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1、 酸浓度及矿物浓度分布 孔隙度和渗透率分布 酸化效果预测,砂岩储层酸化设计计算,描述多孔介质注酸后,孔隙结构中酸浓度分布和渗透率、孔隙度分布的数学模型。 所有模型可分为集总参数模型和分布参数模型两大类。 集总参数模型(解析模型)主要是由Lund,K,McCune,C.C,等人提出,视砂岩矿物由单一的矿物成分,与土酸反应时用单一成分反应速度方程和单一成分的化学计量系数来近似计算砂岩多种矿物与土酸的反应情况。,酸浓度及矿物浓度分布, 根据质量平衡建立酸液在径向上流动反应时的摩尔平衡方程, 砂岩中总的可溶性矿物的摩尔微分方程,数学模型, 酸浓度方程和矿物溶解方程由下式来关联, 总的可溶矿物溶解速度定
2、律由下式确定, 求解时定义下述无因次参数,无因次时间,无因次距离,无因次面积,模型的解析解,无因次酸浓度,无因次矿物浓度,无因次DamKahler数,无因次酸容量数, 解析解, 在酸化过程中,酸溶解储层岩石矿物,使孔隙度发生变化,利用矿物浓度的体积平衡方程可得酸化后孔隙度计算公式:,酸化孔隙度分布, 酸化获得的渗透率增加是由于溶解矿物后孔隙度的改变而引起的;假设渗透率的变化完全受孔隙度的直接影响。Labrid提出的简单的指数关系表示:,酸化渗透率分布,储层未受污染时,增产倍比:,酸化效果预测,储层受污染时,增产倍比:,酸化效果预测, 酸化处理井层的选择 常用酸化工艺及其适应性 压裂酸化处理设计
3、 基质酸化处理设计,酸化工艺设计, 客观地描述储层的渗流条件。 通过不稳定试井技术,描述储层的渗滤特征及表皮堵塞特征。 推荐可供增产作业改造的井和层段。,选井选层的工作目标, 储层含油气饱和度高、储层能量较为充足。 产层受污染的井。 邻井高产而本井低产的井应优先选择。 优先选择在钻井过程中油气显示好, 而试油效果差的井层。 产层应具有一定的渗流能力。,选井选层的基本原则,油、气、水边界清楚。 固井质量和井况好的井。 在考虑具体井的酸化方式和酸化规模时,应对井的动态阻力和静态阻力进行综合分析,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(水井欠注)的原
4、因以及该井可改造的程度,为酸化作业提供地质依据。, 在碳酸盐岩储层酸化改造中,主要形成和发展了基质酸化技术和压裂酸化技术,习惯上用: 酸化(Matrix Acidizing)表示基质酸化 酸压(Acid-Fracturing)表示压裂酸化。,碳酸盐岩酸化工艺,基质酸化也称为常规酸化或解堵酸化,基本特征是在施工压力小于储层岩石破裂压力的条件下,将酸液注入储层。 碳酸盐岩基质酸化的重要特征是酸蚀蚓孔(Wormhole)的形成和微裂缝的扩大,其增产机理与蚓孔密切相关。,基质酸化技术及适应性,酸压是依靠对裂缝(包括天然裂缝)、不整合的裂缝表面酸蚀以提供导流能力。 控制酸压施工效果取决于裂缝导流能力和酸
5、液有效作用距离。 研究方向主要集中在三个方面:降低酸压过程中流体或酸液滤失的物质和技术; 降低注液过程中酸岩反应速率的物质和技术; 提高酸蚀裂缝导流能力的物质和技术。,压裂酸化技术及适应性,酸压过程中酸液的滤失问题通常考虑从滤失添加剂和工艺两方面着手;降低酸岩反应速率可以加缓速剂或从工艺上进行:加入缓速剂,使用胶凝酸、乳化酸、泡沫酸和有机酸,并结合有效的酸化工艺可起到较好的缓速效果;提高裂缝导流能力可从选择酸液类型和酸化工艺着手,其原则是有效溶蚀和非均匀刻蚀。 压裂酸化技术根据能否实现滤失控制、延缓酸岩反应速度、形成长的酸蚀裂缝和非均匀刻蚀,划分为两大类:普通酸压和深度酸压。,普通酸压技术:普
6、通酸压工艺指以常规酸液直接压开储层的酸化工艺。酸液既是压开储层裂缝的流体,又是与储层反应的流体,由于酸液滤失控制差,反应速度较快,有效作用距离短,只能对近井地带裂缝系统进行改造。一般,当储层污染比较严重、堵塞范围较大,基质酸化工艺不能实现解堵目标时,选用该工艺。 深度酸压技术: 以获得较长的酸蚀裂缝为目的,不同于普通酸压技术的酸压技术称为深度酸压技术。,先向储层注入高粘非反应性前置压裂液,压开储层,形成裂缝,然后注入酸液对裂缝进行溶蚀,改善储层的导流能力,使油气井增产。 酸液以在粘性前置液中指进为主。为实现指进酸压,前置液和酸液粘度比和流速比应有一定范围。 前置液的主要作用:压裂造缝;降低裂缝
7、表面温度;降低裂缝壁面滤失。 前置液酸压工艺可与多种酸液类型搭配,除了前置液与常规盐酸搭配使用外,前置液还可与胶凝酸、乳化酸或泡沫酸进行搭配应用。,前置液酸压工艺,缓速酸酸压技术在工艺特点上与普通酸压技术相同,不同之处在于:所采用的酸液是胶凝酸、乳化酸、化学缓速酸或泡沫酸等缓速酸,通过缓速酸的缓速性能,达到酸液深穿透的目的。,缓速酸类酸压技术,前置液与酸液交替注入的一种酸压方法,类似前置液酸压,但其降滤失性及对储层的不均匀刻蚀优于前置液酸压。 为获得理想的酸液有效作用距离,有时交替次数多达8次。这一工艺在中、低渗孔隙性及裂缝不太发育储层,或滤失性大,重复压裂储层均有较好成效。,多级交替注入酸压
8、技术,砂岩酸化主要是进行基质酸化。为了满足不同的储层特性、污染类型及增产的实际需要,目前发展了多种砂岩酸化工艺。不同的工艺其不同之处主要体现在处理液和工序上。 典型的砂岩酸化注液包括:前置液、处理液、后置液、顶替液的顺序注入。 砂岩酸化工艺很多,按其注入处理液的类型及能否实现深穿透可分为常规酸化和深部酸化技术。不同的工艺其注液顺序也不同。,砂岩储层酸化工艺,一般用(3-15)HCl 前置液作用: 前置液中盐酸把大部分碳酸盐溶解掉,减少CaF2沉淀,充分发挥土酸对粘土、石英、长石的溶蚀作用。 盐酸将储层水顶替走,隔离氢氟酸与储层水,防止储层水中的Na+、K+与H2SiF6作用形成氟硅酸钠、钾沉淀
9、,减少由氟硅酸盐引起的储层再次污染。 维持低PH值,以防CaF2等反应产物沉淀。 清洗近井地带油污。,前置液,砂岩酸化处理液常用的有土酸、深部酸化的氟硼酸体系、磷酸体系及地下自生酸体系等。 处理液主要实现对储层基质及堵塞物质的溶解,沟通并扩大孔道,提高储层渗透性。,处理液,注后置液的作用在于能迅速净化储层,并使之得到充分的改善。 要达到此目的,后置液应满足: 能使储层中微小颗粒具有水湿性; 能最大限度的提高油气的相对渗透率; 对处理液没有不利的反应; 有利于排酸,提高酸处理效果。,后置液,顶替液一般是由盐水或淡水加表面活性剂组成的活性水。 顶替液的作用是将井筒中的酸液顶入储层。,顶替液,常规土
10、酸酸化:常规土酸酸化是使用最早,油田应用十分普遍的工艺。 该工艺采用的处理液是土酸,现场施工较为简单,一般的施工顺序为: 注前置液注土酸液注后置液注顶替液,常规土酸酸化,砂岩深部酸化的基本原理是注入本身不含HF的化学剂进入储层后发生化学反应,缓慢生成HF,从而增加活性酸的穿透深度,解除粘土对储层深部的堵塞,达到深部解堵目的。 主要包括SHF工艺、SGMA工艺、BRMA工艺、HBF4工艺及磷酸酸化等。,深部酸化工艺,该工艺利用粘土的天然离子交换性能,在粘土表面生成HF而就地溶解粘土。 注液时,HCl和NH4F可根据需要多次重复使用,以达到预期的酸化深度,SHF法的处理深度取决于HCl和NH4F的
11、用量和浓度。SHF工艺在提高储层渗透率和穿透深度方面都优于常规土酸。 工艺优点是工作剂成本较低,穿透深度大。缺点是工艺较复杂,溶解能力较低。,顺序注盐酸-氟化氨(SHF)工艺,该工艺是向储层注入一种含F-的溶液和另一种能水解生成有机酸的脂类,两者在储层中相互反应缓慢生成HF,可达到缓速和深度酸化目的。 该工艺特点: 注入混合处理液后关井时间较长,待酸反应后再缓慢投产。这样长的时间选择添加剂难度大,工艺不当易造成二次污染。 该工艺适于泥质砂岩储层,成功的SGMA酸化可获得较长的稳产期。,自生土酸酸化工艺(SGMA),该系统由有机酸及其铵盐和氟化铵按一定比例组成,通过弱酸与弱酸盐间的缓冲作用,控制
12、在储层中生成的HF浓度,使处理液始终保持较高的pH值,从而达到缓速的目的。 缓冲调节土酸工艺可用于储层温度较高的油井酸化,在温度高达185的含硫气井进行BRA系列试验,效果良好。,缓冲调节土酸工艺(BRMA),氟硼酸(HBF4)处理工艺:处理砂岩储层,既可控制粘土膨胀及颗粒运移,又能获得深穿透。但其溶解岩石的能力不及土酸,国内外广泛采用HBF4及土酸联合施工,这就要求适当的施工工序及选择合理施工参数。 HBF4酸化要求井段不宜过长,一般在20米以下较合适。,氟硼酸处理工艺(HBF4), 我院与胜利油田合作研究的典型施工工序为: 注盐酸前置液注HBF4注土酸注过量驱替液 酸液用量应以HBF4能达
13、到的深度进行计算。 如胜利油田现场应用的用量范围为: 盐酸浓度 7-12% ,每米井段用量0.5-1.0m3 HBF4 浓度 8-12% 每米井段用量1.0-1.5m3 土酸浓度12HCl3HF每米井段用量0.5-0.7m3,储层碳酸盐含量、泥质含量高,含有水敏及酸敏性粘土矿物,污染较重,又不易用土酸深度处理的储层可用磷酸/HF处理。磷酸可以解除硫化物、腐蚀产物及碳酸盐类堵塞物。,磷酸处理工艺, 酸化处理设计应收集的资料 井数据 储层参数 岩石力学数据 压裂液 酸液数据 岩心分析数据 泵注数据,酸压设计, 设计内容应包括: 根据施工目的、井及储层条件、室内岩心数据等,选择适合的酸化工艺。 确定
14、酸化工作液(前置液、酸液、顶替液)的类型、配方、用量。 前置液的基本要求:1)遇酸不降解,具有较好的滤失控制性能;2)在储层条件下具有足够的粘度;3)对储层无污染,易于返排;4)成本低,使用安全。 前置液用量根据施工经验和施工规模及施工的要求而定。也可用计算机进行优化设计。,采用盐酸体系,主要有常规盐酸体系、稠化酸体系、泡沫酸体系、乳化酸体系、化学缓速酸体系。 酸浓度可由溶蚀试验确定。国内酸化处理盐酸浓度多介于1520。酸液用量则据酸化改造的范围和力度来确定。酸液用量一般为动态裂缝体积的1.55倍。也可根据优化设计的要求由计算机模拟确定。,顶替液的目的是将井筒及地面管线中的酸液全部顶入储层中,
15、一般用活性水,或氯化铵溶液,用量以地面管线和井筒体积再附加一定的余量。 确定施工压力、排量等参数。 压裂酸化处理时要求施工排量大于储层的吸收能力,以保证裂缝的形成及延伸。,施工设计计算 施工参数确定: 储层最大吸收能力、破裂压力、液柱压力、摩阻计算,井口极限施工排量、井口施工泵压和入井液量等。 酸化过程的模拟计算及效果预测: 综合应用碳酸盐岩酸压模拟数学模型,对动态裂缝尺寸、酸液浓度分布规律及有效作用距离、酸蚀裂缝导流能力及增产倍比等进行酸化设计模拟,分析不同施工参数对酸化效果的影响。,酸液驱替工艺确定 主要是指分层措施及用酸选择和注酸顺序。 常用的注酸工艺: 笼统酸化、分层酸化工艺 笼统酸化
16、即全井筒酸化,整个酸化井段处于一个压力系统下,施工工艺较为简单。 分层酸化工艺分为机械封隔和化学暂堵剂分流酸化两种方式。,基质酸化设计,砂岩基质酸化设计包括酸化工艺选择、酸液类型、酸液配方、酸液用量、施工排量、注酸顺序等主要施工参数设计及酸化效果的预测。, 最大施工排量的确定,施工排量qiqimax,按经验常取 qi =0.9 qmax,酸化工作液类型、浓度及用量的确定 前置液:一般用(3-15)HCl,用量据解堵范围和碳酸盐岩含量确定。 溶解rd范围内的方解石体积: Vcaco3=(rd2-rw2)(1-0)Cm% 溶解Vcaco3所需的盐酸体积为:V=Vcaco3/X 清除碳酸盐后,井筒酸
17、化半径(等于污染带 半径)内的孔隙体积为: Vp=Vo+Vcaco3=(rd2-rw2)0+ Cm% (1-0) 注入盐酸的总体积为:VHCl =V+Vp,处理液:常用浓度(5-15)%HCl+(1-6)%HF 土酸中HCl主要溶解碳酸盐类胶结物,并保持酸液pH值,HF酸溶解石英,长石及各种粘土矿物,沟通并扩大孔道,提高储层渗透性。 土酸的用量和氢氟酸的浓度应有所控制,若用量太多,氢氟酸浓度过大,一则是氢氟酸价格昂贵,二则是大量溶解胶结物,有可能使砂粒脱落,破坏砂岩的结构,引起储层的出砂。, 后置液:后置液通常加入化学剂帮助处理液返排,恢复储层固相及沉淀性酸反应生成物的亲水性,防止乳化形成。
18、顶替液:常用活性水或NH4Cl水溶液,体积按照井筒容积附加一定余量确定。, 酸化设计计算模拟 联立温度场模型、酸浓度和矿物浓度分布模型、孔隙度和渗透率模型、酸化效果预测模型及施工参数计算模型,进行酸化设计、预测酸化效果、进行方案优选及对比等。 求出有污染储层解除污染时所需的最佳酸化施工参数组合,即各级注入液的液量,酸浓度、施工允许的最大排量、实际注酸排量、井口限压、施工井口泵压及施工水马力等,为现场酸化施工提供决策性意见。, 酸化处理后的排液 一般来说,应缩短反应时间,限定残酸水的残余浓度在一定值之上就将残酸液尽可能排出。应在酸化前就作好排液和投产的准备,施工后立即排液。 排液方式分为自喷排液
19、和人工排液,人工排液法有抽汲、气举、气体伴注排液和连续油管排液方法。,酸液类型及选择 酸液添加剂类型及选择,酸液及添加剂, 酸液应满足以下要求: 溶蚀能量强,生成的产物溶于残酸中,与 储层流体配伍性好,对储层不产生污染。 加入化学添加剂后所配制成的酸液理化性 能满足施工要求。 运输、施工方便,安全。 价格便宜,货源广。,酸液类型及选择, 盐酸 物理性能。 绝大多数碳酸盐岩层酸处理都采用盐酸, 碳酸盐岩含量较高的砂岩也采用盐酸进行酸化。 酸化用工业盐酸,质量百分浓度3032 盐酸酸化优点:对储层的溶蚀力强; 反应生成物可溶,不产生沉淀; 对裂缝壁面的不均匀刻蚀程度高;成本低,常用酸液, 采用高浓
20、度盐酸可提高酸处理效果。 盐酸酸化缺点: 与石灰岩反应速度太快,处理范围有限。 盐酸的密度和浓度是配置酸液时常用的数据,常用酸液,HCl=1+C/2 (749),计算配置酸溶液所需的商品盐酸用量:,V1、V2分别为所需商品盐酸和需配置的 稀盐酸的体积,m3; 1、 2分别为所需商品盐酸和需配置的 稀盐酸的相对密度; C1、C2分别为所需商品盐酸和需配置稀 盐酸的浓度,。, 配置稀酸液所需的清水量: V清水V2V1 V3,V清水清水体积,m3; V3 除商品酸和清水外加入酸液中的其 它添加剂总体积,m3。, 盐酸-氢氟酸(土酸) 物理性能。 氢氟酸与盐酸联合使用。 当氢氟酸与硅酸盐类以及碳酸盐反
21、应时,会生成难溶物质如CaF2等。 当酸液中存在盐酸时,则可仰制或减少CaF2的沉淀。 盐酸先溶蚀掉碳酸盐,以充分发挥氢氟酸的溶蚀作用,节约成本较高的氢氟酸。,常用酸液,在配置土酸时,所需商品浓度的氢氟酸和盐酸的数量:,VHF、VHCl分别为所需商品氢氟酸、商品盐酸体积,m3; CHF、CHCl 分别为商品氢氟酸、商品盐酸重量浓度,%; CHF、CHCl 分别为土酸中氢氟酸、盐酸重量浓度,%; HF、 HCl 分别为商品氢氟酸、商品盐酸密度,kg/m3; Vm土酸体积,m3; m土酸密度,kg/m3。, 甲酸和乙酸 主要优点是反应速度慢、腐蚀性较弱,在高温下易于缓速和缓蚀。它主要用于特殊储层的
22、酸处理(如高温井)及酸与油管接触时间长的带酸射孔等作业,或用于酸须与镀铝或镀铬部件接触的场合。,常用酸液, 多组分酸 是一种或多种有机酸与盐酸的混合物。 盐酸在井壁附近起溶蚀作用,甲酸或乙酸在储层较远处起溶蚀作用,混合酸液消耗时间近似等于盐酸和有机酸反应时间之和,因此可以得到较长的有效距离。,常用酸液, 酸液添加剂: 在酸液中加入的化学物质,用于改善酸液性能,防止酸液在储层中产生有害影响。 常用添加剂: 缓蚀剂、缓速剂、稳定剂、表面活性剂以及增粘剂、减阻剂、暂堵剂、破乳剂、杀菌剂。,酸液添加剂, 对酸液添加剂的要求: 效能高,处理效果好 与酸液、储层流体及岩石配伍性好 来源广,价格便宜,酸液添
23、加剂, 加入缓蚀剂的原因: 酸对金属设备腐蚀,设备损坏,引起事故。 酸与铁的反应物挤入储层,造成储层堵塞, 降低酸处理效果。 必须将注入酸液对钢材的腐蚀速度控制在允许的安全标准之内。,缓 蚀 剂, 缓蚀机理 2HC1+FeFeC12+H2 FeC12+2H2OFe(OH)2+2HCl Fe(OH)2是絮凝状沉淀,难以排出储层, 对渗流的影响极大。 缓蚀方法 缓蚀酸液 缓蚀工艺 添加缓蚀剂, 缓蚀剂缓蚀 缓蚀剂:指那些加入酸液中能大大减少金属腐蚀的化学物质。 缓蚀剂是通过物理吸附或化学吸附而吸附在金属表面,从而把金属表面覆盖,使其腐蚀得到抑制。 缓蚀剂评价方法, 缓蚀剂类型 无机缓蚀剂:含砷化合
24、物等。 有机缓蚀剂:砒啶类、炔醇类、醛类、硫脲类、胺类等。 缓蚀剂选择 酸型及浓度 与酸接触的金属类型 最高油管温度 酸与管件的接触时间, 表面张力降低剂 采用阴离子型或非离子型表面活性剂及其调配物,加到酸液中以降低酸液和原油之间的表面张力,降低毛管阻力,调整岩石润湿性,帮助酸液返排。 破乳剂 在酸液中加入活性剂,可以抵消原油中原有的天然乳化剂(石油酸等)的作用,防止酸与储层原油乳化,此类表面活性剂为破乳剂。,表面活性剂,分散剂及悬浮剂 在酸化过程中,使杂质可悬浮在酸液中随酸排出而加入的一种添加剂称为悬浮剂。 使残酸液的杂质颗粒保持分散而不聚集加入的添加剂称为分散剂。 缓速剂 为了延缓酸岩反应
25、速度,在酸液中加入一种活性剂,其在岩石表面吸附,使岩石具有油湿性。岩石表面被油膜覆盖后,阻止了H与岩面接触,降低酸岩反应速度。, 抗酸渣剂 在酸液中加入阴离子烷基芳香基磺酸盐与非离子表面活性剂的复配物,并添加芳族溶剂及能在酸性条件下络合铁离子的络合剂,将其加入酸液或前置液中,防止沥青质原油在酸化时形成酸渣堵塞。 互溶剂 在前置液或后置液中加入,可保持岩石水润湿性,减少酸液中表面活性剂在储层的吸附损失,增强酸中各种添加剂的配伍性。,铁离子稳定剂, 稳定机理 2HCl+FeFe2+2Cl-+H2 6HCl+ Fe2O32Fe2+6Cl-+3H2O 2HCl+ FeOFe3+2Cl-+H2O 两种氧
26、化态的铁离子存在于酸液中:三价铁离子(Fe3+)、二价铁离子(Fe2+)。,铁离子稳定剂, 稳定机理 Fe3+3H2OFe(OH)3+3H+ 当FeCl3的含量大于0.6及pH值大于1.86时, 残酸的pH值一般超过1.86,易于进行。 Fe2+2H2OFe(OH)2+2H+ 当FeCl2的含量大于0.6及pH值大于6.84时,出现沉淀 残酸的pH值一般不会超过6.84,不易于进行。,铁离子稳定剂,铁离子稳定剂:为了减少氢氧化铁沉淀堵塞储层而加入的某些化学物质。 稳定剂能与铁离子结合生成溶于水的络合物,减少了氢氧化铁沉淀的机会。 Fe3+6CH3COO-Fe(CH3COO)63-,铁离子稳定剂
27、, 常用铁离子稳定剂,粘土稳定剂,防止酸化过程中酸液引起储层中粘土膨胀、分散、运移造成对储层的污染而加入的化学物质。 类型 简单阳离子类粘土稳定剂 无机聚阳离子类粘土稳定剂 聚季铵盐,暂堵剂,在酸液中加入适当的暂堵剂,暂时封堵已酸化层(或高渗透层),使后续的酸液转向到另外一层或低渗层(污染严重层),达到均匀进酸、均匀酸化。 类型 水溶性聚合物 惰性固体 萘、苯甲酸颗粒,增稠剂,在酸液中加入一种能够提高酸液粘度的物质,通过增大动态裂缝宽度、降低裂缝面容比;降低H传质速度;降低酸液滤失,实现延缓酸岩反应速度,增大酸液有效作用距离。 类型 聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素和瓜胶,4、一口井半径0.12m,孔隙度0.2,CaCO3的体积含量为10%。如果在注入土酸之前先用盐酸前置液溶解井筒0.3m范围内所有的碳酸盐岩,试计算需要多少体积的前置液(每米厚度储层酸液的体积)。 9、简述影响碳酸盐岩与酸反应的因素及影响规律。 14、简述常规砂岩酸化的工序及每一步骤的作用。 15、若需配置8HCl+3HF的土酸液30m3,试计算需要31商品盐酸和40的商品氢氟酸的用量和清水用量。,CLASS IS OVER!,
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