第八章酸化 目的要求 要求学生掌握酸化的过程,酸化压裂技术的原理及现场应用实例分析。要求学生重点掌 握前置液酸压设计步骤,以及砂岩地层的土酸处理技术。酸处理技术的选择及酸处理方式也 要求学生能够重点掌握。 课时:4学时 授课重点内容提要 第一节碳酸盐岩地层的盐酸处理 (一)盐酸与碳酸盐岩的化学反应 1、酸液的溶蚀能力 2HCI CaCo3 CaC12 H20+C02 l00 I11 1844 193 酸液溶蚀能力(溶解能力):被溶蚀的岩石体积与参与反应的酸液体积之比。如对石 灰岩,28%盐酸的溶蚀能力0.162,15%盐酸的溶蚀能力0.082。用Ⅹ表示。 2、反应生成物的状态 2HCI+CaCO3= CaC12 +H20+ CO2 t 4HCI+ MgCa(Co3)2=CaC12+ MgCI2+ 2H20+2C02 t 氯化钙、氯化镁全部溶于残酸中,但密度和粘度都比水高。 有利:携带固体微粒的能力较强,能把酸处理时从地层中脱落下来的微粒带走,防止堵 塞 不利:流动阻力变大,不利于返排和地层流体的渗流。 氧化碳气体在油藏压力和温度下,小部分溶解到液体中,大部分以游离状态的微小气 泡,分散在残酸溶液中,有助于残酸溶液从油气层中排出。 3、反应过程
1 第八章 酸化 目的要求 要求学生掌握酸化的过程 ，酸化压裂技术的原理及现场应用实例分析。要求学生重点掌 握前置液酸压设计步骤，以及砂岩地层的土酸处理技术。酸处理技术的选择及酸处理方式也 要求学生能够重点掌握。 课时：4 学时 授课重点内容提要 第一节 碳酸盐岩地层的盐酸处理 （一） 盐酸与碳酸盐岩的化学反应 1、酸液的溶蚀能力 2HCl + CaCO3 = CaCl2 + H2O + CO2 73 100 111 18 44 320 438 486 79 193 酸液溶蚀能力（溶解能力）：被溶蚀的岩石体积与参与反应的酸液体积之比。 如对石 灰岩，28% 盐酸的溶蚀能力 0.162， 15% 盐酸的溶蚀能力 0.082。用 X 表示。 2、反应生成物的状态 2HCl + CaCO3 = CaCl2 + H2O + CO2↑ 4HCl + MgCa(CO3)2 = CaCl2 + MgCl2 + 2H2O + 2CO2↑ 氯化钙、氯化镁全部溶于残酸中，但密度和粘度都比水高。 有利：携带固体微粒的能力较强，能 把酸处理时从地层中脱落下来的微粒带走，防止堵 塞； 不利：流动阻力变大，不利于返排和地层流体的渗流。 二氧化碳气体在油藏压力和温度下，小部分溶解到液体中，大部分以游离状态的微小气 泡，分散在残酸溶液中，有助于残酸溶液从油气层中排出。 3、反应过程
①酸液中的H+传递到碳酸盐岩表面; ②H+在岩面与碳酸盐进行反应; ③反应生成物Ca2+、Mg2+和CO2气泡离开岩面。 表面反应:酸液中的H+在岩面上与碳酸盐岩的反应。 扩散边界层:H在岩面上反应后,就在接近岩面的液层里堆积起生成物 CO2气泡。岩面附近堆积生成物的微薄液层 在垂直于岩面的方向上:扩散边界层内存在离子浓度差,而酸液内部则没有离子浓度差 离子的扩散作用:由于离子浓度差而产生的离子移动。 H的传质速度(H到达岩面的速度)、表面反应速度和生成物离开岩面的速度,均对 总反应速度有影响,但起主导作用的是其中最慢的H+的传质速度 (二)影响酸岩反应速度的因素 反应速度的概念 单位时间内酸浓度的降低值 单位时间内岩石单位反应面积的溶蚀量 酸岩反应属于复相反应,反应速度主要取决于H+的传质速度。 2、影响酸岩复相反应速度的因素分析 v av (1)面容比 面容比越大,反应速度也越快。 面容比(cm2/cm3) (2)酸液的流速 酸岩的反应速度随酸液流动速度的增加而加快
2 ① 酸液中的 H+传递到碳酸盐岩表面； ② H+在岩面与碳酸盐进行反应； ③ 反应生成物 Ca2+、Mg2+和 CO2 气泡离开岩面。 表面反应：酸液中的 H+在岩面上与碳酸盐岩的反应。 扩散边界层： H+在岩面上反应后，就在接近岩面的液层里堆积起生成物 Ca2+、Mg2+和 CO2 气泡。岩面附近堆积生成物的微薄液层。 在垂直于岩面的方向上：扩散边界层内存在离子浓度差，而酸液内部则没有离子浓度差 离子的扩散作用 ：由于离子浓度差而产生的离子移动。 H+的传质速度（H+到达岩面的速度）、表面反应速度和生成物离开岩面的速度，均对 总反应速度有影响，但起主导作用的是其中最慢的 H+的传质速度。 （二） 影响酸岩反应速度的因素 1、反应速度的概念 单位时间内酸浓度的降低值。 单位时间内岩石单位反应面积的溶蚀量。 酸岩反应属于复相反应，反应速度主要取决于 H+的传质速度。 2、影响酸岩复相反应速度的因素分析 （1）面容比 面容比越大，反应速度也越快。 y C V S D t C H （2） 酸液的流速 酸岩的反应速度随酸液流动速度的增加而加快
1030 酸液流速(cm/s) (3)酸液的类型:强酸比弱酸的反应速度快 (4)盐酸浓度 鲜酸:未与岩石发生化学反应的酸 余酸:鲜酸反应后还有一定反应能力的酸液 活性酸:鲜酸和余酸的总称 残酸:完全失去活性,没有反应能力的酸 相同浓度条件下,鲜酸比余酸的反应速度快,因此常使用高浓度酸 (5)温度 (6)压力 333 温度/k 压力/Pa (7)其它影响因素 岩石的化学组分、物理化学性质、酸液粘度等。 提高酸化效果的措施:降低面容比,提高酸液流速,使用稠化盐酸、高浓 盐酸和多组分酸,以及降低井底温度等。 (三)碳酸盐岩基质酸化设计步骤 (1)确定地层破裂压力
3 （3）酸液的类型：强酸比弱酸的反应速度快。 （4）盐酸浓度 鲜酸：未与岩石发生化学反应的酸 余酸：鲜酸反应后还有一定反应能力的酸液 活性酸：鲜酸和余酸的总称 残酸：完全失去活性，没有反应能力的酸 相同浓度条件下，鲜酸比余酸的反应速度快，因此常使用高浓度酸。 （5）温度 （6）压力 （7） 其它影响因素 岩石的化学组分、物理化学性质、酸液粘度等。 提高酸化效果的措施：降低面容比，提高酸液流速，使用稠化盐酸、高浓 度 盐酸和多组分酸，以及降低井底温度等。 （三） 碳酸盐岩基质酸化设计步骤 （1）确定地层破裂压力；
(2)确定挤酸排量(为安全起见,挤酸排量不超过不压开地层的最大排量的90%) (3)确定最大施工压力(即泵压,通常最大注入压力按破裂压力与酸液静液柱压力之差 估算) (4)确定酸液类型(根据地层条件,可能使用盐酸与其它酸组成的混合酸);(5)确 定酸液用量:一般为酸液穿透距离内孔隙体积的2~4倍。经验值为04~2.5m3/m。 (5)确定酸液用量:一般为酸液穿透距离内孔隙体积的2~4倍。经验值为0.4 2.5m3/m (6)计算增产量 (7)经济评价 (8)方案优选。 第二节酸化压裂技术 酸化压裂(酸压):用酸液作为压裂液,不加支撑剂的压裂 酸压效果取决于产生的裂缝有效长度和导流能力 作用原理: √靠水力作用形成裂缝; 靠酸液的溶蚀作用把裂缝的壁面溶蚀成凹凸不平的表面,停泵卸压后,裂缝壁面不能 完全闭合,具有较高的导流能力,可达到提高地层渗透性的目的, 酸压与水力压裂相比 √相同点:基本原理和目的相同。 不同点:实现其导流性的方式不同。 (一)酸岩复相反应有效作用距离 活性酸的有效作用距离:酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距离 裂缝的有效长度:活性酸的有效作用距离内仍具有相当导流能力的裂缝长度 1、酸岩反应的室内试验方法
4 （2）确定挤酸排量（为安全起见，挤酸排量不超过不压开地层的最大排量的 90%）； （3）确定最大施工压力（即泵压，通常最大注入压力按破裂压力与酸液静液柱压力之差 估算）； （4）确定酸液类型（根据地层条件，可能使用盐酸与其它酸组成的混合酸）；（5）确 定酸液用量：一般为酸液穿透距离内孔隙体积的 2～4 倍。经验值为 0.4～2.5m3/m。 （5）确定酸液用量：一般为酸液穿透距离内孔隙体积的 2～4 倍。经验值为 0.4～ 2.5m3/m。 （6）计算增产量； （7）经济评价； （8）方案优选。 第二节 酸化压裂技术 酸化压裂（酸压）：用酸液作为压裂液，不加支撑剂的压裂。 酸压效果取决于产生的裂缝有效长度和导流能力 作用原理： 靠水力作用形成裂缝 ； 靠酸液的溶蚀作用把裂缝的壁面溶蚀成凹凸不平的表面，停泵卸压后，裂缝壁面不能 完全闭合，具有较高的导流能力，可达到提高地层渗透性的目的。 酸压与水力压裂相比： 相同点：基本原理和目的相同。 不同点：实现其导流性的方式不同。 （一）酸岩复相反应有效作用距离 活性酸的有效作用距离：酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距离 裂缝的有效长度：活性酸的有效作用距离内仍具有相当导流能力的裂缝长度 1、酸岩反应的室内试验方法
室内静态试验酸岩在高压釜内静止反应 试验 流动模拟试验:模拟地下反应情况 方法动态试验动力模拟试验 旋转圆盘试验)岩心转动而酸液静止 2、裂缝中酸浓度的分布规律 数学模拟:求出裂缝中酸浓度分布的数学规律 研究方法 物理模拟:确定H传质系数Dn (1)酸液在裂缝中流动反应的偏微分方程 假设 ①恒温恒压下,酸沿裂缝呈稳定层流状态: ②酸液为不可压缩液体 ③酸密度均 ④H+传质系数与浓度无关。 对流扩散偏微分方程:ax"oy 盐酸与石灰岩反应共边界条件为:(C(x,y==Co C(x,y).w 平均漏失速度v ay (2)酸浓度分布规律及计算图的应用
5 室内 试验 方法 静态试验 动态试验 酸岩在高压釜内静止反应 流动模拟试验：模拟地下反应情况 动力模拟试验 （旋转圆盘试验 ） 岩心转动而酸液静止 2、裂缝中酸浓度的分布规律 研究方法 数学模拟：求出裂缝中酸浓度分布的数学规律 物理模拟：确定H+传质系数 H D （1）酸液在裂缝中流动反应的偏微分方程 假设： ① 恒温恒压下，酸沿裂缝呈稳定层流状态； ② 酸液为不可压缩液体； ③ 酸密度均一； ④ H+传质系数与浓度无关。 2 2 y C D y C u x C ux y H 对流扩散偏微分方程： 盐酸与石灰岩反应，其边界条件为： 0 ( , ) 0 ( , ) 0 2 0 0 y w y x y C C x y C x y C （2）酸浓度分布规律及计算图的应用