储层酸化技术监督和管理课件.ppt
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- 酸化 技术 监督 管理 课件
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1、第二部分:储层酸化技术监督与管理第一节 储层伤害机理第二节 酸化作用机理第三节 常用酸液类型及其优选第四节 现场施工常用酸液体系及试验仪器第五节 酸化(压)工艺技术第六节 酸化(压)施工设计与效果评价第七节 酸化现场施工与监督酸化技术的发展概述:酸化起始于19世纪90年代,1896年出现第一个酸化专利,主要工艺技术为酸洗和碳酸盐岩基质酸化,目的:解堵和除垢;20世纪60年代开始进行砂岩酸化和碳酸盐岩酸压试验其中:砂岩酸化初期进行大量的现场施工,并在70-80年代研究出一系列新的砂岩酸化系统,开发了氟硼酸、胶束酸、多组分酸等新型酸液体系;碳酸盐岩酸压从20世纪80-90年代进行了前置液酸压、多级
2、注入酸压、闭合酸化等大量酸压工艺新技术,开发了乳化酸、稠化酸、地下交联酸、地面交联酸、微乳酸等新型酸液体系。定位:酸化及酸压是油(气)井增产、注水井增注的主要措施之一。酸化都是在低于储层破裂压力下向储层注入酸液溶解地层中的可溶物质,清除孔隙中的堵塞物质。其主要目的是解除堵塞、恢复和提高油(气)井产能。酸压裂是在高于储层破裂压力或延伸压力的条件下,以较大的排量压开地层形成裂缝或扩展地层的天然裂缝,利用酸液溶蚀裂缝面,在裂缝闭合后形成较高的酸蚀裂缝导流能力,使储层的渗流能力得到改善和提高。其主要目的是改造储层,提高油(气)井产量。完整的酸化或酸压裂设计与现场施工需要考虑的主要因素1、储层特征及伤害
3、类型2、酸液体系和添加剂的选择酸液类型、浓度及用量;酸液体系中化学添加剂,用于提高酸化效果、减少伤害和保护储层。3、泵注程序设计注入排量、注入压力和注入流体顺序;4、转向技术对于非均质严重的储层,调整吸酸剖面的技术;5、实时监测评估酸化实施过程中的评估技术;6、残酸的返排技术7、现场施工技术与质量监督程序1固井射孔砾石充填增产措施修井作业化学处理储层注水钻完井生产作业第一节 储层伤害机理储层伤害是指流体流动通道受到污染或限制,导致油气(水)流动能力下降、产量降低。钻井一、储层伤害因素1、储层受天然因素伤害微粒运移、粘土膨胀、水垢、沉淀(有机物单独、无机物和有机物混合)、乳化等;2、储层受人为因
4、素伤害注入液体导致的微粒或聚合物堵塞伤害、润湿性改变、酸岩反应、铁离子沉淀、细菌、水锁、钻井液不配伍等;二、钻完井伤害1、泥浆侵入伤害泥浆侵入大的孔隙喉道和张开的微裂隙泥浆中的固体颗粒破碎后堵塞孔隙钻井时间过长、泥饼被破坏钻井液循环速度过大造成滤饼侵入钻井液密度过高造成过平衡钻井泥饼渗透率过高导致滤液侵入泥浆P1砂岩储层泥浆侵入孔隙Pi泥饼碳酸盐岩储层泥浆侵入微裂隙和孔洞冲洗带L1L2L1 L2 说明碳酸盐岩储层更容易受到泥浆的伤害端部2、射孔伤害射孔压实带和射孔滤液侵入对储层造成的伤害;顶部压实带射孔滤液侵入滤液微粒运移、结垢、套管漏失、弱胶结或软砂岩储层射孔段垮塌等;三、生产过程伤害如:酸
5、化过程伤害固相颗粒物质通过井筒进入地层造成伤害表面活性剂或铁离子稳定剂等影响油藏润湿性或引起乳化堵塞产生水锁沥青或含蜡物质堵塞不配伍酸液与沥青等物质反应生成的残渣堵塞酸量设计不合理导致的胶结物过度溶蚀、酸后地层垮塌设计酸液不合理产生的酸岩反应沉淀物成 分矿 物化学分子式成 分矿 物化学分子式石 英SiO2碳酸盐方解石CaCO3长 石正长石Si3AlO8K白云石CaMg(CO3)2钠长石Si3AlO8Na铁白云石Ca(Fe,Mg)(CO3)2斜长石Si2-3Al1-2O8(Na,Ca)菱铁矿FeCO3粘 土高岭石Al4(Si4O10)(OH)8云 母黑云母(AlSi3O10)K(Mg,Fe)3(
6、OH)2伊利石Si4-xAlxO10(OH)2KxAl2白云母(AlSi3O10)KAl2(OH)2蒙脱石1(/2Ca,Na)0.7(Al,Mg,Fe)4(Si,Al)3O20(OH)4nH2O绿泥石(AlSi3O10)Mg5(Al,Fe)(OH)8硫酸盐石 膏CaSO42H2O其 它盐NaCl硬石膏CaSO4氧化铁FeO,Fe2O3,Fe3O4第二节 酸化作用机理酸化目的:解堵、增产酸化分类:基质酸化、酸压裂一、砂岩酸化作用机理砂岩储层由颗粒物质和粒间胶结物组成,颗粒主要成分是石英、长石,胶结物主要成分是粘土,还含有黄铁矿等矿物。盐酸与碳酸盐矿物反应:CaCl2+CO2 +H2OCaCl2+
7、MgCl2+2CO2 +2H2OCaCO3+2HClCaMg(CO3)2+4HCl盐酸与铁质矿物反应:Fe2O3+6HClFeS+2HCl2FeCl3+3H2OFeCl2+H2S如果土酸中的盐酸量不够,不能完全溶解地层中的碳酸盐矿物,则氢氟酸将与碳酸盐矿物反应,生成CaF2沉淀,堵塞孔道。CaCO3+2HF CaF2 +H2O+CO2CaMg(CO3)2+4HFCaF2 +MgF2 +2H2O+2CO2氢氟酸与石英、长石和粘土矿物反应:SiO2+4HF SiF4+2H2OSiF4+2HF H2SiF6Si3AlO8Na+22HF NaF+AlF3+3H2SiF6+8H2OAl4(Si4O10)
8、(OH)8+36HF 4H2SiF6+4AlF3+18H2O二、碳酸盐岩酸化作用机理杂质100%12356748950%50%100%90%白云石50%90%100%方解石1、非碳酸盐岩2、不纯白云岩3、不纯灰质白云岩4、不纯白云质灰岩5、不纯石灰岩6、白云岩7、灰质白云岩8、白云质灰岩9、石灰岩含量高含量低盐酸与方解石、白云岩反应:CaCO3+2HClCaCl2+CO2 +H2OCaMg(CO3)2+4HClCaCl2+MgCl2+CO2 +2H2O甲酸(蚁酸)与方解石、白云岩反应:CaCO3+2HCOOHCa(COOH)2+CO2 +H2OCaMg(CO3)2+4COOHCa(COOH)2
9、+Mg(COOH)+2CO2 +2H2O乙酸(醋酸)与方解石、白云岩反应:CaCO3+2H(CH2COOH)Ca(CH2COOH)2+CO2 +H2OCaMg(CO3)2+4H(CH2COOH)Ca(CH2COOH)2+Mg(CH2COOH)2+2CO2 +2H2O三、酸化工艺方式、酸洗表皮解堵酸化,主要用于砂岩、碳酸盐岩油水井的表皮解堵及疏通射孔孔眼、基质酸化常规酸化,是在低于储层岩石破裂压力下将酸液挤入储层孔隙空间,使酸液沿径向渗入地层而溶解地层孔隙空间的颗粒以及其它堵塞物,扩大孔隙空间而恢复或提高地层渗透率。主要用于解除钻井、完井、大修等入井流体及 沉积物在近井地带的伤害,该方式中酸液与
10、岩石接触面积较大,酸岩反应时间很短,处理范围一般在1m左右,对严重堵塞井的处理效果较好。、酸化压裂高于储层岩石破裂压力压开裂缝后注入酸液,以沟通井筒附近高渗带或其它裂缝系统、清除井壁附近污染、增大油气向井眼流通面积、改善油气井流动方式和增大井眼附近渗流能力。主要用于碳酸盐岩油、气井储层改造。四、酸液有效作用距离酸液在渗流孔道或裂缝中流动,与岩石壁面发生化学反应,当酸液浓度降低到某一数值(通常为鲜酸浓度的10%)时称为残酸。鲜酸变为残酸之前所流过的距离称为酸液有效作用距离。酸岩反应速度的快慢,决定了酸液有效作用距离的大小,反应速度越快,有效作用距离越短。强酸反应速度快,作用距离短弱酸反应速度慢,
11、作用距离长第三节 常用酸液类型及其优选一、常用酸液1、盐酸2、氢氟酸3、土酸4、自生土酸5、有机酸6、磷酸7、氟硼酸8、多组分酸品质HCL含量铁含量硫酸含量砷含量指标,%310.010.070.000021、盐酸盐酸的工业标准用工业盐酸配制酸液的计算公式:式中 QS 工业盐酸用量,kg;V 酸液用量,m3;酸液相对密度;CS 酸液中盐酸浓度,%(质量分数);Ci 工业盐酸质量浓度,%(一般为31%)ssQ=V CC i品质氢氟酸含量铁含量硫酸含量砷含量指标,(质量分数)%400.010.0222、氢氟酸氢氟酸的工业标准3、土酸(含、自生土酸配方略)土酸为氢氟酸和盐酸的混合物,一般组成为:36%
12、HF(10%)+1015%HCL氢氟酸与砂岩反应溶解泥质和二氧化硅。盐酸与碳酸岩反应,先把大部分碳酸岩溶解掉,防止CaF2等生成沉淀物,从而充分利用土酸对粘土、石英和长石等的溶蚀作用。若地层中碳酸盐胶结物较多,可适当提高盐酸浓度5、有机酸(甲酸和乙酸)甲酸(HCOOH)和乙酸(CH3COOH)为弱离子型,慢反应的有机酸。主要用于高温油井(高于120)或希望延长反应时间的井。矿场应用的醋酸溶液常稀释到15%或更低。7、氟硼酸当氟硼酸注入地层后发生水解反应,生成氢氟酸,从而达到酸化目的。氟硼酸主要用于砂岩储层深部酸化。8、多组分酸利用盐酸溶蚀能力强的特点获得较高的酸蚀裂缝导流能力,又利用有机酸的低
13、腐蚀性,主要用于高温储层酸处理。6、磷酸磷酸电离度底,缓速效果明显,适用于钙质含量高的砂岩或石灰岩储层。二、常用酸液添加剂酸液作为一种通过井筒注入地层并能改善储集层渗透能力的工作液体,必须根据储集层条件和工艺要求加入各种化学添加剂,以完善和提高酸液体系性能,保证施工效果。1、缓蚀剂2、表面活性剂3、铁离子稳定剂4、助排剂5、粘土稳定剂6、降阻剂7、暂堵剂8、稠化剂井温,2允许腐蚀速度,g/(m h)12040121-15080150100酸液类型试验温度/缓蚀剂质量分数/%2缓蚀速率/g/(m.h)15%HCL120-1401.0-2.010-20项目指 标外观棕黑色或棕红色液体溶解分散性酸液
14、不透明均匀液体无分层 无沉淀1、缓蚀剂主要用于减小酸液对金属管件的腐蚀,降低对储层的污染。酸化允许腐蚀速度标准高温酸液缓蚀剂120挂片表面对比80挂片表面对比100挂片表面对比140挂片表面对比品名一般加量,%残余表面张力,mN/m备注AS2.035-ABS2.030-35-SD1-72.030-PEN-50.15-0.226.9美国哈利伯顿公司产品品名一般加量,%破乳率,%备注SD-12.090-2、表面活性剂降低表面和界面张力,防止生成乳状液,使储层水湿和加速残酸返排。用于降低表面张力的表面活性剂防破乳用表面活性剂3、铁离子稳定剂防止铁及其它金属盐形成络合离子而沉淀。4、助排剂借助气体膨胀
15、加速残酸返排,常用N2、醇类和表面活性剂。5、粘土稳定剂稳定细小粘土颗粒,防止微粒运移伤害。6、降阻剂降低工作液在井筒流动的沿程摩阻,降低施工压力。7、暂堵剂基质酸化是用以桥堵储层孔隙,酸压时用以桥塞射孔孔 眼或裂缝入口。8、稠化剂三、酸液类型优选基质酸化的主要作用是清除储层的污染和伤害,恢复和提高油井产能;酸压裂的主要是增加储层的渗流面积,沟通裂缝系统,提高油井产能。因此,必须了解和掌握储层的类型、成因等状况,为选择酸化或酸压裂以及酸液体系提供科学的依据。1、酸化(压)前的储层评估岩性分析(矿物成分,孔隙和喉道分布等)酸溶解率物性评价(K,S0)储层伤害特征评价五敏(酸、碱、盐、速、水)分析
16、和长短岩心流动伤害评价试井分析(s=?)油气井生产特征分析2、矿物成份影响敏感性:酸液与岩石接触可能产生的所有有伤害反应;岩石结构:矿物在岩石结构内的位置;酸溶解率:岩石之所以能在盐酸中溶解,通常认为存在碳酸盐岩。粘土含量:岩石对酸处理的响应;3、酸液选择方法酸液选择的原则很简单,即酸液必须有效消除伤害并且能增加渗透率。比如:清除沉淀物的伤害,主要考虑以下5种因素:(1)化学因素:沉淀物在后置液及油层天然流体中的溶解度。(2)结晶因素:沉淀物为非晶质还是晶质。(3)形态因素:可以移动晶粒(从溶液中检出沉淀在孔隙空间)的存在形式(4)浓度因素:是否高得足以引起孔隙系统堵塞。(5)油层因素:伤害与
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