酸化工艺

反应矿物 方解石 白云石
酸液类型
盐酸 甲酸 乙酸 盐酸 甲酸 乙酸
5
0.026 0.02 0.016 0.023 0.018 0.014
酸液浓度，%
10
15
0.053 0.041 0.031
0.082 0.062 0.047
0.046 0.036 0.627
0.071 0.064 0.041
30
0.175 0.129 0.096 0.152 0.112 0.083
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
4 砂岩油气层的土酸处理
砂岩的组成：
砂岩 = 砂粒 + 胶结物 石英
硅酸盐类
砂粒
胶接物
长石
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碳酸盐类
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
砂岩的土酸处理：
氢氟酸与碳酸钙的反应： 2HF + CaCO3 = CaF2↓ + CO2 + H2O
中流动，
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
（二）影响酸岩反应速度的因素 1 酸的类型
原因：酸中氢离子浓度愈大，反应速度就 愈快。
结论：采用强酸时反应速度大， 采用弱 酸时反应速度慢。
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
2 酸的浓度
图8-5 盐酸浓度对反应速度的影响
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
§2 酸液及添加剂
内容提要：
常见的酸液 常用的添加剂
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
酸化工作液性能一般要求： 溶蚀能力强，与地层配伍性好，不产生二 次伤害等； 物理、化学性质能满足施工要求； 残酸液易返排，易处理； 运输、施工方便，安全； 价格便宜，货源广等。
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
4 多组分酸
定义：就是一种或几种有机酸与盐酸的混合 物。
目的：缓速
反应速度：依据氢离子浓度而定。根据同离 子效应，极大地降低了有机酸的电离程度。
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
二、酸液的添加剂
1 缓蚀剂
作用：抑制金属的阴极或阳极腐蚀，在金属 表面形成一层保护膜。
HCl 1 C 2
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
图8-6 盐酸相对密度与浓度的关系图
图8-7盐酸粘度与浓度关系曲线
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
所需的浓盐酸数量：
VHCl
VC C HCl HCl
所需的清水量（包括添加剂）量：
10％CH3COOH 15％CH3COOH
14％HCl 7.5％HCOOH
14％HCl 10％CH3COOH
106.5 220.4 440.0 109.0 85.0 127.0
290.0
28.5
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相对反应时间 0.7 1.0 6.0 5.0 12.0 18.0
6.0
12.0
影响因素：酸液浓度、系统温度、岩石类 型、流动速度、反应面容比及酸液类型和 性质。
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
反应速度控制
表面反应速度 离子传质速度
系统反应速度：慢反应控制
石灰岩与盐酸的反应：受传质速度控制
白云岩与盐酸的反应：在低温下主要受表 面反应速度控制，随着温度升高逐渐变成 受传质速度控制。
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
一、酸液
常用的酸液
无机酸
盐酸、氢氟酸 氟硼酸、磷酸
有机酸 甲酸和乙酸
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
1 盐酸
生产工艺：以电解食盐得到的氯气和氢气为 原料，用合成法制得氯化氢气体，再溶解于 水得氯化氢水溶液即盐酸液。
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
2 传质速度
传质速度：在酸岩反应中，氢离子向岩面 迁移的速度称为离子传质速度，它包含扩 散及对流的形式。
扩散：当溶液中的某种离子存在浓度差时， 这种离子就将从高浓度之处向低浓度方向 运动。
离子对流：指活性酸与残酸之间的密度差
引起的自然对流和酸液在岩石孔隙或裂缝
性能：无色或淡黄色透明液体，在空气中发 烟，有刺激性酸味。溶于水、乙醇和乙醚， 并能与水任意混溶，有强腐蚀性，强酸还原 剂。
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
用途：碳酸盐岩地层及含碳酸盐岩成分较高 的砂岩油层的酸处理。
缺点：反应速度快，腐蚀严重，氢脆。
密度与浓度的关系：
土酸
暂堵酸化
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
二、酸液与地层岩石的化学反应
1 盐酸与碳酸盐岩的化学反应
盐酸与碳酸钙： 2HCl + CaCO3 ＝ CaCl2 + H2O + CO2
盐酸与白云岩地层： 4HCl + MgCa（CO3）2 ＝ CaCl2 + MgCl2+ 2H2O + 2CO2
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
3 面容比
面容比：指单位体积酸液与所接触的岩石 表面积之比
影响：面容比愈大，传递到岩面上的H＋ 数量愈多，反应速度就愈快。
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
4 酸液的流速
层流：酸液流速的变化对反应速度并无显著 的影响
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
3 反应生成物的状态
氯化钙的溶解能力：
1m328％浓度的盐酸和碳酸钙反应，生成 486kg的氯化钙。假设全部溶解于水，则 此时氯化钙水溶液的质量浓度Ｘ％为：
氯化钙质量 X % 全部水质量 氯化钙质量 100 %
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《采油工程概论》 第八章 酸化工质量，与反应生成水的质量之和。
X%
486
100 % 35 %
820 79 486
图8-1 CaCl2溶解度曲线
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
二氧化碳的溶解能力：1m328％浓度的盐 酸和碳酸钙反应，生成193kg质量的二氧 化碳，根据亚佛加德罗定律，这193 kg重 的二氧化碳在标准状况下的体积为98m3。 这98m3（标准状况）的二氧化碳，在油层 条件下，部分溶解于酸液中，部分呈自由 气状态。
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
所需商品浓度的氢氟酸和盐酸：
mHF
V.CH F
CHF
mHCl
V.CH Cl
CHCl
氢氟酸浓度与密度的关系 （15℃）
浓度 %
密度 kg/m3
浓度 %
密度 kg/m3
2
1005
16
1057
4
1013
18
1064
6
1021
20
1070
8
储层中的岩石矿物成分和堵塞物，连通孔隙、
天然裂缝及人造裂缝，增加流体在孔隙、裂
缝中的流动空间，达到油气井增产和注水井
增注的目的。
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
§1 酸化增产原理
一、酸化分类
基质酸化
盐酸
全井酸化
按施工 压力分
按酸液 体系分
按施工 方式分
分层酸化
压裂酸化
酸-岩反应过程： 酸液中不断地电离出氢离子； 酸液中的H＋不断运动到岩石表面； H＋在岩面与矿物进行反应； 反应生成物离开岩面
图8-3 酸岩复相反应示意图
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
1 酸-岩反应速度
定义1：单位时间内酸浓度的降低值， mol/m3·S
定义2：单位时间内岩石单位反应面积的 溶蚀量，g/cm2·S
1028.5
24
1084
10
1036
30
1102
12
1043
34
1114
14
1050
40
1128
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
3 甲酸和乙酸
甲酸又名蚁酸（HCOOH）：无色透明液体， 有刺激性气味，能与水、醇、醚和甘油任意 混溶。密度1.2178g/cm3，工业甲酸浓度＞ 90％。
盐酸和碳酸盐的反应速度比起氢氟酸与碳 酸盐的反应速度还要快
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
三、酸岩反应速度
（一）酸岩复相反应
反应性质：多相反应
反应的实质：酸中的氢离子与岩石矿物反 应生成金属离子。
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《采油工程概论》 第八章 酸化工艺
2 氢氟酸
VH2O＝V－VHCl
性能：无色透明液体，具有强酸性，有腐蚀 性。工业用浓度为40％，相对密度为1.11～ 1.13。