砂岩酸化原理及酸化工艺技术课件.pptx
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- 砂岩 酸化 原理 工艺技术 课件
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1、1.油藏增产措施油藏增产措施-M.J.ECONOMIDES Reservoir Stimulation,3rd Edition2.采油技术手册采油技术手册(第九分册第九分册)3.Economides,M.J.,A.D.Hill,and C.E.Ehlig-Economides:Petroleum Production Systems.Prentice Hall,Englewood Cliffs,New Jersey(1994).Advances in hydraulic fracturingAcidizing Fundamentals6.完井酸化压裂完井酸化压裂7.ACIDIZING,-SPE
2、 REPRINT SERIES NO.328.SPE PAPERSReferences204d8ddn原理原理:由于酸在砂岩多孔介质中的反应速度太快由于酸在砂岩多孔介质中的反应速度太快,酸化酸化解堵半径小解堵半径小,采用在采用在地下生成盐酸和地下生成盐酸和HF技术技术,实现深,实现深部酸化目的。部酸化目的。包括:包括:氟硼酸酸化工艺技术氟硼酸酸化工艺技术(HBF4);相继注入工艺技术(相继注入工艺技术(SHF)地下自生土酸技术地下自生土酸技术(SGMA);缓冲调节土酸技术缓冲调节土酸技术(BRMA);“5H+酸酸”酸化技术。酸化技术。304d8ddn氟硼酸酸化工艺 砂岩地层砂岩地层HBF4处理
3、属于深部酸化工艺,用土酸处理砂岩地层处理属于深部酸化工艺,用土酸处理砂岩地层,要增加,要增加处理深度处理深度Le就要增大酸量,但由于就要增大酸量,但由于HF与地层粘土等胶结与地层粘土等胶结物反应快,过量的物反应快,过量的HF将破坏地层骨架的结构,使井筒附近岩石强将破坏地层骨架的结构,使井筒附近岩石强度受到损害度受到损害,因此土酸酸化不能获得较深的穿透。,因此土酸酸化不能获得较深的穿透。此外,土酸处理井往往初期增产而后期递减迅速,因此受到此外,土酸处理井往往初期增产而后期递减迅速,因此受到限制限制。404d8ddn氟硼酸酸化工艺Thomas和Crowe(1981)推荐 。氟化铵,氢氟酸的一种酸性
4、盐,首先与盐酸反应生成氢氟酸:NH4FHFHCl+NH4Cl氟硼酸是作为反应产物按下式生成的:H3BO3+3HFHBF3OH+2H2O(快反应)HBF3OH+HFHBF4+H2O(慢反应)504d8ddn氟硼酸缓速、稳定粘土颗粒氟硼酸缓速、稳定粘土颗粒 u 用HBF4处理可以克服酸化初期增产后期递减快的普遍性问题。国内外现场使用表明是一种较为有效的方法,当HBF4进入地层时能u ,使得处理后流量加大而引起的微粒移动受到限制.u 室内试验还表明:通过不相溶流体的接触,用用HBF4处理处理过的粘土敏感性下降,不易膨胀或分散过的粘土敏感性下降,不易膨胀或分散。604d8dd0.00.51.01.52
5、.02.5020406080100120累积孔隙体积,P VK/K0基液前置液处理液后置液反后置液反基液0.00.51.01.52.02.504080120160200240累积孔隙体积,P VK/K0基液前置液处理液后置液反后置液反基液704d8ddHBF4的水解反应的水解反应 HBF4在水溶液中发生水解反应,且是多级电离 HBF4+H2OHBF3H+HF (慢)氟硼酸 羟基氟硼酸 HBF3OH+H2OHBF2(OH)2+HF (快)HBF2(OH)2H2OHBF(OH)3+HF (快)HBF(OH)3+H2O H3BO3+HF (快)804d8dd 影响影响HBF4水解速度的因素水解速度的
6、因素 HBF4的水解速度可表示为 HBF4水解速度主要受浓度和温度浓度和温度的影响 浓度对HBF4水解速度的影响 25时,第一级水解反应的平衡常数为 显然,当HBF4浓度增大,为了使K为常数,HF及HBF3(OH)也要增大,即即HBF4浓度越大,水解的浓度越大,水解的HF也越多也越多,因而酸岩反应速度也加快。)(414BFHKdtBFd343103.2)(HBFHFOHHBFK904d8dd 温度升高,HBF4第一级水解反应的平衡常数也增大 HBF4一级水解反应平衡常数随温度变化关系随着温度的升高,水解速度常数遵循Arrhenius经验公式 K1=1.441017EXP(-26183/RT)压
7、力对HBF4反应速度几乎没有影响。温度()258090100平衡常数(K103)2.35.56.57.31004d8ddn适用对象适用对象氟硼酸酸化适合于氟硼酸酸化适合于解除泥浆污染且粘土矿物含量高,地层温度解除泥浆污染且粘土矿物含量高,地层温度低,地层微粒易发生运移的地层低,地层微粒易发生运移的地层,但其溶解能力有限,纯粹的,但其溶解能力有限,纯粹的粘土酸酸化,要求关井候酸反应时间较长,这可能使静态条件粘土酸酸化,要求关井候酸反应时间较长,这可能使静态条件下的反应产物产生二次伤害;下的反应产物产生二次伤害;氟硼酸结合土酸形成多组分酸氟硼酸结合土酸形成多组分酸,或氟硼酸与土酸相继注入工艺,或氟
8、硼酸与土酸相继注入工艺既可在一程度上发挥粘土酸的优点,又可在一定程度上避免粘既可在一程度上发挥粘土酸的优点,又可在一定程度上避免粘土酸的缺点,进一步改善近井带的流体渗流条件。土酸的缺点,进一步改善近井带的流体渗流条件。1104d8ddn典型施工工序典型施工工序(1)清洗油管清洗油管 812HCl(2)注盐酸注盐酸 812HCl(3)注注HBF4 812HBF4(4)注土酸注土酸 12HCl3HF(5)注后置液,可注几种液体:柴油,注后置液,可注几种液体:柴油,4NH4Cl液,活性水,粘土稳液,活性水,粘土稳定剂。定剂。美国美国DS公司,公司,EXXON公司也提出过公司也提出过HBF4施工工序,
9、其不同之处是施工工序,其不同之处是第第(4)步改为第步改为第(3)步施工,而第步施工,而第(3)步改为第步改为第(4)步施工。步施工。1204d8ddn国外典型设计方案国外典型设计方案(1)先用过滤淡水配制先用过滤淡水配制3%的的NH4Cl溶液,确定注入速度;溶液,确定注入速度;(2)注注15%HCl,用量为,用量为0.621.24m3/m;(3)挤挤7.5%HCl+3%HF,用以清除井壁周围的粘土矿物。其用量为,用以清除井壁周围的粘土矿物。其用量为1.241.86m3/m。(4)用用3%NH4Cl溶液作隔离液,以免氟硼酸与土酸混合。溶液作隔离液,以免氟硼酸与土酸混合。(5)挤氟硼酸,其用量为
10、挤氟硼酸,其用量为1.241.86m3/m (6)用用3%NH4Cl溶液或柴油顶替,将氟硼酸替入地层。溶液或柴油顶替,将氟硼酸替入地层。1304d8ddn多元酸由磷酸磷酸+添加剂添加剂组成,其起主要作用的是磷酸,n考虑到对粘土矿物的溶解,可在磷酸体系中加入了氢氟酸,以增强酸液的溶解能力。n文献报道为PPAS体系。这种酸可解除硫化物、解除硫化物、腐蚀产物及碳酸盐类堵塞物腐蚀产物及碳酸盐类堵塞物1404d8ddn磷酸磷酸(H3PO4)可以解除硫化物,腐蚀产物及碳酸盐类堵可以解除硫化物,腐蚀产物及碳酸盐类堵塞物,其主要反应是:塞物,其主要反应是:MCO3+2H3PO4=M(H2P04)2+CO2+H
11、2O MS+2H3PO4=M(H2PO4)2+H2S FeO+2H3PO4=Fe(H2PO4)2+H2O Fe2O3+6H3PO4=3Fe(H2PO4)2+3H2O1504d8ddn由于H3PO4是中强酸,又是三元酸,在水中发生分级电离,电离平衡式可表示如下:H3PO4H+H2PO-4(慢)H2PO-4H+HPO2-4 H2PO42-H+PO33-25条件下它的三级电离常数为:343421105.7POHPOHHK8422422103.6POHPOHHK13243423106.3HPOPOHHK1604d8dd磷酸酸化缓速原理磷酸酸化缓速原理n酸性强弱由第一级电离所决定,酸性强弱由第一级电离所
12、决定,H3PO4的的K1=7.510-3,磷酸酸化可延缓反应,达到深穿透目的。磷酸酸化可延缓反应,达到深穿透目的。n反应产物反应产物CO2残留在酸液中,也可抑制正反应的进行,残留在酸液中,也可抑制正反应的进行,起一定缓速作用。起一定缓速作用。n 磷酸和地层的碳酸盐岩反应后可磷酸和地层的碳酸盐岩反应后可生成磷酸二氢盐生成磷酸二氢盐,磷酸,磷酸与磷酸二氢盐可形成缓冲溶液,保持与磷酸二氢盐可形成缓冲溶液,保持PH值在一定范围值在一定范围1704d8ddn Creig J.C1ark等人指出:在地层条件下磷酸便等人指出:在地层条件下磷酸便成为一种成为一种“自生缓速自生缓速”的酸。的酸。n与地层接触时间
13、较长,与地层接触时间较长,其其PH值很少增加到值很少增加到3以以上,室内常压下的试验表明,在碳酸盐岩过量的上,室内常压下的试验表明,在碳酸盐岩过量的情况下,情况下,24小时小时PH值仍在值仍在3以下,以下,PH值低可防止值低可防止许多不利产物的沉淀许多不利产物的沉淀。n磷酸缓速酸磷酸缓速酸适合于泥质含量低,碳酸盐含量高的适合于泥质含量低,碳酸盐含量高的地层。地层。1804d8dd-技术关键技术关键 酸液体系及针对具体储层的酸液配方选择。酸液体系及针对具体储层的酸液配方选择。地下生成酸的效率(条件)地下生成酸的效率(条件)据解堵要求的深部酸化工艺参数优化设计。据解堵要求的深部酸化工艺参数优化设计
14、。1904d8ddnSHF工艺是利用粘土的天然离子交换能力,在粘土颗工艺是利用粘土的天然离子交换能力,在粘土颗粒表面生成粒表面生成氢氟酸氢氟酸,溶解岩石。,溶解岩石。nSHF工艺由相继泵入工艺由相继泵入两个步骤组成:两个步骤组成:首先把不含氟离子首先把不含氟离子(F)的的HCl溶液泵入地层。溶液泵入地层。HCl与地层中的粘土接触,使粘土转变为与地层中的粘土接触,使粘土转变为颗粒颗粒接着把中性或接着把中性或弱碱性氟化物弱碱性氟化物溶液泵入地层,使溶液泵入地层,使F与与酸性粘土颗粒并与原来吸附的酸性粘土颗粒并与原来吸附的H+结合,在粘土表面结合,在粘土表面生成生成HF,从而溶解一部分粘土从而溶解一
15、部分粘土2004d8dd由于由于HCl和含和含F溶液是相继溶液是相继而不是同时泵入地层的,在而不是同时泵入地层的,在两种溶液都与粘土接触之前两种溶液都与粘土接触之前绝对不会产生绝对不会产生HF。因此因此SHF能够和一组互能够和一组互不相混的分段注入液达到同不相混的分段注入液达到同样深度。而且这种相继注入样深度。而且这种相继注入法还可根据需要重复多次,法还可根据需要重复多次,。SHF工艺的酸化深度主要取工艺的酸化深度主要取决于酸液和决于酸液和F溶液的用量溶液的用量和强度。和强度。N a+H+C l Na+3 H+C l H+3 N a+N a+C l H+C l含 钠 天 然 酸 性 粘 土粘
16、土 颗 粒 颗 粒H+H FC l H+5 F F H F +2 C lH+C l H F F酸 性 粘 土 中 间 过 程 颗 粒H FF H F F +1/2 H2S iF6H F F F含 钠 天 然 部 分 溶 解 的粘 土 颗 粒 粘 土 颗 粒2104d8ddnSHF处理工艺Halliburton公司典型的SHF处理设计如下:(1)用5%HCl予处理,用量100 USgals/ft。(2)泵入3%HF12%HCl。用量 50 US gals/ft(3)泵入 2.8%NH4F,(用NH4OH将pH值调整到78),用量25 US gals/ft(4)泵入5%HCl,用量25 USgal
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