砂岩酸化原理及酸化工艺技术
《砂岩油田酸化技术研究》范文
《砂岩油田酸化技术研究》篇一一、引言砂岩油田作为全球石油开采的主要目标之一，其高效开发和增产技术的不断研究具有重要意义。
酸化技术作为砂岩油田中常用的增产措施之一，通过利用酸液对储层进行酸化处理，以改善储层的渗透性，增加油气流的流通能力，进而提高采收率。
本文将重点研究砂岩油田酸化技术的研究现状、应用、效果评估以及未来的发展趋势。
二、砂岩油田酸化技术研究现状砂岩油田酸化技术经过多年的发展，已经形成了多种不同的酸化方法和技术。
其中，最为常见的包括：基质酸化、溶解剂酸化、预处理酸化等。
这些技术手段各有其特点，但最终目的都是为了通过酸化处理改善储层的物理性质，从而提高油田的采收率。
三、砂岩油田酸化技术应用1. 基质酸化技术：基质酸化是最常见的砂岩油田酸化技术之一。
该技术通过向储层注入含有缓蚀剂、催化剂等添加剂的酸液，使酸液与储层岩石发生化学反应，从而溶解岩石中的矿物成分，扩大孔隙和裂缝，提高储层的渗透性。
2. 溶解剂酸化技术：溶解剂酸化技术是利用某些特定化学物质作为溶解剂，通过与储层岩石中的矿物成分发生反应，达到溶解岩石的目的。
这种方法主要用于处理含有特定矿物成分的储层。
3. 预处理酸化技术：预处理酸化技术是一种预先对储层进行处理的酸化技术。
该方法主要针对含有杂质较多的储层，通过预处理去除储层中的杂质和堵塞物，为后续的酸化处理提供良好的条件。
四、砂岩油田酸化效果评估砂岩油田酸化技术的效果评估主要从以下几个方面进行：1. 增产效果：通过对比酸化前后油田的产量变化，评估酸化技术的增产效果。
2. 成本效益：综合考虑酸化技术的投资成本、操作成本以及增产效益等因素，评估该技术的成本效益。
3. 环境影响：评估酸化技术对环境的影响，包括对地下水、地表水等的影响。
五、砂岩油田酸化技术未来发展趋势随着科技的不断进步和石油开采难度的不断增加，砂岩油田酸化技术将朝着以下几个方向发展：1. 智能化发展：随着人工智能、大数据等技术的发展，砂岩油田酸化技术将更加智能化，能够根据储层的实际情况进行精确的酸化处理。
《砂岩油田酸化技术研究》
《砂岩油田酸化技术研究》篇一一、引言随着经济的飞速发展和社会的进步，我国对于石油的需求越来越大，对石油开采技术的研究也不断深入。
砂岩油田作为重要的油气储集层之一，其开采过程中的酸化技术，对提高油田的采收率和开发效益有着极为重要的作用。
本文将对砂岩油田酸化技术进行深入探讨和研究。
二、砂岩油田酸化技术概述砂岩油田酸化技术是一种通过向地下油层注入酸液，以改善油层渗透性，提高采油效率的技术手段。
酸化技术可以有效地解决因油层堵塞、渗透性差等问题导致的采油困难，从而提高油田的采收率。
三、砂岩油田酸化技术的原理及分类砂岩油田酸化技术的原理主要是利用酸液与地层中的矿物反应，溶解地层中的堵塞物，扩大油层的孔隙和通道，从而提高油层的渗透性。
根据不同的酸液类型和作用方式，砂岩油田酸化技术可以分为以下几类：1. 土酸酸化：使用土酸作为酸液，主要针对碳酸盐岩地层。
2. 盐酸酸化：使用盐酸作为酸液，适用于砂岩、泥岩等各类地层。
3. 复合酸酸化：使用多种酸液混合而成的复合酸作为酸液，具有更强的溶解能力和更广泛的适用范围。
四、砂岩油田酸化技术的关键技术问题在砂岩油田酸化技术的研究和应用过程中，存在一些关键的技术问题需要解决：1. 酸液配方优化：针对不同的地层和油层特性，需要研发出适合的酸液配方，以提高酸化的效果和效率。
2. 酸化深度控制：如何准确控制酸液的渗透深度，避免过度酸化造成的地层损害，是砂岩油田酸化技术的另一个关键问题。
3. 反应机理研究：深入研究酸液与地层的反应机理，有助于更好地掌握酸化技术的效果和影响，为后续的技术研发提供理论支持。
五、砂岩油田酸化技术的实践应用与挑战砂岩油田酸化技术在国内外多个油田得到了广泛的应用，并取得了显著的成效。
然而，随着油田开发的深入和复杂性的增加，砂岩油田酸化技术也面临着一些挑战：1. 油田环境的复杂性：不同地区的砂岩油田具有不同的地质条件和油层特性，需要针对具体情况进行技术调整和优化。
砂岩酸化原理与工艺技术
多样化
针对不同类型和性质的砂岩，开发和应用多种酸化技术，实现精细化的处理。
高效化
酸化技术向高效率、大规模、集成化方向发展，提高砂岩的渗透性，降低成本。
环保化
酸化技术向低污染、环保化发展，减少对环境的负面影响。
酸化技术的发展趋势
酸化技术广泛应用于石油工业中，提高石油开采效率，改善油井性能。
石油工业
结构检测
检测酸化后砂岩样品的物理性能，如密度、孔隙率等。
性能检测
酸化效果的检测与表征
通过室内加速试验模拟酸化后砂岩样品的耐久性表现。
室内加速试验
将酸化后的砂岩样品放置在现场环境中，观察其耐久性表现。
现场试验
通过化学分析方法检测酸化后砂岩样品的化学稳定性。
化学稳定性评估
酸化效果的持久性评估
05
砂岩酸化发展趋势与挑战
高压水力喷射法
利用高压水力喷射器将酸液注入砂岩层，通过冲击和溶解作用实现砂岩的疏通和溶解。
微生物法
利用微生物在砂岩表面产生酸性物质，实现砂岩的溶解和疏通。
新型酸化工艺
选择适合的酸化工艺
优化酸化工艺参数
控制酸化对环境的影响
酸化工艺的选择与优化
03
砂岩酸化技术应用
砂岩酸化技术可以提高油田的采收率，通过清除堵塞物和溶解岩石颗粒，增加油流的通畅性，从而提高石油产量。
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增加石油产量
油田开发进入中后期，地层能量逐渐枯竭，砂岩酸化技术可以重新打开未开发的储层，提高油田的注入能力，延长油田的寿命。
延长油田寿命
油田开发与增产
地层改造
砂岩酸化技术可以用于地层改造，通过注入酸液，溶解地层中的岩石颗粒，扩大地层孔隙度和渗透率，提高地层的储油和导流能力。
酸化处理
表7-2
石 矿 英 物
典型砂岩矿物的化学组成
化
SiO 2
学
组
成
长石类
正长石 微斜长石 钠长石 斜长石
Si3 Al8 Na
Si3 Al8 K
Si2 3 Al1 2O8 Na, Ca
图7-15 酸液指进示意图 预先冷却地层，岩石温度下降，起缓蚀作用
酸液在高粘液体中指进现象。
设计步骤：
(1)计算裂缝几何尺寸
简化计算方法：认为缝的几何尺寸由注入的前置液造成。 (2)计算缝中酸液温度
简化为在某一平均温度下的酸的反应。 (3)计算酸液有效作用距离 用上一节的酸液有效作用距离计算方法。 (4)计算酸压后裂缝导流能力 Re ln 先求出在壁面上均匀溶蚀的缝宽和缝的理论导流能力， rw J (5)再考虑裂缝在应力作用下的导流能力。 计算增产比 J0 WK f rf Re K ln ln rf WK f
图7-2 扩散边界层的浓度分布
对流和扩散
H+的传质速度： H+透过边界层达到岩面的速度。 影响反应速度因素： H+传质速度、H+反应速度和生成物离开岩面速度
二、影响酸岩反应速度的因素
(一)酸岩复相反应速度表达式 根据菲克定律，导出表示酸岩反应速度和扩散边界层内 离子浓度梯度的关系式：
C S C KC n DH t V y
C x , y x 0 C0 C x , y y W 0 2 C y 0 0 y
边 界 条 件
图7-9 酸沿平板流动反应俯视示意图
图7-10 有滤失情况下酸液有效作用距离计算图
图版应用方法：
方法一：（已知断面位置x）
砂岩酸化原理与工艺技术
(Sandstone Acidizing Fundmentals and Technology )
概述：
一、砂岩储层酸化在油气田开采中地位 恢复油气井产能 提高油气井产能
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2
酸化处理历史
1、早期的除垢处理，盐酸作为除垢剂 2、1933，HF处理砂岩获得工艺专利 3、1940 ，土酸的首次工业性应用 4、至今，全面工业化应用
地面管流 酸由酸罐经过低压管线到达压裂车组，经压裂车 组增压后的酸液进入高压管线到高压井口。在这个过 程中酸液可能腐蚀地层管线及压裂车组和高压井口装 置；在高压管线中酸液流到井口要产生摩阻损失，管 线中的酸液流态由排量和酸液粘度决定，酸液浓度基 本不变。
砂岩酸化工艺过程－三个过程 砂岩酸化工艺过程－
若酸的浓度为15%（重量），则：
β 15 = β 100
石灰岩溶解克数 × 0 .15 = 0 .206 15％ HCL 反应克数
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溶解力
用相应的密度比作为质量比与式3.5相乘便可得出反 应酸单位体积所能溶解的岩石体积(并用X表示)，即溶 解力。
X 15 =
ρ 15 % HCL β 15 % HCL ρ caco
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氢氟酸与碳酸盐岩反应的化学当量
酸化中的主要化学反应
方解石 HCl 白云石 菱铁矿 石英 钠长石 HF 正长石(钾长石) 高岭石 蒙脱石 2HCl+CaCO3→CaCl2 +CO2 +H2 O 4HCl+CaMg(CO3)2→CaCl2 + MgCl2 +CO2 +H2 O 2HCl+FeCO3→FeCl2+CO2+H2 O 4HF+SiO2→SiF4(四氟酸硅)+2H2 O →H 4HF+ SiF4→ 2SiF6 NaAlSi 3 O8+14HF+2H+→Na++AlF2++3SiF4 +8H2 O KAlSi3 O8+14HF+2H+→K++AlF2++3SiF4 +8H2 O AlSi 4 O10(OH)8 +24HF+4H+→4AlF2++4SiF4+18H2 O AlSi 8 O20(OH)4 +40HF+4H+→4AlF2++8SiF4+24H2 O
砂岩油气层的土酸处理
砂岩油气层的土酸处理作者：砂岩地层通常采用水力压裂增产措施，但对于胶结物较多或堵塞严重的砂岩油气层，也常采用以解堵为目的常规酸化处理。
这就是说，碳酸盐地层和砂岩地层都可以进行酸化，但在酸处理的内容上都有不少区别。
砂岩是由砂粒和粒间胶结物所组成，砂粒主要是石英和长石，胶结物主要为硅酸盐类（如粘土）和碳酸盐类。
砂岩地层油气储集空间和渗流通道就是砂粒之间未被胶结物完全充填的孔隙。
砂岩地层的酸处理，就是通过酸液溶解砂粒之间的胶结物和部分砂粒，或者溶解空隙中的泥质堵塞物，或其他结垢物以恢复、提高井底附近地层的渗透率。
1、砂岩地层土酸处理原理在岩层中含泥质较多，含碳酸盐较少，油井泥浆堵塞较为严重而泥饼中碳酸盐含量较低的情况下，用普通盐酸处理常常得不到预期的效果。
对于这类油井或注水井多采用10％－15％浓度的盐酸和3％－8％浓度的氢氟酸与添加剂所组成的混合酸进行处理。
这种混合酸液通常称为土酸。
土酸中的氢氟酸（HF）是一种强酸，我国工业氢氟酸其氟化氢的浓度一般为40％，相对密度为1.11-1.13。
氢氟酸对岩石的一切成分（石英、粘土、碳酸盐）都有溶蚀能力，但不能单独用氢氟酸，而要和盐酸混合配置成土酸，其主要原因有以下二个方面：（1）氟酸与硅酸盐类以及与碳酸盐类反应时，其生成物中有气态物质，也有可溶性物质，也会生成不溶于残酸液的沉淀，其反应如下。
氢氟酸与碳酸钙的反应：2HF+CaCO3=CaF2+CO2 +H2O氢氟酸与硅酸钙铝（钙长石）的反应：16HF+CaAL2Si2O8＝CaF2+2ALF3+2SiF4+8H2O在上列反应中生成的CaF2，当酸液浓度高时，处于溶解状态，当酸液浓度低后，即会沉淀。
酸液中包含有HCL时，依靠HCL维持酸液在较低的PH值，以提高CaF2的溶解度。
氢氟酸与石英的反应：6HCL+SiO2＝H2SiF6+2H2O反应生成的氟硅酸（H2SiF6）在水中可解离为H+和SiF2-6，而后者又能和地层水中的Ca2+、Na+、K+、NH4+等离子相结合。
酸化解堵技术
主讲内容
第一讲 酸化解堵技术概述 第二讲 砂岩酸化技术 第三讲 碳酸岩酸化技术
第一讲 酸化解堵技术概述
酸化是油气井投产、增产和注水井增注的主要措施之 一。酸化是通过酸液在地层孔隙的晶间、孔穴及微裂缝中 的流动和反应，来溶解井眼附近地层在钻井、完井、修井 及注水、增注等过程中的各种固相微粒和杂质，解除其对 地层渗透率的伤害，疏通流体的渗透通道，从而恢复和提 高油井的产能。
无机缓蚀剂主要为锌、镍、铜、砷和锑以及其它金 属的盐类，最广泛使用的为含砷的化合物。有机缓蚀剂 由能吸附在金属表面的极性有机物组成。常用的缓释增 效剂为碘化钾、碘化亚铜等，增效剂可大幅度提高缓释 剂的效率。
（2）铁离子稳定剂
酸化作业过程中，当PH值大于2.2时，Fe3+开始生 成Fe（OH）3沉淀。当PH值4.3时Fe（OH）3沉淀完全。 Fe2+在PH值=5.5~6.5时会生成Fe（OH）2沉淀。由于残 酸PH值一般小于5，加入铁离子稳定剂的主要目的是避 免Fe3+沉淀。
③雾化型。泡沫特征值大于90%的泡沫酸称为“雾化 酸”。此时气相或气中夹液作为连续相,而酸液则作为分 散相。雾化酸像气体一样具有很低的密度、黏度和表面张 力,具有较高的流动能力,因而易于进入岩石的孔隙间,使注 入压力比常规注酸压力低得多。
通常所用泡沫酸的泡沫特征值为60%~80%。与常规 酸化相比,泡沫酸酸化具有选择性、缓蚀效果好、容易返 排、对产层伤害小等优点。
（2）氟硼酸酸化
氟硼酸用于疏松砂岩的酸化，不仅可以起到深度解 堵作，而且还可以起到稳定地层微粒作用。氟硼酸是一 种强酸，其强度可与盐酸比拟，电离方程式为: HBF4+H20=H30++BF4氟硼酸酸化是靠其缓慢水解生成HF，HF再与储层矿物 和堵塞物反应，从而解除储层污染，恢复或提高储层原 始渗透率。
高温高盐度条件下砂岩储层酸化处理研究
高温高盐度条件下砂岩储层酸化处理研究摘要：本实验研究了高温高盐度条件下砂岩储层酸化处理的效果。
通过模拟实际油藏环境，选取高温高盐度条件下的砂岩样品，进行了酸化处理实验。
实验中使用了不同浓度的酸溶液，并对处理前后的砂岩样品进行了物性和微观结构的分析。
实验结果表明，在高温高盐度条件下，酸化处理能够显著改善砂岩储层的渗透性和孔隙度。
随着酸溶液浓度的增加，砂岩样品的渗透性和孔隙度逐渐增大。
高温高盐度条件下的砂岩储层酸化处理能够显著改善储层的渗透性和孔隙度，提高油气的采收率。
这对于高温高盐度油藏的开发和管理具有重要意义。
然而，酸化处理也存在一定的技术难题和环境风险，需要进一步研究和优化处理方案，以确保处理效果和环境安全。
关键词：高温高盐度条件；砂岩储层酸化处理；实验研究引言砂岩储层是油气勘探和开发中常见的储层类型之一，而高温高盐度条件下的砂岩储层具有特殊的地质环境和岩石特性。
在这种条件下，砂岩储层的渗透性和孔隙度往往较低，导致油气的采收率较低。
为了提高砂岩储层的渗透性和孔隙度，酸化处理被广泛应用于油气开发中。
酸化处理是通过注入酸溶液来改变砂岩储层的物性和孔隙结构，从而提高储层的渗透性和孔隙度。
在常规条件下，酸化处理已经取得了一定的成功。
然而，在高温高盐度条件下，酸化处理的效果受到了很大的限制。
高温和高盐度环境会导致酸溶液的活性降低，难以有效地溶解矿物颗粒和改善孔隙结构。
因此，针对高温高盐度条件下的砂岩储层酸化处理，需要进行深入的实验研究。
本实验旨在研究高温高盐度条件下砂岩储层酸化处理的效果，并探讨其机理。
通过模拟实际油藏环境，选取高温高盐度条件下的砂岩样品，进行了酸化处理实验。
实验中使用了不同浓度的酸溶液，并对处理前后的砂岩样品进行了物性和微观结构的分析。
通过实验结果的分析和比较，可以评估高温高盐度条件下酸化处理的效果，并为油气开发提供科学依据。
本实验的结果对于理解高温高盐度条件下砂岩储层酸化处理的机理和优化处理方案具有重要意义。
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温 度 ( ℃ ) 平 衡 常 数 ( K × 1 0 3 )
2 5 8 0 9 0 1 0 0 2 . 3 5 . 5 6 . 5 7 . 3
随着温度的升高，水解速度常数遵循Arrhenius经验公式
K1=1.44×1017EXP(-26183/RT）
•压力对HBF4反应速度的影响。
压力对HBF4反应速度几乎没有影响。
用HBF4处理可以克服酸化初期增产后期递减快的普遍性
问题。国内外现场使用表明是一种较为有效的方法，当HBF4进入
地层时能缓慢水解生成HF，因而在酸耗尽前可深入地层内部较大
范围。
此外还可以使任何不溶解的粘土微粒产生化学熔化，熔
化后的微粒在原地胶结，使得处理后流量加大而引起的微粒移动
受到限制.
室内试验还表明：通过不相溶流体的接触，用HBF4处理
Acid Lab，Southwest Petroleum Institute
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砂岩酸化原理及酸化工艺技术
Acid Lab，Southwest Petroleum Institute
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References
1. 油藏增产措施----M.J. ECONOMIDES Reservoir Stimulation ,3rd Edition
2. 采油技术手册(第九分册)
3. Economides, M.J., A.D. Hill, and C.E. Ehlig-Economides: Petroleum Production Systems. Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey (1994).
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七、砂岩酸化工艺－深部酸化工艺(HBF4)
②影响HBF4水解速度的因素
HBF4的水解速度可表示为
d(B d4 tF )K 1[H]•[B4 F ]
HBF4水解速度主要受浓度和温度的影响
·浓度对HBF4水解速度的影响
25℃时，第一级水解反应的平衡常数为
K[H3 B (OF )H • ][H]F 2.3 1 0 3 H4 BF
6. 完井酸化压裂
7. ACIDIZING, ----SPE REPRINT SERIES NO.32 8. SPE PAPERS
七、砂岩酸化工艺－深部酸化工艺
原理:由于酸在砂岩多孔介质中的反应速度太快, 酸化 解堵半径小, 采用在地下生成盐酸和HF技术，实现深 部酸化目的。
包括： 氟硼酸酸化工艺技术(HBF4)； 相继注入工艺技术（SHF） 地下自生土酸技术(SGMA); 缓冲调节土酸技术(BRMA); “5H+酸”酸化技术。 Acid Lab，Southwest Petroleum Institute
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七、砂岩酸化工艺－深部酸化工艺(HBF4)
氟硼酸酸化工艺
砂岩地层HBF4处理属于深部酸化工艺，用土酸处理砂岩地层 ，要增加处理深度Le就要增大酸量，但由于HF与地层粘土等胶结 物反应快，过量的HF将破坏地层骨架的结构，使井筒附近岩石强 度受到损害，因此土酸酸化不能获得较深的穿透。
此外，土酸处理井往往初期增产而后期递减迅速，因此受到 限制。
4. Gidley et al.: Advances in hydraulic fracturing, SPE Monograph No 12 (1989)
5. Williams, B.B., J.L. Gidley, and R.S. Schechter: Acidizing Fundamentals. SPE Monograph Vol 6, Society of Petroleum Engineers, Richardson, Texas (1979)
①HBF4的水解反应
HBF4在水溶液中发生水解反应，且是多级电离
HBF4+H2O←→HBF3ＯH+HF
(慢)
氟硼酸 羟基氟硼酸
HBF3OH+H2O←→HBF2(OH)2+HF (快) HBF2(OH)2＋H2O←→HBF(OH)3+HF (快) HBF(OAHc)i3d+LHa2bO，←So→uthHw3BesOt 3P+eHtroFleum(快Ins)titute
显然，当HBF4浓度增大，为了使K为常数，[HF]及[HBF3(OH)]
也速度要也增加大快，A。即ciHdBLFa4b浓，度So越ut大hw，e水st 解Pe的tro[HleFu]m也I越ns多tit，ut因e 而酸岩反应
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七、砂岩酸化工艺－深部酸化工艺
·温度对水解度的影响
温度升高，HBF4第一级水解反应的平衡常数也增大 HBF4一级水解反应平衡常数随温度变化关系
氟硼酸是作为硼酸和氢氟酸反应产物按下式生成的：
H3BO3+3HFHBF3OH+2H2O（快反应） HBF3OH +HAFcid LHaBb，F4S+oHut2hOw（es慢t P反etr应ole）um Institute
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七、砂岩酸化工艺－深部酸化工艺(HBF4)
氟硼酸－缓速、稳定粘土颗粒
过的粘土敏感性下降，不易膨胀或分散。
Acid Lab，Southwest Petroleum Institute
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七、砂岩酸化工艺－深部酸化工艺(HBF4)
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K/K0 K/K0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5 基液
0.0 0
前置液 20
2.5
2.0
1.5 1.0
处理液
后置液 反后置液
Acid Lab，Southwest Petroleum Institute
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七、砂岩酸化工艺－深部酸化工艺(HBF4)
氟硼酸酸化工艺
Thomas和Crowe(1981)推荐
混合硼酸(H3BO3)、氟化铵(NH4F.HF)及盐酸很易配制。
氟化铵，氢氟酸的一种酸性盐，首先与盐酸反应生成氢氟 酸： NH4FHF＋HCl2HF+NH4Cl
反基液
40
60
80
累积孔隙体积，PV
100
120
0.5
基液 0.0
0
前置液 40
处理液
后置液 反后置液
反基液
80
120160Fra bibliotek200
240
累积孔隙体积，PV
氟硼酸与土酸流动试验结果
Acid Lab，Southwest Petroleum Institute
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七、砂岩酸化工艺－深部酸化工艺(HBF4)