酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)

酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日概述砂巖儲層酸化主要使用土酸，即HF和HCl的混合液，其它使用的多數(shù)酸液，如氟硼酸、濃縮土酸、膠束土酸、互溶土酸、地下生成酸等，其主體部分都是HF、HCl，都是利用HCl溶解砂巖儲層中的鈣質(zhì)成分，利用HF溶解砂巖中其它膠結(jié)物或基質(zhì)。酸化施工過程中，由于設(shè)計(jì)及處理不當(dāng)，可能造成嚴(yán)重的儲層傷害，最常見的儲層傷害主要在于酸化后二次產(chǎn)物的沉淀，酸液與儲層巖石、流體的不配伍以及儲層潤濕性的改變，毛管力的產(chǎn)生，酸化后疏松顆粒及微粒的脫落運(yùn)移堵塞，產(chǎn)生乳化等。酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第2頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日一、酸液與地層流體的配伍性·儲層原油與酸液的配伍性

酸與儲層原油和瀝青原油接觸時，會產(chǎn)生酸渣，酸渣由瀝青、樹脂、石臘和其它高分子碳?xì)浠衔锝M成，是一種膠態(tài)的不溶性產(chǎn)物，一旦產(chǎn)生會對儲層帶來永久性傷害，一般很難加以消除。原油中的瀝青物質(zhì)是以膠態(tài)分散相形式存在，它是以高分子量的聚芳烴分子為核心，被較低分子量的中性樹脂和石蠟包圍，周圍靠吸附著較輕的和芳香族特性較少的組分所組成，在無化學(xué)變化時，這種膠態(tài)分散相當(dāng)穩(wěn)定，但當(dāng)與酸接觸時，酸與原油從油酸界面上開始反應(yīng)，并形成不溶性薄層，該薄層的凝聚導(dǎo)致酸渣顆粒的形成，研究表明，酸液中若不加入適當(dāng)?shù)目顾嵩鼊?，一般都有產(chǎn)生酸渣的危險，且用酸濃度越高，酸渣生成越多。酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第3頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日·儲層中水與酸液的配伍性儲層中水與酸接觸帶來的危害，主要反應(yīng)沉淀問題。不考慮注入酸液與巖石反應(yīng)時，酸與儲層中水接觸產(chǎn)生的危害不大，室內(nèi)試驗(yàn)表明，用不同配方的酸液與NaHCO3型儲層水反應(yīng)，80℃條件下反應(yīng)４小時，未產(chǎn)生不溶物，但冷卻后可見到少量沉淀物，但要注意，當(dāng)儲層中水富含Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等時（這些離子有些是原儲層水中本身就存在的，有些是由于酸化過程中不斷產(chǎn)生的），酸液特別是HF將與這些離子作用而產(chǎn)生有害沉淀物。因此，酸化時要設(shè)法避免HF與儲層水接觸。對于注水井，酸液一般不與儲層水接觸，但注入水中若含上述離子，也可能發(fā)生沉淀。酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第4頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日二、酸液與儲層巖石的配伍性儲層巖石礦物成分復(fù)雜，酸液注入后對不同礦物產(chǎn)生的溶解機(jī)理及其作用不同，會帶來不同類型不同程度的儲層傷害。粘土礦物普遍存在于油氣儲層中，最常見的是蒙脫石，伊利石，混層粘土（以伊利石－蒙脫石為主）、高嶺石以及綠泥石，不同的粘土礦物其組成、結(jié)構(gòu)以及理化性質(zhì)不同，酸液對其反應(yīng)亦各異，產(chǎn)生的傷害機(jī)理也不同。酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第5頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日

·酸液引起粘土礦物膨脹酸液注入到含蒙脫石或伊利石/蒙脫石含量較高的儲層，酸液中水被蒙脫石所吸收，引起這類粘土礦物的膨脹，特別是高含Na蒙脫石類粘土，膨脹體積可達(dá)6-10倍，因而使孔道變窄甚至堵死孔道，使儲層喪失滲透性，即使酸液溶解掉部分粘土礦物，也很難抵消其造成的傷害。酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第6頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日·酸液的沖刷及溶解作用造成微粒運(yùn)移高嶺石類粘土在儲層中很難結(jié)晶，它們松散地附著在砂粒表面，隨著酸液沖刷，剝落下來的微粒將發(fā)生遷移，造成孔隙喉道的堵塞，進(jìn)而降低滲透率，伊利石類粘土在砂巖中可以形成大體積的微孔（蜂窩狀）這些微孔可以束縛酸中水，有時在孔隙中還可發(fā)育成類似毛狀的晶體，增加了孔隙的彎曲性，降低滲透率，酸化過程中或酸化后隨酸液或流體流動而破碎遷移，引起孔道堵塞。不論是那類粘土礦物，酸化過程中酸溶解膠結(jié)物不同程度的使儲層顆?；蛭⒘Ｋ缮ⅲ撀涠\(yùn)移堵塞，這些微粒隨酸液的流動攪拌與殘余原油一起形成穩(wěn)定的乳化液，產(chǎn)生液堵。酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第7頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日

·酸液溶解含鐵礦物產(chǎn)生不溶產(chǎn)物綠泥石類粘土是水合鋁硅酸鹽，常常含有大量的Fe，對酸和含氧的水非常敏感，它很容易溶于稀酸，用酸處理時可以被溶解掉，但當(dāng)酸耗盡時，F(xiàn)e3+可以再次以氫氧化鐵凝膠沉淀出來，堵塞儲層，這種情況特別是酸液未加螯合劑時，更為嚴(yán)重。酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第8頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日·酸化后產(chǎn)物的結(jié)垢酸化過程中產(chǎn)生的過剩的Ca2+等離子，在酸化后若不能及時排出，將與油層中的CO2作用生成碳酸鈣再次沉淀結(jié)垢，這些垢與砂子及重油等伴隨一起堵塞儲層?！に峄a(chǎn)生液堵和巖石潤濕性改變酸液注入儲層后，井壁附近含水大大增加，水油流度比大于1時會出現(xiàn)水鎖，因此應(yīng)加強(qiáng)酸化后排液工作。酸液中的表面活性劑可能改變巖石潤濕性引起儲層傷害，若酸化時再形成乳化，泡沫等，兩相流動阻力增大，特別是氣泡流經(jīng)喉道時，產(chǎn)生賈敏效應(yīng)封堵喉道。酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第9頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日三、酸液與儲層礦物反應(yīng)產(chǎn)生二次沉淀傷害酸化過程中，酸溶解礦物而擴(kuò)大孔隙或裂隙空間。但若溶解后的產(chǎn)物再次沉淀出來，則會重新堵塞孔道。酸化后再次沉淀物一般如下：鐵質(zhì)沉淀酸化時除上述綠泥石被溶解釋放出鐵離子之外，儲層中其它礦物的溶解也可能釋放鐵離子，此外，酸液本身在生產(chǎn)、貯運(yùn)過程中都污染有鐵離子(一般的量為180PPM左右)，其中軋屑、鱗屑等外來溶于酸液中的鐵大多為三價，而儲層礦物溶于酸中的鐵多為二價(黃鐵礦、磁鐵礦、菱鐵礦)。這些鐵離子可以水化沉淀或與儲層內(nèi)部物質(zhì)反應(yīng)生成沉淀。酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第10頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日

殘酸PH值的改變鐵在酸中的溶解度與酸液的PH值有密切關(guān)系，三價鐵離子Fe3+在酸液PH為2.2時就開始以Fe(OH)3的形式產(chǎn)生沉淀，PH值為3.2時Fe3+完全沉淀；二價鐵離子Fe2+只有在PH值達(dá)到7以上才開始沉淀。由于殘酸通常能達(dá)到的最大PH值為5.5左右，因此，在殘酸排出儲層之前，引起堵塞的主要是三價鐵離子的沉淀。酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第11頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日

鐵離子與儲層中硫化氫反應(yīng)酸化含硫化氫反應(yīng)酸化含硫化氫的油氣儲集層時，酸化產(chǎn)生的Fe3+與H2S相遇要發(fā)生氧化還原反應(yīng)(H2S為還原劑)。

2Fe3++H2S→S↓+2Fe2++2H+Fe3++3H2O→Fe(OH)3↓+3H+

其結(jié)果生成硫和氫氧化鐵沉淀，另一方面二價鐵離子與H2S反應(yīng)也會生成沉淀。

2Fe2++H2S→FeS↓+2H+FeS在酸液PH值升到1.9時便開始沉淀，PH值升至3.55時，則完全沉淀，因此對于含有H2S的井，無論是三價還是二價鐵離子都能形成沉淀，故需添加性能較好的鐵離子穩(wěn)定劑。酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第12頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日鐵與瀝青質(zhì)原油結(jié)合酸化作業(yè)時，瀝清質(zhì)原油對Fe2+、Fe3+非常敏感。形成的鐵化物(即酸渣)膠體沉淀，既可堵塞儲層，又是一種乳化穩(wěn)定劑，促使瀝清膠質(zhì)堵塞儲層。氫氟酸反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)生沉淀砂巖儲層酸化使用的酸液，不論屬于何種體系，其主要成分為HF，HF與儲層礦物反應(yīng)后可產(chǎn)生多種沉淀。酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第13頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日鈣鹽沉淀

HF與CaCO3反應(yīng)生成細(xì)白粉末狀氟化鈣沉淀

CaCO3+2HF→CaF2↓+H2O+CO2↑CaF2很容易沉淀。CaF2沉淀是由于酸液在儲層中停留時間太長，并且隨著酸的消耗，PH上升所致；加入HCL可增加CaF2的溶解度，減輕傷害。一般地保持低PH值和減少關(guān)井時間可防止CaF2在大量沉淀。酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第14頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日

Na鹽和K鹽沉淀氫氟酸與砂子及粘土等反應(yīng)產(chǎn)生氟硅酸和氟鋁酸

SiＯ2+6HF→H2SiF6+2H2OAl2Si4O10(OH)2+36HF→4H2SiF6+12H2O+2H3AlF6NaAlSi3O8+22HF→3H2SiF6+AlF3+NaF+8H2O

氫氟酸與砂子及粘土反應(yīng)生成的兩種酸，又將與儲層巖中或儲層水中的鉀、鈉等離子反應(yīng)產(chǎn)生不溶性沉淀物。

H2SiF6+2Na+→Na2SiF6↓+2H＋

H2SiF6+2K+→K2SiF6↓+2H+H3AlF6+3Na+→Na3AlF6↓+3H+H3AlF6+3K+→K3AlF6↓+3H+

這些氟硅酸鹽、氟鋁酸鹽是膠狀物質(zhì)，沉淀后牢牢地粘附在巖石表面上，產(chǎn)生傷害十分嚴(yán)重酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第15頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日水化硅沉淀研究表明，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。酸化時，隨著HF的不斷消耗，當(dāng)游離F-濃度減至10-5mol/l時，最初溶解于酸中的硅又將以水化硅膠態(tài)沉淀下來，其反應(yīng)方程如下：

Al2Si2O5(OH)4+18HF→2H2SiF6+2AlF3+9H2OH2SiF6+4H2O→Si(OH)4+6HF

減輕水化硅沉淀，可采用如下方法：酸化后迅速排液。研究表明，殘酸在巖心中停留時間越長，水化硅沉淀量越多；使用低濃度的HF酸化，HF濃度越低，溶解的硅越少，沉淀出的硅自然也少，注水井可采用過量沖洗，將近井帶的殘酸驅(qū)至遠(yuǎn)離井壁。酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第16頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日四、評層選井與酸化室內(nèi)評價技術(shù)1.酸化評層選井技術(shù)酸化評層選井技術(shù)的工作目標(biāo)客觀地描述儲層的滲流條件通過不穩(wěn)定試井技術(shù)，描述儲層的滲濾特征及表皮堵塞特征推薦可供增產(chǎn)作業(yè)改造的井和層段酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第17頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日靜態(tài)地質(zhì)資料動態(tài)試井分析資料巖心分析資料地球物理測井資料評層選井綜合分析儲層參數(shù)控制儲量井低產(chǎn)、降產(chǎn)原因地質(zhì)分析資料鉆井錄井資料試油資料鄰井情況分析地質(zhì)報告地質(zhì)依據(jù)資料分析：酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第18頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日酸化評層選井內(nèi)容及工作順序圖地質(zhì)資料測井資料試油和試井資料油氣藏資料錄井資料物性參數(shù)中途測試完井試油或試井生產(chǎn)測井和試采靜態(tài)儲層基本結(jié)構(gòu)及物性參數(shù)滲濾模式、動力和阻力分布與大小、流體性質(zhì)測井解釋儲層結(jié)構(gòu)及參數(shù)提出工作液傷害的地層因素確定井層儲、滲模式及滲濾特征為工藝設(shè)計(jì)提供參數(shù)和井筒工程條件提出確定工藝方法和規(guī)模的依據(jù)和建議增產(chǎn)效果預(yù)測第19頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日酸液性能評價試驗(yàn)酸液與儲層配伍性評價試驗(yàn)其他酸液常規(guī)評定試驗(yàn)酸液特殊評定試驗(yàn)乳化破乳試驗(yàn)導(dǎo)流能力試驗(yàn)傷害評定試驗(yàn)酸化效果試驗(yàn)2.酸化室內(nèi)評價技術(shù)腐蝕性評定反應(yīng)速度評定流變性試驗(yàn)?zāi)ψ柙囼?yàn)靜態(tài)動態(tài)靜態(tài)動態(tài)旋儀濾失速度評定指進(jìn)試驗(yàn)生物毒性試驗(yàn)酸化過程中的儲層傷害及儲層保護(hù)第20頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日軟件在酸化工藝中的作用第三部分第21頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日1.酸化工藝設(shè)計(jì)軟件功能：根據(jù)地層、油井、工作液等參數(shù)確定：

最佳工藝方法施工規(guī)模和注入排量、壓力等施工參數(shù)預(yù)測增產(chǎn)效果2.單井?dāng)?shù)值模擬計(jì)算軟件應(yīng)用油氣藏滲流模型模擬生產(chǎn)動態(tài)，用于確定

最佳產(chǎn)能的縫長施工前后產(chǎn)量的變化為酸化工藝設(shè)計(jì)提供依據(jù)軟件在酸化工藝中的作用第22頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日3.酸化施工曲線擬合軟件

功能：根據(jù)地層、油井、工作液等參數(shù)確定：

現(xiàn)場施工實(shí)時監(jiān)測，適時修改工藝參數(shù)，提高施工質(zhì)量