酸化过程中的储层伤害及储层保护.ppt
酸化过程中的储层伤害 及储层保护,主讲：陈冀嵋西南石油学院酸化室2005.9C,概述,砂岩储层酸化主要使用土酸，即HF和HCl的混合液，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HF、HCl，都是利用HCl溶解砂岩储层中的钙质成分，利用HF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。,酸化过程中的储层伤害及储层保护,一、酸液与地层流体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，酸渣由沥青、树脂、石腊和其它高分子碳氢化合物组成，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，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，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。,酸化过程中的储层伤害及储层保护,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，用不同配方的酸液与NaHCO3型储层水反应，80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，当储层中水富含Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Al3+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HF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HF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。,酸化过程中的储层伤害及储层保护,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。,酸化过程中的储层伤害及储层保护,酸液引起粘土矿物膨胀 酸液注入到含蒙脱石或伊利石/蒙脱石含量较高的储层，酸液中水被蒙脱石所吸收，引起这类粘土矿物的膨胀，特别是高含Na蒙脱石类粘土，膨胀体积可达6-10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，也很难抵消其造成的伤害。,酸化过程中的储层伤害及储层保护,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，伊利石类粘土在砂岩中可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，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的乳化液，产生液堵。,酸化过程中的储层伤害及储层保护,酸液溶解含铁矿物产生不溶产物 绿泥石类粘土是水合铝硅酸盐，常常含有大量的Fe，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，但当酸耗尽时，Fe3+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，更为严重。,酸化过程中的储层伤害及储层保护,酸化后产物的结垢 酸化过程中产生的过剩的Ca2+等离子，在酸化后若不能及时排出，将与油层中的CO2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塞储层。酸化产生液堵和岩石润湿性改变 酸液注入储层后，井壁附近含水大大增加，水油流度比大于1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，产生贾敏效应封堵喉道。,酸化过程中的储层伤害及储层保护,三、酸液与储层矿物反应产生二次沉淀伤害 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。酸化后再次沉淀物一般如下：铁质沉淀 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，酸液本身在生产、贮运过程中都污染有铁离子(一般的量为180PPM左右)，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(黄铁矿、磁铁矿、菱铁矿)。这些铁离子可以水化沉淀或与储层内部物质反应生成沉淀。,酸化过程中的储层伤害及储层保护,残酸PH值的改变 铁在酸中的溶解度与酸液的PH值有密切关系，三价铁离子Fe3+在酸液PH为2.2时就开始以Fe(OH)3的形式产生沉淀，PH值为3.2时Fe3+完全沉淀；二价铁离子Fe2+只有在PH值达到7以上才开始沉淀。由于残酸通常能达到的最大PH值为5.5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。,酸化过程中的储层伤害及储层保护,铁离子与储层中硫化氢反应 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Fe3+与H2S相遇要发生氧化还原反应(H2S为还原剂)。2Fe3+H2SS+2Fe2+2H+Fe3+3H2OFe(OH)3+3H+其结果生成硫和氢氧化铁沉淀，另一方面二价铁离子与H2S反应也会生成沉淀。2Fe2+H2SFeS+2H+FeS在酸液PH值升到1.9时便开始沉淀，PH值升至3.55时，则完全沉淀，因此对于含有H2S的井，无论是三价还是二价铁离子都能形成沉淀，故需添加性能较好的铁离子稳定剂。,酸化过程中的储层伤害及储层保护,铁与沥青质原油结合 酸化作业时，沥清质原油对Fe2+、Fe3+非常敏感。形成的铁化物(即酸渣)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。氢氟酸反应产物产生沉淀 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HF，HF与储层矿物反应后可产生多种沉淀。,酸化过程中的储层伤害及储层保护,钙盐沉淀 HF与CaCO3反应生成细白粉末状氟化钙沉淀 CaCO3+2HFCaF2+H2O+CO2 CaF2很容易沉淀。CaF2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，PH上升所致；加入HCL可增加CaF2的溶解度，减轻伤害。一般地保持低PH值和减少关井时间可防止CaF2在大量沉淀。,酸化过程中的储层伤害及储层保护,Na盐和K盐沉淀 氢氟酸与砂子及粘土等反应产生氟硅酸和氟铝酸 Si2+6HFH2SiF6+2H2O Al2Si4O10(OH)2+36HF4H2SiF6+12H2O+2H3AlF6 NaAlSi3O8+22HF3H2SiF6+AlF3+NaF+8H2O 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淀物。H2SiF6+2Na+Na2SiF6+2H H2SiF6+2K+K2SiF6+2H+H3AlF6+3Na+Na3AlF6+3H+H3AlF6+3K+K3AlF6+3H+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,酸化过程中的储层伤害及储层保护,水化硅沉淀 研究表明，水化硅的生成是由于HF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HF的不断消耗，当游离F-浓度减至10-5mol/l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：Al2Si2O5(OH)4+18HF2H2SiF6+2AlF3+9H2O H2SiF6+4H2OSi(OH)4+6HF 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，水化硅沉淀量越多；使用低浓度的HF酸化，HF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，将近井带的残酸驱至远离井壁。,酸化过程中的储层伤害及储层保护,四、评层选井与酸化室内评价技术,1.酸化评层选井技术,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通过不稳定试井技术，描述储层的渗滤特征及表皮堵塞特征推荐可供增产作业改造的井和层段,酸化过程中的储层伤害及储层保护,静 态地质资料,动态试井分析资料,岩心分析资料,地球物理测井资料,评层选井综合分析,储层参数控制储量,井低产、降产原因,地质分析资料钻井录井资料 试油资料邻井情况分析,地质报告,地质依据,资料分析：,酸化过程中的储层伤害及储层保护,酸化评层选井内容及工作顺序图,地质资料,测井资料,试油和试井资料,油气藏资料,录井资料,物性参数,中途测试,完井试油或试井,生产测井和试采,静态储层基本结构及物性参数,渗滤模式、动力和阻力分布与大小、流体性质,测井解释储层结构及参数,提出工作液伤害的地层因素,确定井层储、渗模式及渗滤特征,为工艺设计提供参数和井筒工程条件,提出确定工艺方法和规模的依据和建议,增产效果预测,酸液性能评价试验,酸液与储层配伍性评价试验,其他,酸液常规评定试验,酸液特殊评定试验,乳化破乳试验,导流能力试验,伤害评定试验,酸化效果试验,2.酸化室内评价技术,腐蚀性评定,反应速度评定,流变性试验,摩阻试验,静态,动态,静态,动态,旋仪,滤失速度评定,指进试验,生物毒性试验,酸化过程中的储层伤害及储层保护,软件在酸化工艺中的作用,第三部分,1.酸化工艺设计软件 功能：根据地层、油井、工作液等参数确定：最佳工艺方法 施工规模和注入排量、压力等施工参数 预测增产效果,2.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 最佳产能的缝长 施工前后产量的变化 为酸化工艺设计提供依据,软件在酸化工艺中的作用,3.酸化施工曲线拟合软件 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，提高施工质量 对施工井的施工曲线进行拟合计算分析,4.酸化后的压力恢复试井软件 功能：对酸化前后的压力恢复资料进行计算和对比，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,软件在酸化工艺中的作用,第四部分,酸化技术发展,一、酸化工艺技术新进展,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,酸化技术发展,二、主要研究方向 1、理论研究 新型酸液的酸岩反应机理研究 新的酸化数学模型研究 物理模拟及数值模拟研究,酸化技术发展,2、应用研究酸化工艺的引进、消化、发展=形成应用技术新工艺、新材料研制=改进酸化工艺酸液及添加剂评价及研制=针对具体现场应用酸化工艺参数优化=形成软件，推广应用酸化评价技术=提高酸化效果，完善酸化工艺质量监测技术=现场跟踪及时调整实施工艺,酸化技术发展,本部分结束！,谢谢,
