几米只有十几米，最多也就最多也就几十米，几十米，盐酸在微孔中的流动，一般仅盐酸在微孔中的流动，一般仅几十秒几十秒，最，最多不过多不过1-21-2分钟分钟，酸的活性就基本耗尽。因而如何延缓盐酸在，酸的活性就基本耗尽。因而如何延缓盐酸在地层中的反应速度是酸化工作的重要课题。地层中的反应速度是酸化工作的重要课题。( (一一) )酸岩复相反应速度表达酸岩复相反应速度表达式式yCVSDKCtCHn由上式表明，酸岩反由上式表明，酸

10、岩反应速度与酸岩系统的应速度与酸岩系统的面容比、面容比、H+H+的传质系的传质系数和垂直于边界层方数和垂直于边界层方向的酸浓度梯度有关。向的酸浓度梯度有关。（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（与酸溶液内部的（与酸溶液内部的H H+ +浓度浓度成正比）成正比）面容比：面容比：岩石反应表面积与酸液体积之比岩石反

11、应表面积与酸液体积之比4 4、盐酸的质量分数、盐酸的质量分数盐酸浓度盐酸浓度增加增加，反应速度，反应速度增加增加盐酸浓度盐酸浓度过高过高，反应速度反而，反应速度反而降低降低相同相同质量分数质量分数条件下，初始浓度条件下，初始浓度越越大大，余酸的反应速度，余酸的反应速度越慢越慢，因此浓，因此浓酸的酸的反应时间长反应时间长，有效作用范围，有效作用范围越越大大。图图7-3 7-3 盐酸质量分数对反盐酸质量分数对反应速度的影响应速度的影响（这是由于（这是由于HClHCl的电离度下降幅度超过的电离度下降幅度超过HClHCl分子数目的增加幅度所造成的。）分子数目的增加幅度所造成的。）因因此在酸化处理时常使

12、用高质量分数的盐此在酸化处理时常使用高质量分数的盐酸。酸。（当新鲜酸液变成余酸时，由于在酸液中（当新鲜酸液变成余酸时，由于在酸液中已经存在大量的生产物，使酸溶液中的已经存在大量的生产物，使酸溶液中的Ca2Ca2+ +及及ClCl- -的浓度增加，从而使盐酸的离解的浓度增加，从而使盐酸的离解度降低，度降低，H H+ +的浓度变低，反应速度下降）的浓度变低，反应速度下降）浓盐酸的初始反应速度虽然较快，但其活性耗完时间与低质浓盐酸的初始反应速度虽然较快，但其活性耗完时间与低质量分数盐酸相比相对较长（如在相同条件下，量分数盐酸相比相对较长（如在相同条件下，28%28%的盐酸活的盐酸活性耗完时间将比性耗

13、完时间将比15%15%的盐酸高一倍以上），浓盐酸活性耗完的盐酸高一倍以上），浓盐酸活性耗完前穿入地层的深度相对远一些，酸化增产效果比较好。前穿入地层的深度相对远一些，酸化增产效果比较好。5 5、温度、温度温度升温度升高高，H H+ +热运动热运动加剧加剧，传质速，传质速度度加快加快，酸岩反应速度，酸岩反应速度加快加快图图7-4 7-4 温度对反应速度的影响温度对反应速度的影响6 6、压力、压力压力压力增加增加，反应速度，反应速度减慢减慢图图7-5 7-5 压力对反应速度的影响压力对反应速度的影响7 7、其它因素、其它因素 岩石的化学组分、物理化学性质、酸液粘度等岩石的化学组分、物理化学性质、酸

14、液粘度等都影响盐都影响盐酸的反应速度。酸的反应速度。提高提高酸化效果的措施酸化效果的措施：降低面容比，提高酸液流速，使用稠化盐降低面容比，提高酸液流速，使用稠化盐酸、高浓度盐酸和多组分酸，以及降低井酸、高浓度盐酸和多组分酸，以及降低井底温度等。底温度等。（碳酸盐岩的（碳酸盐岩的泥质含量越高泥质含量越高，反应速度，反应速度相对较慢相对较慢。碳酸盐。碳酸盐岩油层面上岩油层面上粘有油膜粘有油膜，可，可减慢酸岩反应速度减慢酸岩反应速度。增大酸液粘增大酸液粘度度如稠化盐酸，由于如稠化盐酸，由于限制了限制了H H+ +传质速度传质速度，也可使，也可使反应速度反应速度减慢减慢。）。）第二节第二节 酸化压裂技

15、术酸化压裂技术酸化压裂：酸化压裂：用酸液作为压裂液用酸液作为压裂液实施实施不加支撑剂的压裂不加支撑剂的压裂酸酸压过程中压过程中一方面靠水力作用形成裂缝一方面靠水力作用形成裂缝，另一方面靠酸液另一方面靠酸液的溶蚀作用把裂缝的壁面溶蚀成凹凸不平的表面的溶蚀作用把裂缝的壁面溶蚀成凹凸不平的表面，停泵卸，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。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基本原理和目的相同。（都是为了产生有足。（都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）够长度和

16、导流能力的裂缝，减少油气水渗流阻力）不同点：不同点：实现其导流性的方式不同。前者适用碳酸盐实现其导流性的方式不同。前者适用碳酸盐岩地层。后者适用于砂岩地层。岩地层。后者适用于砂岩地层。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以及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公式公式控制酸液的滤失常用的控制酸液的滤失常用的方法

17、和措施方法和措施(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：刺梧桐胶质：在酸中膨胀并形成鼓起的小颗粒，在裂缝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。壁面形成桥塞，阻止酸蚀孔道的发展，降低滤失面积。( (主要用于低温井主要用于低温井5050以上以上) )大颗粒大颗粒能够能够桥塞大的孔隙；桥塞大的孔隙；而而亲油的树脂形成更小的颗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粒，变形后堵塞大颗粒的孔隙，从而有效地降低酸液的滤失。滤失。粒径大小不等的油溶树脂粒

18、径大小不等的油溶树脂混合物（最有效的降混合物（最有效的降滤失滤失剂剂）：(2)(2)前置液酸压前置液酸压优点优点：(1) (1) 采用前置液破裂地层形成裂缝，并在裂缝壁面形成滤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；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，降低酸岩冷却井筒和地层，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。反应速度，增大酸液有效作用距离。使用使用一定粘度的液体作为酸压的前置液一定粘度的液体作为酸压的前置液，是国内外常用的，是国内外常用的降滤失方法。降滤失方法。所用的前置液一般为交联的所用的

19、前置液一般为交联的植物粉（如瓜尔胶）溶液植物粉（如瓜尔胶）溶液，也就是常，也就是常用的压裂液，成胶剂用的压裂液，成胶剂质量浓度为质量浓度为4.8-9.6kg/m4.8-9.6kg/m3 3，交联剂根据地层，交联剂根据地层情况来定，以保证交联液的热稳定性和破胶性。情况来定，以保证交联液的热稳定性和破胶性。优点：优点：（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，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(3)(3)胶化酸胶化酸以某些表面活性剂作酸液的稠化

20、剂，能够形成类似于链状结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。构的胶束稠化酸。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： 酸液的类型、酸液浓度、注入速度、地层温度、裂缝酸液的类型、酸液浓度、注入速度、地层温度、裂缝宽度及地层矿物成分等宽度及地层矿物成分等图图7-6 7-6 注入速率对酸穿透距离影响注入速率对酸穿透距离影响增加注入速率增加注入速率，可以，可以增增加加石灰岩和白云岩地层石灰岩和白云岩地层中酸压的中酸压的穿透距离穿透距离，而，而且在白云岩地层中的穿且在白云岩地层中的穿透距离比在石灰岩中大，

21、透距离比在石灰岩中大，这是因为盐酸与白云岩这是因为盐酸与白云岩的反应速度比石灰岩慢。的反应速度比石灰岩慢。图图7-7 7-7 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，穿透距离增加图图7-8 7-8 温度及酸浓度与酸穿透温度及酸浓度与酸穿透距离关系距离关系温度增加，穿透距离减小温度增加，穿透距离减小浓度增加，穿透距离增加浓度增加，穿透距离增加 酸压裂缝的酸压裂缝的有效长度有效长度将主要受将主要受酸岩反应速度酸岩反应速度的影响。的影响。控制反应速度最普遍和有效的方法是使用控制反应速度最普遍和有效的方法是使用前置液酸压前置液酸压，前，前置液既可以降低地

22、层温度，也可以形成较宽的裂缝，还可置液既可以降低地层温度，也可以形成较宽的裂缝，还可以促进裂缝内酸液的粘性指进。以促进裂缝内酸液的粘性指进。 在酸在酸液中加入诸如烷基磺酸、烷基磷酸或烷基胺之类液中加入诸如烷基磺酸、烷基磷酸或烷基胺之类的的阻滞剂（缓速剂）阻滞剂（缓速剂），也可以降低酸岩反应速度。，也可以降低酸岩反应速度。缓速剂缓速剂在碳酸盐岩表面形成亲油的膜，减少了酸与岩石的接触机在碳酸盐岩表面形成亲油的膜，减少了酸与岩石的接触机会。会。 采用采用乳化酸乳化酸也可以延缓酸岩反应速度，用煤油或柴油也可以延缓酸岩反应速度，用煤油或柴油作外相，一定浓度的盐酸作内相，通过表面活性剂的阻滞作外相，一定浓

23、度的盐酸作内相，通过表面活性剂的阻滞作用，使碳酸盐岩表面变成强亲油，达到降低反应速度的作用，使碳酸盐岩表面变成强亲油，达到降低反应速度的目的。目的。 另外，使用乙酸和甲酸、胶化酸、泡沫酸等也可以减另外，使用乙酸和甲酸、胶化酸、泡沫酸等也可以减缓酸岩反应速度，起到降低酸液滤失的作用。缓酸岩反应速度，起到降低酸液滤失的作用。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

24、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。酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距离。( (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；恒温、恒压、恒面容比；使酸岩在高压釜使酸岩在高压釜内内静止反应；定时测量酸浓度和岩石溶蚀静止反应；定时测量酸浓度和岩石溶蚀量量，作酸压反应速度随时间的变化曲线。，作酸压反应速度随时间的变化曲线。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模拟酸液在地下流动反应的情况况岩心转动而酸液静止，利用相岩心转动而酸液静止，

25、利用相似模拟处理方法似模拟处理方法( (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。22HyxyCDyCuxCu对流扩散偏微分方程：对流扩散偏微分方程：2.2.酸浓

26、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00,0200yWyxyCyxCCyxC裂缝入口端酸浓度为裂缝入口端酸浓度为初始浓度初始浓度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，故与传质速度相比，可视为无限大，故壁面上的酸浓度壁面上的酸浓度C=0C=0裂缝中心位置且垂直于壁面的方向上，裂缝中心位置且垂直于壁面的方向上，酸浓度梯度为零酸浓度梯度为零图图7-9 7-9 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图图7-10 7-10 有滤失情况下酸液有效作用距离计算图有

27、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：（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利特数）根据物理参数计算皮克利特数N NP P2 2）根据给定裂缝中任意断面的位置）根据给定裂缝中任意断面的位置x x，计算相应的无，计算相应的无因次距离因次距离L LD D3 3）利用计算图，两坐标位置的垂线相交，得到）利用计算图，两坐标位置的垂线相交，得到x x位置位置的无因次酸浓度值，即任意断面位置的无因次酸浓度值，即任意断面位置x x的酸浓度的酸浓度C C值。值。：（已知：（已知C/CC/C0 0）根据皮克利特数根据皮克利特数N NP P ，给定的，给定的C/C

28、C/C0 0值，利用图版查出相值，利用图版查出相应的无因次距离应的无因次距离L LD D 。从而算出酸浓度降至预定的。从而算出酸浓度降至预定的C/CC/C0 0时，活性酸的有效作用距离时，活性酸的有效作用距离x x值。值。破裂地层后某一时间破裂地层后某一时间t t时活性酸有效作用距离的步骤：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求裂缝入口端平均求裂缝入口端

29、平均流速流速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。3.3.确定确定H H+ +有效传质系数的物理模拟原理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图图7-11 7-11 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傅立叶级数分离变量法和傅立叶级数，得到，得到x

30、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： 0nS)1n2(2202e)1n2(1C8xC20H2WuxDS令令x=Lx=L，则，则0ns)1n2(2202e)1n2(18C)L(CH220H2DWQLhWuLDS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4.4.H H+ +有效传质系数曲线图有效传质系数曲线图图图7-12 7-12 H H+ +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事项：注意事项：1 1）必须选用实际产）必须选用实际产层温度条件下的曲层温度条件下的曲线；线；2 2）岩性不同，传质）岩性不同，传质系数值系数值D

31、 DH H+ +不同。因不同。因此各油气田应用本此各油气田应用本产层的岩心作流动产层的岩心作流动模拟试验，作出模拟试验，作出H H+ +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。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) 尽可能降低滤失速度尽可能降低滤失速度矿场措施：矿场措施：(1) (1) 采用

32、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中的能力四、前置液酸压设计方法四、前置液酸压设计方法前置液酸压：前置液酸压：在酸压过程中，用高粘液体当作前置液，先把在酸压过程中，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地层压开裂缝，然后再注入酸液的这样一种压裂工艺。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

33、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，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。图图7-15 7-15 酸液指进示意图酸液指进示意图由于有由于有指进现象指进现象，进入裂，进入裂缝的酸液大约只与裂缝的缝的酸液大约只与裂缝的30%-60%30%-60%的表面接触。由于的表面接触。由于减少了接触面积，减少了接触面积，一方面一方面降降低了漏失量，低了漏失量，另一方面另一方面又

34、减又减缓了酸液反应速度。因此，缓了酸液反应速度。因此，能用较少的酸量造成较长的能用较少的酸量造成较长的有效裂缝。有效裂缝。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离

35、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，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。再考虑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) )。第三节第三节 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 通过酸液溶解砂粒之间的胶结物和部分砂粒，或孔隙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

36、、提高井底中的泥质堵塞物，或其它酸溶性堵塞物以恢复、提高井底附近地层的渗透率。附近地层的渗透率。砂岩的油气储集空间和渗流通道砂岩的油气储集空间和渗流通道就是砂粒与砂粒之间未就是砂粒与砂粒之间未被胶结物完全充填的孔隙。被胶结物完全充填的孔隙。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的因素影响砂岩反应的因素一是化学组成，二是表面积一是化学组成，二是表面积 一般地，砂岩油气层骨架由硅酸盐颗粒、石英、长石、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

37、自生粘土，这意味着岩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孔隙镶嵌或孔隙填充形式出现。土以孔隙镶嵌或孔隙填充形式出现。表表7-17-1表示砂岩矿物的表表示砂岩矿物的表面积及溶解度。面积及溶解度。表表7-27-2表示典型砂岩矿物表示典型砂岩矿物的化学组成。的化学组成。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，其生成物中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。有气态物质和可溶性物质，也会生成不溶于残酸液

38、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+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。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 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+

39、 +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易易溶于水，而溶于水，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。因此在酸处理过程中，应先将地层水顶替走，避免与氢氟因此在酸处理过程中，应先将地层水顶替走，避免与氢氟酸接触，处理时一般用盐酸作为预冲洗液来实现这一目的。酸接触，处理时一般用盐酸作为预冲洗液来实现这一目的。2)2)氢氟酸氢氟酸

40、与与砂岩中各种成分砂岩中各种成分的的反应速度各不相同反应速度各不相同 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) )，最慢是石英。最慢是石英。 盐酸和碳酸盐的反应速度比氢氟酸还要快，因此土酸中盐酸和碳酸盐的反应速度比氢氟酸还要快，因此土酸中的盐酸成分可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。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

41、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)。（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.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

42、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与碳与碳酸盐反应生成沉淀，以提高酸盐反应生成沉淀，以提高HFHF的酸的酸化效果。化效果。冲洗液量冲洗液量根据损害半径来确根据损害半径来确定。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。 根据公式计算。根据公式计算。（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

43、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。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( (乙酸甲脂乙酸甲脂) )注入地层，注入地层，一定时间后有机脂水解生成有机酸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，有机酸与氟化铵作用生成氢氟酸。铵作用生成氢氟酸。（使氢氟酸在地层深处形成）（使氢氟酸在地

44、层深处形成）（2 2）利用粘土矿物的离子交换性质，在粘土颗粒上就地产）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生氢氟酸( (自生土酸自生土酸) )。（4 4）国外采用互溶剂）国外采用互溶剂土酸处理等技术提高酸化效果。土酸处理等技术提高酸化效果。（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

45、2，利于废酸的排出；，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、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；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，由于地层温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；度高，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

46、痕，腐蚀严重；H H2 2S S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。( (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倍到十几倍，有机弱酸，反应速度比同浓度的盐酸要慢几倍到十几倍，适用于高温深井。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，主要起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。缓速作用，可以得到较大的有效酸化处理范围。( (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

47、，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) )和在地层条件下不稳和在地层条件下不稳定定( (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，减少裂缝的面容比，有粘度较高，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。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携带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。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，可很好地解决防腐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

48、。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，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。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、悬浮固体微粒的性能压成宽裂缝、滤失量小、摩阻低、悬浮固体微粒的性能好等特性。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，油井泥浆堵塞较为严重而泥质含量高，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。泥饼