酸化工藝技術(shù)

1、酸化工藝技術(shù)酸化是實現(xiàn)油田增產(chǎn)、增注的重要措施之一。為了保護油層，提高酸化作業(yè) 成功率、最大限度地發(fā)揮酸化作用，必須依據(jù)油層特點以及酸液和添加劑的作用、 性能，綜合篩選酸液配方，使之與油層配伍。精心組織施工，以達到解除油層傷 害，恢復(fù)油井產(chǎn)能的目的。否則，將進一步加劇油層傷害。因此，弄清酸化過程 中的油層傷害機理是十分重要的。1酸化作業(yè)中油層傷害因素分析由于油層巖石成分、結(jié)構(gòu)及油層流體不同，酸化作業(yè)中產(chǎn)生的傷害也不相同。 引起酸化傷害的主要原因是酸液與油層礦物不配伍產(chǎn)生二次沉淀；或酸液與油層流體不配伍產(chǎn)生酸渣；或使用添加劑不當(dāng)；或酸化設(shè)計施工不當(dāng)。(1) 酸液與油層礦物不配伍酸化是油田作業(yè)中.

2、比較典型的化學(xué)反應(yīng)過程，在中、高滲透性油田，其作 業(yè)目的主要是洗井、解堵(消除泥漿污染或注水井中的污物、除垢等)，對低滲透油層則主要是基質(zhì)酸化，在酸化解堵作業(yè)中，可能發(fā)生井筒中污物的溶解，在 基質(zhì)酸化作業(yè)中，將發(fā)生油層礦物的溶解，但與此同時，由于有害副反應(yīng)的存在， 酸化作業(yè)往往伴隨沉淀堵塞造成地層傷害。地層中鐵離子最容易形成沉淀，堵塞孔隙。地層含鐵礦物有碳酸鹽巖(鐵方解石、鐵白云石等)、黑云母、黃鐵礦、硫化鐵、粘土礦物(綠泥石、蒙脫石、咼 嶺石等)等。它們以Fe2+和Fe3+的狀態(tài)存在，對酸化作用影響很大。土酸與方解石、白云石等碳酸鹽礦物容易生成 Ca玩，但如果油層有足量的 Al3+可使CaF

3、2溶解。土酸與地層礦物反應(yīng)將產(chǎn)生氟硅酸和氟鋁酸，它們與酸 -巖 體系中的鉀、鈉等離于反應(yīng)產(chǎn)生難溶的氟硅酸鹽和氟鋁酸鹽沉淀，它們吸附在巖石表面，造成嚴重傷害。同時，土酸與砂巖礦物反應(yīng)產(chǎn)生水化硅(Si(0H)4)沉淀。(2) 酸液與油層流體不配伍產(chǎn)生酸渣當(dāng)酸液與油層流體接觸時，主要存在兩種傷害機理，即微乳液的形成以及瀝 青烯淤泥的沉積。根據(jù)原油重質(zhì)組分的特性，可將其劃分為石蠟質(zhì)原油或瀝青質(zhì) 原油。瀝青質(zhì)原油中存在大量瀝青烯，它們以膠態(tài)分散體系的形式存在， 屬非晶 體。瀝青烯膠束以膠溶的高分子量的聚芳烴分子為核心，并被分子量較低的中性樹脂和芳香烴類化合物所環(huán)繞，每個膠束均由多個環(huán)圈層組成，5個圈層堆

4、積起來就形成瀝青烯顆粒。人們稱酸處理作業(yè)中由原油與酸接觸而產(chǎn)生的瀝青烯淤泥 為酸渣，這種酸渣與自然生成的瀝青烯沉積不同，它是一種膠狀的不溶性產(chǎn)物。酸渣一旦產(chǎn)生，會對油層帶來永久性傷害，一般很難加以消除。酸渣的形成主要 是使用高濃度酸液、油層中有三價鐵離子等。當(dāng)油層水中含有 K+，Na+，Ca2+和 Mg 2+等離子時，酸液特別是含氫氟酸的土酸將與這些離子作用產(chǎn)生有害沉淀。添加劑選用不當(dāng)針對不同油層巖石和流體，酸液中應(yīng)加入相應(yīng)的添加劑，添加劑應(yīng)在便用類 型、配伍性和用量上認真篩選和實驗。 當(dāng)酸液中的添加劑與油層礦物、 油層流體 不配伍，或添加劑與添加劑之間不配伍，將產(chǎn)生油層傷害，達不到酸化效果。

5、(4)酸化設(shè)計施工不當(dāng)酸化施工參數(shù)包括酸濃度、施工泵壓、排量、酸液用量、關(guān)并時間等。這些 參數(shù)使用不當(dāng)，酸化效果大大折扣，特別是對低滲儲層的基質(zhì)酸化，應(yīng)根據(jù)油層 吸酸能力限制泵壓，不能壓破油層，如果壓破油層后，酸要隨新形成的裂縫流動， 酸化結(jié)束后，裂縫閉合，不能形成酸蝕裂縫，導(dǎo)致產(chǎn)生的沉淀物和顆粒不能排出 油層，造成新的傷害。2酸化作用中油層保護措施合理的酸化處理設(shè)計是科學(xué)施工的前提，設(shè)計過程中選井是很重要的一步。 酸化增產(chǎn)措施設(shè)計包括下列步驟：首先依據(jù)室內(nèi)實驗研究的結(jié)果確定儲層巖性及 流體性質(zhì)，了解潛在傷害；篩選酸液配方，計算前置液和酸的用量以及可能的增 產(chǎn)率；優(yōu)選施工參數(shù)，其中包括注入壓力

6、、速度等，選擇最經(jīng)濟的處理方案。(1)儲層傷害診斷基質(zhì)酸化的目的是提高油井生產(chǎn)能力，有時酸處理作業(yè)也可用于解除己發(fā)生 的傷害。因此，在解堵作業(yè)之前要了解傷害的類型、范圍及原因，包括堵塞物的 構(gòu)成和部位，以此決定酸液的特性和用以消除傷害的技術(shù)。無論酸處理作業(yè)的目的是什么，作業(yè)前進行潛在酸敏傷害分析都是十分必要 的。通常應(yīng)通過室內(nèi)實驗研究，評價可能的酸敏傷害，檢驗酸化設(shè)計及酸液配方 的合理性。酸液及添加劑的選用酸液必須有效地清除傷害并提高滲透率。也必須同時考慮到由于沉積物引 起的傷害。應(yīng)結(jié)合油層條件進行實驗室試驗，選擇配伍性好，損害小的酸液。因 鹽酸的酸敏性較小，如果儲層巖石溶解度高于20，應(yīng)采用

7、鹽酸做主體酸來進行酸化。如果低于20，鹽酸可用來做預(yù)沖洗液，防止酸敏發(fā)生。酸化作用時為了保護油層、消除損害，應(yīng)加入添加劑，一般有粘土穩(wěn)定劑(聚 季胺類穩(wěn)定劑)、助排劑(陰離子表面活性劑)、絡(luò)合劑(二胺四乙酸、氮川三乙酸、 檸檬酸等)、還原劑、緩蝕劑、表面活性劑、互溶劑等。(3) 優(yōu)選施工參數(shù)合理地確定酸液的注入壓力或速度，不能壓破油層。注入酸的用量也要有限 制，不是越多越好，一般選用酸所穿透距離以內(nèi)的孔隙體積1.53.0倍，酸液越濃，液量越少為原則。如果使用土酸酸化，酸化后增加后置液，可將殘酸與頂替 液分開，一般用柴油或鹽酸做后置液。酸化后應(yīng)及時反排，防止pH值上升產(chǎn)生沉淀。注水井一般不返排，

8、可立即注水，將殘酸推至遠離近井地帶。3酸液體系在油層酸化作業(yè)過程中，如果酸液或酸液用量使用不當(dāng)，會形成沉淀物或膠體， 堵塞孔隙，造成滲透率下降。油田最常用的酸是鹽酸、土酸和氟硼酸。(1)鹽酸體系在砂巖地層中鹽酸主要被用作前置酸來處理砂巖中的碳酸鹽巖膠結(jié)物等。鹽酸與碳酸鹽巖反應(yīng)速度很快，故儲層中 pH值回升也快，在酸溶解中釋放出來的 Fe 3+，Mg2+, Ca2+和Al3+對pH值變化極其敏感，很容易形成Fe(0H)3和AI(OH) 3 沉積物，堵塞砂巖中孔隙喉道等滲流通道。鹽酸除與砂巖中的碳酸巖反應(yīng)外，還會與粘土礦物反應(yīng)，主要是與綠泥石的 反應(yīng)是許多人都為關(guān)心的，因為綠泥石中的Fe3+危害性

9、最大。西峰油田長8油層 綠泥石含量很高，絕對含量占到9%15%，酸化時極易造成酸敏。在酸化過程中 前置酸中鹽酸與砂巖的反應(yīng)包括以下幾種： 粘土礦物：AbSi2O5(0H)4+6HCI=2H 4SQ4+2AICI 3+H 2O其中綠泥石為：2+2+(Mg, Fe,AI)6(Si,AI)4O6 (0H)8+HCI H2Si04+AICI 3+Fe2 +Mg2 +H2O 長石：(K,Na )Si3AlO6+HCl H 2SQ4+AICI 3+K+Na +H202+CaAl2Si2O8+HCI H 4SQ4+AICI 3+Ca +H 2O 碳酸鹽巖：方解石:CaCO3+HCI=CaCI 2+CO2 T

10、+H2O白云石：(Ca,Mg)(CO3)2 + 4HCI=MgCI 2 + CaCI 2 + 2CO2 T+H 2O從以上這些反應(yīng)的一次反應(yīng)產(chǎn)物看， 沒有直接的沉積物生成。但是反應(yīng)產(chǎn)物 中的硅酸(H4SiO4)在地層條件下極易形成硅質(zhì)沉淀物，反應(yīng)產(chǎn)物中的陽離子(Fe3+,ai 3+. )與硅酸之間發(fā)生二次反應(yīng)形成難溶的或不溶的硅酸鹽或硅鋁酸鹽沉淀。 另外，酸化作業(yè)之后，隨pH值的回升，將出現(xiàn)氫氧化物膠體或硅膠等，反應(yīng)式 如下：3+Fe +3OH- Fe(OH)3 (膠體)JAl 3+3OH- Fe(OH)3 (膠體)JH4SiO4 H2SQ3 (膠體) H2O由以上分析可知，鹽酸與砂巖反應(yīng)后可

11、能出現(xiàn)的酸敏是由二次反應(yīng)沉淀物硅 酸鹽、硅鋁酸鹽、氫氧化物等形成的。(2) 土酸體系土酸是砂巖儲層比較經(jīng)濟有效的增產(chǎn)酸化液，具有較強的酸一巖反應(yīng)能力， 可溶解砂巖中多種硅酸鹽礦物，特別對粘土礦物溶解率較高。但土酸與砂巖礦物 的二次反應(yīng)會產(chǎn)生穩(wěn)定的沉淀物，從而導(dǎo)致地層滲透率的下降。砂巖地層土酸酸 化主要是應(yīng)用HF與砂巖中的礦物反應(yīng)，以達到解除砂巖孔隙及其周圍的粘土及 微粒堵塞物，對于延長油層，出現(xiàn)的反應(yīng)有： 粘土礦物：Al2Si4O10 (OH)2+36HF 4H2SiF6+2H 3AIF6+12H2O其中綠泥石為：2+ 2+(Mg,Fe,AI) 6(SiAI) 4O6(OH) 8+HF?H 2

12、SQ4+AIF 3 +Fe2 +Mg +H 2O 碳酸鹽：方解石：CaCO3+2HF CaF2 J+CO2 T+H2O白云石：(Ca, Mg)C03 + 4HF MgF2 后CaF2 J+2CO2 T+H2O 硅質(zhì)礦物：由于土酸酸液一般有HCI與HF組成，其中HF濃度較低，土酸與硅質(zhì)礦物 的反應(yīng)較弱，反應(yīng)過程如下：SQ2+6HFH 2SiF6+2H2O從上分析可知，土酸與砂巖作用后會出現(xiàn)一次沉淀物 CaF2和MgF2,會對地 層造成傷害。因此在土酸酸化之前必須使用鹽酸作為前置酸， 對油層進行預(yù)處理， 這在較大程度上抑制土酸主體酸化時 CaF2和MgF2沉淀的產(chǎn)生。但是上述反應(yīng)產(chǎn)物之間的二次反應(yīng)

13、會形成二次沉淀，特別是H2SiF6與K, Na, Ba等形成氟硅酸鹽沉淀物，反應(yīng)如下：H2SiF6+K (Na、Ba2) K2SiF6 (Na 2SiF6, BaSiF6 )(3)氟硼酸體系以氟硼酸和鹽酸為主要成分，最適于伊利石粘土礦物含量高和硅質(zhì)膠結(jié)物堵 塞的低滲透率砂巖油層的深部酸化作業(yè)。 當(dāng)鹽酸與氟硼酸相配合使用，可以控制 反應(yīng)速率使酸液逐漸進入地層深部與油層巖石進行緩速反應(yīng)，氟硼酸在油層溫度下經(jīng)過一系列水解的反應(yīng)，逐步釋放出氫氟酸，其反應(yīng)式如下：+ -HBF40H +BF4BF4-+H 2O=BF 2 (OH)-+HF(慢)BF2 (OH)-+H 2O=BF2 (OH)2-+HFBF2 (OH)-+H2O=BF2 (OH)3-+HFBF2 (OH)-+H 2O=BF2 (OH)4+HF- +B(OH)4+H =H3BO3+H2O總反應(yīng)式為：HBF4 + 3H2O= H 3BO3+ 4