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文檔簡介

1、第七章酸處理技術(shù)第三節(jié)砂巖油氣層的土酸處理一、 教學(xué)目的了解砂巖土酸增產(chǎn)原理, 掌握土酸處理設(shè)計, 并掌握砂巖地層土酸處理的原理,能夠解釋為什么砂巖地層要用土酸處理。二、 教學(xué)重點、難點教學(xué)重點1 、砂巖土酸增產(chǎn)原理2 、土酸處理設(shè)計教學(xué)難點砂巖地層土酸處理原理三、 教法說明課堂講授并輔助以多媒體課件展示相關(guān)的數(shù)據(jù)和圖表四、 教學(xué)內(nèi)容本節(jié)主要介紹兩個方面的問題:一、砂巖地層土酸處理原理二、土酸處理設(shè)計砂巖土酸處理的增產(chǎn)原理:通過酸液溶解部分砂粒和膠結(jié)物,擴(kuò)大孔隙通道。酸液溶解孔隙中的各種堵塞物, 恢復(fù)提高井底附近的滲透率k。(一)砂巖地層土酸處理原理1、砂巖組成:第三節(jié)砂巖油氣層的土酸處理第七

2、章酸處理技術(shù)石英: SiO2砂粒長石:硅酸鹽( kAlSi 3O8、NaAlSi 3O8)粘土:硅酸鹽 CaAl2SiO8膠結(jié)物碳酸鹽: CaCO3、 CaMg(CO3)2鹽酸不能溶解泥質(zhì)或石英, 而氫氟酸可與砂巖中的任何物質(zhì)起反應(yīng),但不能單獨使用氫氟酸,原因如下:2、土酸與砂巖地層的化學(xué)反應(yīng):土酸:(1015%)HCl+(38%)HF+添加劑可根據(jù)地層的巖石礦物成分, 通過室內(nèi)試驗, 選擇不同濃度的土酸進(jìn)行作業(yè)。( 1)HF與砂巖中的礦物反應(yīng):2HF+CaCO3=CaF2+CO2+H2O16HF+CaAl2Si 2O8=CaF+2AlF3+2SiF +8HO242生成物中有氣態(tài)物質(zhì)、可溶性物

3、質(zhì),也有不溶于殘酸的沉淀,如CaF2 當(dāng)酸濃度高時處于溶解狀態(tài),當(dāng)酸濃度降低時,會沉淀。酸液中含有 HCl 時,可維持酸液較低的PH值,避免 CaF2。( 2)2HF+SiO=H2SiF 6+2HOH+2-2SiF 6=2H+SiF6地層水中含有Na+、K+、Ca2+、NH4+等。2Na+SiF62- =Na2SiF 6第三節(jié)砂巖油氣層的土酸處理第七章酸處理技術(shù)+2-2K+SiF6 =K2SiF 6堵塞地層。因此在砂巖地層酸處理過程中,為避免地層水與SiF 62- 接觸,產(chǎn)生沉淀堵塞地層,應(yīng)先將地層水頂替走。( 3)氫氟酸與砂巖中各種成分的反應(yīng)速度各不相同。HF與碳酸鹽反應(yīng)最快,其次是硅酸鹽(

4、粘土),最慢是石英。當(dāng)HF進(jìn)入砂巖地層后,價格較貴的HF大部分首先消耗在與碳酸鹽的反應(yīng)上,而影響HF對泥質(zhì)成分的反應(yīng)。但HCl 與碳酸鹽的反應(yīng)速度比HF 與碳酸鹽的反應(yīng)速度還要快,因此土酸中的HCl 成分可先把碳酸鹽類溶解掉,從而充分發(fā)揮HF溶蝕粘土和石英成分的作用。(二)土酸處理設(shè)計1、酸組成地層泥質(zhì)含量高時: HCl 10%+HF 8%地層碳酸鹽含量高時:HCl 15%+HF 3%根據(jù)處理對象不同而定:水井:堵塞物(硫化亞鐵、氯化鐵等) ,HCl 可溶,所以HCl 占比例大。油井:泥漿堵塞, HF占比例大。此外,還可分以下幾種情況:常規(guī)土酸: 12%HCl+3%HF土酸: 12%HCl+6

5、%HF逆 土 酸: 3%HCl+6%HFHF>HCl第三節(jié)砂巖油氣層的土酸處理第七章酸處理技術(shù)超級土酸: 12%HCl+10%HFHF 10%20%HCl+15%HF25%HCl+20%HF美國一些公司(如Holliluiton、Dowell 、Schlum lerger)均用超級土酸處理過致密砂巖,我國一般用常規(guī)土酸或土酸處理砂巖地層,酸濃度的選擇應(yīng)根據(jù)室內(nèi)巖心流動試驗,以不破壞巖石骨架為原則。2、土酸的用量土酸的用量無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),各油田不同。華北油田: 0.6 1.75m3/m前 蘇 聯(lián): 0.3 0.4m3/m美國: 0.55 2.2m3/m(50200gal/ft)3、土酸處理前的

6、預(yù)處理為什么要進(jìn)行預(yù)處理?土酸處理前,必須用鹽酸進(jìn)行預(yù)處理,其原因有二個方面:鹽酸先把大部分的碳酸鹽溶蝕掉,從而防止CaF2 沉淀,并充分發(fā)揮土酸對泥質(zhì)成分的溶蝕作用。鹽酸把地層水頂走, 避免 HF與地層水接觸,防止生成 K2 SiF6、Na2SiF 6、 K3AlF 6、Na3AlF 6。AlSi O (OH) (粘土) +36HF4HSiF +12HO+2HAlF6221022634、土酸酸化設(shè)計步驟( 1)采用試井分析確定表皮系數(shù)污染(傷害)半徑,結(jié)合鉆井和生產(chǎn)過程確定儲層損害的類型、原因、位置及范圍。第三節(jié)砂巖油氣層的土酸處理第七章酸處理技術(shù)( 2)選擇適宜的處理液配方,包括能清除損害

7、、不形成二次沉淀酸液及添加劑等,這需要根據(jù)室內(nèi)巖心實驗確定。( 3)確定注入壓力或注入排量,以便在低于破裂壓力條件下施工。( 4)確定處理液量由于 HF與長石、粘土、硅酸鹽等的反應(yīng)很復(fù)雜的,很難用準(zhǔn)確的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)來模擬, 所以土酸處理用液量的確定一般都用經(jīng)驗方法。砂巖地層的土酸處理液一般都由三部分組成:前置液(預(yù)沖洗液)、酸化液、頂替液(后沖洗液) 。前置液:使用515%的 HCl 或 510%的醋酸,前置液量可根據(jù)損害半徑來確定。Vpr 2r 2hsw土酸液量:見前面介紹,反應(yīng)時間一般不超過812 h頂替液量: V12 15 rwh油井: NH4HCl、柴油或 57.5%的 HCl氣井:

8、 NH4HCl、N2 或 57.5%的 HCl5、提高土酸處理效果的方法影響土酸處理效果的因素:在高溫油氣層內(nèi)由于HF的急劇消耗,導(dǎo)致處理的范圍很少;土酸的高溶解能力可能局部破壞巖石的結(jié)構(gòu)造成出砂;反應(yīng)后脫落下來的石英和粘土等顆粒隨液流運移,堵塞地層。提高酸處理效果的方法:第三節(jié)砂巖油氣層的土酸處理第七章酸處理技術(shù)同時將氟化銨水溶液與有機(jī)脂( 乙酸甲脂 ) 注入地層,一定時間后有機(jī)脂水解生成有機(jī)酸( 甲酸 ) ,有機(jī)酸與氟化銨作用生成氫氟酸。利用粘土礦物的離子交換性質(zhì),在粘土顆粒上就地產(chǎn)生氫氟酸(自生土酸 )。使用替換酸,如氟硼酸。國外采用互溶劑 土酸處理等技術(shù)提高酸化效果。6、土酸處理工藝5

9、 15%HCl或 510%的醋酸預(yù)處理土酸后置液頂替液: 515%HCl進(jìn)行預(yù)處理注土酸注后置液注頂替液后置液的作用:將土酸頂出近井地帶, 并使巖石親水, 以便殘酸液排出和增加近井處含油飽和度,提高油井生產(chǎn)時的油相滲透率。對于油井:后置液為煤油或柴油原油或 15%的 HCl對于氣井、水井:后置液為HCl 或 HCl+EGMBE頂替液:原則上當(dāng)頂替液到達(dá)射孔段頂部時停止頂替,所以頂替液用量可為井筒體積。7、土酸處理有害沉淀物及預(yù)防土酸與砂巖礦物反應(yīng)產(chǎn)生的生成物,在一定條件下發(fā)生沉淀:第三節(jié)砂巖油氣層的土酸處理第七章酸處理技術(shù) CaF2 沉淀:可用 HCl 預(yù)處理進(jìn)行預(yù)防。 K2SiF 6 和 N

10、a2 及 H2SiF 6 膠狀堵塞:預(yù)防: HCl 預(yù)處理,頂走地層水。 Si(OH) 4(水化硅)、 Al(OH) 3等。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)生二次反應(yīng)的結(jié)果。殘酸在地層中停留時間越長,Si(OH) 4量越多,酸化時,隨著HF 的不斷消耗,當(dāng)F - 減至10-5 mol/l時,原來溶解于酸中的Si 4+將以 Si(OH) 4 膠狀沉淀下來。Al 2Si 2O5(OH)4+18HF2HSiF 6+2AlF3+9H2OH2SiF 6+4H2OSi(OH) 4+6HF預(yù)防:及時排液 FeS、 Fe(OH)3對含 H2S氣體的井酸化時,會產(chǎn)生FeS、 Fe(OH)3預(yù)防:添加性能優(yōu)良的鐵離子穩(wěn)定劑。殘渣(膠團(tuán))酸化作業(yè)時,瀝青質(zhì)原油對Fe2+、Fe3+非常敏感,形成的鐵化物即為酸渣形式的膠團(tuán), 即可堵塞地層, 又是一種乳化穩(wěn)定劑,促使瀝青膠質(zhì)堵塞儲層。預(yù)防:預(yù)先用室內(nèi)試驗分析,選好酸液及添加劑,用前置液過量頂替。五、 教學(xué)后記第三節(jié)砂巖油氣層的土酸處理第七章酸處理技術(shù)通過本節(jié)課的學(xué)習(xí), 同學(xué)們基本了解了砂巖土酸增產(chǎn)原理,掌握了土酸處理設(shè)計, 并掌握了砂巖地層土酸處理的原理,能夠解釋為什么砂巖地層要用土酸處理。六、 教學(xué)參考書1、王鴻勛 .水力壓裂原理 .石油工業(yè)出版社2、王鴻勛,張琪 .采油工藝

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