酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)

1、酸化過程中的儲層傷害 及儲層保護(hù),主講：陳冀嵋西南石油學(xué)院酸化室2005.9Chjm@vip.sina.com,概述,砂巖儲層酸化主要使用土酸，即HF和HCl的混合液，其它使用的多數(shù)酸液，如氟硼酸、濃縮土酸、膠束土酸、互溶土酸、地下生成酸等，其主體部分都是HF、HCl，都是利用HCl溶解砂巖儲層中的鈣質(zhì)成分，利用HF溶解砂巖中其它膠結(jié)物或基質(zhì)。 酸化施工過程中，由于設(shè)計及處理不當(dāng)，可能造成嚴(yán)重的儲層傷害，最常見的儲層

2、傷害主要在于酸化后二次產(chǎn)物的沉淀，酸液與儲層巖石、流體的不配伍以及儲層潤濕性的改變，毛管力的產(chǎn)生，酸化后疏松顆粒及微粒的脫落運(yùn)移堵塞，產(chǎn)生乳化等。,酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù),一、酸液與地層流體的配伍性·儲層原油與酸液的配伍性 酸與儲層原油和瀝青原油接觸時，會產(chǎn)生酸渣，酸渣由瀝青、樹脂、石臘和其它高分子碳?xì)浠衔锝M成，是一種膠態(tài)的不溶性產(chǎn)物，一旦產(chǎn)生會對儲層帶來永久性傷害，一般很難加以消除。 原油中的瀝青物質(zhì)是以

3、膠態(tài)分散相形式存在，它是以高分子量的聚芳烴分子為核心，被較低分子量的中性樹脂和石蠟包圍，周圍靠吸附著較輕的和芳香族特性較少的組分所組成，在無化學(xué)變化時，這種膠態(tài)分散相當(dāng)穩(wěn)定，但當(dāng)與酸接觸時，酸與原油從油酸界面上開始反應(yīng)，并形成不溶性薄層，該薄層的凝聚導(dǎo)致酸渣顆粒的形成，研究表明，酸液中若不加入適當(dāng)?shù)目顾嵩鼊?，一般都有產(chǎn)生酸渣的危險，且用酸濃度越高，酸渣生成越多。,酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù),·儲層中水與酸液的配伍性

4、儲層中水與酸接觸帶來的危害，主要反應(yīng)沉淀問題。不考慮注入酸液與巖石反應(yīng)時，酸與儲層中水接觸產(chǎn)生的危害不大，室內(nèi)試驗表明，用不同配方的酸液與NaHCO3型儲層水反應(yīng)，80℃條件下反應(yīng)４小時，未產(chǎn)生不溶物，但冷卻后可見到少量沉淀物，但要注意，當(dāng)儲層中水富含Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等時（這些離子有些是原儲層水中本身就存在的，有些是由于酸化過程中不斷產(chǎn)生的），酸液特別是HF將與這些離子作用而產(chǎn)生有害沉淀物

5、。因此，酸化時要設(shè)法避免HF與儲層水接觸。對于注水井，酸液一般不與儲層水接觸，但注入水中若含上述離子，也可能發(fā)生沉淀。,酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù),二、酸液與儲層巖石的配伍性 儲層巖石礦物成分復(fù)雜，酸液注入后對不同礦物產(chǎn)生的溶解機(jī)理及其作用不同，會帶來不同類型不同程度的儲層傷害。粘土礦物普遍存在于油氣儲層中，最常見的是蒙脫石，伊利石，混層粘土（以伊利石－蒙脫石為主）、高嶺石以及綠泥石，不同的粘土礦物其組成、結(jié)構(gòu)以及理化性質(zhì)不同

6、，酸液對其反應(yīng)亦各異，產(chǎn)生的傷害機(jī)理也不同。,酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù),·酸液引起粘土礦物膨脹 酸液注入到含蒙脫石或伊利石/蒙脫石含量較高的儲層，酸液中水被蒙脫石所吸收，引起這類粘土礦物的膨脹，特別是高含Na蒙脫石類粘土，膨脹體積可達(dá)6-10倍，因而使孔道變窄甚至堵死孔道，使儲層喪失滲透性，即使酸液溶解掉部分粘土礦物，也很難抵消其造成的傷害。,酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù),,·酸液的沖刷及溶解作用造成

7、微粒運(yùn)移 高嶺石類粘土在儲層中很難結(jié)晶，它們松散地附著在砂粒表面，隨著酸液沖刷，剝落下來的微粒將發(fā)生遷移，造成孔隙喉道的堵塞，進(jìn)而降低滲透率，伊利石類粘土在砂巖中可以形成大體積的微孔（蜂窩狀）這些微孔可以束縛酸中水，有時在孔隙中還可發(fā)育成類似毛狀的晶體，增加了孔隙的彎曲性，降低滲透率，酸化過程中或酸化后隨酸液或流體流動而破碎遷移，引起孔道堵塞。 不論是那類粘土礦物，酸化過程中酸溶解膠結(jié)物不同程度的使儲層顆?；蛭⒘Ｋ缮?，脫落

8、而運(yùn)移堵塞，這些微粒隨酸液的流動攪拌與殘余原油一起形成穩(wěn)定的乳化液，產(chǎn)生液堵。,酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù),·酸液溶解含鐵礦物產(chǎn)生不溶產(chǎn)物 綠泥石類粘土是水合鋁硅酸鹽，常常含有大量的Fe，對酸和含氧的水非常敏感，它很容易溶于稀酸，用酸處理時可以被溶解掉，但當(dāng)酸耗盡時，F(xiàn)e3+可以再次以氫氧化鐵凝膠沉淀出來，堵塞儲層，這種情況特別是酸液未加螯合劑時，更為嚴(yán)重。,酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù),·酸化后產(chǎn)物的結(jié)

9、垢 酸化過程中產(chǎn)生的過剩的Ca2+等離子，在酸化后若不能及時排出，將與油層中的CO2作用生成碳酸鈣再次沉淀結(jié)垢，這些垢與砂子及重油等伴隨一起堵塞儲層。·酸化產(chǎn)生液堵和巖石潤濕性改變 酸液注入儲層后，井壁附近含水大大增加，水油流度比大于1時會出現(xiàn)水鎖，因此應(yīng)加強(qiáng)酸化后排液工作。酸液中的表面活性劑可能改變巖石潤濕性引起儲層傷害，若酸化時再形成乳化，泡沫等，兩相流動阻力增大，特別是氣泡流經(jīng)喉道時，產(chǎn)生賈敏效應(yīng)封堵喉道。

10、,酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù),三、酸液與儲層礦物反應(yīng)產(chǎn)生二次沉淀傷害 酸化過程中，酸溶解礦物而擴(kuò)大孔隙或裂隙空間。但若溶解后的產(chǎn)物再次沉淀出來，則會重新堵塞孔道。酸化后再次沉淀物一般如下：鐵質(zhì)沉淀 酸化時除上述綠泥石被溶解釋放出鐵離子之外，儲層中其它礦物的溶解也可能釋放鐵離子，此外，酸液本身在生產(chǎn)、貯運(yùn)過程中都污染有鐵離子(一般的量為180PPM左右)，其中軋屑、鱗屑等外來溶于酸液中的鐵大多為三價，而儲層礦物溶于酸中

11、的鐵多為二價(黃鐵礦、磁鐵礦、菱鐵礦)。這些鐵離子可以水化沉淀或與儲層內(nèi)部物質(zhì)反應(yīng)生成沉淀。,酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù),?殘酸PH值的改變 鐵在酸中的溶解度與酸液的PH值有密切關(guān)系，三價鐵離子Fe3+在酸液PH為2.2時就開始以Fe(OH)3的形式產(chǎn)生沉淀，PH值為3.2時Fe3+完全沉淀；二價鐵離子Fe2+只有在PH值達(dá)到7以上才開始沉淀。由于殘酸通常能達(dá)到的最大PH值為5.5左右，因此，在殘酸排出儲層之前，引起堵塞的主

12、要是三價鐵離子的沉淀。,酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù),?鐵離子與儲層中硫化氫反應(yīng) 酸化含硫化氫反應(yīng)酸化含硫化氫的油氣儲集層時，酸化產(chǎn)生的Fe3+與H2S相遇要發(fā)生氧化還原反應(yīng)(H2S為還原劑)。 2Fe3++H2S→S↓+2Fe2++2H+ Fe3++3H2O→Fe(OH)3↓+3H+ 其結(jié)果生成硫和氫氧化鐵沉淀，另一方面二價鐵離子與H2S反應(yīng)也會生成沉淀。 2Fe2++H2S→FeS↓+2

13、H+ FeS在酸液PH值升到1.9時便開始沉淀，PH值升至3.55時，則完全沉淀，因此對于含有H2S的井，無論是三價還是二價鐵離子都能形成沉淀，故需添加性能較好的鐵離子穩(wěn)定劑。,酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù),?鐵與瀝青質(zhì)原油結(jié)合 酸化作業(yè)時，瀝清質(zhì)原油對Fe2+、Fe3+非常敏感。形成的鐵化物(即酸渣)膠體沉淀，既可堵塞儲層，又是一種乳化穩(wěn)定劑，促使瀝清膠質(zhì)堵塞儲層。?氫氟酸反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)生沉淀 砂巖儲層酸化使用的酸液

14、，不論屬于何種體系，其主要成分為HF，HF與儲層礦物反應(yīng)后可產(chǎn)生多種沉淀。,酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù),?鈣鹽沉淀 HF與CaCO3反應(yīng)生成細(xì)白粉末狀氟化鈣沉淀 CaCO3+2HF→CaF2↓+H2O+CO2↑ CaF2很容易沉淀。CaF2沉淀是由于酸液在儲層中停留時間太長，并且隨著酸的消耗，PH上升所致；加入HCL可增加CaF2的溶解度，減輕傷害。一般地保持低PH值和減少關(guān)井時間可防止CaF2在大量沉淀。

15、,酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù),?Na鹽和K鹽沉淀 氫氟酸與砂子及粘土等反應(yīng)產(chǎn)生氟硅酸和氟鋁酸 SiＯ2+6HF→H2SiF6+2H2O Al2Si4O10(OH)2+36HF→4H2SiF6+12H2O+2H3AlF6 NaAlSi3O8+22HF→3H2SiF6+AlF3+NaF+8H2O 氫氟酸與砂子及粘土反應(yīng)生成的兩種酸，又將與儲層巖中或儲層水中的鉀、鈉等離子反應(yīng)產(chǎn)生不溶性沉淀物。

16、 H2SiF6+2Na+→Na2SiF6↓+2H＋ H2SiF6+2K+→K2SiF6↓+2H+ H3AlF6+3Na+→Na3AlF6↓+3H+ H3AlF6+3K+→K3AlF6↓+3H+ 這些氟硅酸鹽、氟鋁酸鹽是膠狀物質(zhì)，沉淀后牢牢地粘附在巖石表面上，產(chǎn)生傷害十分嚴(yán)重,酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù),?水化硅沉淀 研究表明，水化硅的生成是由于HF與砂巖反應(yīng)后的殘酸再與粘土礦物發(fā)生

17、二次反應(yīng)的結(jié)果。酸化時，隨著HF的不斷消耗，當(dāng)游離F-濃度減至10-5mol/l時，最初溶解于酸中的硅又將以水化硅膠態(tài)沉淀下來，其反應(yīng)方程如下： Al2Si2O5(OH)4+18HF→2H2SiF6+2AlF3+9H2O H2SiF6+4H2O→Si(OH)4+6HF 減輕水化硅沉淀，可采用如下方法：酸化后迅速排液。研究表明，殘酸在巖心中停留時間越長，水化硅沉淀量越多；使用低濃度的HF酸化，HF濃度越低，溶解

18、的硅越少，沉淀出的硅自然也少，注水井可采用過量沖洗，將近井帶的殘酸驅(qū)至遠(yuǎn)離井壁。,酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù),四、評層選井與酸化室內(nèi)評價技術(shù),1. 酸化評層選井技術(shù),酸化評層選井技術(shù)的工作目標(biāo),客觀地描述儲層的滲流條件通過不穩(wěn)定試井技術(shù)，描述儲層的滲濾特征及表皮堵塞特征推薦可供增產(chǎn)作業(yè)改造的井和層段,酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù),靜 態(tài)地質(zhì)資料,動態(tài)試井分析資料,,巖心分析資料,地球物理測井資料,,評層選井綜合分析,,儲

19、層參數(shù)控制儲量,井低產(chǎn)、降產(chǎn)原因,,地質(zhì)分析資料鉆井錄井資料 試油資料鄰井情況分析,,地質(zhì)報告,,地質(zhì)依據(jù),資料分析：,酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù),酸化評層選井內(nèi)容及工作順序圖,地質(zhì)資料,測井資料,試油和試井資料,油氣藏資料,錄井資料,物性參數(shù),,中途測試,完井試油或試井,生產(chǎn)測井和試采,靜態(tài)儲層基本結(jié)構(gòu)及物性參數(shù),滲濾模式、動力和阻力分布與大小、流體性質(zhì),測井解釋儲層結(jié)構(gòu)及參數(shù),,,,,提出工作液傷害的地層因素,確定井層儲

20、、滲模式及滲濾特征,為工藝設(shè)計提供參數(shù)和井筒工程條件,提出確定工藝方法和規(guī)模的依據(jù)和建議,,增產(chǎn)效果預(yù)測,酸液性能評價試驗,酸液與儲層配伍性評價試驗,其他,酸液常規(guī)評定試驗,酸液特殊評定試驗,乳化破乳試驗,導(dǎo)流能力試驗,傷害評定試驗,酸化效果試驗,,,2. 酸化室內(nèi)評價技術(shù),,腐蝕性評定,反應(yīng)速度評定,,流變性試驗,摩阻試驗,,,靜態(tài),動態(tài),,靜態(tài),動態(tài),旋儀,濾失速度評定,指進(jìn)試驗,生物毒性試驗,,酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù),

21、軟件在酸化工藝中的作用,第三部分,1.酸化工藝設(shè)計軟件 功能：根據(jù)地層、油井、工作液等參數(shù)確定： ?最佳工藝方法 ?施工規(guī)模和注入排量、壓力等施工參數(shù) ?預(yù)測增產(chǎn)效果,2.單井?dāng)?shù)值模擬計算軟件 應(yīng)用油氣藏滲流模型模擬生產(chǎn)動態(tài)，用于確定 ?最佳產(chǎn)能的縫長 ?施工前后產(chǎn)量的變化 為酸化工藝設(shè)計提供依據(jù),軟件在酸化工藝中的作用,3.酸化施工曲線擬合軟件 功能：根據(jù)地層、油井、工作液等

22、參數(shù)確定： ?現(xiàn)場施工實時監(jiān)測，適時修改工藝參數(shù)，提高施工質(zhì)量 ?對施工井的施工曲線進(jìn)行擬合計算分析,4.酸化后的壓力恢復(fù)試井軟件 功能：對酸化前后的壓力恢復(fù)資料進(jìn)行計算和對比，確定增產(chǎn)效果偏差的內(nèi)在原因，為地質(zhì)分析的改進(jìn)提供可靠依據(jù),軟件在酸化工藝中的作用,第四部分,酸化技術(shù)發(fā)展,一、酸化工藝技術(shù)新進(jìn)展,1.新工藝2.新材料3 增產(chǎn)措施預(yù)先設(shè)計技術(shù)4.水平井、定向井、從式井酸化5.酸化專家系統(tǒng)的應(yīng)用6.酸

23、化實時監(jiān)測技術(shù),酸化技術(shù)發(fā)展,二、主要研究方向 1、理論研究? 新型酸液的酸巖反應(yīng)機(jī)理研究? 新的酸化數(shù)學(xué)模型研究? 物理模擬及數(shù)值模擬研究,酸化技術(shù)發(fā)展,2、應(yīng)用研究?酸化工藝的引進(jìn)、消化、發(fā)展=>形成應(yīng)用技術(shù)?新工藝、新材料研制=>改進(jìn)酸化工藝?酸液及添加劑評價及研制=>針對具體現(xiàn)場應(yīng)用?酸化工藝參數(shù)優(yōu)化=>形成軟件，推廣應(yīng)用?酸化評價技術(shù)=>提高酸化效果，完善酸化工藝?質(zhì)量