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为什么油田酸化要用到氢氟酸与氟硼酸

时间:2023-07-22点击次数:737信息来源:

为什么油田酸化中要用到氢氟酸与氟硼酸:
油田酸化是一种有效的储层改造手段,尤其是对压裂施工适应性差的井是一种很好的替代手段。如对于裂缝发育、钻井液污染较重的储层,加砂压裂作业难度大、作业风险高,这些层段通过酸化解除井壁污染可能获得很好的产能。对于含水饱和度高或易沟通水层的井,加砂压裂风险高,更适合进行酸化作业。此外,对高破裂压力储层、井身结构限制或固井质量不合格储层都更适合采用酸化措施。在常规酸化中酸岩反应易形成沉淀堵塞储层渗流通道,达不到改善近井地带渗流能力和恢复产能的目的。因此,砂岩酸化作业既要求通过酸化解除近井地带的污染,又不能因酸化而造成严重的二次伤害。国内外砂岩储层酸化主要使用的酸液体系有盐酸、氢氟酸、氟硼酸、高pH值缓速酸、土酸及多氢酸。其中土酸体系对钻井液、黏土矿物溶蚀能力强,但反应速度快,对岩石骨架强度降低较大,酸化后二次伤害严重,只适用于储层污染严重的井段解堵;而使用盐酸是为了在土酸前溶蚀钙质、降低生成氟酸盐沉淀的风险,通常在砂岩酸化中都要注入一定量的盐酸;氟硼酸体系反应速度低于常规土酸,较适宜于水敏地层、疏松地层或液相损害为主的地层,可作为一种备选酸。841c5e4a96471aa3b0837c1cca8f57a

1 各类盐酸的主要缺点

1.1甲酸和乙酸

甲酸和乙酸都是有机弱酸,反应速度比同浓度的盐酸要慢几倍到十几倍。甲酸或乙酸与碳酸盐作用生成的盐类,在水中的溶解度较小。一般甲酸液的浓度不超过10%;乙酸液的

浓度不超过15%。适用于盐酸液的缓速和缓蚀问题无法解决的高温深井碳酸盐岩层。

1.2多组分酸

多组分酸是一种或几种有机酸与盐酸的混合物;多组分酸有缓速作用。酸岩反应速度

依据氢离子浓度而定。多组分酸中的氢离子数主要由盐酸的氢离子数决定。根据同离子效

应,极大地降低了有机酸的电离程度,当盐酸活性耗完后,有机酸才离解起溶蚀作用。所

以,盐酸在井壁附近起溶蚀作用,有机酸在地层较远处起溶蚀作用,混合酸液的反应时间近似等于盐酸和有机酸反应时间之和,因此可以得到较大的有效酸化处理范围。

2 碳酸盐岩地层的盐酸处理

碳酸盐岩的储集空间分为孔隙和裂缝两种类型。根据孔隙和裂缝在地层中的主次关系又可把碳酸盐岩油气层分为三类:孔隙性碳酸盐岩油气层、孔隙―裂缝性碳酸盐岩油气层

(孔隙是主要储集空间,裂缝是渗流通道)、裂缝性碳酸盐岩油气层。碳酸盐岩油气层酸处理:就是要解除孔隙、裂缝中的堵塞物质,或扩大沟通油气岩层原有的孔隙和裂缝,提高油气层的渗流性。

2.1盐酸与碳酸盐岩的化学反应

碳酸盐岩油气层的酸化常用盐酸,生成物状态:氯化钙、氯化镁全部溶于残酸中。二氧化碳气体在油藏压力和温度下,小部分溶解到液体中,大部分呈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。

2.2反应过程分析

酸岩反应速度:指单位时间内酸浓度降低值或指单位时间内岩石单位反应面积的溶蚀

量。酸岩反应过程可看成由以下三个步骤组成。①酸液中的H传递到碳酸盐岩表面;②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,岩面附近这一堆积生成物的微薄液层,称为扩散边界层。扩散作用:由于在边界层内存在着上述的离子浓度差,反应物和生成物就会在各自的离子浓度梯度作用下,向相反的方向传递。这种由于离子浓度差而产生的离子移动称为扩散作用。酸液中的H+是通过对流和扩散两种方式,透过边界层传递到岩面的。H+的传质速度:H+透过边界层达到岩面的速度。H+的传质速度比H++在岩面上的表面反应速度慢得多。盐酸与碳酸盐岩反应时,H+的传质速度、H+在岩面上的反应速度和生成物离开岩面的速度,均对整个过程的反应速度有影响,但是起决定作用的是其中较慢的H+的传质速度。

2.3影响酸岩反应速度的因素

(1)酸岩复相反应速度表达式酸岩复相反应速度主要取决于H+的传质速度。酸岩反应速度与扩散边界层内离子浓度梯度的关系:面容比:岩石反应表面积与酸液体积之比。酸岩反应速度与酸岩系统的面容比、H+的传质系数和垂直于边界层方向的酸浓度梯度有关。(2)影响酸岩复相反应速度的因素分析。面容比:当其它条件不变时,面容比越大,单位体积酸液中的H+传递到岩石表面的数量就越多,反应速度也越快。酸处理时,挤入地层的酸液与岩石孔隙的接触面积很大,酸岩反应速度接近于表面反应速度,酸液几乎是瞬时反应完毕,活性酸深入地层的距离仅几十厘米就变成残酸,影响酸化效果。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,因为随流速的增加,酸液的流动可能会由层流变为紊流,从而导致H+的传质速度显著增加,反应速度相应增加。但随着酸液流速的增加,酸岩反应速度的增加小于流速增加的倍比,即酸液来不及反应完已经流入地层深处,所以提高注酸排量可以增加活性酸的有效作用范围,但排量过大会导致施工压力大于地层破裂压力,酸液沿裂缝流动,影响井筒周围的酸化解堵效果。酸液的类型:不同类型的酸液,其离解程度、离解的H+数量不同,反应速度也不同。根据酸岩复相反应速度表达式,若近似认为边界层内的H+浓度呈线性变化,则:岩石表面的氢离子浓度为零,即Cs=0;酸岩反应速度近似与酸溶液内部的氢离子浓度成正比,强酸反应速度快,弱酸反应速度慢。温度:温度升高的热运动加剧,传质速度加快,酸岩反应速度随之加快。压力:反应速度随压力增加而减慢,由试验曲线上可以看出,当压力小于3MPa时,压力对反应速度的影响显著,压力超过5~6MPa,压力对反应速度的影响甚微。因此,油、气层酸化可不考虑压力对反应速度的影响。

3 砂岩地层土酸处理原理

3.1砂岩地层土酸处理原理

氢氟酸与硅酸盐类以及碳酸盐类反应时,其生成物中有气态物质和可溶性物质,也会生成不溶于残酸液的沉淀,反应生成的CaF2,当酸液浓度高时,处于溶解状态,当酸液浓度降低后,即会沉淀。酸液中包含有HCl时,依靠HC1维持酸液在较低的PH值,以提高CaF2的溶解度。

3.2氢氟酸与石英的反应:

6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O

反应生成的氟硅酸(H2SiF6)在水中可解离为H+和,而后者又能和地层水中的C a2+、Na+

、K+、NH4+等离子相结合。生成的CaSiF6、(NH)2SiF6易溶于水,而Na2SiF6及K2SiF6均为不溶物质会堵塞地层。因此在酸处理过程中,应先将地层水顶替走,避免与氢氟酸接触,处理时一般用盐酸作为预冲洗液。

4 结 论

总之,土酸液中的盐酸成分溶蚀碳酸盐类物质,并维持酸液较低的PH值,依靠氢氟酸成分溶蚀泥质成分和部分石英颗粒,从而达到清除井壁的泥饼及地层中的粘土堵塞,恢复和增加近井地带的渗透率的目的。对不适宜进行加砂压裂的井,采用常规酸化措施增产效果通常不理想,需要优选新型酸液体系,并对酸化规模等参数进行优化。

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