酸化过程中的储层伤害及储层保护.ppt

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1、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

2、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,

3、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

4、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

5、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。,

6、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

7、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

8、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

9、+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

10、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

11、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10-5m

12、ol/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

13、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

14、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

15、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,