采油工程方案設(shè)計(jì)講課件

1、采油工程方案設(shè)計(jì)講1 采油工程方案設(shè)計(jì)采油工程方案設(shè)計(jì) 陳陳 德德 春春 20052005年年1111月月 采油工程方案設(shè)計(jì)講2 第九章 酸處理技術(shù) 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 9.1 碳酸鹽巖地層鹽酸處理碳酸鹽巖地層鹽酸處理 9.2 酸化壓裂技術(shù)酸化壓裂技術(shù) 9.3 砂巖油氣層的土酸處理砂巖油氣層的土酸處理 9.4 酸液及添加劑酸液及添加劑 9.5 酸處理工藝酸處理工藝 采油工程方案設(shè)計(jì)講3 酸化原理：酸化原理： 通過(guò)酸液對(duì)巖石膠結(jié)物或地層孔隙通過(guò)酸液對(duì)巖石膠結(jié)物或地層孔隙( (裂縫裂縫) )內(nèi)堵塞物等的溶解和溶內(nèi)堵塞物等的溶解和溶 蝕作用，恢復(fù)或提高地層孔隙和裂縫的滲透性。蝕作用，恢復(fù)或提高地層

2、孔隙和裂縫的滲透性。 將少量酸液注入井筒內(nèi)，清除井筒孔眼中酸溶性顆粒和將少量酸液注入井筒內(nèi)，清除井筒孔眼中酸溶性顆粒和 鉆屑及結(jié)垢等，并疏通射孔孔眼。鉆屑及結(jié)垢等，并疏通射孔孔眼。 在低于巖石破裂壓力下將酸注入地層，依靠酸液的溶蝕在低于巖石破裂壓力下將酸注入地層，依靠酸液的溶蝕 作用恢復(fù)或提高井筒附近較大范圍內(nèi)油層的滲透性。作用恢復(fù)或提高井筒附近較大范圍內(nèi)油層的滲透性。 在高于巖石破裂壓力下將酸注入地層，在地層內(nèi)形成裂在高于巖石破裂壓力下將酸注入地層，在地層內(nèi)形成裂 縫，通過(guò)酸液對(duì)裂縫壁面物質(zhì)的不均勻溶蝕形成高導(dǎo)流縫，通過(guò)酸液對(duì)裂縫壁面物質(zhì)的不均勻溶蝕形成高導(dǎo)流 能力的裂縫。能力的裂縫。 第九

3、章 酸處理技術(shù) 采油工程方案設(shè)計(jì)講4 9.1 9.1 碳酸鹽巖地層的鹽酸處理碳酸鹽巖地層的鹽酸處理 碳酸鹽巖地層主要成分：碳酸鹽巖地層主要成分：方解石方解石和和白云石白云石 目的：目的： 解除孔隙、裂縫中的堵塞物質(zhì)，或擴(kuò)大溝通油氣巖層原有的孔解除孔隙、裂縫中的堵塞物質(zhì)，或擴(kuò)大溝通油氣巖層原有的孔 隙和裂縫，提高油氣層的滲流性。隙和裂縫，提高油氣層的滲流性。 9.1.1 9.1.1 鹽酸與碳酸鹽巖的化學(xué)反應(yīng)鹽酸與碳酸鹽巖的化學(xué)反應(yīng) 2HCl+CaCO3CaCl2+H2O+CO2 4HCl+MgCa(CO3)2CaCl2+MgCl2+2H2O+2CO2 生成物狀態(tài)：生成物狀態(tài)：氯化鈣、氯化鎂全部溶

4、于殘酸中。二氧化碳?xì)怏w大氯化鈣、氯化鎂全部溶于殘酸中。二氧化碳?xì)怏w大 部分呈游離狀態(tài)的微小氣泡，分散在殘酸溶液中，有助于殘酸溶液從部分呈游離狀態(tài)的微小氣泡，分散在殘酸溶液中，有助于殘酸溶液從 油氣層中排出。油氣層中排出。 采油工程方案設(shè)計(jì)講5 高濃度鹽酸處理的優(yōu)點(diǎn)：高濃度鹽酸處理的優(yōu)點(diǎn)： (1) (1) 濃度越高，其溶蝕能力越強(qiáng)，溶解一定體積的碳酸鹽濃度越高，其溶蝕能力越強(qiáng)，溶解一定體積的碳酸鹽 巖石所需要的濃酸體積較少，殘酸溶液也較少，易于從油、巖石所需要的濃酸體積較少，殘酸溶液也較少，易于從油、 氣層中排出。氣層中排出。 (2) (2) 能解決酸化中的腐蝕問(wèn)題，可獲得較好的酸化效果。能解決

5、酸化中的腐蝕問(wèn)題，可獲得較好的酸化效果。 (3) (3) 高濃度鹽酸活性耗完時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)，酸液滲入油氣層的高濃度鹽酸活性耗完時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)，酸液滲入油氣層的 深度也較大，酸化效果好。深度也較大，酸化效果好。 9.1 9.1 碳酸鹽巖地層的鹽酸處理碳酸鹽巖地層的鹽酸處理 采油工程方案設(shè)計(jì)講6 酸酸巖反應(yīng)系統(tǒng)示意圖巖反應(yīng)系統(tǒng)示意圖 酸液中的酸液中的H H+ +傳遞到碳酸鹽巖表面；傳遞到碳酸鹽巖表面； H H+ +在巖面與碳酸鹽進(jìn)行反應(yīng)；在巖面與碳酸鹽進(jìn)行反應(yīng)； 反應(yīng)生成物反應(yīng)生成物CaCa2+ 2+、 、MgMg2+ 2+和 和COCO2 2氣泡氣泡 離開(kāi)巖面。離開(kāi)巖面。 酸巖反應(yīng)速度：酸巖反應(yīng)速度：指

6、單位時(shí)間內(nèi)酸濃度降低值或單位時(shí)指單位時(shí)間內(nèi)酸濃度降低值或單位時(shí) 間內(nèi)巖石單位反應(yīng)面積的溶蝕量。間內(nèi)巖石單位反應(yīng)面積的溶蝕量。 表面反應(yīng)表面反應(yīng) 9.1 9.1 碳酸鹽巖地層的鹽酸處理碳酸鹽巖地層的鹽酸處理 采油工程方案設(shè)計(jì)講7 擴(kuò)散邊界層的濃度分布擴(kuò)散邊界層的濃度分布 溶液內(nèi)部：溶液內(nèi)部：沒(méi)有離子濃度差沒(méi)有離子濃度差 邊界層內(nèi)部：邊界層內(nèi)部：存在離子濃度差存在離子濃度差 由于邊界層內(nèi)存在離子濃度差，反應(yīng)物和生由于邊界層內(nèi)存在離子濃度差，反應(yīng)物和生 成物在各自的離子濃度梯度作用下向相反的成物在各自的離子濃度梯度作用下向相反的 方向傳遞。方向傳遞。 酸液中酸液中H H+ +的傳遞方式的傳遞方式：

7、對(duì)流對(duì)流和和擴(kuò)散擴(kuò)散 影響反應(yīng)速度因素影響反應(yīng)速度因素： ：H H + +傳質(zhì)速度 傳質(zhì)速度、H H+ +反應(yīng)速度反應(yīng)速度 和和生成物離開(kāi)巖面速度生成物離開(kāi)巖面速度 9.1 9.1 碳酸鹽巖地層的鹽酸處理碳酸鹽巖地層的鹽酸處理 H H+ +透過(guò)邊界層達(dá)透過(guò)邊界層達(dá) 到巖面的速度到巖面的速度 采油工程方案設(shè)計(jì)講8 9.1.2 9.1.2 影響酸巖反應(yīng)速度的因素影響酸巖反應(yīng)速度的因素 (1)(1)酸巖復(fù)相反應(yīng)速度表達(dá)式酸巖復(fù)相反應(yīng)速度表達(dá)式 根據(jù)菲克定律，導(dǎo)出表示酸巖反應(yīng)速度和擴(kuò)散邊界層內(nèi)離子濃度梯根據(jù)菲克定律，導(dǎo)出表示酸巖反應(yīng)速度和擴(kuò)散邊界層內(nèi)離子濃度梯 度的關(guān)系式：度的關(guān)系式： y C V S

8、 DKC t C H n 酸巖瞬間的反應(yīng)速度酸巖瞬間的反應(yīng)速度 H H+ +的傳質(zhì)系數(shù)的傳質(zhì)系數(shù) 面容比面容比 酸液濃度梯度酸液濃度梯度 9.1 9.1 碳酸鹽巖地層的鹽酸處理碳酸鹽巖地層的鹽酸處理 采油工程方案設(shè)計(jì)講9 9.1 9.1 碳酸鹽巖地層的鹽酸處理碳酸鹽巖地層的鹽酸處理 （2 2）影響酸巖復(fù)相反應(yīng)速度的因素分析）影響酸巖復(fù)相反應(yīng)速度的因素分析 面容比面容比 面容比越大，反應(yīng)速度也越快面容比越大，反應(yīng)速度也越快 酸液的流速酸液的流速 酸液流動(dòng)速度增加，反應(yīng)速度加快酸液流動(dòng)速度增加，反應(yīng)速度加快 酸液的類(lèi)型酸液的類(lèi)型 強(qiáng)酸反應(yīng)速度快，弱酸反應(yīng)速度慢強(qiáng)酸反應(yīng)速度快，弱酸反應(yīng)速度慢 采油工

9、程方案設(shè)計(jì)講10 鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)反應(yīng)速度影響 24242525 相同濃度條件下，初始濃相同濃度條件下，初始濃 度越大，余酸的反應(yīng)速度度越大，余酸的反應(yīng)速度 越慢，因此濃酸的反應(yīng)時(shí)越慢，因此濃酸的反應(yīng)時(shí) 間長(zhǎng)，有效作用范圍越大間長(zhǎng)，有效作用范圍越大 9.1 9.1 碳酸鹽巖地層的鹽酸處理碳酸鹽巖地層的鹽酸處理 鹽酸濃度增加，鹽酸濃度增加， 反應(yīng)速度增加反應(yīng)速度增加 鹽酸濃度增鹽酸濃度增 加，反應(yīng)速加，反應(yīng)速 度反而降低度反而降低 采油工程方案設(shè)計(jì)講11 溫度溫度 溫度升高，溫度升高，H H+ +熱運(yùn)動(dòng)加劇，傳質(zhì)速度加熱運(yùn)動(dòng)加劇，傳質(zhì)速度加 快，酸巖反應(yīng)速度加快快，酸

10、巖反應(yīng)速度加快 溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響 壓力壓力 壓力增加，反應(yīng)速度減慢壓力增加，反應(yīng)速度減慢 壓力對(duì)反應(yīng)速度的影響壓力對(duì)反應(yīng)速度的影響 其它因素其它因素 巖石的化學(xué)組分、物理化學(xué)性質(zhì)、巖石的化學(xué)組分、物理化學(xué)性質(zhì)、 酸液粘度等酸液粘度等 提高酸化效果的措施：提高酸化效果的措施： 降低面容比，提高酸液流速，使用稠化鹽酸、高濃度鹽酸和多組分酸，以降低面容比，提高酸液流速，使用稠化鹽酸、高濃度鹽酸和多組分酸，以 及降低井底溫度等。及降低井底溫度等。 9.1 9.1 碳酸鹽巖地層的鹽酸處理碳酸鹽巖地層的鹽酸處理 采油工程方案設(shè)計(jì)講12 酸化壓裂：酸化壓裂：用酸液作為壓裂液，不加支撐

11、劑的壓裂。用酸液作為壓裂液，不加支撐劑的壓裂。 作用原理作用原理： (1) (1) 靠水力作用形成裂縫；靠水力作用形成裂縫； (2) (2) 靠酸液的溶蝕作用把裂縫的壁面溶蝕成凹凸不平的靠酸液的溶蝕作用把裂縫的壁面溶蝕成凹凸不平的 表面，停泵卸壓后，裂縫壁面不能完全閉合，具有較高表面，停泵卸壓后，裂縫壁面不能完全閉合，具有較高 的導(dǎo)流能力，可達(dá)到提高地層滲透性的目的。的導(dǎo)流能力，可達(dá)到提高地層滲透性的目的。 相同點(diǎn)：相同點(diǎn)：基本原理和目的相同?；驹砗湍康南嗤?。 不同點(diǎn)：不同點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)流性的方式不同。實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)流性的方式不同。 9.2 9.2 酸化壓裂技術(shù)酸化壓裂技術(shù) 采油工程方案設(shè)計(jì)講13

12、 裂縫有效長(zhǎng)度裂縫有效長(zhǎng)度 導(dǎo)流能力導(dǎo)流能力 酸液的濾失特性酸液的濾失特性 取決于酸液對(duì)地層巖石礦物的取決于酸液對(duì)地層巖石礦物的 溶解量以及不均勻刻蝕的程度溶解量以及不均勻刻蝕的程度 酸酸 壓壓 效效 果果 酸巖反應(yīng)速度酸巖反應(yīng)速度 裂縫內(nèi)的流速控制裂縫內(nèi)的流速控制 9.2 9.2 酸化壓裂技術(shù)酸化壓裂技術(shù) 采油工程方案設(shè)計(jì)講14 9.2.1 9.2.1 酸巖復(fù)相反應(yīng)有效作用距離酸巖復(fù)相反應(yīng)有效作用距離 殘酸：殘酸： 當(dāng)酸濃度降低到一定濃度時(shí)，酸液基本上失去溶蝕能力。當(dāng)酸濃度降低到一定濃度時(shí)，酸液基本上失去溶蝕能力。 活性酸的有效作用距離：活性酸的有效作用距離： 酸液由活性酸變?yōu)闅埶嶂八鹘?jīng)

13、裂縫的距離。酸液由活性酸變?yōu)闅埶嶂八鹘?jīng)裂縫的距離。 裂縫的有效長(zhǎng)度：裂縫的有效長(zhǎng)度： 活性酸的有效作用距離內(nèi)仍具有相當(dāng)導(dǎo)流能力的裂縫長(zhǎng)度。活性酸的有效作用距離內(nèi)仍具有相當(dāng)導(dǎo)流能力的裂縫長(zhǎng)度。 9.2 9.2 酸化壓裂技術(shù)酸化壓裂技術(shù) 采油工程方案設(shè)計(jì)講15 (1)酸巖反應(yīng)的室內(nèi)試驗(yàn)方法簡(jiǎn)介 靜態(tài)試驗(yàn)：靜態(tài)試驗(yàn)： 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)動(dòng)態(tài)試驗(yàn) 恒溫、恒壓、恒面容比；靜止反應(yīng)；定恒溫、恒壓、恒面容比；靜止反應(yīng)；定 時(shí)測(cè)量酸濃度和巖石溶蝕量時(shí)測(cè)量酸濃度和巖石溶蝕量 流動(dòng)模擬試驗(yàn)：流動(dòng)模擬試驗(yàn)： 動(dòng)力模擬試驗(yàn)：動(dòng)力模擬試驗(yàn)： 模擬酸液在地下流動(dòng)反應(yīng)的情況模擬酸液在地下流動(dòng)反應(yīng)的情況 巖心轉(zhuǎn)動(dòng)而酸液靜止，利用相

14、巖心轉(zhuǎn)動(dòng)而酸液靜止，利用相 似模擬處理方法似模擬處理方法 9.2 酸化壓裂技術(shù) 采油工程方案設(shè)計(jì)講16 (2)(2)裂縫中酸濃度的分布規(guī)律裂縫中酸濃度的分布規(guī)律 研究方法研究方法 數(shù)學(xué)模擬數(shù)學(xué)模擬： 求出裂縫中酸濃度分布的數(shù)學(xué)規(guī)律求出裂縫中酸濃度分布的數(shù)學(xué)規(guī)律 物理模擬物理模擬： 確定確定H H+ +傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)系數(shù)D DH+ H+ 9.2 酸化壓裂技術(shù) 采油工程方案設(shè)計(jì)講17 （3 3）酸液在裂縫中流動(dòng)反應(yīng)的偏微分方程）酸液在裂縫中流動(dòng)反應(yīng)的偏微分方程 基本假設(shè)：基本假設(shè)： 恒溫恒壓下，酸沿裂縫呈穩(wěn)定層流狀態(tài)；恒溫恒壓下，酸沿裂縫呈穩(wěn)定層流狀態(tài)； 酸液為不可壓縮液體；酸液為不可壓縮液體； 酸

15、密度均一；酸密度均一； 傳質(zhì)系數(shù)與濃度無(wú)關(guān)。傳質(zhì)系數(shù)與濃度無(wú)關(guān)。 2 2 Hyx y C D y C u x C u 對(duì)流擴(kuò)散偏微分方程：對(duì)流擴(kuò)散偏微分方程： 9.2 9.2 酸化壓裂技術(shù)酸化壓裂技術(shù) 采油工程方案設(shè)計(jì)講18 （4 4）酸濃度分布規(guī)律及計(jì)算圖的應(yīng)用）酸濃度分布規(guī)律及計(jì)算圖的應(yīng)用 邊邊 界界 條條 件件 0 y C 0y,xC Cy,xC 0y 2 W y 00 x 裂縫入口端酸濃度為初始濃度裂縫入口端酸濃度為初始濃度C C0 0 裂縫壁面處，對(duì)鹽酸與石灰?guī)r反應(yīng)來(lái)說(shuō)，表面反應(yīng)速度與傳質(zhì)速裂縫壁面處，對(duì)鹽酸與石灰?guī)r反應(yīng)來(lái)說(shuō)，表面反應(yīng)速度與傳質(zhì)速 度相比，可視為無(wú)限大，故壁面上的酸濃

16、度度相比，可視為無(wú)限大，故壁面上的酸濃度C=0C=0 裂縫中心位置且垂直于壁面的方向上，酸濃度梯度為零裂縫中心位置且垂直于壁面的方向上，酸濃度梯度為零 酸沿平板流動(dòng)反應(yīng)俯視示意圖酸沿平板流動(dòng)反應(yīng)俯視示意圖 9.2 酸化壓裂技術(shù) 采油工程方案設(shè)計(jì)講19 有濾失情況下酸液有效作用距離計(jì)算圖 9.2 酸化壓裂技術(shù) 采油工程方案設(shè)計(jì)講20 圖版應(yīng)用方法：圖版應(yīng)用方法： ：（已知計(jì)算斷面位置：（已知計(jì)算斷面位置x處酸液的濃度）處酸液的濃度） 1 1）根據(jù)物理參數(shù)計(jì)算皮克利特?cái)?shù)）根據(jù)物理參數(shù)計(jì)算皮克利特?cái)?shù)N NP P 2 2）根據(jù)給定裂縫中任意斷面的位置）根據(jù)給定裂縫中任意斷面的位置x x，計(jì)算相應(yīng)的無(wú)因

17、次距離，計(jì)算相應(yīng)的無(wú)因次距離L LD D 3 3）利用計(jì)算圖，兩坐標(biāo)位置的垂線相交，得到）利用計(jì)算圖，兩坐標(biāo)位置的垂線相交，得到x x位置的無(wú)因次位置的無(wú)因次 酸濃度值，即任意斷面位置酸濃度值，即任意斷面位置x x的酸濃度的酸濃度C C值。值。 ：（已知計(jì)算：（已知計(jì)算C/C0處的距離）處的距離） 根據(jù)皮克利特?cái)?shù)根據(jù)皮克利特?cái)?shù)N NP P ，給定的，給定的C/CC/C0 0值，利用圖版查出相應(yīng)的無(wú)因次值，利用圖版查出相應(yīng)的無(wú)因次 距離距離L LD D 。從而算出酸濃度降至預(yù)定的。從而算出酸濃度降至預(yù)定的C/CC/C0 0時(shí)，活性酸的有效作用時(shí)，活性酸的有效作用 距離距離x x值。值。 9.2

18、酸化壓裂技術(shù) 采油工程方案設(shè)計(jì)講21 破裂地層后某一時(shí)間時(shí)活性酸有效作用距離的步驟：破裂地層后某一時(shí)間時(shí)活性酸有效作用距離的步驟： 由濾失系數(shù)由濾失系數(shù)C C計(jì)算酸液平均濾失速度計(jì)算酸液平均濾失速度v v； 計(jì)算時(shí)間計(jì)算時(shí)間t t時(shí)的動(dòng)態(tài)裂縫尺寸（長(zhǎng)度時(shí)的動(dòng)態(tài)裂縫尺寸（長(zhǎng)度L L及平均縫寬及平均縫寬W W）；）； 根據(jù)排量根據(jù)排量Q Q、油層有效厚度油層有效厚度h h及縫寬及縫寬W W求裂縫入口端平求裂縫入口端平 均流速均流速u(mài) u0 0； 根據(jù)根據(jù)H H+ +有效傳質(zhì)系數(shù)有效傳質(zhì)系數(shù)求皮克利特?cái)?shù)求皮克利特?cái)?shù)N NP P； 根據(jù)圖版查無(wú)因次距離數(shù)根據(jù)圖版查無(wú)因次距離數(shù)L LD D； 求酸液有效

19、作用距離求酸液有效作用距離x x。 9.2 酸化壓裂技術(shù) ？ 采油工程方案設(shè)計(jì)講22 (5)(5)確定有效傳質(zhì)系數(shù)的物理模擬原理確定有效傳質(zhì)系數(shù)的物理模擬原理 物理模型的簡(jiǎn)化物理模型的簡(jiǎn)化 u0u0 圖7-11 無(wú)濾失情況下酸沿裂縫流動(dòng)反應(yīng)示意圖 假設(shè)巖板不濾失假設(shè)巖板不濾失 對(duì)流擴(kuò)散微分方程對(duì)流擴(kuò)散微分方程 2 2 H0 y C D x C u 9.2 酸化壓裂技術(shù) 采油工程方案設(shè)計(jì)講23 簡(jiǎn)化偏微分方程的解簡(jiǎn)化偏微分方程的解 用分離變量法和傅立葉級(jí)數(shù)，得到用分離變量法和傅立葉級(jí)數(shù)，得到x x方向任一橫斷面方向任一橫斷面 上的平均酸濃度為：上的平均酸濃度為： 0n S)1n2( 22 0 2

20、 e )1n2( 1C8 xC 2 0 H 2 Wu xD S 令令x=Lx=L，則，則 0n s)1n2( 22 0 2 e )1n2( 18 C )L(C H 2 2 0 H 2 D WQ Lh Wu LD S 裂縫出口酸濃度與入口酸濃度比值裂縫出口酸濃度與入口酸濃度比值 9.2 酸化壓裂技術(shù) 采油工程方案設(shè)計(jì)講24 (4)(4)有效傳質(zhì)系數(shù)曲線圖有效傳質(zhì)系數(shù)曲線圖 有效傳質(zhì)系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線圖有效傳質(zhì)系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線圖 9.2 酸化壓裂技術(shù) 采油工程方案設(shè)計(jì)講25 增加酸液有效作用距離的方法或措施：增加酸液有效作用距離的方法或措施： (1) (1) 在地層中產(chǎn)生較寬的裂縫在地層中產(chǎn)

21、生較寬的裂縫 (2) (2) 較低的氫離子有效傳質(zhì)系數(shù)較低的氫離子有效傳質(zhì)系數(shù) (3) (3) 采用較高的排量采用較高的排量 (4) (4) 采用盡可能小的濾失速度采用盡可能小的濾失速度 礦場(chǎng)措施：礦場(chǎng)措施： (1) (1) 采用泡沫酸、乳化酸或膠化酸等以減少氫離子傳質(zhì)系數(shù)采用泡沫酸、乳化酸或膠化酸等以減少氫離子傳質(zhì)系數(shù) (2) (2) 采用前置液酸壓的方法以增加裂縫寬度采用前置液酸壓的方法以增加裂縫寬度 (3) (3) 適當(dāng)提高排量及添加防濾失劑以增加有效酸液深入縫中適當(dāng)提高排量及添加防濾失劑以增加有效酸液深入縫中 的能力的能力 9.2 酸化壓裂技術(shù) 采油工程方案設(shè)計(jì)講26 9.2.2 9.

22、2.2 前置液酸壓設(shè)計(jì)方法前置液酸壓設(shè)計(jì)方法 前置液酸壓：前置液酸壓： 在酸壓過(guò)程中，用高粘液體當(dāng)作前置液，先在酸壓過(guò)程中，用高粘液體當(dāng)作前置液，先 把地層壓開(kāi)裂縫，然后再注入酸液的這樣一把地層壓開(kāi)裂縫，然后再注入酸液的這樣一 種壓裂工藝。種壓裂工藝。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：(1)(1)粘度高，濾失量小，可形成較寬、較長(zhǎng)的裂縫粘度高，濾失量小，可形成較寬、較長(zhǎng)的裂縫 (2)(2)減少裂縫的面容比，從而降低酸液的反應(yīng)速度，增減少裂縫的面容比，從而降低酸液的反應(yīng)速度，增 大酸的有效作用距離大酸的有效作用距離 作用機(jī)理：作用機(jī)理：(1)(1)預(yù)先冷卻地層，巖石溫度下降，起緩蝕作用預(yù)先冷卻地層，巖石溫度下降，起

23、緩蝕作用 (2)(2)酸液在高粘液體中指進(jìn)現(xiàn)象。酸液在高粘液體中指進(jìn)現(xiàn)象。 酸液指進(jìn)示意圖酸液指進(jìn)示意圖 9.2 9.2 酸化壓裂技術(shù)酸化壓裂技術(shù) 采油工程方案設(shè)計(jì)講27 K KW K KW r r R r R J J f f f f e w e lnln ln 0 前置液酸壓前置液酸壓設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟： (1)(1)計(jì)算裂縫幾何尺寸計(jì)算裂縫幾何尺寸 (2)(2)計(jì)算縫中酸液溫度計(jì)算縫中酸液溫度 (3)(3)計(jì)算酸液有效作用距離計(jì)算酸液有效作用距離 (4)(4)計(jì)算酸壓后裂縫導(dǎo)流能力計(jì)算酸壓后裂縫導(dǎo)流能力 (5)(5)計(jì)算增產(chǎn)比計(jì)算增產(chǎn)比 簡(jiǎn)化計(jì)算方法：認(rèn)為縫的幾何尺寸由注入的前置液造成。簡(jiǎn)

24、化計(jì)算方法：認(rèn)為縫的幾何尺寸由注入的前置液造成。 簡(jiǎn)化為在某一平均溫度下的酸的反應(yīng)。簡(jiǎn)化為在某一平均溫度下的酸的反應(yīng)。 用上一節(jié)的酸液有效作用距離計(jì)算方法。用上一節(jié)的酸液有效作用距離計(jì)算方法。 先求出在壁面上均勻溶蝕的縫寬和縫的理論導(dǎo)流能力，先求出在壁面上均勻溶蝕的縫寬和縫的理論導(dǎo)流能力， 再考慮裂縫在應(yīng)力作用下的導(dǎo)流能力。再考慮裂縫在應(yīng)力作用下的導(dǎo)流能力。 9.2 酸化壓裂技術(shù) 采油工程方案設(shè)計(jì)講28 9.3 9.3 砂巖油氣層的土酸處理砂巖油氣層的土酸處理 砂巖砂巖 砂砂 粒粒 粒間膠結(jié)物粒間膠結(jié)物 石英和長(zhǎng)石石英和長(zhǎng)石 硅酸鹽類(lèi)硅酸鹽類(lèi)( (如粘土如粘土) )和碳酸鹽類(lèi)物質(zhì)和碳酸鹽類(lèi)物質(zhì)

25、 通過(guò)酸液溶解砂粒之間的膠結(jié)物和部分砂粒，通過(guò)酸液溶解砂粒之間的膠結(jié)物和部分砂粒， 或孔隙中的泥質(zhì)堵塞物，或其它酸溶性堵塞物以恢或孔隙中的泥質(zhì)堵塞物，或其它酸溶性堵塞物以恢 復(fù)、提高井底附近地層的滲透率。復(fù)、提高井底附近地層的滲透率。 采油工程方案設(shè)計(jì)講29 9.3.1 9.3.1 酸化原理酸化原理 (1) (1)氫氟酸與硅酸鹽類(lèi)以及碳酸鹽類(lèi)反應(yīng)時(shí)，其生成物中氫氟酸與硅酸鹽類(lèi)以及碳酸鹽類(lèi)反應(yīng)時(shí)，其生成物中 有氣態(tài)物質(zhì)和可溶性物質(zhì)，也會(huì)生成不溶于殘酸液的沉淀。有氣態(tài)物質(zhì)和可溶性物質(zhì)，也會(huì)生成不溶于殘酸液的沉淀。 2HF+CaCO2HF+CaCO3 3=CaF=CaF2 2+CO+CO2 2+H+

26、H2 2O O 16HF+CaAl16HF+CaAl2 2SiSi2 2O O8 8=CaF=CaF2 2+2AlF+2AlF3 3+2SiF+2SiF4 4+8H+8H2 2O O 酸液濃度高，酸液濃度高，CaFCaF2 2處于溶解狀態(tài)；酸液濃度低，產(chǎn)生沉淀。處于溶解狀態(tài)；酸液濃度低，產(chǎn)生沉淀。 (2)(2)氫氟酸與石英的反應(yīng)氫氟酸與石英的反應(yīng) 6HF+SiO6HF+SiO2 2=H=H2 2SiFSiF6 6+2H+2H2 2O O 氟硅酸氟硅酸(H(H2 2SiFSiF6 6) )在水中可解離為在水中可解離為H H+ +和和SiFSiF6 62+ 2+；后者與 ；后者與CaCa2+ 2+

27、、 、NaNa+ +、K K+ +、 NHNH4 4+ +等離子相結(jié)合，生成的等離子相結(jié)合，生成的CaSiFCaSiF6 6、(NH(NH4 4) )2 2SiFSiF6 6易溶于水，而易溶于水，而NaNa2 2SiFSiF6 6及及 K K2 2SiFSiF6 6均為不溶物質(zhì)，會(huì)堵塞地層。均為不溶物質(zhì)，會(huì)堵塞地層。 9.3 9.3 砂巖油氣層的土酸處理砂巖油氣層的土酸處理 采油工程方案設(shè)計(jì)講30 (3)(3)氫氟酸與砂巖中各種成分的反應(yīng)速度各不相同氫氟酸與砂巖中各種成分的反應(yīng)速度各不相同 鹽酸和碳酸鹽的反應(yīng)速度比氫氟酸與碳酸鹽鹽酸和碳酸鹽的反應(yīng)速度比氫氟酸與碳酸鹽 的反應(yīng)速度還要快，因此土酸

28、中的鹽酸成分可先的反應(yīng)速度還要快，因此土酸中的鹽酸成分可先 把碳酸鹽類(lèi)溶解掉，從而能充分發(fā)揮氫氟酸溶蝕把碳酸鹽類(lèi)溶解掉，從而能充分發(fā)揮氫氟酸溶蝕 粘土和石英成分的作用。粘土和石英成分的作用。 9.3 9.3 砂巖油氣層的土酸處理砂巖油氣層的土酸處理 氫氟酸氫氟酸: : 碳酸鹽碳酸鹽 硅酸鹽硅酸鹽( (粘土粘土) ) 石英石英 采油工程方案設(shè)計(jì)講31 9.3.2 9.3.2 土酸處理設(shè)計(jì)土酸處理設(shè)計(jì) 10101515的的HClHCl及及3 38 8的的HFHF混合成的混合成的土酸土酸 泥質(zhì)含量較高泥質(zhì)含量較高: :氫氟酸濃度取上限，鹽酸濃度取下限氫氟酸濃度取上限，鹽酸濃度取下限 碳酸鹽含量較高碳

29、酸鹽含量較高: :鹽酸濃度取上限，氫氟酸濃度取下限鹽酸濃度取上限，氫氟酸濃度取下限 逆土酸逆土酸：氫氟酸濃度超過(guò)鹽酸濃度：氫氟酸濃度超過(guò)鹽酸濃度( (如如6 6HF+3HF+3HCl)HCl)。 9.3 9.3 砂巖油氣層的土酸處理砂巖油氣層的土酸處理 采油工程方案設(shè)計(jì)講32 （1 1）土酸酸化設(shè)計(jì)步驟）土酸酸化設(shè)計(jì)步驟 1)1)確信處理井是由于油氣層損害造成的低產(chǎn)或低注入量確信處理井是由于油氣層損害造成的低產(chǎn)或低注入量 2)2)選擇適宜的處理液配方選擇適宜的處理液配方 3)3)確定注入壓力或注入排量，以便在低于破裂壓力下施工確定注入壓力或注入排量，以便在低于破裂壓力下施工 4)4)確定處理液

30、量確定處理液量 前置液前置液( (預(yù)沖洗液）預(yù)沖洗液） 酸酸 化化 液液 替置液替置液( (后沖洗液后沖洗液) ) 避免地層水與避免地層水與HFHF接觸；防止接觸；防止HFHF與碳酸鹽反與碳酸鹽反 應(yīng)生成沉淀；以提高應(yīng)生成沉淀；以提高HFHF的酸化效果。的酸化效果。 根據(jù)損害半徑來(lái)確定。根據(jù)損害半徑來(lái)確定。 用經(jīng)驗(yàn)方法確定用經(jīng)驗(yàn)方法確定 將正規(guī)處理酸液驅(qū)離井筒半徑將正規(guī)處理酸液驅(qū)離井筒半徑12121515倍以外。倍以外。 9.3 9.3 砂巖油氣層的土酸處理砂巖油氣層的土酸處理 采油工程方案設(shè)計(jì)講33 （2 2）提高土酸處理效果的方法）提高土酸處理效果的方法 影響土酸處理效果的因素：影響土酸處

31、理效果的因素： (1)(1)在高溫油氣層內(nèi)由于在高溫油氣層內(nèi)由于HFHF的急劇消耗，導(dǎo)致處理的的急劇消耗，導(dǎo)致處理的 范圍很少；范圍很少； (2)(2)土酸的高溶解能力可能局部破壞巖石的結(jié)構(gòu)造成土酸的高溶解能力可能局部破壞巖石的結(jié)構(gòu)造成 出砂；出砂； (3)(3)反應(yīng)后脫落下來(lái)的石英和粘土等顆粒隨液流運(yùn)移，反應(yīng)后脫落下來(lái)的石英和粘土等顆粒隨液流運(yùn)移， 堵塞地層。堵塞地層。 9.3 9.3 砂巖油氣層的土酸處理砂巖油氣層的土酸處理 采油工程方案設(shè)計(jì)講34 提高酸處理效果的方法提高酸處理效果的方法: : 1 1）同時(shí)將氟化銨水溶液與有機(jī)脂）同時(shí)將氟化銨水溶液與有機(jī)脂( (乙酸甲脂乙酸甲脂) )注入

32、地層，注入地層， 一定時(shí)間后有機(jī)脂水解生成有機(jī)酸一定時(shí)間后有機(jī)脂水解生成有機(jī)酸( (甲酸甲酸) )，有機(jī)酸與氟，有機(jī)酸與氟 化銨作用生成氫氟酸。化銨作用生成氫氟酸。 2 2）利用粘土礦物的離子交換性質(zhì)，在粘土顆粒上就地產(chǎn)）利用粘土礦物的離子交換性質(zhì)，在粘土顆粒上就地產(chǎn) 生氫氟酸生氫氟酸( (自生土酸自生土酸) )。 4 4）國(guó)外采用互溶劑）國(guó)外采用互溶劑土酸處理等技術(shù)提高酸化效果。土酸處理等技術(shù)提高酸化效果。 3 3）使用替換酸，如氟硼酸。）使用替換酸，如氟硼酸。 9.3 9.3 砂巖油氣層的土酸處理砂巖油氣層的土酸處理 采油工程方案設(shè)計(jì)講35 9.4 9.4 酸液及添加劑酸液及添加劑 9.4

33、.1 9.4.1 常用酸液種類(lèi)及性能常用酸液種類(lèi)及性能 (1)(1)鹽酸鹽酸 單位體積鹽酸可產(chǎn)生較多的，利于廢酸的排出；單位體積鹽酸可產(chǎn)生較多的，利于廢酸的排出； 高濃度鹽酸處理的優(yōu)點(diǎn)高濃度鹽酸處理的優(yōu)點(diǎn) 酸巖反應(yīng)速度相對(duì)變慢，有效作用范圍增大；酸巖反應(yīng)速度相對(duì)變慢，有效作用范圍增大； 單位體積鹽酸可產(chǎn)生較多氯化鈣、氯化鎂，提單位體積鹽酸可產(chǎn)生較多氯化鈣、氯化鎂，提 高了廢酸的粘度，控制了酸巖反應(yīng)速度，并有利高了廢酸的粘度，控制了酸巖反應(yīng)速度，并有利 于懸浮、攜帶固體顆粒從地層中排出；于懸浮、攜帶固體顆粒從地層中排出； 受到地層水稀釋的影響較小。受到地層水稀釋的影響較小。 采油工程方案設(shè)計(jì)講3

34、6 高濃度鹽酸處理的高濃度鹽酸處理的主要缺點(diǎn)：主要缺點(diǎn)： 與石灰?guī)r反應(yīng)速度快，特別是高溫深井，由于地層溫與石灰?guī)r反應(yīng)速度快，特別是高溫深井，由于地層溫 度高，鹽酸與地層作用太快，因而處理不到地層深部；度高，鹽酸與地層作用太快，因而處理不到地層深部； 鹽酸會(huì)使金屬坑蝕成許多麻點(diǎn)斑痕，腐蝕嚴(yán)重；鹽酸會(huì)使金屬坑蝕成許多麻點(diǎn)斑痕，腐蝕嚴(yán)重； 含量較高的井，鹽酸處理易引起鋼材的氫脆斷裂。含量較高的井，鹽酸處理易引起鋼材的氫脆斷裂。 9.4 9.4 酸液及添加劑酸液及添加劑 采油工程方案設(shè)計(jì)講37 (2)(2)甲酸和乙酸甲酸和乙酸 有機(jī)弱酸，反應(yīng)速度比同濃度的鹽酸要慢幾倍到十有機(jī)弱酸，反應(yīng)速度比同濃度的鹽

35、酸要慢幾倍到十 幾倍，適用于高溫深井。幾倍，適用于高溫深井。 9.4 9.4 酸液及添加劑酸液及添加劑 (3)(3)多組分酸多組分酸 多組分酸是一種或幾種有機(jī)酸與鹽酸的混合物，主要多組分酸是一種或幾種有機(jī)酸與鹽酸的混合物，主要 起緩速作用，可以得到較大的有效酸化處理范圍。起緩速作用，可以得到較大的有效酸化處理范圍。 采油工程方案設(shè)計(jì)講38 (4)(4)乳化酸乳化酸乳化酸即為油包酸型乳狀液，其外相為原油。乳化酸即為油包酸型乳狀液，其外相為原油。 要求：要求：在地面條件下穩(wěn)定在地面條件下穩(wěn)定( (不易破乳不易破乳) )和在地層條件下不穩(wěn)定和在地層條件下不穩(wěn)定( (能破乳能破乳) )。 主要作用（或

36、優(yōu)點(diǎn)）主要作用（或優(yōu)點(diǎn)） 粘度較高，能形成較寬的裂縫，減少裂縫的面容比，有利于延緩酸巖粘度較高，能形成較寬的裂縫，減少裂縫的面容比，有利于延緩酸巖 的反應(yīng)速度。的反應(yīng)速度。 酸滴不會(huì)立即與巖石接觸，油酸乳狀液可把活性酸攜帶到油氣層深部，酸滴不會(huì)立即與巖石接觸，油酸乳狀液可把活性酸攜帶到油氣層深部， 擴(kuò)大了酸處理的范圍。擴(kuò)大了酸處理的范圍。 酸液并不與井下金屬設(shè)備直接接觸，可很好地解決防腐問(wèn)題。酸液并不與井下金屬設(shè)備直接接觸，可很好地解決防腐問(wèn)題。 9.4 9.4 酸液及添加劑酸液及添加劑 主要缺點(diǎn)主要缺點(diǎn): 摩阻較大，施工注入排量受到限制摩阻較大，施工注入排量受到限制 采油工程方案設(shè)計(jì)講39

37、(5)(5)稠化酸稠化酸 指在鹽酸中加入增稠劑指在鹽酸中加入增稠劑( (或稱(chēng)膠凝劑或稱(chēng)膠凝劑) )，使酸，使酸 液粘度增加。液粘度增加。 主要作用：主要作用： 降低氫離子向巖石壁面的傳遞速度；降低氫離子向巖石壁面的傳遞速度； 由于膠凝劑的網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)，束縛了氫離子的活動(dòng)，由于膠凝劑的網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)，束縛了氫離子的活動(dòng)， 從而起到緩速的作用。從而起到緩速的作用。 主要優(yōu)點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)： 能壓成寬裂縫、濾失量小、摩阻低、懸浮固體微粒的能壓成寬裂縫、濾失量小、摩阻低、懸浮固體微粒的 性能好等特性。性能好等特性。 9.4 酸液及添加劑 采油工程方案設(shè)計(jì)講40 (6)(6)泡沫酸泡沫酸 用少量泡沫劑將氣體用

38、少量泡沫劑將氣體( (一般用氮?dú)庖话阌玫獨(dú)? )分散于酸液中所制成。分散于酸液中所制成。 主要優(yōu)點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)： 由于濾失量低而相對(duì)增加了酸液的溶蝕能力；由于濾失量低而相對(duì)增加了酸液的溶蝕能力； 排液能力大，減少了對(duì)油氣層的損害；排液能力大，減少了對(duì)油氣層的損害； 粘度高，在排液中可攜帶出對(duì)導(dǎo)流能力有害的粘度高，在排液中可攜帶出對(duì)導(dǎo)流能力有害的 微粒。微粒。 (7)(7)土酸土酸 泥質(zhì)含量高，碳酸鹽巖含量少，油井泥漿堵塞較泥質(zhì)含量高，碳酸鹽巖含量少，油井泥漿堵塞較 為嚴(yán)重而泥餅中碳酸鹽含量又較低的油井。為嚴(yán)重而泥餅中碳酸鹽含量又較低的油井。 適用范圍：適用范圍： 9.4 酸液及添加劑 采油工程方

39、案設(shè)計(jì)講41 9.4.2 9.4.2 酸液添加劑酸液添加劑 (1)(1)緩蝕劑緩蝕劑 主要作用主要作用 減緩局部的電池的腐蝕減緩局部的電池的腐蝕 作用機(jī)理作用機(jī)理 抑制陰極腐蝕；抑制陰極腐蝕； 抑制陽(yáng)極腐蝕；抑制陽(yáng)極腐蝕； 在金屬表面形成一層保護(hù)膜。在金屬表面形成一層保護(hù)膜。 (2)(2)表面活性劑表面活性劑 主要作用：主要作用： 可以降低酸液的表面張力；可以降低酸液的表面張力； 減少注酸和排出殘酸時(shí)的毛細(xì)管阻力；減少注酸和排出殘酸時(shí)的毛細(xì)管阻力； 防止在地層中形成油水乳狀物防止在地層中形成油水乳狀物 便于殘酸的排出。便于殘酸的排出。 9.4 9.4 酸液及添加劑酸液及添加劑 采油工程方案設(shè)計(jì)講42 (3)(3)穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑 主要作用：主要作用： 防止氫氧化鐵沉淀，避免發(fā)生地層堵塞現(xiàn)象防止氫氧化鐵沉淀，避免發(fā)生地層堵塞現(xiàn)象 (4)(4)增粘劑和減阻劑增粘劑和減阻劑 主要作用：主要作用： 延緩酸延緩酸巖巖反應(yīng)速度，增大活性酸的有效作反應(yīng)速度，增大活性酸的有效作 用范圍用范圍 可使稠化酸的摩阻損失低于水的摩阻損失?？墒钩砘岬哪ψ钃p失低于水的摩阻損失。 (5)(5)暫時(shí)堵塞劑暫時(shí)堵塞劑 主要作用：主要作用： 堵塞高滲透層段孔道，溶蝕低滲透層段。堵塞高滲透層段孔道，溶蝕低滲透層段。 9.4 9