酸化过程中的储层伤害及储层保护课件.ppt

1、主讲：陈冀嵋主讲：陈冀嵋西南石油学院酸化室2019.9Chjmvip.sina概述 砂岩储层酸化主要使用土酸，即砂岩储层酸化主要使用土酸，即HFHF和和HClHCl的混合液，的混合液，其它使用的多数酸液，如氟硼酸、浓缩土酸、胶束土其它使用的多数酸液，如氟硼酸、浓缩土酸、胶束土酸、互溶土酸、地下生成酸等，其主体部分都是酸、互溶土酸、地下生成酸等，其主体部分都是HFHF、HClHCl，都是利用，都是利用HClHCl溶解砂岩储层中的钙质成分，利用溶解砂岩储层中的钙质成分，利用HFHF溶解砂岩中其它胶结物或基质。溶解砂岩中其它胶结物或基质。酸化施工过程中，由于设计及处理不当，可能造成酸化施工过程中，由

2、于设计及处理不当，可能造成严重的储层伤害，最常见的储层伤害主要在于酸化后严重的储层伤害，最常见的储层伤害主要在于酸化后二次产物的沉淀，酸液与储层岩石、流体的不配伍以二次产物的沉淀，酸液与储层岩石、流体的不配伍以及储层润湿性的改变，毛管力的产生，酸化后疏松颗及储层润湿性的改变，毛管力的产生，酸化后疏松颗粒及微粒的脱落运移堵塞，产生乳化等。粒及微粒的脱落运移堵塞，产生乳化等。储层原油与酸液的配伍性储层原油与酸液的配伍性 酸与储层原油和沥青原油接触时，会产生酸渣，酸渣由沥酸与储层原油和沥青原油接触时，会产生酸渣，酸渣由沥青、树脂、石腊和其它高分子碳氢化合物组成，是一种胶态青、树脂、石腊和其它高分子碳

3、氢化合物组成，是一种胶态的不溶性产物，一旦产生会对储层带来永久性伤害，一般很的不溶性产物，一旦产生会对储层带来永久性伤害，一般很难加以消除。难加以消除。原油中的沥青物质是以胶态分散相形式存在，它是以高分原油中的沥青物质是以胶态分散相形式存在，它是以高分子量的聚芳烃分子为核心，被较低分子量的中性树脂和石蜡子量的聚芳烃分子为核心，被较低分子量的中性树脂和石蜡包围，周围靠吸附着较轻的和芳香族特性较少的组分所组成，包围，周围靠吸附着较轻的和芳香族特性较少的组分所组成，在无化学变化时，这种胶态分散相当稳定，但当与酸接触时，在无化学变化时，这种胶态分散相当稳定，但当与酸接触时，酸与原油从油酸界面上开始反应

4、，并形成不溶性薄层，该薄酸与原油从油酸界面上开始反应，并形成不溶性薄层，该薄层的凝聚导致酸渣颗粒的形成，研究表明，酸液中若不加入层的凝聚导致酸渣颗粒的形成，研究表明，酸液中若不加入适当的抗酸渣剂，一般都有产生酸渣的危险，且用酸浓度越适当的抗酸渣剂，一般都有产生酸渣的危险，且用酸浓度越高，酸渣生成越多。高，酸渣生成越多。储层中水与酸液的配伍性储层中水与酸液的配伍性 储层中水与酸接触带来的危害，主要反应沉淀问题。不考储层中水与酸接触带来的危害，主要反应沉淀问题。不考虑注入酸液与岩石反应时，酸与储层中水接触产生的危害不虑注入酸液与岩石反应时，酸与储层中水接触产生的危害不大，室内试验表明，用不同配方的

5、酸液与大，室内试验表明，用不同配方的酸液与NaHCONaHCO3 3型储层水反应，型储层水反应，8080条件下反应小时，未产生不溶物，但冷却后可见到少条件下反应小时，未产生不溶物，但冷却后可见到少量沉淀物，但要注意，量沉淀物，但要注意，当储层中水富含当储层中水富含NaNa+、K K+、MgMg2+2+、CaCa2+2+、FeFe2+2+、FeFe3+3+、AlAl3+3+等时（这些离子有些是原储层水中本身就存等时（这些离子有些是原储层水中本身就存在的，有些是由于酸化过程中不断产生的），酸液特别是在的，有些是由于酸化过程中不断产生的），酸液特别是HFHF将与这些离子作用而产生有害沉淀物。因此，酸

6、化时要设法将与这些离子作用而产生有害沉淀物。因此，酸化时要设法避免避免HFHF与储层水接触。对于注水井，酸液一般不与储层水接与储层水接触。对于注水井，酸液一般不与储层水接触，但注入水中若含上述离子，也可能发生沉淀。触，但注入水中若含上述离子，也可能发生沉淀。二、酸液与储层岩石的配伍性二、酸液与储层岩石的配伍性 储层岩石矿物成分复杂，酸液注入后对不同矿物储层岩石矿物成分复杂，酸液注入后对不同矿物产生的溶解机理及其作用不同，会带来不同类型不产生的溶解机理及其作用不同，会带来不同类型不同程度的储层伤害。粘土矿物普遍存在于油气储层同程度的储层伤害。粘土矿物普遍存在于油气储层中，最常见的是蒙脱石，伊利石

7、，混层粘土（以伊中，最常见的是蒙脱石，伊利石，混层粘土（以伊利石蒙脱石为主）、高岭石以及绿泥石，不同的利石蒙脱石为主）、高岭石以及绿泥石，不同的粘土矿物其组成、结构以及理化性质不同，酸液对粘土矿物其组成、结构以及理化性质不同，酸液对其反应亦各异，产生的伤害机理也不同。其反应亦各异，产生的伤害机理也不同。酸液注入到含蒙脱石或伊利石酸液注入到含蒙脱石或伊利石/蒙脱石含量较高的蒙脱石含量较高的储层，酸液中水被蒙脱石所吸收，引起这类粘土矿物储层，酸液中水被蒙脱石所吸收，引起这类粘土矿物的膨胀，特别是高含的膨胀，特别是高含NaNa蒙脱石类粘土，膨胀体积可达蒙脱石类粘土，膨胀体积可达6-106-10倍，因

8、而使孔道变窄甚至堵死孔道，使储层丧失倍，因而使孔道变窄甚至堵死孔道，使储层丧失渗透性，即使酸液溶解掉部分粘土矿物，也很难抵消渗透性，即使酸液溶解掉部分粘土矿物，也很难抵消其造成的伤害。其造成的伤害。酸液的冲刷及溶解作用造成微粒运移酸液的冲刷及溶解作用造成微粒运移 高岭石类粘土在储层中很难结晶，它们松散地附着高岭石类粘土在储层中很难结晶，它们松散地附着在砂粒表面，随着酸液冲刷，剥落下来的微粒将发生在砂粒表面，随着酸液冲刷，剥落下来的微粒将发生迁移，造成孔隙喉道的堵塞，进而降低渗透率，伊利迁移，造成孔隙喉道的堵塞，进而降低渗透率，伊利石类粘土在砂岩中可以形成大体积的微孔（蜂窝状）石类粘土在砂岩中可

9、以形成大体积的微孔（蜂窝状）这些微孔可以束缚酸中水，有时在孔隙中还可发育成这些微孔可以束缚酸中水，有时在孔隙中还可发育成类似毛状的晶体，增加了孔隙的弯曲性，降低渗透率，类似毛状的晶体，增加了孔隙的弯曲性，降低渗透率，酸化过程中或酸化后随酸液或流体流动而破碎迁移，酸化过程中或酸化后随酸液或流体流动而破碎迁移，引起孔道堵塞。引起孔道堵塞。不论是那类粘土矿物，酸化过程中酸溶解胶结物不不论是那类粘土矿物，酸化过程中酸溶解胶结物不同程度的使储层颗粒或微粒松散，脱落而运移堵塞，同程度的使储层颗粒或微粒松散，脱落而运移堵塞，这些微粒随酸液的流动搅拌与残余原油一起形成稳定这些微粒随酸液的流动搅拌与残余原油一起

10、形成稳定的乳化液，产生液堵。的乳化液，产生液堵。绿泥石类粘土是水合铝硅酸盐，常常含有大绿泥石类粘土是水合铝硅酸盐，常常含有大量的量的FeFe，对酸和含氧的水非常敏感，它很容易溶，对酸和含氧的水非常敏感，它很容易溶于稀酸，用酸处理时可以被溶解掉，但当酸耗尽于稀酸，用酸处理时可以被溶解掉，但当酸耗尽时，时，FeFe3+3+可以再次以氢氧化铁凝胶沉淀出来，堵可以再次以氢氧化铁凝胶沉淀出来，堵塞储层，这种情况特别是酸液未加螯合剂时，更塞储层，这种情况特别是酸液未加螯合剂时，更为严重。为严重。酸化过程中产生的过剩的酸化过程中产生的过剩的CaCa2+2+等离子，在酸化后等离子，在酸化后若不能及时排出，将与

11、油层中的若不能及时排出，将与油层中的COCO2 2作用生成碳酸钙作用生成碳酸钙再次沉淀结垢，这些垢与砂子及重油等伴随一起堵再次沉淀结垢，这些垢与砂子及重油等伴随一起堵塞储层。塞储层。酸液注入储层后，井壁附近含水大大增加，水油酸液注入储层后，井壁附近含水大大增加，水油流度比大于流度比大于1 1时会出现水锁，因此应加强酸化后排液时会出现水锁，因此应加强酸化后排液工作。酸液中的表面活性剂可能改变岩石润湿性引工作。酸液中的表面活性剂可能改变岩石润湿性引起储层伤害，若酸化时再形成乳化，泡沫等，两相起储层伤害，若酸化时再形成乳化，泡沫等，两相流动阻力增大，特别是气泡流经喉道时，产生贾敏流动阻力增大，特别是

12、气泡流经喉道时，产生贾敏效应封堵喉道。效应封堵喉道。酸化过程中，酸溶解矿物而扩大孔隙或裂隙空间。但酸化过程中，酸溶解矿物而扩大孔隙或裂隙空间。但若溶解后的产物再次沉淀出来，则会重新堵塞孔道。酸若溶解后的产物再次沉淀出来，则会重新堵塞孔道。酸化后再次沉淀物一般如下：化后再次沉淀物一般如下：酸化时除上述绿泥石被溶解释放出铁离子之外，储层酸化时除上述绿泥石被溶解释放出铁离子之外，储层中其它矿物的溶解也可能释放铁离子，此外，酸液本身中其它矿物的溶解也可能释放铁离子，此外，酸液本身在生产、贮运过程中都污染有铁离子在生产、贮运过程中都污染有铁离子(一般的量为一般的量为180PPM180PPM左右左右)，其

13、中轧屑、鳞屑等外来溶于酸液中的铁大多为三，其中轧屑、鳞屑等外来溶于酸液中的铁大多为三价，而储层矿物溶于酸中的铁多为二价价，而储层矿物溶于酸中的铁多为二价(黄铁矿、磁铁矿、黄铁矿、磁铁矿、菱铁矿菱铁矿)。这些铁离子可以水化沉淀或与储层内部物质反。这些铁离子可以水化沉淀或与储层内部物质反应生成沉淀。应生成沉淀。铁在酸中的溶解度与酸液的铁在酸中的溶解度与酸液的PHPH值有密切关系，值有密切关系，三价铁离子三价铁离子FeFe3+3+在酸液在酸液PHPH为为2.22.2时就开始以时就开始以Fe(OH)Fe(OH)3 3的的形式产生沉淀，形式产生沉淀，PHPH值为值为3.23.2时时FeFe3+3+完全沉

14、淀；二价铁完全沉淀；二价铁离子离子FeFe2+2+只有在只有在PHPH值达到值达到7 7以上才开始沉淀。由于残以上才开始沉淀。由于残酸通常能达到的最大酸通常能达到的最大PHPH值为值为5.55.5左右，因此，在残酸左右，因此，在残酸排出储层之前，引起堵塞的主要是三价铁离子的沉淀。排出储层之前，引起堵塞的主要是三价铁离子的沉淀。酸化含硫化氢反应酸化含硫化氢的油气储集层时，酸化含硫化氢反应酸化含硫化氢的油气储集层时，酸化产生的酸化产生的FeFe3+3+与与H H2 2S S相遇要发生氧化还原反应相遇要发生氧化还原反应(H(H2 2S S为为还原剂还原剂)。2Fe2Fe3+3+H+H2 2SS+2F

15、eSS+2Fe2+2+2H+2H+FeFe3+3+3H+3H2 2OFe(OH)OFe(OH)3 3+3H+3H+其结果生成硫和氢氧化铁沉淀，另一方面二价铁离其结果生成硫和氢氧化铁沉淀，另一方面二价铁离子与子与H H2 2S S反应也会生成沉淀。反应也会生成沉淀。2Fe2Fe2+2+H+H2 2SFeS+2HSFeS+2H+FeSFeS在酸液在酸液PHPH值升到值升到1.91.9时便开始沉淀，时便开始沉淀，PHPH值升至值升至3.553.55时，则完全沉淀，因此对于含有时，则完全沉淀，因此对于含有H H2 2S S的井，无论的井，无论是三价还是二价铁离子都能形成沉淀，故需添加性能是三价还是二价

16、铁离子都能形成沉淀，故需添加性能较好的铁离子稳定剂。较好的铁离子稳定剂。酸化作业时，沥清质原油对酸化作业时，沥清质原油对FeFe2+2+、FeFe3+3+非常敏感。非常敏感。形成的铁化物形成的铁化物(即酸渣即酸渣)胶体沉淀，既可堵塞储层，胶体沉淀，既可堵塞储层，又是一种乳化稳定剂，促使沥清胶质堵塞储层。又是一种乳化稳定剂，促使沥清胶质堵塞储层。砂岩储层酸化使用的酸液，不论属于何种体系，砂岩储层酸化使用的酸液，不论属于何种体系，其主要成分为其主要成分为HFHF，HFHF与储层矿物反应后可产生多种与储层矿物反应后可产生多种沉淀。沉淀。HFHF与与CaCOCaCO3 3反应生成细白粉末状氟化钙沉淀反

17、应生成细白粉末状氟化钙沉淀 CaCOCaCO3 3+2HFCaF+2HFCaF2 2+H+H2 2O+COO+CO2 2 CaFCaF2 2很容易沉淀。很容易沉淀。CaFCaF2 2沉淀是由于酸液在储层沉淀是由于酸液在储层中停留时间太长，并且随着酸的消耗，中停留时间太长，并且随着酸的消耗，PHPH上升所上升所致；加入致；加入HCLHCL可增加可增加CaFCaF2 2的溶解度，减轻伤害。一的溶解度，减轻伤害。一般地保持低般地保持低PHPH值和减少关井时间可防止值和减少关井时间可防止CaFCaF2 2在大在大量沉淀。量沉淀。氢氟酸与砂子及粘土等反应产生氟硅酸和氟铝酸氢氟酸与砂子及粘土等反应产生氟硅

18、酸和氟铝酸 SiSi2 2+6HFH+6HFH2 2SiFSiF6 6+2H+2H2 2O O AlAl2 2SiSi4 4O O1010(OH)(OH)2 2+36HF4H+36HF4H2 2SiFSiF6 6+12H+12H2 2O+2HO+2H3 3AlFAlF6 6 NaAlSiNaAlSi3 3O O8 8+22HF3H+22HF3H2 2SiFSiF6 6+AlF+AlF3 3+NaF+8H+NaF+8H2 2O O 氢氟酸与砂子及粘土反应生成的两种酸，又将与储氢氟酸与砂子及粘土反应生成的两种酸，又将与储层岩中或储层水中的钾、钠等离子反应产生不溶性沉层岩中或储层水中的钾、钠等离子反

19、应产生不溶性沉淀物。淀物。H H2 2SiFSiF6 6+2Na+2Na+NaNa2 2SiFSiF6 6+2H+2H H H2 2SiFSiF6 6+2K+2K+KK2 2SiFSiF6 6+2H+2H+H H3 3AlFAlF6 6+3Na+3Na+NaNa3 3AlFAlF6 6+3H+3H+H H3 3AlFAlF6 6+3K+3K+KK3 3AlFAlF6 6+3H+3H+这些氟硅酸盐、氟铝酸盐是胶状物质，沉淀后牢牢这些氟硅酸盐、氟铝酸盐是胶状物质，沉淀后牢牢地粘附在岩石表面上，产生伤害十分严重地粘附在岩石表面上，产生伤害十分严重 研究表明，水化硅的生成是由于研究表明，水化硅的生成是

20、由于HFHF与砂岩反应后的残酸与砂岩反应后的残酸再与粘土矿物发生二次反应的结果。酸化时，随着再与粘土矿物发生二次反应的结果。酸化时，随着HFHF的不的不断消耗，当游离断消耗，当游离F F-浓度减至浓度减至1010-5-5mol/lmol/l时，最初溶解于酸中时，最初溶解于酸中的硅又将以水化硅胶态沉淀下来，其反应方程如下：的硅又将以水化硅胶态沉淀下来，其反应方程如下：AlAl2 2SiSi2 2O O5 5(OH)(OH)4 4+18HF2H+18HF2H2 2SiFSiF6 6+2AlF+2AlF3 3+9H+9H2 2O O H H2 2SiFSiF6 6+4H+4H2 2OSi(OH)OS

21、i(OH)4 4+6HF+6HF 减轻水化硅沉淀，可采用如下方法：酸化后迅速排液。减轻水化硅沉淀，可采用如下方法：酸化后迅速排液。研究表明，残酸在岩心中停留时间越长，水化硅沉淀量越研究表明，残酸在岩心中停留时间越长，水化硅沉淀量越多；使用低浓度的多；使用低浓度的HFHF酸化，酸化，HFHF浓度越低，溶解的硅越少，浓度越低，溶解的硅越少，沉淀出的硅自然也少，注水井可采用过量冲洗，将近井带沉淀出的硅自然也少，注水井可采用过量冲洗，将近井带的残酸驱至远离井壁。的残酸驱至远离井壁。酸化评层选井技术的工作目标酸化评层选井技术的工作目标客观地描述储层的渗流条件客观地描述储层的渗流条件通过不稳定试井技术，通

22、过不稳定试井技术，描述储层的渗滤特描述储层的渗滤特征及表皮堵塞特征征及表皮堵塞特征推荐可供增产作业改造的井和层段推荐可供增产作业改造的井和层段静静 态态地质资料地质资料动态试井动态试井分析资料分析资料岩心分析岩心分析资料资料地球物理地球物理测井资料测井资料评层选井评层选井综合分析综合分析储层参数储层参数控制储量控制储量井低产、井低产、降产原因降产原因地质分析资料地质分析资料钻井录井资料钻井录井资料 试油资料试油资料邻井情况分析邻井情况分析地质报告地质报告地质依据地质依据酸化评层选井内容及工作顺序图酸化评层选井内容及工作顺序图地质资料地质资料测井资料测井资料试油和试井资料试油和试井资料油气藏资料

23、油气藏资料录井资料录井资料物性参数物性参数中途测试中途测试完井试油完井试油或试井或试井生产测井生产测井和试采和试采静态储层基本结静态储层基本结构及物性参数构及物性参数渗滤模式、动力和阻力渗滤模式、动力和阻力分布与大小、流体性质分布与大小、流体性质测井解释储层测井解释储层结构及参数结构及参数提出工作液伤害提出工作液伤害的地层因素的地层因素确定井层储、渗确定井层储、渗模式及渗滤特征模式及渗滤特征为工艺设计提供参为工艺设计提供参数和井筒工程条件数和井筒工程条件提出确定工艺方法和规模的依据和建议提出确定工艺方法和规模的依据和建议增产效果预测增产效果预测酸液性能评价试验酸液性能评价试验酸液与储层配伍性评

24、价试验酸液与储层配伍性评价试验其他其他酸液常规酸液常规评定试验评定试验酸液特殊酸液特殊评定试验评定试验乳化乳化破乳破乳试验试验导流导流能力能力试验试验伤害伤害评定评定试验试验酸化酸化效果效果试验试验腐蚀腐蚀性评性评定定反应反应速度速度评定评定流流变变性性试试验验摩摩阻阻试试验验静静态态动动态态静静态态动动态态旋旋仪仪滤滤失失速速度度评评定定指指进进试试验验生生物物毒毒性性试试验验第三部分1.1.酸化工艺设计软件酸化工艺设计软件 功能：根据地层、油井、工作液等参数确定：功能：根据地层、油井、工作液等参数确定：最佳工艺方法最佳工艺方法 施工规模和注入排量、压力等施工参数施工规模和注入排量、压力等施

25、工参数 预测增产效果预测增产效果2.2.单井数值模拟计算软件单井数值模拟计算软件 应用油气藏渗流模型模拟生产动态，用于确定应用油气藏渗流模型模拟生产动态，用于确定 最佳产能的缝长最佳产能的缝长 施工前后产量的变化施工前后产量的变化 为酸化工艺设计提供依据为酸化工艺设计提供依据 功能：根据地层、油井、工作液等参数确定：功能：根据地层、油井、工作液等参数确定：现场施工实时监测，适时修改工艺参数，现场施工实时监测，适时修改工艺参数，提高施工质量提高施工质量 对施工井的施工曲线进行拟合计算分析对施工井的施工曲线进行拟合计算分析 功能：对酸化前后的压力恢复资料进行计算和功能：对酸化前后的压力恢复资料进行

26、计算和对比，确定增产效果偏差的内在原因，为地质分对比，确定增产效果偏差的内在原因，为地质分析的改进提供可靠依据析的改进提供可靠依据第四部分1.新工艺2.新材料3 增产措施预先设计技术4.水平井、定向井、从式井酸化5.酸化专家系统的应用6.酸化实时监测技术二、主要研究方向二、主要研究方向 1 1、理论研究、理论研究 新型酸液的新型酸液的酸岩反应机理研究酸岩反应机理研究 新的酸化数学模型研究新的酸化数学模型研究 物理模拟及数值模拟研究物理模拟及数值模拟研究2 2、应用研究、应用研究酸化工艺的引进、消化、发展酸化工艺的引进、消化、发展=形成应用技术形成应用技术新工艺、新材料研制新工艺、新材料研制=改进酸化工艺改进酸化工艺酸液及添加剂评价及研制酸液及添加剂评价及研制=针对具体现场应用针对具体现场应用酸化工艺参数优化酸化工艺参数优化=形成软件，推广应用形成软件，推广应用酸化评价技术酸化评价技术=提高酸化效果，完善酸化工艺提高酸化效果，完善酸化工艺质量监测技术质量监测技术=现场跟踪及时调整实施工艺现场跟踪及时调整实施工艺谢谢docin/sanshengshiyuandoc88/sanshenglu 更多精品资源请访问更多精品资源请访问