酸化、压裂作业课件 作业二大队作业八队 伍轲 酸化 一、概念：酸化是通过井眼向地层注入一种或几种酸液（或酸性混和液），利
用酸与地层可反应矿物的化学反应，溶蚀储层中的连通孔隙或天然（水力）裂缝壁面岩石，增加孔隙、裂缝的流动能力，从事使油气井增产（或注水井增注）的一种工艺措施。它是指一切以酸作工作液对油气（水）层进行的增产（注）措施的统称。
二、分类：如图1
图1 解堵酸化：靠酸液的溶解作用解除井筒附近地层内在钻井和完井过程中造成的损害，提高油气井的完善程度。 深穿透酸化：应用物理或（和）化学方法提高酸液在地层中的有效穿透距离，在较大范围内改善地层渗透性能。 基质酸化: 也称常规酸化，在低于储集层岩石破裂压力下将酸液挤入储集层孔隙间，使酸液沿径向渗入地层而溶解低层孔隙空间内的颗粒以及其他堵塞物，扩大孔隙空间而恢复或提高地层渗透率。 压裂酸化：其增产原理与水力压裂基本相同，即沟通井筒附近高渗带或其它裂缝系统、清除井壁附近污染、增大有其向井流通面积、改善油气向井流动方式和增大井附近渗流能力。 按酸液不同分：常规酸解堵酸化、泡沫酸酸化、乳化酸酸化、前置液与酸液多级交替注入、变粘度酸酸化等。
三、酸化机理：
1、碳酸盐岩酸化机理 碳酸盐岩经过成岩作用和次生作用，其岩石主要矿物成分是方解石[CaCO3]、白云石[CaMg(CO3)2]，其储集空间可以分为孔隙型、裂缝型以及溶蚀孔洞型。按照施工压力，在碳酸盐岩中的酸化也分为基质酸化和酸压。 基质酸化是在小于地层破裂压力条件下泵酸，溶解基质、孔隙间的颗粒及堵塞物，溶蚀并扩大孔隙，解除近井地带的储层污染，从而达到增产增注的目的。 酸液与碳酸盐岩的化学反应 酸液与方解石、白云石反应式可以写为：
2223COOHCaCaCO2H＋＋＋
222223CO2OH2CaMgCOMgCa4H＋＋）（＋＋ 2、碎屑岩酸化机理 碎屑岩矿物的化学成分非常复杂，常见的有二氧化硅（石英）、硅酸盐（长石和粘土等）及其它（如生物化石）碎屑。除石英外，其它矿物的化学分子式都十分复杂。 碎屑岩中所含矿物的化学成分都比较复杂。然而更复杂的是，在碎屑岩中一般都含有多种矿物，如典型的长石石英砂岩，组分分析后发现，除含主体成分石英和长石（一般为正长石和斜长石共存）外，胶结物通常为粘土类（或碳酸盐岩类），成分多达4-5种以上，所以很难用单一的化学分子式来描述。 碎屑岩储层空间和渗流通道就是砂粒与砂粒之间未被胶结物完全充填的孔隙，碎屑岩酸化施工通常使用由盐酸和氢氟酸组成的混和酸（如土酸，3%HF+12%HCl等）。使用盐酸的目的主要有①用来首先溶解可与氢氟酸反应生产沉淀的钙质、铁质等堵塞；②保持较低的pH值，防止产生氟化钙等沉淀。使用氢氟酸主要是解除储层空间的硅质矿物堵塞。主要化学反应方程式如下： 氢氟酸与碳酸盐矿物的化学反应
2223COOHCaFHF2CaCO
222223CO2OH2FMCaFHF4)CaMg(COg 可见氢氟酸会与地层中的Ca2+、Mg2+等矿物成分生成沉淀，所以在碎屑岩酸化时，在泵注土酸之前，首先泵注一定量的盐酸作为预处理（或称前置酸）液。 氢氟酸与石英的化学反应 OH2SiFHF4SiO242
624SiFHHF2SiF
或 OH2SiFHHF6SiO2622 氢氟酸与硅酸盐矿物的化学反应 OH4NaF4SiFHF8SiONa2444
624SiFNaSiF2NaF
624SiFHHF2SiF 可见通过上述化学反应，从而解除地层中石英、粘土矿物等的堵塞，疏通地层中油流通道，提高地层渗透率，达到增产增注的目的。
四、酸液及添加剂的种类 其中酸液及添加剂选择是酸化技术关键，合理酸液及添加剂使用，对酸处理效果起着重要作用。随着酸化工艺及化学工业的发展，国内现场使用的酸液种类和添加剂类型越来越多。 1. 常用酸液种类及性能 (1) 盐酸 盐酸是一种强酸，它与许多金属、金属氧化物、盐类和碱类都能发生化学反应。由于盐酸对碳酸盐岩的溶蚀力强，反应生成的氯化钙、氯化镁盐类能全部溶解于残酸水，不会产生沉淀；酸压时对裂缝壁面的不均匀溶蚀程度高，裂缝导流能力大，成本较低。 缺点: 与石灰岩反应速度快，特别是高温深井，由于地层温度高，盐酸与地层作用太快，因而处理不到地层深部;盐酸会使金属坑蚀成许多麻点斑痕，腐蚀严重;H2S含量较高的井，盐酸处理易引起钢材的脆性断裂。 (2) 有机酸 常用的有机弱酸是甲酸和乙酸，它们在水中只有一小部分离解为氢离子和酸根离子，即离解常数很低。因此，它们的反应速度比同浓度的盐酸要慢几倍到十几倍，有效作用距离长，对金属设备和管线腐蚀弱。 缺点:溶蚀力小，与碳酸盐作用生成的盐类，在水中的溶解度较小。 因此，酸处理时采用的浓度不能太高，以防生成甲酸或乙酸钙镁盐沉淀堵塞渗流通道。一般甲酸的浓度不超过10%，乙酸液的浓度不超过15%。 (3) 多组分酸 多组分酸是一种或几种有机酸与盐酸或氢氟酸的混合物。盐酸或氢氟酸先反应，然后甲酸或乙酸才反应。 (4) 乳化酸 乳化酸一般以油为连续外相，酸为分散相所组成的油包酸型体系。特点：粘度较高，滤失少。当乳化酸进入地层时，被油膜包围的酸液不会立即与岩石结触，因此，乳化酸可增大酸的有效作用距离。 （5）稠化酸 稠化酸是在盐酸中加入增稠剂或胶凝剂，使酸液粘度增加，降低酸至裂缝壁面的传递速度。它具有粘度高、滤失小、穿透距离深、溶蚀性能好、可携带不溶的细小颗粒及残渣。 (6) 泡沫酸 泡沫酸是用少量起泡剂将气体分散到酸液中形成一种均匀的细小的气泡分散体系的酸液。特点：密度小(300～800)、粘度大等特点。因此缓速、低滤失、反排能力强、用液量少。 适用于重复酸化的老井和液体滤失性大的低压油层处理。 (7)其它酸液 常用的酸液还有氨基磺酸、废硫酸、化学缓速酸等。
2、添加剂的种类及性能 （1）缓蚀剂：缓蚀剂是指那些加到酸液中能大大减少金属腐蚀的化学物质。其缓蚀机理是将缓蚀剂通过物理吸附或化学吸附而吸附在金属表面，从而把金属表面覆盖，避免直接与酸接触，使其腐蚀得到抑制。 （2）铁离子稳定剂：防止铁及其他金属盐形成络合离子而沉淀。 （3）助排剂：借助气体膨胀加速残酸返排，常用N2。 （4）降阻剂：降低工作液在井筒流动的沿程摩阻，降低施工压力。 （5）增黏剂：增黏剂又称增稠剂、稠化剂、胶凝剂。加入增黏剂的酸液具有高而稳定的黏度，能有效抑制H+的传质速度，从而降低酸岩反应速度，达到深穿透的目的。 （6）防乳破乳剂：由于乳化液黏度高，流动性差，不仅妨碍酸化作业后残酸 （7）防膨剂：防膨剂又叫粘土稳定剂。 （8）缓速剂：在酸液中添加缓速剂，可以改变岩石表面的湿润性，降低酸岩的反应速度，延长酸液的作用距离。 （9）暂堵剂：暂堵剂主要用于酸化中非均质性较强的地层，是使酸液合理分布的添加剂。
五、酸化作业施工步骤 （1）施工前试压 为了保证施工安全，在施工管柱、井口装置、地面设备和管线按设计要求完成后，应进行试压检验。试压要求如下： 1 高压管线：设计压力的1-1.2倍。 2 平衡管线：平衡压力的1.2-1.5倍。 在该压力下要求稳压3min，管线不刺不漏为合格。 （2）低压替酸 为了防止压井液进入地层，在座封之前，应首先采用正替方式，用前置液或酸液将压井液正替至地面，所替液量一般为井筒油管内容积的0.9倍左右。 （3）高压挤酸及其它工作 正替酸液后，提高泵注排量到设计要去，已达到设计施工工艺的目标。高压泵注是酸化或酸压的主体阶段。在泵注过程中应注意以下几点： 1 泵注排量一定要尽量稳定在设计规定的范围内； 2 保证连续注入，切换泵时避免供夜不足引起排量下降，甚至泵抽空现象； 3 顶替液量要求把管柱内的酸液都顶入地层； 4 管线进口处应装单流阀。 （4）关井反应 一般关井反应时间为30min左右（具体关井反应时间根据酸液类型和试验结果来确定），后开井排残酸。
六 、酸化资料录取 一次酸化施工应录取的资料包括下列内容： 1 酸前井筒资料：施工层位、井段、钻井液（类型、密度、地层漏失情况等）及套管资料； 2 施工前后的生产和测试资料：包括酸化前后的产量，地层压力、压力恢复曲线及解释结果； 3 现场配液资料：工作液类型、各种添加剂类型和数量、现场配液报告单及检测结果； 4 入井管柱资料：包括管柱入井时间，油管尺寸、钢级、下入深度及单根记录，入井的井下工具型号、尺寸，封隔器位置和油管鞋位置等； 5 施工泵注资料：施工综合数据记录、施工曲线、瞬时停泵压力和注酸完毕后压力下降曲线； 6 排液资料：包括开井时间、定时排出液量及相应的残酸浓度和CI-含量。 七、江苏油套常用酸化（压）技术介绍 根据酸化施工工艺来分， 常用的酸化技术主要有前置液酸压技术、多级注入酸压技术、闭合裂缝酸化技术等。本节对这些工艺技术进行简述。
（一）前置液酸压工艺技术 前置液酸压工艺是指：首先向地层注入高粘低伤害的非反应性前置压裂液对储层压裂造缝，然后注入各种能与缝壁岩石反应的酸液，靠酸对缝壁的不均匀“刻蚀”形成槽沟，沟通地层深部的裂缝发育带。当施工结束压力释放后,裂缝也不能完全闭合而保持高的导流能力,从而达到酸压增产的目的。由于前置液的降温、降滤和造宽缝等作用,大大降低了酸岩反应速度,能显著增大酸的穿透距离,同时由于两种液体的粘度差产生“粘性指进”效应,使酸蚀裂缝具有足够的导流能力。该工艺特别适合于以沟通为主要目的的碳酸盐岩储层。需要指出的是，若要形成粘性指进需要两种液体（前置液、酸液）粘度差别比较大，粘度比至少为150:1。
（二）多级注入酸压技术 多级注入酸压技术是指将数段前置液和酸液交替注入地层进行酸压施工的工艺技术，其工艺方法为：“前置液＋酸液＋前置液＋酸液＋前置液＋酸液＋„＋后顶液”。根据地层的不同特性，该项技术可以将非反应性高粘液体与各种不同特性的酸液组合，构成不同类型、不同规模的多级注入酸压技术。一般来讲，多级注入酸压的优势主要有：采用多级注入的压裂液减缓液体滤失、通过压裂液的注入降低地层温度减缓酸岩反应速度、通过压裂液与酸液的粘度差别形成粘性指进实现高裂缝导流能力。
（三）闭合裂缝酸化技术 闭合裂缝酸化是针对较软储层（如白垩岩）以及均质程度较高的储层发展和应用的一种工艺技术。其特点是让酸在低于储层破裂压力的条件下流过储层内“闭合”裂缝，在低排量下被注入的酸液，溶蚀裂缝壁面，产生不均匀溶蚀形成沟槽，在施工压力消除与裂缝闭合后，酸蚀通道仍然具有较好的导流能力。闭合酸化工艺技术适合于已造有裂缝的碳酸盐岩储层，这些裂缝主要以三种形式存在：（1）闭合压裂酸化前才刚压开的裂缝；（2）以前压裂酸化施工造成的裂缝；（3）天然裂缝性油气藏。该项技术对导流能力模拟实验，渗透率非均质强，水敏性储层及天然裂缝性储层的处理等方面都有一些不同于酸压施工的地方。
