壓裂酸化技術(shù)經(jīng)典知識(shí)集

1、 第七章 酸 化 Acidizing 酸化是油氣井投產(chǎn)、增產(chǎn)和注水井增注重要技術(shù)措施。酸化酸化是通過(guò)向地層注入酸液，溶解儲(chǔ)層巖石礦物成分及鉆井、完井、修井、采油作業(yè)過(guò)程中造成的堵塞儲(chǔ)層物質(zhì)，改善和提高儲(chǔ)層的滲透性能，從而提高油氣井產(chǎn)能的增產(chǎn)措施。 酸化增產(chǎn)原理酸巖化學(xué)反應(yīng)當(dāng)量及反應(yīng)產(chǎn)物酸巖化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸化設(shè)計(jì)計(jì)算砂巖儲(chǔ)層酸化設(shè)計(jì)計(jì)算酸化工藝設(shè)計(jì)酸液及添加劑主要內(nèi)容常用酸化工藝常用酸化工藝酸酸 洗洗Acid Wash基質(zhì)酸化基質(zhì)酸化Matrix Acidizing 酸酸 壓壓Acid Fracturing酸洗-清洗：井筒 射孔眼方式：正洗 反洗泵組是一種清除井筒中的酸溶性結(jié)垢或疏通

2、射孔孔眼的工藝。 酸洗 施工壓力：無(wú)外力或輕微攪動(dòng)。 注入速度: 不流動(dòng)或沿井筒的正、反循環(huán)。 酸溶蝕方式: 溶蝕井壁及射孔孔眼。 適用范圍: 砂巖、碳酸鹽巖儲(chǔ)層的表皮解堵 或射孔孔眼的清洗、井筒結(jié)垢及絲扣油的清除?；|(zhì)酸化-酸化：地層方式：油管注液 套管注液 環(huán)空注液封隔器 壓裂車(chē)是在低于巖石破裂壓力之下將酸液注入儲(chǔ)層以溶解污染物和其中的某些礦物，從而恢復(fù)或提高井筒附近儲(chǔ)層滲透率的技術(shù)。 基質(zhì)酸化 施工壓力：Ps Pi PF。 注入速度: 大于儲(chǔ)層極限吸液速度。 酸流動(dòng)、溶蝕方式: 形成人工裂縫，沿裂縫流動(dòng)反應(yīng)，有效作用距離可達(dá)幾十到上百米。 適用范圍: 在碳酸鹽巖儲(chǔ)層中形成人工裂縫，解除近

3、井帶污染，改變儲(chǔ)層流型，溝通深部油氣區(qū)，可大幅度提高油氣井產(chǎn)量。 S、K、Kd、rd 、rw的物理意義； 滲透率下降對(duì)表皮系數(shù)的影響比 污染深度的影響要大得多。 wddrrKKSln1酸化增產(chǎn)原理的理論分析 酸液擠入孔隙或天然裂縫與其發(fā)生反應(yīng)，溶蝕孔壁或裂縫壁面，增大孔徑或擴(kuò)大裂縫，提高儲(chǔ)層的滲流能力； 溶蝕孔道或天然裂縫中的堵塞物質(zhì)，破壞泥漿、水泥及巖石碎屑等堵塞物的結(jié)構(gòu)，使之與殘酸液一起排出儲(chǔ)層，起到疏通流動(dòng)通道的作用，解除堵塞物的影響，恢復(fù)儲(chǔ)層原有的滲流能力?；|(zhì)酸化增產(chǎn)原理 Jd、Jo 、re、 rd 、rw的物理意義； Xd =Kd/Ko 酸化增產(chǎn)倍比分析)ln()ln()ln(0d

4、edwdweddrrXrrrrXJJreK0,rdKdrw00.20.40.60.810.00.10.20.30.40.5rd-rw，mJd/JXd=0.02Xd=0.05Xd=0.1Xd=0.2Xd=0.500.20.40.60.81051015202530rs=0.20mrs=0.5mrs=1.0m增產(chǎn)倍比Fkrw=0.12m,re=250m污染程度(Fk)、污染半徑(rs)對(duì)增產(chǎn)倍比的影響 儲(chǔ)層嚴(yán)重污染時(shí)，基質(zhì)酸化處理可大幅度提高油氣井產(chǎn)量；因此對(duì)污染儲(chǔ)層，基質(zhì)酸化一般可獲得較好增產(chǎn)效果； 無(wú)污染儲(chǔ)層，基質(zhì)酸化處理效果甚微； 基質(zhì)酸化解除污染帶儲(chǔ)層污染后，均勻改善區(qū)不宜過(guò)大，以解除污染帶

5、儲(chǔ)層污染為主要任務(wù)。 壓裂酸化產(chǎn)生裂縫，增大滲流面積，改善油氣的流動(dòng)方式，增大井附近油氣層的滲流能力； 消除井壁附近的儲(chǔ)層污染的影響； 溝通井筒附近的高滲透帶、儲(chǔ)層深部裂縫系統(tǒng)及油氣區(qū)； 不能用于砂巖儲(chǔ)層。壓裂酸化增產(chǎn)原理酸巖化學(xué)反應(yīng)當(dāng)量酸巖化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物酸與碳酸鹽巖酸與砂巖 化學(xué)當(dāng)量指參加反應(yīng)的各種反應(yīng)物及生成物的比例； 化學(xué)當(dāng)量、化學(xué)平衡及反應(yīng)速度是酸化處理選用酸時(shí)必須考慮的化學(xué)因素； 酸與儲(chǔ)層礦物作用的化學(xué)當(dāng)量與反應(yīng)物及生成物的分子個(gè)數(shù)比有關(guān)。 化學(xué)當(dāng)量 碳酸鹽巖是靠化學(xué)及生物化學(xué)的水相沉積或由碎屑搬運(yùn)形成； 碳酸鹽巖的主要礦物成分是方解石(CaCO3)和白云石CaMg(CO3)2； 若方

6、解石含量大于50%，則可視為石灰?guī)r；若白云巖含量大于50%，則可視為白云巖； 若雜質(zhì)含量大于50%，則可視為非碳酸鹽巖。碳酸鹽巖化學(xué)成分 碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸化常用鹽酸 典型反應(yīng) 2HCl+CaCO3CaCl2+H2O+CO2 4HCl+CaMg(CO3)2CaCl2+ MgCl2+2CO2 +2H2O 酸與碳酸鹽巖反應(yīng)化學(xué)當(dāng)量 從反應(yīng)式中可看出反應(yīng)的化學(xué)當(dāng)量; 考慮反應(yīng)式中各種組分的分子量，便可算出溶解一定量碳酸鹽所需的酸量、反應(yīng)生成物的數(shù)量以及其它化學(xué)當(dāng)量數(shù)據(jù) 。 1m3鹽酸與碳酸鈣作用表 石灰?guī)r(kg) 反應(yīng)物 生成物 HC1 (kg) CaCO3 CaC12 CO2 H2O 分子量 36.5

7、 100 111 44 18 15HC1 161 211 245 97 40 28HC1 319 437 485 192 79 1m3鹽酸與碳酸鈣鎂作用情況 白云巖，kg 反應(yīng)物 生成物 HC1 kg CaMg(CO3)2 CaC12 MgC12 H2O CO2 分子量 36.5 184.3 111 95.3 18 44 15HC1 161 203.2 122.4 105.1 40 97 28HC1 319 402.7 242.5 208.2 79 192 定義為：?jiǎn)挝惑w積酸溶解的巖石體積，可用 于直接比較各種用酸成本。 用表示溶解的巖石質(zhì)量與反應(yīng)酸的質(zhì)量之比。酸的溶解能力 礦物相對(duì)分子量反應(yīng)

8、方程中礦物摩爾數(shù) = 酸相對(duì)分子量反應(yīng)方程中酸的摩爾數(shù) 方解石與100%HCl反應(yīng)的100為： 100.091 石灰?guī)r溶解克數(shù) 100= = 1.372 36.52 100%鹽酸反應(yīng)克數(shù) 方解石與15%HCl反應(yīng)的15為： 石灰?guī)r溶解質(zhì)量 15=0.15100= 0.206 15%鹽酸反應(yīng)質(zhì)量 定義為：?jiǎn)挝惑w積反應(yīng)酸所能溶解的巖石 體積(并用X表示)。 對(duì)于濃度為15%(重量)的鹽酸計(jì)算結(jié)果為：3%15%1515CaCOHCLHCLX酸的體積溶解能力碳酸鹽巖酸化常用酸不同濃度的溶解力 X 組分 酸 100 5% 10% 15% 30% 鹽酸 1.37 0.026 0.053 0.082 0.1

9、75 甲酸 1.09 0.020 0.041 0.062 0.129 石灰?guī)r CaCO3 =2.71g/cm3 乙酸 0.83 0.016 0.031 0.047 0.096 鹽酸 1.27 0.023 0.046 0.071 0.152 甲酸 1.00 0.018 0.036 0.054 0.112 白云巖 CaMg(CO3)2 =2.87g/cm3 乙酸 0.77 0.014 0.027 0.041 0.083 15%HCl=1070kg/m3 砂巖主要是由砂粒和膠結(jié)物組成。 砂粒主要是石英SiO2、長(zhǎng)石。 膠結(jié)物主要由粘土和碳酸鹽類(lèi)及硅質(zhì)、 鐵質(zhì)膠結(jié)物組成。砂巖化學(xué)成分 砂巖儲(chǔ)層酸化常用

10、土酸（鹽酸+氫氟酸）。 典型反應(yīng)：氫氟酸與硅質(zhì)或碳酸鹽巖反應(yīng) 簡(jiǎn)單；與粘土或長(zhǎng)石等硅酸鹽反應(yīng)復(fù)雜。 氫氟酸與硅酸鈉的反應(yīng)代表了它與砂巖 基質(zhì)硅酸鹽的反應(yīng)。 酸與砂巖反應(yīng)當(dāng)量氫氟酸的溶解能力石英鈉長(zhǎng)石，(NaAlSi3O8)酸濃度%XX20.0150.0060.0190.00830.0230.0100.0280.01140.0300.0180.0370.01560.0450.0190.0560.02380.0600.0250.0750.030 儲(chǔ)層中的礦物含量變化很大，其酸溶性體積往往靠室內(nèi)試驗(yàn)來(lái)確定。 氫氟酸溶解砂巖礦物時(shí)形成的產(chǎn)物比較復(fù)雜。 反應(yīng)副產(chǎn)物溶解度較小，其中某些濃度達(dá)到 溶解度極限

11、即可能沉淀。 酸液混合物消耗而導(dǎo)致的pH的增加，構(gòu)成了 沉淀形成的動(dòng)力。砂巖酸化反應(yīng)物狀態(tài) 氯化鈣重量 486 w% = = = 35 % 全部水重量+氯化鈣重量 820+79+486 氯化鈣重量 486 溶解度 = = = 54 % 全部水重量 820+79 根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式可知，1m328濃度的鹽酸和碳酸鈣反應(yīng)，生成486kg的氯化鈣。 假設(shè)全部溶解于水，則此時(shí)氯化鈣水溶液的重量濃度為：碳酸鹽巖酸化反應(yīng)物狀態(tài)CaCl2狀態(tài)分析不同溫度條件下氯化鈣溶解度35404550556020406080100溫度，溶解度， CaCl2極易溶于水。在34溶解度為55%。 CaCl2溶解度隨溫度升高而增

12、大。 儲(chǔ)層中滯留的殘酸液酸性環(huán)境會(huì)使CaCl2 鹽類(lèi)的溶解度更大。 在實(shí)際施工條件下，不會(huì)產(chǎn)生氯化鈣沉淀， 可以把殘酸水當(dāng)成水來(lái)考慮。 CaCl2狀態(tài)分析 1m328%濃度的鹽酸和碳酸鈣反應(yīng)，生成 193kg二氧化碳;在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為98m3。 在油層條件下，部分溶解于酸液中，部分 呈自由氣狀態(tài)。 CO2的溶解度和儲(chǔ)層溫度、壓力及殘酸水中 的氯化鈣溶解量有關(guān)。 CO2在儲(chǔ)層條件下的狀態(tài)024681012141618015304560壓力, M Pa溶解度，%35，2 0 Ca C l275，2 0 Ca C l235，3 5 Ca C l275，3 5 Ca C l2 儲(chǔ)層溫度愈高、殘酸水中

13、的氯化鈣溶解量 愈多；儲(chǔ)層壓力愈低、CO2愈難以溶解。 假設(shè)儲(chǔ)層溫度為75oC，儲(chǔ)層壓力為20MPa，根據(jù)CO2的溶解度曲線(xiàn)可知，在以上儲(chǔ)層條件下，每立方米殘酸液中只能溶解5m3(標(biāo)準(zhǔn))CO2，剩下93m3(標(biāo)準(zhǔn))則仍為氣態(tài)。CO2在儲(chǔ)層條件下的狀態(tài) 酸處理后，儲(chǔ)層中大量的碳酸鹽巖被溶解，增加了裂縫的空間體積，為提高孔隙度和滲透性提供了必要條件。 反應(yīng)后的殘酸水是溶有少量CO2的CaCl2水溶液，同時(shí)留有部分CO2呈小氣泡狀態(tài)分布于其中。 如存在于裂隙中的反應(yīng)物對(duì)儲(chǔ)層的滲透性沒(méi)有妨害，通過(guò)排液可以排出儲(chǔ)層，那就為提高儲(chǔ)層的慘透性能創(chuàng)造了條件。 粘度較高的氯化鈣溶液對(duì)流動(dòng)有兩面性：攜帶固體微粒的

14、能力較強(qiáng)，能把酸處理時(shí)從儲(chǔ)層中脫落下來(lái)的微粒帶走，防止儲(chǔ)層的堵塞；流動(dòng)阻力增大，對(duì)儲(chǔ)層滲流不利。 酸液一般都具有較高的界面張力。 殘酸液和儲(chǔ)層油形成高粘乳狀液，對(duì)儲(chǔ)層滲流非常不利。反應(yīng)生成物對(duì)滲流的影響 鹽酸與A12O3、Fe2O3、FeS等金屬氧化物雜質(zhì)反應(yīng)，形成二次沉淀，堵塞儲(chǔ)層裂隙。 CO2大部分以游離態(tài)存在對(duì)流動(dòng)有兩面性：在返排過(guò)程中，壓力逐漸降低時(shí)，CO2開(kāi)始膨脹，釋放其能量，這種能量驅(qū)動(dòng)使殘酸液有效地排出。在施工結(jié)束后，應(yīng)把握適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，充分利用CO2的膨脹能進(jìn)行排液。游離狀態(tài)的小氣泡對(duì)油氣滲流有一定的影響，應(yīng)從相滲透率和相飽和度的關(guān)系上作具體的研究分析。反應(yīng)生成物對(duì)滲流的影響酸巖

15、反應(yīng)機(jī)理酸巖反應(yīng)速度反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定酸巖反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 酸與碳酸鹽巖的反應(yīng)為酸巖復(fù)相反應(yīng)，反應(yīng)只在液固界面上進(jìn)行。 液固兩相界面的性質(zhì)和大小都會(huì)影響復(fù)相反應(yīng)的進(jìn)行。 酸與碳酸鹽巖的反應(yīng)歷程： H+向巖石表面?zhèn)鬟f； 被吸附的H+在巖石表面反應(yīng)； 反應(yīng)產(chǎn)物通過(guò)傳質(zhì)離開(kāi)巖石表面。酸巖化學(xué)反應(yīng)機(jī)理巖面Ca2+、Mg2+H+Ca2+、 Mg2+H+ 擴(kuò) 散 邊 界ConstdydCCa2ConstdydCH02dydCCa0dydCH 酸液里的H在巖面上與碳酸鹽巖的反應(yīng)是表面反應(yīng)。對(duì)石灰?guī)r儲(chǔ)層來(lái)說(shuō)，表面反應(yīng)速度非?？臁?H在巖面上反應(yīng)后，就在接近巖面的液層里堆積起生成物Ca2、Mg2、CO2

16、氣泡。巖面附近這一堆積生成物的微薄液層，稱(chēng)為擴(kuò)散邊界層，該邊界層與溶液內(nèi)部的性質(zhì)不同。 由于在邊界層內(nèi)存在著離子濃度差，反應(yīng)物和生成物就會(huì)在各自的離子濃度梯度作用下向相反的方向傳遞。 由于離子濃度差而產(chǎn)生的離子移動(dòng)，稱(chēng)為離子的擴(kuò)散作用。 在離子交換過(guò)程中，除了擴(kuò)散作用以外，還會(huì)有因密度差異而產(chǎn)生的自然對(duì)流作用。實(shí)際酸處理時(shí)，酸液將按不同的流速流經(jīng)裂隙，H會(huì)發(fā)生對(duì)流傳質(zhì)。尤其是裂隙壁面十分粗糙，極不規(guī)則，容易形成旋渦，酸液的紊流流動(dòng)，將會(huì)產(chǎn)生離子的強(qiáng)迫對(duì)流作用。 酸液中的H是通過(guò)對(duì)流(包括自然對(duì)流和一定條件下的強(qiáng)迫對(duì)流)和擴(kuò)散二種形式，透過(guò)邊界層傳遞到巖面，H透過(guò)邊界層達(dá)到巖面的速度，稱(chēng)為H的傳

17、質(zhì)速度。 酸與巖石的反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行的快慢，可用酸與巖石的反應(yīng)速度來(lái)表示。 酸巖反應(yīng)速度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)酸濃度的降低值或單位時(shí)間內(nèi)巖石單位面積的溶蝕量（或稱(chēng)溶蝕速度）。 鮮酸：未與巖石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的酸液； 余酸：酸巖反應(yīng)過(guò)程中，含有反應(yīng)產(chǎn)物，但未失去活性的酸； 殘酸：完全失去反應(yīng)能力的酸液。酸巖化學(xué)反應(yīng)速度 根據(jù)質(zhì)量作用定律，在溫度、壓力不變時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速度與各作用物質(zhì)濃度的m次冪乘積成正比。 對(duì)于酸巖反應(yīng)(液固相反應(yīng))來(lái)說(shuō)，固相反應(yīng)物的濃度可視作不變，因此在恒溫、恒壓條件下，酸巖反應(yīng)速度可寫(xiě)為：mKCtc酸巖化學(xué)反應(yīng)速度 C：反應(yīng)時(shí)間為t瞬時(shí)的酸濃度，mol/L； m：反應(yīng)級(jí)數(shù)，表示反應(yīng)物濃度對(duì)反應(yīng)

18、速度的影響程度，無(wú)因次； K：反應(yīng)速度常數(shù)，(mol/L)1-m/s，表示反應(yīng)物濃度為單位濃度時(shí)的反應(yīng)速度。反應(yīng)速度常數(shù)與反應(yīng)物質(zhì)的濃度無(wú)關(guān)，只與反應(yīng)物質(zhì)的性質(zhì)、溫度和壓力有關(guān)，其值取決于反應(yīng)物本身和反應(yīng)系統(tǒng)的溫度，由試驗(yàn)確定，每個(gè)反應(yīng)都有表征其本身特性的速度常數(shù)。 酸與巖石反應(yīng)時(shí)，H的傳質(zhì)速度、H在巖面上的表面反應(yīng)速度，生成物離開(kāi)巖面的速度均對(duì)反應(yīng)速度有影響，但起主導(dǎo)作用的是其中最慢的一個(gè)過(guò)程。 在層流條件下，H傳質(zhì)速度一般比它在灰?guī)r表面上的表面反應(yīng)速度慢得多。因此，酸與灰?guī)r系統(tǒng)的整個(gè)反應(yīng)速度，主要取決于H透過(guò)邊界層的傳質(zhì)速度。 在實(shí)際中由于巖性及儲(chǔ)層條件、施工參數(shù)的不同，表現(xiàn)出酸巖反應(yīng)過(guò)程

19、既受壁面反應(yīng)控制，又受傳質(zhì)控制的情況，稱(chēng)為混合動(dòng)力學(xué)。 菲克定律：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： ycVSDtcH 擴(kuò)散邊界層內(nèi)垂直于巖面方向的酸液 濃度梯度，mol/L.cm； 巖石反應(yīng)面積和酸體積之比，簡(jiǎn)稱(chēng)面 容比，cm2/cm3； H傳質(zhì)系數(shù)，cm2/s。ycVSHD菲克定律鹽酸與碳酸鹽反應(yīng)系統(tǒng)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程：反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程mkCJ 1smssCkJ表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程： 弱酸與碳酸鹽反應(yīng)系統(tǒng)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程：反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程22mmdCkkJ弱酸弱酸 氫氟酸與砂巖反應(yīng)系統(tǒng)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程：反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程HFHCLCCkkJ11RTEkkaexp01 確定酸巖反應(yīng)速度的室內(nèi)

20、試驗(yàn)方法，可歸結(jié)為靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)兩大類(lèi)。 靜態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)不能用于酸化處理設(shè)計(jì)，只能作為酸液配方對(duì)比的依據(jù)。 動(dòng)態(tài)酸巖反應(yīng)試驗(yàn)采用旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)儀和 裂縫流動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置。 酸巖反應(yīng)速度的室內(nèi)確定 酸巖反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)是進(jìn)行酸壓設(shè)計(jì)及分析酸巖反應(yīng)速度規(guī)律的重要參數(shù)。隨油田、區(qū)塊的不同，儲(chǔ)層巖石類(lèi)型及礦物成分不同，參加反應(yīng)的巖石成分也有差異；選用的酸液配方不同，因而酸巖反應(yīng)規(guī)律及動(dòng)力學(xué)參數(shù)也不盡相同。因此，需用室內(nèi)試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定。 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)：反應(yīng)級(jí)數(shù)、反應(yīng)速度常數(shù)、反應(yīng)活化能、H+有效傳質(zhì)系數(shù)。酸巖反應(yīng)速度的室內(nèi)確定 溫度 酸液濃度 巖石類(lèi)型 同離子效應(yīng) 酸液類(lèi)型 酸巖系統(tǒng)的面容比 酸液流速 壓

21、力影響酸巖反應(yīng)速度的因素 阿累尼烏斯(Arrielius)方程：J=k0expTRTTTEa00)( Cm 溫度的影響020406080100120020406080100120140160180溫度，反應(yīng)速度增加倍數(shù) 溫度變化對(duì)酸巖反應(yīng)速度影響很大，溫度越高，反應(yīng)速度越快。在低溫條件下，溫度變化對(duì)反應(yīng)速度變化的影響相對(duì)較小，高溫條件下，溫度變化對(duì)反應(yīng)速度的影響較大。 酸巖反應(yīng)速度隨溫度的升高而加快?？蓮幕瘜W(xué)動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)解釋。溫度的升高，分子運(yùn)動(dòng)加快，有效碰撞次數(shù)的比例隨之增加，導(dǎo)致反應(yīng)速度加快；另一方面，溫度升高，使較多的普通分子獲得足夠多能量而變?yōu)榛罨肿?，因而增大了活化分子的百分?jǐn)?shù)，結(jié)

22、果使單位時(shí)間內(nèi)分子的有效碰撞次數(shù)大大增加，導(dǎo)致反應(yīng)速度升高。 對(duì)于寬W、高H、單翼縫長(zhǎng)L的雙翼垂直裂縫 對(duì)于寬W，半徑為Rf的水平裂縫 對(duì)于直徑為d，長(zhǎng)度為L(zhǎng)的孔隙WWHLHLS224WRWRSff2222dLddLS44/2面容比的影響 各種條件下的面容比數(shù)據(jù) 條 件 面容比,cm2/cm3 孔隙性巖石 滲透率,10-3m2 (孔隙度 10%) 10 50 100 7050 3160 2240 裂縫寬度,mm 0.1 0.5 1.0 5.0 200 40 20 4 圓 形 孔 道 直徑,mm 0.05 0.1 0.5 800 400 80 裸眼井筒直徑,in 5 7 0.274 0.205

23、012345579111315面容比，cm2/cm3反應(yīng)速度,mg/cm2.s 實(shí)驗(yàn)條件： 鹽酸與白云巖 溫度80， 酸濃度20， 流量15ml/s 面容比越大，酸巖反應(yīng)速度越快。裂縫越寬，面容比越小，酸巖反應(yīng)速度相對(duì)越慢，活性酸深入儲(chǔ)層距離越遠(yuǎn)，酸壓處理的效果就越顯著。 面容比越大，一定體積的酸液與巖石接觸的分子就越多，發(fā)生反應(yīng)的機(jī)會(huì)就越大，反應(yīng)速度就越快。在小直徑孔隙和窄的裂縫中，酸巖反應(yīng)時(shí)間是很短的，這是由于面容比大，酸化時(shí)擠入的酸液類(lèi)似于鋪在巖面上，鹽酸的反應(yīng)速度接近于表面反應(yīng)速度，酸巖反應(yīng)速度很快。 在裸眼井段的酸洗(酸浸)也屬于面容比小，反應(yīng)速度慢情況。因此酸洗要關(guān)井一段時(shí)間，讓其

24、充分反應(yīng)。 不同濃度鮮酸的反應(yīng)速度：濃度在20以前時(shí)，反應(yīng)速度隨濃度的增加而加快；當(dāng)鹽酸的濃度超過(guò)20，這種趨勢(shì)變慢。當(dāng)鹽酸的濃度達(dá)2224時(shí)，反應(yīng)速度達(dá)到最大值；當(dāng)濃度超過(guò)這個(gè)數(shù)值，隨濃度增加，反應(yīng)速度反而下降。 正在反應(yīng)的酸液（余酸）由初始反應(yīng)速度下降到某一濃度時(shí)反應(yīng)速度的變化規(guī)律：新鮮酸液的反應(yīng)速度最高，余酸的反應(yīng)速度較低。濃酸的初始反應(yīng)速度雖快，但當(dāng)其變?yōu)橛嗨釙r(shí)，其反應(yīng)速度比同濃度的鮮酸的反應(yīng)速度慢得多。酸液濃度的影響0102030405060708005101520253035鹽酸濃度，反應(yīng)速度, m g / cm2.s 試驗(yàn)條件： 鹽酸與灰?guī)r 壓力7.03Mpa 溫度27 流速0.

25、48cm/s 酸巖反應(yīng)速度隨酸液流速增大而加快。 在酸壓中隨著酸液流速的增加，酸巖反應(yīng)速度增加的倍數(shù)小于酸液流速增加的倍數(shù)，酸液來(lái)不及完全反應(yīng)，已經(jīng)流入儲(chǔ)層深處，故提高注酸排量可以增加活性酸深入儲(chǔ)層的距離。酸壓施工時(shí)在井筒條件允許及不壓破鄰近的蓋層和底層的情況下，一般充分發(fā)揮設(shè)備的能量，以大排量注酸。酸液流速的影響330012345酸液流速，cm/s反應(yīng)速度mg/cm2.s酸液流速，cm/s 反應(yīng)速度與酸液內(nèi)部H濃度成正比。采用強(qiáng)酸時(shí)反應(yīng)速度快，采用弱酸時(shí)反應(yīng)速度慢。從貨源、價(jià)格及溶蝕能力方面來(lái)衡量，鹽酸仍是酸化中應(yīng)用最廣泛的酸。 sHCCVSDtcCVSDtcH酸液類(lèi)型的影響 灰?guī)r同鹽酸的反

26、應(yīng)速度比白云巖同鹽酸的反應(yīng)速度快。 在碳酸鹽巖中泥質(zhì)含量較高時(shí)，反應(yīng)速度相對(duì)變慢。 Mg-O間的作用力大，破壞Mg-O鍵比破壞Ca-O鍵所需能量大。儲(chǔ)層巖石的影響 反應(yīng)速度隨壓力的增加而減緩。試驗(yàn)指出，總的來(lái)說(shuō)，壓力對(duì)反應(yīng)速度的影響不大，特別是壓力高于6.5MPa后，可以不考慮壓力對(duì)酸巖反應(yīng)速度的影響。壓力的影響456789102345678910壓力，M P a反應(yīng)速度，m g / c m 2.s川東白云巖溫度4020%HCl 延緩反應(yīng)速度的方法和途徑： 造寬裂縫降低面容比 采用高濃度鹽酸酸化 采用弱酸處理 洗井井底降溫 提高注酸排量減緩反應(yīng)速度的措施 設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容：水動(dòng)力學(xué)參數(shù)、流變性參數(shù)

27、、化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、流速場(chǎng)及動(dòng)態(tài)裂縫幾何尺寸、酸蝕裂縫參數(shù)、儲(chǔ)層孔喉、滲濾性能等。 對(duì)多種酸化方案進(jìn)行對(duì)比和篩選，從而優(yōu)化施工規(guī)模和參數(shù)。碳酸鹽巖酸化設(shè)計(jì)計(jì)算 酸壓時(shí)，酸液沿裂縫向儲(chǔ)層深部流動(dòng)，酸液濃度逐漸降低。當(dāng)酸液濃度降低到一定程度后(一般為初始濃度的10)，酸液變?yōu)闅埶帷Ｋ嵋河苫钚运嶙優(yōu)闅埶嶂八鹘?jīng)裂縫的距離稱(chēng)為酸液的有效作用距離。 在靠近井壁的那一段裂縫長(zhǎng)度內(nèi)(即在有效作用距離范圍內(nèi))，由于非均質(zhì)性，裂縫壁面被溶蝕成為凹凸不平的溝槽。施工結(jié)束后，裂縫仍具有相當(dāng)?shù)膶?dǎo)流能力，把此段裂縫的長(zhǎng)度稱(chēng)為裂縫的有效長(zhǎng)度。酸在縫中濃度分布 yCDeyyCyvXCxumsCkyCDeWyyCyCCx)1 (2000002CWy酸在縫中流動(dòng)反應(yīng)方程 常用的方法是有限差分法。是直接將酸巖反應(yīng)的對(duì)流擴(kuò)散方程及其邊界條件離散化，用計(jì)算機(jī)求解差分方程，得到沿裂縫方向酸濃度的分布規(guī)律，從而確定出有效作用距離。應(yīng)用時(shí)可把計(jì)算結(jié)果繪成圖板，直接查圖板確定酸液有效作用距離。 考慮酸液的濾失時(shí)，鹽酸與石灰?guī)r流動(dòng)反應(yīng)的有效作用距離計(jì)算圖版。濃度分布和有效作用距離計(jì)算 無(wú) 因 次 距 離LD 考 慮 酸 液 濾 失 時(shí) 酸 液 有 效 作 用 距 離 計(jì) 算 圖 00.10.20.30.40.50.6