油水井增产增注技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 油水井增产增注技术,常用酸化工艺,酸 洗,Acid Wash,基质酸化,Matrix,Acidizing,酸 压,Acid Fracturing,酸化原理：,通过酸液对,岩石胶结物,或,地层孔隙,(,裂缝,),内堵塞物,等,的溶解和溶蚀作用，恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性。,酸 洗,基质酸化,压裂酸化,将少量酸液注入井筒内，,清,除井筒孔眼中酸溶性颗粒、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。,方式：正洗,反洗,泵组,酸洗,清洗：井筒,射孔眼,酸洗,施工压力,：,无外力或轻微搅动。,注入速度,:,沿井筒正、反循环。,酸溶蚀方式,:,溶蚀井壁及射孔孔眼。,适用范围,:,砂岩、碳酸盐岩储层的表皮解堵,或射孔孔眼的清洗、井筒结垢及丝扣油的清除。,酸化：地层,封隔器,压裂车,基质酸化,基质酸化,施工压力：,P,i,P,F,。,注入速度,:,大于储层极限吸液速度。,酸流动、溶蚀方式,:,形成人工裂缝，沿裂,缝流动反应，有效作用距离可达几十到上百米。,适用范围,:,在碳酸盐岩储层中形成人工裂,缝，解除近井带污染，改变储层流型，沟通深,部油气区，可大幅度提高油气井产量。,酸液挤入孔隙或天然裂缝与其发生反应，溶蚀孔壁或裂缝壁面，增大孔径或扩大裂缝，提高储层的渗流能力；,溶蚀孔道或天然裂缝中的堵塞物质，破坏泥浆、水泥及岩石碎屑等堵塞物的结构，使之与残酸液一起排出储层，起到疏通流动通道的作用，解除堵塞物的影响，恢复储层原有的渗流能力。,基质酸化增产原理,储层严重污染时，基质酸化处理可大幅度提高油气井产量；因此对污染储层，基质酸化一般可获得较好增产效果；,无污染储层，基质酸化处理效果甚微；,压裂酸化产生裂缝，增大渗流面积，改善油气的流动方式，增大井附近油气层的渗流能力；,消除井壁附近的储层污染的影响；,沟通井筒附近的高渗透带、储层深部裂缝系统及油气区；,不能用于砂岩储层。,压裂酸化增产原理,碳酸盐岩的主要矿物成分是方解石,(,CaCO,3,),和白云石,CaMg,(CO,3,),2,；,若方解石含量大于,50%,，则可视为石灰岩；若白云岩含量大于,50%,，则可视为白云岩；,若杂质含量大于,50%,，则可视为非碳酸盐岩。,碳酸盐岩化学成分,碳酸盐岩地层的盐酸处理,一、盐酸与碳酸盐岩的化学反应,2,HCl+CaCO,3,CaCl,2,+H,2,O+CO,2,4HCl+MgCa(CO,3,),2,CaCl,2,+MgCl,2,+2H,2,O,+2CO,2,生成物状态,：,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，分散在残酸溶液中，有助于残酸溶液从油气层中排出。,根据质量作用定律，在温度、压力不变时，化学反应速度与各作用物质浓度的,m,次幂乘积成正比。,对于酸岩反应,(,液固相反应,),来说，固相反应物的浓度可视作不变，因此在恒温、恒压条件下，酸岩反应速度可写为：,酸岩化学反应速度,C,：,反应时间为,t,瞬时的酸浓度，,mol/L,；,m,：,反应级数，,表示反应物浓度对反应速度的影响程度，无因次；,K,：,反应速度常数，,(,mol/L),1-,m,/s,，,表示反应物浓度为单位浓度时的反应速度。反应速度常数与反应物质的浓度无关，只与反应物质的性质、温度和压力有关，其值决定于反应物本身和反应系统的温度，由试验确定，每个反应都有表征其本身特性的速度常数。,酸,岩反应系统示意图,酸液中的,H,+,传递到碳酸盐岩表面；,H,+,在岩面与碳酸盐进行反应；,反应生成物,Ca,2+,、,Mg,2+,和,CO,2,气泡离开岩面。,酸岩反应速度：,指单位时间内酸浓度降低值或单位时间内岩石单位反应面积的溶蚀量。,表面反应,扩散边界层的浓度分布,溶液内部：,没有离子浓度差,边界层内部：,存在离子浓度差,由于边界层内存在离子浓度差，反应物和生成物在各自的离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生的离子移动，称为,离子的扩散作用,。,酸液中,H,+,的传递方式：,对流和扩散,H,+,的传质速度,：,H,+,透过边界层达到岩面的速度。,影响反应速度因素：,H,+,传质速度、,H,+,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,(,一,),酸岩复相反应速度表达式,根据菲克定律，导出表示酸岩反应速度和扩散边界层内离子浓度梯度的关系式：,酸岩瞬间的反应速度,H,+,的传质系数,面容比,酸液浓度梯度,面容比：,岩石反应表面积与酸液体积之比,（二）影响酸岩复相反应速度的因素分析,1,、面容比,面容比越大，反应速度也越快,2,、酸液的流速,酸液流动速度增加，反应速度加快,3,、酸液的类型,强酸反应速度快，弱酸反应速度慢,4,、盐酸的质量分数,图,7-3,盐酸质量分数对反应速度的影响,盐酸浓度增加，反应速度增加,24,25,盐酸浓度增加，反应速度反而降低,相同浓度条件下，初始浓度,越大,，余酸的反应速度,越慢,，因此浓酸的,反应时间长,，,有效作用范围越大,5,、温度,温度升高，,H,+,热运动加剧，传质速度加快，酸岩反应速度加快,图,7-4,温度对反应速度的影响,6,、压力,压力增加，反应速度减慢,图,7-5,压力对反应速度的影响,7,、其它因素,岩石的化学组分、物理化学性质、酸液粘度等,提高酸化效果的措施,：,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，以及降低井底温度等。,砂岩油气层的土酸处理,砂岩,砂 粒,粒间胶结物,石英和长石,硅酸盐类,(,如粘土,),和碳酸盐类,物质,砂岩油气层的酸处理,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、提高井底附近地层的渗透率。,砂岩储层酸化常用土酸（盐酸,+,氢氟酸）。,典型反应：氢氟酸与硅质或碳酸盐岩反应简单；与粘土或长石等硅酸盐反应复杂。,氢氟酸与硅酸钠的反应代表了它与砂岩基质硅酸盐的反应。,酸与砂岩反应当量,酸化原理：,1),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。,2HF+CaCO,3,=CaF,2,+CO,2,+H,2,O,16HF+CaAl,2,Si,2,O,8,=CaF,2,+2AlF,3,+2SiF,4,+8H,2,O,酸液浓度高，,CaF,2,处于溶解状态；酸液浓度低，产生沉淀。,2),氢氟酸与石英的反应,6HF+SiO,2,=H,2,SiF,6,+2H,2,O,氟硅酸,(H,2,SiF,6,),在水中可解离为,H,+,和,SiF,6,2+,；,后者与,Ca,2+,、,Na,+,、,K,+,、,NH,4,+,等离子相结合，生成的,CaSiF,6,、,(NH,4,),2,SiF,6,易溶于水，而,Na,2,SiF,6,及,K,2,SiF,6,均为不溶物质，会堵塞地层。,3),氢氟酸与砂岩中各种成分的反应速度各不相同。,氢氟酸与碳酸盐的反应速度最快，其次是硅酸盐,(,粘土,),，最慢是石英。,盐酸和碳酸盐的反应速度比氢氟酸与碳酸盐的反应速度还要快，因此土酸中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溶蚀粘土和石英成分的作用。,二、土酸处理设计,10,15,的,HCl,及,3,8,的,HF,混合成的,土酸,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,逆土酸：,氢氟酸浓度超过盐酸浓度,(,如,6,HF+3,HCl,),。,（一）土酸酸化设计步骤,1.,确信处理井是由于油气层损害造成的低产或低注入量,2.,选择适宜的处理液配方,3.,确定注入压力或注入排量，以便在低于破裂压力下施工,4.,确定处理液量,前置液,(,预冲洗液）,酸化液,替置液,(,后冲洗液,),避免,地层水与,HF,接触；防止,HF,与碳酸盐反应,生成沉淀；,以提高,HF,的酸化效果。,根据损害半径来确定。,用经验方法确定,将正规处理酸液驱离井筒半径,12,15,倍以外。,根据公式计算。,（二）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,（,1,）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。,（,2,）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,),。,（,4,）国外采用互溶剂,土酸处理等技术提高酸化效果。,（,3,）使用替换酸，如氟硼酸。,酸液及添加剂,一、常用酸液种类及性能,(,一,)盐酸,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；,单位体积盐酸可产生较多的，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；,受到地层水稀释的影响较小。,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；,含量较高的井，盐酸处理易引起钢材的氢脆断裂。,(,二,),甲酸和乙酸,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，适用于高温深井。,(,三,),多组分酸,多组分酸是一种或几种有机酸与盐酸的混合物，主要起缓速作用，可以得到较大的有效酸化处理范围。,(,四,)乳化酸,乳化酸即为油包酸型乳状液，其外相为原油。,要求：,在地面条件下稳定,(,不易破乳,),和在地层条件下不稳定,(,能破乳,),。,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，可很好地解决防腐问题。,主要缺点,摩阻较大，施工注入排量受到限制,(,五,),稠化酸,指在盐酸中加入增稠剂,(,或称胶凝剂,),，使酸液粘度增加。,主要作用,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，从而起到缓速的作用。,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好等特性。,(,六,),泡沫酸,用少量泡沫剂将气体,(,一般用氮气,),分散于酸液中所制成。,主要优点,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；,粘度高，在排液中可携带出对导流能力有害的微粒。,(,七,),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饼中碳酸盐含量又较低的油井。,适用范围,二、酸液添加剂,(,一,),缓蚀剂,主要作用,减缓局部的电池的腐蚀,作用机理,抑制阴极腐蚀；,抑制阳极腐蚀；,在金属表面形成一层保护膜。,(,二,),稳定剂,主要作用,防止氢氧化铁沉淀，避免发生地层堵塞现象,(,三,),增粘剂和减阻剂,主要作用,延缓酸,岩,反应速度，增大活性酸的有效作用范围,可使稠化酸的摩阻损失低于水的摩阻损失。,(,四,),暂时堵塞剂,主要作用,堵塞高渗透层段孔道，溶蚀低渗透层段。,