第二节 酸酸化：是靠酸液的化学溶蚀作用以及向地层挤酸时的水力作用来提高地层渗透性能的工艺措施。
酸化有两种基本类型：
1） 常规酸化 （ 孔隙酸化 ）,注酸压力低于地层破裂压力的酸化,简称酸化；酸液主要发挥其化学溶蚀作用,扩大与之接触岩石的孔,缝,洞；
2） 酸化压裂,注酸压力高于油 (气 )层破裂压力的酸化,简称酸压；酸液将同时发挥化学作用和水力作用来扩大,延伸,压开和沟通裂缝,形成延伸远,流通能力高的油气渗流通道 。
一,酸化增产原理储层：碳酸盐地层,砂岩层 。
碳酸盐 地层：储集空间为孔隙,裂缝；
矿物成分是方解石 (CaCO3) 和白云石
[CaMg(CO3)2],碳酸盐地层的酸处理,就是要解除孔隙,裂缝中的堵塞物质,扩大沟通地层原有的孔隙,裂缝,提高地层的渗透性能 。
砂岩 由砂粒 （ 石英和长石 ） 和胶结物 （ 硅酸盐和碳酸盐类 ） 构成 。
一,酸化增产原理储层：碳酸盐地层,砂岩层 。
碳酸盐地层：储集空间为孔隙,裂缝；
矿物成分是方解石 (CaCO3)和白云石 [CaMg(CO3)2]，
碳酸盐地层的酸处理,就是要解除孔隙,裂缝中的堵塞物质,扩大沟通地层原有的孔隙,裂缝,提高地层的渗透性能 。
砂岩由砂粒 （ 石英和长石 ） 和胶结物 （ 硅酸盐和碳酸盐类 ） 构成 。
2HCl+CaCO3==CaCl2+H2O+CO2
73 100 111 18 44
1m3,28% 320 438 486 79 193 (kg)
液重 1140kg 被溶解的碳酸钙，相当于 0.162体积
1.碳酸盐岩地层的盐酸处理
(1) 酸岩化学反应及生成物状态
（以 CaCO3为例说明其反应过程
2) 反应生成物的状态酸处理后,地层的渗透性能否得到改善,不仅取决于所溶解的碳酸盐岩,还取决于反应生成物的状态 。 如果反应生成物都沉淀在孔隙里或裂缝里,
或者即使不沉淀,但粘度很大,在现有工艺条件下排不出来,那么,即使岩石被溶解掉了,但对于地层渗透性的改善仍是无济于事的 。
① 氯化钙 (CaCl2)：假设反应生成物氯化钙全部溶解于水，则此时氯化钙的重量浓度 35%
当温度为 30℃ 时，氯化钙的溶解度为 52%，此值大大超过了 35%。不会沉淀
4 8 679)(3 2 01 1 4 0(
4 8 6%35
水重）
② CO2,193kg的 CO2 在标准状态下的体积为
98m3。
设地层温度为 75℃,地层压力为 20 MPa，则 1m3残酸液中只能溶解 5m3 (标准 )，剩下 93m3 (标准 )则仍为气态,在该地层条件下，约为 0.59m3，主要呈小气泡分散在残酸水中。
3)
1） 生成物氯化钙,全部溶解于残酸中，其密度和粘度都比水高。
这种粘度较高的溶液：
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：流动阻力增大，对渗流不利。
2） CO2气泡,从相渗和饱和度来作具体分析 。
3）其他：
残酸液一般都具有较高的界面张力，有时残酸液和地层油还会形成 乳状液 。这种乳状液有时 相当稳定，对地层渗流非常不利。
油气层中含有 Al2O3,Fe2O3,FeS等杂质，在盐酸与碳酸盐反应的同时，也会生成 AlCl3,FeCl3 。
再经过水解反应产生 Fe(OH)3,Al(OH)3沉淀,这些胶状物是很难从地层中排出来的，形成了所谓 二次沉淀,堵塞地层裂缝，对渗流极为不利。
(2) 酸 -
盐酸溶解碳酸盐岩的过程，就是盐酸被中和或被消耗的过程。这一过程进行的快慢，可用盐酸与碳酸盐岩的反应速度（酸岩反应速度）
来表示。
酸岩反应 (固液相反应 )是复相系统反应，
其特点是反应只能在相接触界面上进行。把与酸液接触的岩石看成为一个壁面，如图 13-15
所示。
三个步骤组成：
（ 1）酸液中的 H+传递到碳酸盐岩表面，
（ 2） H+在岩面上与碳酸盐岩进行反应，
（ 3）反应生成物和气泡离开岩面。
1)酸岩表面反应表面反应,酸液里的 H+在岩面上与碳酸岩的反应 。
在恒温,恒压下,酸岩反应速度的数学表达式可写为,
nkctc /
c——反应时间为 t瞬时的酸浓度,
---瞬时的酸岩反应速度,
n——指数,称为反应级数,
k——
盐酸与石灰岩地层的表面反应速度非常快，几乎是 H+
一接触岩面，立刻就反应完了。 H+在岩面上反应后，就在接近岩面的液层里堆积起生成物、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 。
① 扩散作用 （ 图 13-16）
溶液内部,在垂直于岩面的方向上,没有离子浓度差；而边界层内部,在垂直于岩面的方向上,则存在有离子浓度差,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 传递,
称为 离子的扩散作用 。
① 扩散作用
②对流作用
a) 自然对流作用：
由于因 密度差异 而产生的离子移动。
b) 强迫对流作用：
由于裂隙壁面十分 粗糙,极不规则，容易 形成旋涡,所以，
将会产生离子的强迫对流作用 。
酸液中的 H+是通过对流 (包括自然对流和强迫对流 )和扩散二种形式,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。
复相反应中,H+的传质速度、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一个过程。
H+的传质速度 <表面反应速度。
整个复相反应中，主要取决于 H+的传质速度。
2) 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,用表示离子传质速度的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：
)(
y
c
V
AD
t
c
H?
式中 ——边界液层内，垂直岩面方向的酸液浓度梯度；
——面容比,是岩石反应表面积与酸液体积之比；
——H+有效传质系数，或称 H+混合传质系数。
yc /
VA/
HD
3) 影响酸 -岩复相反应速度的因素影响酸 -
a,面容比：
当其它条件不变时,面容比越大,单位体积酸液中 H+的传递到岩面的数量越多,反应速度就越快 。 地层中的裂缝越宽,面容比越小,则酸岩反应速度越慢 。
)(
y
c
V
AD
t
c
H?
b,酸液的流速：
故提高注酸排量可以增加活性酸深入地层的距离 。
b,酸液的流速：
流速增大,反应速度加快 。
低速时,流速的变化对反应速度并无显著的影响 ；
高速时,由于酸液液流的搅拌作用,
离子的强迫对流作用大大加强,
H+的传质速度显著增加,致使反应速度随流速增加而明显加快 。
但是,随着酸液流速的增加,酸岩反应速度增加的倍比,小于酸液流速增加的倍比,酸液来不及反应完,就已经流入地层深处 。
故提高注酸排量可以增加活性酸深入地层的距离 。
c,酸液的类型：各种类型的酸液,其离解度相差很大 。
分析：若近似认为边界内 H+浓度呈线性变化,酸溶液内部 H+浓度为 c,岩面上 H+浓度为 Cs,边界层厚度为 δ，
则
)( s
H
cc
V
AD
t
c
c
V
AD
t
c
H
对酸与石灰岩反应来说，由于表面反应速度极快，
故可认为 Cs=0，则上式为由此可知，反应速度与酸溶液内部 H+浓度正比。
因此，采用 强酸时反应速度快,采用 弱酸时反应速度慢 。
)(
y
c
V
AD
t
c
H?
CCs
d,酸浓度实线：各种浓度的鲜酸的初始反应速度；
虚线：各种不同初始浓度的鲜酸在反应过程中，其反应速度的变化规律 。
由实线有：
1）当盐酸浓度 < 24%～
25%时，浓度增加则初始反应速度增加；
2）盐酸浓度 > 24%～
25%后，浓度增加则初始反应速度反而下降。
由虚线可知：
浓酸的初始反应速度虽然较快，但当其变为
15%浓度的余酸时，其反应速度就比 15%浓度的鲜酸反应速度慢得多，初始浓度越高，余酸的反应速度越慢。
这说明 浓酸的反应时间比稀酸的反应时间长，
有效作用距离远 。
e.酸液生成物：
当鲜酸变为余酸时,由于已存在有大量的生成物 CaCl2,这将使酸液中的 Ca2+,Cl-浓度增大,从而使溶液中 HCl分子的电离平衡发生移动,致使 H+浓度下降,反应速度变小 。
f,其它因素 (温度,压力等 )：
温度升高,H+的热运动加剧,H+的传质速度增大,不仅使离子碰撞更加频繁,而且增加了活化离子的百分数,使有效碰撞的次数增加,更趋向于发生化学反应 。 反应速度随压力增加而减慢 。 试验指出,总的说来,压力对反应速度的影响不大 。
(3) 酸液的有效作用距离酸压时，酸液沿裂缝向地层深部流动，酸浓度逐渐降低。
残酸,当酸浓度降低到一定程度 (如 2%～
3%)，基本上已失去溶蚀能力的酸液。
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。
有效作用距离的确定：主要由浓度变化求出 Le,由数学模型求出,由物理模型求出,然后求出,C
为 2%~3%时的 Le.y
C tC
1) 数学模型酸压时,较多形成垂直裂缝,为了简化,把裂缝视作等宽度和等高度的理想垂直裂缝 。
设裂缝入口处,C0=常数，沿裂缝长方向,C,
在高度方向上,=0。
zC
1) 数学模型设入口处,C0,V0 =常数，存在漏失；
在高度上,=0,Vz=0，
故酸液只沿裂缝长度方向和垂直壁面方向流动。这样，可把酸液沿垂直裂缝的三维流动反应简化为酸液在渗透性平行岩板间的二维流动反应，如图 13-20所示。
zC
根据 H+质量守恒定律，可建立描述以上酸液沿裂缝流动反应的对流扩散偏微分方程。
基本假设,恒温恒压下,酸沿裂缝呈稳定层流状态；
酸液为不可压缩流体；酸密度均一； H+传质系数与浓度无关 。
对流扩散偏微分方程为,
2
2
y
c
D
c
v
x
c
v
H
y
yx?
此偏微分方程的解 c(x,y),就是酸液在裂缝中流动反应时的酸浓度分布规律 。
2) 酸浓度分布规律及计算图的应用假设 裂缝入口,端酸浓度为 C0，
裂缝壁面 处,对盐酸与石灰岩反应来说,表面反应速度 >>>H+传质速度 ; 故壁面上的酸浓度 c≈0。
在裂缝中心位置 且垂直于壁面的方向上,酸浓度梯度为零 。 因此,盐酸与石灰岩反应,其边界条件组为,
00),( cyxc x
0),( 2/ byyxc
0
0
yy
c
盐酸与白云岩反应,表面反应速度有限,故边界条件组与这三式不同,做出的图版亦不同,不可混淆 。
H
L
e D
bvp
2
bv
xvL L
D
0
2
图中纵坐标为贝克来数：
横坐标为无量纲距离数：
o
o
D
o
e
x
C
C
L
C
CP
距离时，活性酸的有效作用预定的从而算出酸液浓度降至和根据 查出,
实验条件：恒温，恒压，壁面无漏失，稳定流动。
注意,必须选用实际产层温度条件下的曲线,岩性不同,所得的
DH+值不同 。
3) H+
用产层岩石做室内流动模拟实验，确定出 DH+值 (H+
有效传质系数 ).
2.
砂岩组成：砂粒 +粒间胶结物砂粒：石英和长石胶结物：硅酸盐类和碳酸盐类 。
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,或者溶解孔隙中的泥质堵塞物,
或其它结垢物以恢复,提高井底附近地层的渗透率 。
砂岩地层的酸处理多采用土酸进行处理 。
土酸,由 10%～ 15%浓度的盐酸和 3%～ 8%浓度的氢氟酸与添加剂按不同比例所组成的混合液,通常之称为土酸 (MudAcid)。
(1) 土酸处理原理土酸中的氢氟酸 (HF)是 强酸,HF对砂岩中的一切成分 (石英,粘土,碳酸盐 )都有溶蚀能力,但 不能单独用氢氟酸,而要和盐酸混合配制成土酸,其主要原因有下述 两个方面,
1) 氢氟酸与硅酸盐类以及与碳酸盐岩反应 。
氢氟酸与碳酸钙的反应为：
OHCOC a FC a C OHF2 2223
O8H2 S iF2 A lFC a FS iOC a A l1 6 H F 243232
氢氟酸与硅酸钙铝 (钙长石 )的反应为：
OHCOC a FC a C OHF2 2223
O8H2 S iF2 A lFC a FS iOC a A l1 6 H F 243232
对 CaF2，当酸浓度高时，处于溶解状态，
当酸浓度低时，处于沉降状态。
做法,酸液中包含有 HCl时，依靠 HCl维持酸液较低的 pH值,以提高 CaF2的溶解度。
氢氟酸与石英的反应为
O2HS iFHS iO6 H F 2622
反应生成的氟硅酸 (H2SiF6)在水中可解离为 H+
和 SiF62-，而后者又能和 地层水中的 Ca++,Na+、
NH4+等离子相结合。生成的 CaSiF6易溶于水，不会产生沉淀,而 Na2SiF6为不溶物质会堵塞地层。
做法,在酸处理过程中，应 先将地层水顶替走,避免与氢氟酸接触。
2) 氢氟酸与砂岩中各种成分的反应速度各不相同,氢氟酸与碳酸盐的反应速度最快,其次是硅酸盐 (粘土 ),石英最慢 。
V碳酸盐 >V硅酸盐 >V石英因此当 HF进入砂岩地层后大部分 HF首先消耗在与碳酸盐的反应上，不仅浪费了大量价值昂贵的 HF,
并且妨碍了它与泥质成分的反应。
但是 VHCl— 碳酸盐 >VHF-碳酸盐因此土酸中的盐酸成分可先把碳酸盐类溶解掉，从而能充分发挥 氢氟酸溶蚀粘土和石英成分 的作用。
依靠土酸液中的 HCl 成分溶蚀碳酸盐类，并维持酸液较低的 pH值，依靠 HF 溶蚀石英和泥质成分，
2) 氢氟酸与砂岩中各种成分的反应速度各不相同,氢氟酸与碳酸盐的反应速度最快,其次是硅酸盐 (粘土 ),石英最慢 。
V碳酸盐 >V硅酸盐 >V石英因此当 HF进入砂岩地层后大部分 HF首先消耗在与碳酸盐的反应上，不仅浪费了大量价值昂贵的 HF,
并且妨碍了它与泥质成分的反应。
但是 VHCl— 碳酸盐 >VHF-碳酸盐因此土酸中的盐酸成分可先把碳酸盐类溶解掉，从而能充分发挥 氢氟酸溶蚀粘土和石英成分 的作用。
总之依靠土酸液中的盐酸成分溶蚀碳酸盐类，
并维持酸液较低的 pH值，依靠氢氟酸恢复和增加近井地带的渗透率,
(2) 影响土酸反应速度的因素砂岩酸化过程中,影响反应速度的主要因素是 HF浓度,
HCl浓度,温度,矿物组成 等 。
1) 氢氟酸浓度：酸岩反应速度除蒙脱石外大多数砂岩矿物都与氢氟酸浓度成正比,因此,为了防止疏松地层破碎,应该用低浓度 (1.5%)的氢氟酸进行酸处理 。
2) 盐酸浓度：酸岩反应速度一般在强酸介质中加快,高浓度的余酸的反应速度小于同浓度的鲜酸,盐酸的主要作用是保持低 pH值,防止二次沉淀 。
3) 温度：矿物的溶解是一种热活化现象,因此,反应速度随温度增加而明显增加,对石英矿物,每增加 25℃,
速度增加约 1倍,但活性酸的穿透深度相应地减小 。
4) 压力：压力增加,总溶解反应速度略微加快,因为溶解的六氧化硅可以部分变为酸性六氟化硅 (H2SiF6)且能迅速引发进一步反应 。
5) 矿物组成及可接触表面积：酸岩反应过程中,要接触岩石的矿物性质和总可接触表面积将决定总反应速度 。 粘土反应速度比长石快,长石反应速度则比石英基质快 。 接触表面积越大,反应速度越快 。
二,酸液及添加剂酸液及添加剂的合理使用,对酸处理效果起着重要作用 。 随着酸化工艺的发展,
国内外现场使用的酸液种类和添加剂类型越来越多 。
1.
(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 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 。
因此：盐酸或氢氟酸 井壁附近,近井地带甲酸或乙酸 深井地带,远离井壁 。
因此可以得到较长的有效距离 。
(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 。 另外,由于油膜的存在,使得酸在注入过程中基本不与金属设备和井下管柱直接接触,很好地解决了缓蚀问题 。 其缺点是摩阻较大,从而排量受到了限制 。
(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 。
特点,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,因此有缓速,
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).
常用的酸液还有氨基磺酸,废硫酸,化学缓速酸等 。
氨基磺酸,是一种缓速酸,它与碳酸盐岩反应慢,作用时间长,价格便宜,处理效果好 。
废硫酸,腐蚀性小,溶解能力较高,与地层反应速度慢,能有效地处理井附近及远离井的油层地带,它适用于高温灰岩油层和一般灰岩油层的处理 。 化学缓速酸的特点是缓速而不增高粘度和固体含量 。
活性酸,其中的活性剂可吸附在岩石表面,通过控制酸与岩石表面的反应以达到缓速的目的 。
2,酸液的添加剂酸处理时要在酸液中加入某些化学物质,以改善酸液的性能和防止酸液在地层中产生有害物质,这些化学物质统称为添加剂 。 常用添加剂的种类有：
(1)
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 。 常用的缓蚀剂包括有机缓蚀剂和无机缓蚀剂 。 使用结果表明,有机缓蚀剂比无机缓蚀剂效能高 。
(2) 稳定剂 (络合剂 )
为了减少氢氧化铁沉淀,避免发生堵塞地层的现象而加入的某些化学物质,称为稳定剂 。 稳定剂能与酸液中的离子结合成能溶于水的六乙酸铁络离子,减少产生沉淀的机会 。
(3) 表面活性剂酸液中加入表面活性剂,其作用主要是：降低界面张力,油酸脱乳,改变地层润湿性,加速返排,
防止残渣形成 。 加入表面活性剂时必须保证它们与缓蚀剂及其它添加剂配伍 。 根据其作用,主要包括减阻剂,破乳剂,缓速剂,悬浮剂等 。
(4)
防止粘土膨胀的添加剂,主要有羟基铝,氯氧化锆,阳离子有机聚合物,聚胺,聚季胺等 。
(5)
互溶剂的主要作用是减少亲油性表活剂在地层固相颗粒的吸附,缓解酸化后因相对渗透率的改变或固相稳定乳化作用可能引起的减产 。
三,酸压设计酸压,用酸液做压裂液，不加支撑剂的压裂称为酸化压裂。
前置液酸压 用高粘液体作为前置压裂液，先把地层压开，然后在注入酸液的方法。
机理：
1）因为粘度高，滤失小，可形成较宽较长的裂缝，减少了裂缝的面容比。降低了酸液的反应速度，增大了酸液的有效距离。
2）前置液预先冷却地层，温度下降，起缓蚀作用。
3）酸液进入有高粘度的裂缝，由于两种液体的粘度相差悬殊，粘度小的液体在高粘度液中形成指进现象，
酸液大约只与 30%～ 60%的裂缝表面接触，漏失量 降低，酸反应速度降低。
设计内容：
1.
2,缝中酸液温度
3.
4.
5.
1,裂缝几何尺寸酸压中粘度较高的前置液与粘度较低的酸液是顺序泵入的 。 由于前后泵入液体的性质差别,在两种液体界面前后就存在不同的压力梯度,使得裂缝几何尺寸的计算复杂化 。 如果在界面间产生粘性指进的不稳定过程,在缝宽缝长的计算上就更为困难 。 在这里采取了简化计算方法,认为缝的几何尺寸由泵入的前置液造成 。 酸液进入既定的平均缝宽的裂缝中进行反应 。
2,缝中酸液温度温度对酸液的反应速度是非常敏感的 。 酸液在缝中的温度分布取决于地层温度及反应热对它的影响 。 对于这个问题已经研究出了同时考虑地层向缝中传热及反应热对缝中酸液温度的作用的解 。
3,酸液有效作用距离前面已全面阐述了酸液有效作用距离的计算方法,
特别是在不同条件下氢离子有效传质系数的计算,其中未考虑酸液粘度,酸浓度及同离子效应对传质系数的影响 。
4,酸压后裂缝导流能力的计算酸溶蚀后导流能力的大小与岩石强度,岩石非均质程度,岩石矿物被溶解的数量及其分布等因素有关 。
在壁面上均匀溶蚀后的缝宽为：
)1(2
ffe
a hL
N Q tb
式中 ba ——酸蚀缝宽,m
N ——酸液的溶蚀能力 (参与反应的单位体积酸液所能溶解的岩石体积 ),无量纲；
Q ——酸液的排量,
t ——泵酸时间,min。
Lfe ——酸液有效作用距离,m
hf ——缝高,m。
裂缝的理论导流能力为,
裂缝的实际导流能力应计入闭合压力 Pc及岩石的嵌入压力 Pin的影响
310104.8)(
af bbK
)142e x p ()( 21 cfa pCCbK
8 2 2.0
1 )(0403.0 fbKC?
32 10)ln3.145 7.13(14 00 inin pCM pap 时，当
32 10)ln2 81.041.2(3 52 01 40 inin pCM P ap 时，当
5.
当已知有效作用距离与供油半径的比及裂缝导流能力与地层渗透率 K的比后,与水力压裂的增产比求法一样,可查增产倍数曲线 (图 13-
6),但当小于 0.1或查曲线不方便的时候,可根据实际情况选用式 (13-46)～式 (13-51)中有关公式计算 。
四,酸处理工艺酸处理效果与许多因素有关,诸如选井选层,选用的酸化技术,选择的酸化工艺参数及施工质量等 。 下面主要介绍选择处理井层的一般原则,各种酸化技术以及酸化后的排液 。
1,酸处理井层的选择
1） 优选油气显示好,试油效果差的井层
2） 优选邻井高产而本井低产的井层；
3） 多产层位的井,进行分层处理,先处理低渗透地层；
4） 对于生产史较长的老井,应暂堵开采程度高,地层压力已衰减的层位,选择处理开采程度低的层位 。
5） 关于重复酸压问题,应根据情况分别对待,如查明为解堵不彻底的井,可进行重复解堵酸化；如堵塞已彻底解除而油气产量递减快,则说明该井供油面积小,可以进行大型酸压,以沟通远处的裂缝系统获得高产；
6） 对于生产稳定,而以前酸处理均收效的井,可考虑再次进行酸处理 。
2,酸处理方式根据施工压力与地层破裂压力的关系,将酸化分为常规酸化和压裂酸化；
根据施工方式不同而进行的酸化又可称为选择性酸化和,空井,酸化 。
在考虑具体井的酸化方式和酸化规模时,应对油井的静态资料和动态资料进行综合分析 。
1） 常规酸化,是指注酸压力低于地层破裂压力的酸化,这时酸液主要发挥其化学溶蚀作用,扩大与之接触岩石的孔,缝,洞 。 例：一般对于岩性条件较好,
电测曲线解释为具有渗透层的特征,在钻井过程中有井涌井喷,放空等良好油气显示的井 。
2） 酸化压裂,是在高于地层破裂压力下进行的酸化作业 。 这时酸液将同时发挥化学作用和水力作用来扩大,
延伸,压开和沟通裂缝,形成延伸远,流通能力高的油气渗流通道 。 例：对于岩层受构造力较弱,裂缝不发育,岩性致密,在电测曲线上渗透层段特征不明显的井 。
3） 选择性酸化,是采用机械或物理化学的方法,将井中各油气层段隔开,然后针对各层特点把酸液有控制地注入各个层段的酸化工艺 。
优点：充分挖掘各层潜力,实现,一井多层,合理开采,；提高中,低渗透层段的注水量,使注入水均匀推进,以获得较高的采收率；加快试采速度,取得单层资料；提高复杂井酸化措施效果 。
4）,空井,酸化 是为避免洗井液漏入地层和减少配制泥浆的地面设施,利用原管串不压井,直接从油管往地层挤酸的酸化方法 。
优点：避免清水大量漏入油,气层；省去压井和洗井工序,缩短施工时间,降低施工成本；不放气压井,
减少天然气损耗 。
3.
目的：酸化施工结束后，停留在地层中的残酸由于其活性已基本消失，不能继续溶蚀岩石，而且随着其
pH值增高，原来不会沉淀的金属会相继产生金属氧化物沉淀。为了防止生成沉淀堵塞地层孔隙，影响酸化效果，一般说来应缩短反应时间，限定残酸浓度在某值以上，尽可能将残酸快速排出。
常用的排液方法：放喷、抽汲、气举法和增注液态及氮气助喷排液法。
简介增注液态 CO2 排液法：
酸化施工时,用将液态 CO2在高压下同酸液混合挤入地层 。 当液体 CO2进入地层后,由于温度不断升高 (超过 31℃ )而施工后压力不断下降,液态 CO2就转变为气态 CO2 。 放喷时气态体积不断膨胀,这种膨胀能量将挤推和携带残酸,往往无需抽汲即可排净残酸 。
同时还有缓速等多种效能,在现场施工中收到较好效果 。 氮气也有类似的助排效果 。
4,土酸处理工艺
（ 1） 酸液的选择,不同地层应选择不同的酸比例 。
1） 当地层泥质含量较高时,氢氟酸浓度取上限；
2） 当地层碳酸盐含量较高时,则盐酸浓度取上限,
氢氟酸液度取下限 。
3） 对于解除井底铁锈堵塞为主的注水井,应配制以盐酸为主的土酸溶液；相反如果是泥质堵塞物为主,
则应相应提高氢氟酸的浓度 。
4） 在改造以粘土胶结为主的砂岩地层或泥浆堵塞中碳酸盐成分较小时,土酸溶液中的氢氟酸浓度应相应提高 。
（ 2） 盐酸预处理：
为了进一步防止等不溶物的沉淀和充分发挥氢氟酸对泥质成分的溶蚀作用,在土酸处理前应预先进行盐酸处理 。
预处理的作用：
一是溶蚀碳酸盐类物质,防止沉淀并充分发挥土酸对泥质成分的溶蚀作用；
二是把地层水顶替走,避免氢氟酸与地层水接触,防止生成氟硅酸钾,钠盐沉淀 。
因此,预处理时的盐酸用量不应低于土酸用量,盐酸的浓度依地层中的碳酸盐含量而定,一般取 12%～
15%。
（ 3） 土酸处理的施工工艺步骤为预处理 -土酸处理 -替
1) 预处理,用 12%～ 15%的盐酸溶解地层中的碳酸盐类
2) 土酸处理：其中盐酸进一步溶解碳酸盐类并保持酸液在较低的 pH水平上,防止 CaF2沉淀,氢氟酸溶解泥
3) 顶替酸处理：顶替液可以用 5%～ 10%盐酸,过滤的煤油,柴油或氯化铵,其目的是作氢氟酸与泵入液体间的缓冲液体,应有足够量的顶替液,把土酸全部顶替到地层中去 。
一般情况下,土酸用量不宜超过预处理的盐酸用量,反应时间一般不超过 8～ 12 h,地层温度高时,
可缩短为 6～ 8 h,最好应根据各地层岩心由模拟试验合理确定 。
第三节 高能气体压裂高能气体压裂 (High Energy Gas Fracturing,简称
HEGF)是继爆炸压裂,水力压裂之后发展起来的一项油水井增产增注技术 。
它是利用特制火药或火箭推进剂在井筒中油层部位快速燃烧所产生的高温高压气体,将油层压出辐射状径向多裂缝体系,从而有效地穿透井筒附近的污染带,
勾通天然微裂缝,改善近井地带渗透性能,达到油水井增产增注的目的 。
高能气体压裂具有施工简便、成本低廉、污染小的显著优点，它的发展为低产能井的改造提供了新手段。
一,
高能气体压裂的增产机理主要基于下述四方面的作用 。
1.
当高能气体发生器在井下燃爆时,产生大量的高温高压气体,在 0.1～ 0.2 ms即达到峰值压力 。 这种较高的加载速率导致在地层中形成辐射状的径向多裂缝体系,不仅穿透近井地带污染区,而且沟通了地层的天然微裂缝,
如图 13-24所示,使导流能力显著提高 。
图 13-24
2.
一般井温可达 230～ 600℃ 。 井温变化的结果将产生两方面的作用效应：一方面,燃气热量汽化部分压井液体,并在液相中传导建立不均匀分布的温度场；另一方面,燃气通过套管及射孔炮眼将热量传递给地层,使其温度升高 。 压井液及地层温度的升高,对清除蜡质,胶质及沥青质的堵塞起了重要的作用 。
3.
高能气体压裂的化学作用是指燃气中的 CO,CO2、
HCl及 H2S成分遇水形成酸液对岩层的作用 。 与酸处理地层一样,化学作用不但与酸液性质有关,而且与地层岩性有关 。 有时这种化学作用也会产生不利的效果,这在火药配方设计中应力求避免 。
4,水力冲击作用高能气体压裂过程中的水力冲击作用,是指井筒中的液体振荡及与其伴随的压力波的传播,反射,叠加所造成的压力脉动对地层的冲击作用 。
这种作用可以破坏堵塞颗粒与油层之间的结合力,产生松动作用,也还可以克服毛管效应,有利于油气渗流 。
第四节物理法增产增注技术就是利用各种物理场或波对油层进行处理,以解除油层堵塞,提高油层中流体的渗流能力,达到油水井增产增注的目的 。
目前常用的物理法增产增注技术有声波 (主要是超声波 ),水力振荡,低频振动,电脉冲等,它们都是物理场或波在采油领域中的具体应用,因此,也被称为物理 (或波场 )采油技术 。
一,
利用声波的机械振动能,经流体介质耦合后进入地层,
从而达到解除污染,堵塞,提高近井地带渗透性的目的 。
1,超声波的作用超声波采油技术的机理主要是机械振动作用,空化作用和热作用三个方面 。
(1)
机械振动作用：是指地层弹性介质微粒机械振动的传播 。 在传播过程中,粒子的振幅,速度及加速度发生显著的变化,从而产生松动,边界磨擦,微裂缝,
解聚等 。
(2)
空化作用是指在振动脉冲的作用下，液体中气泡成长和崩溃的过程以及伴随发生的一系列现象。
这种空化作用一方面可以减小气阻,另一方面在气核崩溃间形成的激波,又可以促进裂缝的产生和局部温度的上升 。
(3)
超声波在传播介质内部的吸收,在不同介质的分界处的摩擦及空化作用在气泡崩裂时释放大量的热量,这三种方式是热作用能量的主要来源 。
上述超声波的三种作用不是孤立的,而是互相交织在一起并存的 。 不同的振源强度及频率,三种作用的比例也不同 。
2,超声波对油层作用的效应
(1)
(2)
(3)
(4)
酸化有两种基本类型：
1） 常规酸化 （ 孔隙酸化 ）,注酸压力低于地层破裂压力的酸化,简称酸化；酸液主要发挥其化学溶蚀作用,扩大与之接触岩石的孔,缝,洞；
2） 酸化压裂,注酸压力高于油 (气 )层破裂压力的酸化,简称酸压；酸液将同时发挥化学作用和水力作用来扩大,延伸,压开和沟通裂缝,形成延伸远,流通能力高的油气渗流通道 。
一,酸化增产原理储层：碳酸盐地层,砂岩层 。
碳酸盐 地层：储集空间为孔隙,裂缝；
矿物成分是方解石 (CaCO3) 和白云石
[CaMg(CO3)2],碳酸盐地层的酸处理,就是要解除孔隙,裂缝中的堵塞物质,扩大沟通地层原有的孔隙,裂缝,提高地层的渗透性能 。
砂岩 由砂粒 （ 石英和长石 ） 和胶结物 （ 硅酸盐和碳酸盐类 ） 构成 。
一,酸化增产原理储层：碳酸盐地层,砂岩层 。
碳酸盐地层：储集空间为孔隙,裂缝；
矿物成分是方解石 (CaCO3)和白云石 [CaMg(CO3)2]，
碳酸盐地层的酸处理,就是要解除孔隙,裂缝中的堵塞物质,扩大沟通地层原有的孔隙,裂缝,提高地层的渗透性能 。
砂岩由砂粒 （ 石英和长石 ） 和胶结物 （ 硅酸盐和碳酸盐类 ） 构成 。
2HCl+CaCO3==CaCl2+H2O+CO2
73 100 111 18 44
1m3,28% 320 438 486 79 193 (kg)
液重 1140kg 被溶解的碳酸钙，相当于 0.162体积
1.碳酸盐岩地层的盐酸处理
(1) 酸岩化学反应及生成物状态
（以 CaCO3为例说明其反应过程
2) 反应生成物的状态酸处理后,地层的渗透性能否得到改善,不仅取决于所溶解的碳酸盐岩,还取决于反应生成物的状态 。 如果反应生成物都沉淀在孔隙里或裂缝里,
或者即使不沉淀,但粘度很大,在现有工艺条件下排不出来,那么,即使岩石被溶解掉了,但对于地层渗透性的改善仍是无济于事的 。
① 氯化钙 (CaCl2)：假设反应生成物氯化钙全部溶解于水，则此时氯化钙的重量浓度 35%
当温度为 30℃ 时，氯化钙的溶解度为 52%，此值大大超过了 35%。不会沉淀
4 8 679)(3 2 01 1 4 0(
4 8 6%35
水重）
② CO2,193kg的 CO2 在标准状态下的体积为
98m3。
设地层温度为 75℃,地层压力为 20 MPa，则 1m3残酸液中只能溶解 5m3 (标准 )，剩下 93m3 (标准 )则仍为气态,在该地层条件下，约为 0.59m3，主要呈小气泡分散在残酸水中。
3)
1） 生成物氯化钙,全部溶解于残酸中，其密度和粘度都比水高。
这种粘度较高的溶液：
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：流动阻力增大，对渗流不利。
2） CO2气泡,从相渗和饱和度来作具体分析 。
3）其他：
残酸液一般都具有较高的界面张力，有时残酸液和地层油还会形成 乳状液 。这种乳状液有时 相当稳定，对地层渗流非常不利。
油气层中含有 Al2O3,Fe2O3,FeS等杂质，在盐酸与碳酸盐反应的同时，也会生成 AlCl3,FeCl3 。
再经过水解反应产生 Fe(OH)3,Al(OH)3沉淀,这些胶状物是很难从地层中排出来的，形成了所谓 二次沉淀,堵塞地层裂缝，对渗流极为不利。
(2) 酸 -
盐酸溶解碳酸盐岩的过程，就是盐酸被中和或被消耗的过程。这一过程进行的快慢，可用盐酸与碳酸盐岩的反应速度（酸岩反应速度）
来表示。
酸岩反应 (固液相反应 )是复相系统反应，
其特点是反应只能在相接触界面上进行。把与酸液接触的岩石看成为一个壁面，如图 13-15
所示。
三个步骤组成：
（ 1）酸液中的 H+传递到碳酸盐岩表面，
（ 2） H+在岩面上与碳酸盐岩进行反应，
（ 3）反应生成物和气泡离开岩面。
1)酸岩表面反应表面反应,酸液里的 H+在岩面上与碳酸岩的反应 。
在恒温,恒压下,酸岩反应速度的数学表达式可写为,
nkctc /
c——反应时间为 t瞬时的酸浓度,
---瞬时的酸岩反应速度,
n——指数,称为反应级数,
k——
盐酸与石灰岩地层的表面反应速度非常快，几乎是 H+
一接触岩面，立刻就反应完了。 H+在岩面上反应后，就在接近岩面的液层里堆积起生成物、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 。
① 扩散作用 （ 图 13-16）
溶液内部,在垂直于岩面的方向上,没有离子浓度差；而边界层内部,在垂直于岩面的方向上,则存在有离子浓度差,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 传递,
称为 离子的扩散作用 。
① 扩散作用
②对流作用
a) 自然对流作用：
由于因 密度差异 而产生的离子移动。
b) 强迫对流作用：
由于裂隙壁面十分 粗糙,极不规则，容易 形成旋涡,所以，
将会产生离子的强迫对流作用 。
酸液中的 H+是通过对流 (包括自然对流和强迫对流 )和扩散二种形式,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。
复相反应中,H+的传质速度、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一个过程。
H+的传质速度 <表面反应速度。
整个复相反应中，主要取决于 H+的传质速度。
2) 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,用表示离子传质速度的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：
)(
y
c
V
AD
t
c
H?
式中 ——边界液层内，垂直岩面方向的酸液浓度梯度；
——面容比,是岩石反应表面积与酸液体积之比；
——H+有效传质系数，或称 H+混合传质系数。
yc /
VA/
HD
3) 影响酸 -岩复相反应速度的因素影响酸 -
a,面容比：
当其它条件不变时,面容比越大,单位体积酸液中 H+的传递到岩面的数量越多,反应速度就越快 。 地层中的裂缝越宽,面容比越小,则酸岩反应速度越慢 。
)(
y
c
V
AD
t
c
H?
b,酸液的流速：
故提高注酸排量可以增加活性酸深入地层的距离 。
b,酸液的流速：
流速增大,反应速度加快 。
低速时,流速的变化对反应速度并无显著的影响 ；
高速时,由于酸液液流的搅拌作用,
离子的强迫对流作用大大加强,
H+的传质速度显著增加,致使反应速度随流速增加而明显加快 。
但是,随着酸液流速的增加,酸岩反应速度增加的倍比,小于酸液流速增加的倍比,酸液来不及反应完,就已经流入地层深处 。
故提高注酸排量可以增加活性酸深入地层的距离 。
c,酸液的类型：各种类型的酸液,其离解度相差很大 。
分析：若近似认为边界内 H+浓度呈线性变化,酸溶液内部 H+浓度为 c,岩面上 H+浓度为 Cs,边界层厚度为 δ，
则
)( s
H
cc
V
AD
t
c
c
V
AD
t
c
H
对酸与石灰岩反应来说，由于表面反应速度极快，
故可认为 Cs=0，则上式为由此可知，反应速度与酸溶液内部 H+浓度正比。
因此，采用 强酸时反应速度快,采用 弱酸时反应速度慢 。
)(
y
c
V
AD
t
c
H?
CCs
d,酸浓度实线：各种浓度的鲜酸的初始反应速度；
虚线：各种不同初始浓度的鲜酸在反应过程中，其反应速度的变化规律 。
由实线有：
1）当盐酸浓度 < 24%～
25%时，浓度增加则初始反应速度增加；
2）盐酸浓度 > 24%～
25%后，浓度增加则初始反应速度反而下降。
由虚线可知：
浓酸的初始反应速度虽然较快，但当其变为
15%浓度的余酸时，其反应速度就比 15%浓度的鲜酸反应速度慢得多，初始浓度越高，余酸的反应速度越慢。
这说明 浓酸的反应时间比稀酸的反应时间长，
有效作用距离远 。
e.酸液生成物：
当鲜酸变为余酸时,由于已存在有大量的生成物 CaCl2,这将使酸液中的 Ca2+,Cl-浓度增大,从而使溶液中 HCl分子的电离平衡发生移动,致使 H+浓度下降,反应速度变小 。
f,其它因素 (温度,压力等 )：
温度升高,H+的热运动加剧,H+的传质速度增大,不仅使离子碰撞更加频繁,而且增加了活化离子的百分数,使有效碰撞的次数增加,更趋向于发生化学反应 。 反应速度随压力增加而减慢 。 试验指出,总的说来,压力对反应速度的影响不大 。
(3) 酸液的有效作用距离酸压时，酸液沿裂缝向地层深部流动，酸浓度逐渐降低。
残酸,当酸浓度降低到一定程度 (如 2%～
3%)，基本上已失去溶蚀能力的酸液。
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。
有效作用距离的确定：主要由浓度变化求出 Le,由数学模型求出,由物理模型求出,然后求出,C
为 2%~3%时的 Le.y
C tC
1) 数学模型酸压时,较多形成垂直裂缝,为了简化,把裂缝视作等宽度和等高度的理想垂直裂缝 。
设裂缝入口处,C0=常数，沿裂缝长方向,C,
在高度方向上,=0。
zC
1) 数学模型设入口处,C0,V0 =常数，存在漏失；
在高度上,=0,Vz=0，
故酸液只沿裂缝长度方向和垂直壁面方向流动。这样，可把酸液沿垂直裂缝的三维流动反应简化为酸液在渗透性平行岩板间的二维流动反应，如图 13-20所示。
zC
根据 H+质量守恒定律，可建立描述以上酸液沿裂缝流动反应的对流扩散偏微分方程。
基本假设,恒温恒压下,酸沿裂缝呈稳定层流状态；
酸液为不可压缩流体；酸密度均一； H+传质系数与浓度无关 。
对流扩散偏微分方程为,
2
2
y
c
D
c
v
x
c
v
H
y
yx?
此偏微分方程的解 c(x,y),就是酸液在裂缝中流动反应时的酸浓度分布规律 。
2) 酸浓度分布规律及计算图的应用假设 裂缝入口,端酸浓度为 C0，
裂缝壁面 处,对盐酸与石灰岩反应来说,表面反应速度 >>>H+传质速度 ; 故壁面上的酸浓度 c≈0。
在裂缝中心位置 且垂直于壁面的方向上,酸浓度梯度为零 。 因此,盐酸与石灰岩反应,其边界条件组为,
00),( cyxc x
0),( 2/ byyxc
0
0
yy
c
盐酸与白云岩反应,表面反应速度有限,故边界条件组与这三式不同,做出的图版亦不同,不可混淆 。
H
L
e D
bvp
2
bv
xvL L
D
0
2
图中纵坐标为贝克来数：
横坐标为无量纲距离数：
o
o
D
o
e
x
C
C
L
C
CP
距离时，活性酸的有效作用预定的从而算出酸液浓度降至和根据 查出,
实验条件：恒温，恒压，壁面无漏失，稳定流动。
注意,必须选用实际产层温度条件下的曲线,岩性不同,所得的
DH+值不同 。
3) H+
用产层岩石做室内流动模拟实验，确定出 DH+值 (H+
有效传质系数 ).
2.
砂岩组成：砂粒 +粒间胶结物砂粒：石英和长石胶结物：硅酸盐类和碳酸盐类 。
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,或者溶解孔隙中的泥质堵塞物,
或其它结垢物以恢复,提高井底附近地层的渗透率 。
砂岩地层的酸处理多采用土酸进行处理 。
土酸,由 10%～ 15%浓度的盐酸和 3%～ 8%浓度的氢氟酸与添加剂按不同比例所组成的混合液,通常之称为土酸 (MudAcid)。
(1) 土酸处理原理土酸中的氢氟酸 (HF)是 强酸,HF对砂岩中的一切成分 (石英,粘土,碳酸盐 )都有溶蚀能力,但 不能单独用氢氟酸,而要和盐酸混合配制成土酸,其主要原因有下述 两个方面,
1) 氢氟酸与硅酸盐类以及与碳酸盐岩反应 。
氢氟酸与碳酸钙的反应为：
OHCOC a FC a C OHF2 2223
O8H2 S iF2 A lFC a FS iOC a A l1 6 H F 243232
氢氟酸与硅酸钙铝 (钙长石 )的反应为：
OHCOC a FC a C OHF2 2223
O8H2 S iF2 A lFC a FS iOC a A l1 6 H F 243232
对 CaF2，当酸浓度高时，处于溶解状态，
当酸浓度低时，处于沉降状态。
做法,酸液中包含有 HCl时，依靠 HCl维持酸液较低的 pH值,以提高 CaF2的溶解度。
氢氟酸与石英的反应为
O2HS iFHS iO6 H F 2622
反应生成的氟硅酸 (H2SiF6)在水中可解离为 H+
和 SiF62-，而后者又能和 地层水中的 Ca++,Na+、
NH4+等离子相结合。生成的 CaSiF6易溶于水，不会产生沉淀,而 Na2SiF6为不溶物质会堵塞地层。
做法,在酸处理过程中，应 先将地层水顶替走,避免与氢氟酸接触。
2) 氢氟酸与砂岩中各种成分的反应速度各不相同,氢氟酸与碳酸盐的反应速度最快,其次是硅酸盐 (粘土 ),石英最慢 。
V碳酸盐 >V硅酸盐 >V石英因此当 HF进入砂岩地层后大部分 HF首先消耗在与碳酸盐的反应上，不仅浪费了大量价值昂贵的 HF,
并且妨碍了它与泥质成分的反应。
但是 VHCl— 碳酸盐 >VHF-碳酸盐因此土酸中的盐酸成分可先把碳酸盐类溶解掉，从而能充分发挥 氢氟酸溶蚀粘土和石英成分 的作用。
依靠土酸液中的 HCl 成分溶蚀碳酸盐类，并维持酸液较低的 pH值，依靠 HF 溶蚀石英和泥质成分，
2) 氢氟酸与砂岩中各种成分的反应速度各不相同,氢氟酸与碳酸盐的反应速度最快,其次是硅酸盐 (粘土 ),石英最慢 。
V碳酸盐 >V硅酸盐 >V石英因此当 HF进入砂岩地层后大部分 HF首先消耗在与碳酸盐的反应上，不仅浪费了大量价值昂贵的 HF,
并且妨碍了它与泥质成分的反应。
但是 VHCl— 碳酸盐 >VHF-碳酸盐因此土酸中的盐酸成分可先把碳酸盐类溶解掉，从而能充分发挥 氢氟酸溶蚀粘土和石英成分 的作用。
总之依靠土酸液中的盐酸成分溶蚀碳酸盐类，
并维持酸液较低的 pH值，依靠氢氟酸恢复和增加近井地带的渗透率,
(2) 影响土酸反应速度的因素砂岩酸化过程中,影响反应速度的主要因素是 HF浓度,
HCl浓度,温度,矿物组成 等 。
1) 氢氟酸浓度：酸岩反应速度除蒙脱石外大多数砂岩矿物都与氢氟酸浓度成正比,因此,为了防止疏松地层破碎,应该用低浓度 (1.5%)的氢氟酸进行酸处理 。
2) 盐酸浓度：酸岩反应速度一般在强酸介质中加快,高浓度的余酸的反应速度小于同浓度的鲜酸,盐酸的主要作用是保持低 pH值,防止二次沉淀 。
3) 温度：矿物的溶解是一种热活化现象,因此,反应速度随温度增加而明显增加,对石英矿物,每增加 25℃,
速度增加约 1倍,但活性酸的穿透深度相应地减小 。
4) 压力：压力增加,总溶解反应速度略微加快,因为溶解的六氧化硅可以部分变为酸性六氟化硅 (H2SiF6)且能迅速引发进一步反应 。
5) 矿物组成及可接触表面积：酸岩反应过程中,要接触岩石的矿物性质和总可接触表面积将决定总反应速度 。 粘土反应速度比长石快,长石反应速度则比石英基质快 。 接触表面积越大,反应速度越快 。
二,酸液及添加剂酸液及添加剂的合理使用,对酸处理效果起着重要作用 。 随着酸化工艺的发展,
国内外现场使用的酸液种类和添加剂类型越来越多 。
1.
(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 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 。
因此：盐酸或氢氟酸 井壁附近,近井地带甲酸或乙酸 深井地带,远离井壁 。
因此可以得到较长的有效距离 。
(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 。 另外,由于油膜的存在,使得酸在注入过程中基本不与金属设备和井下管柱直接接触,很好地解决了缓蚀问题 。 其缺点是摩阻较大,从而排量受到了限制 。
(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 。
特点,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,因此有缓速,
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).
常用的酸液还有氨基磺酸,废硫酸,化学缓速酸等 。
氨基磺酸,是一种缓速酸,它与碳酸盐岩反应慢,作用时间长,价格便宜,处理效果好 。
废硫酸,腐蚀性小,溶解能力较高,与地层反应速度慢,能有效地处理井附近及远离井的油层地带,它适用于高温灰岩油层和一般灰岩油层的处理 。 化学缓速酸的特点是缓速而不增高粘度和固体含量 。
活性酸,其中的活性剂可吸附在岩石表面,通过控制酸与岩石表面的反应以达到缓速的目的 。
2,酸液的添加剂酸处理时要在酸液中加入某些化学物质,以改善酸液的性能和防止酸液在地层中产生有害物质,这些化学物质统称为添加剂 。 常用添加剂的种类有：
(1)
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 。 常用的缓蚀剂包括有机缓蚀剂和无机缓蚀剂 。 使用结果表明,有机缓蚀剂比无机缓蚀剂效能高 。
(2) 稳定剂 (络合剂 )
为了减少氢氧化铁沉淀,避免发生堵塞地层的现象而加入的某些化学物质,称为稳定剂 。 稳定剂能与酸液中的离子结合成能溶于水的六乙酸铁络离子,减少产生沉淀的机会 。
(3) 表面活性剂酸液中加入表面活性剂,其作用主要是：降低界面张力,油酸脱乳,改变地层润湿性,加速返排,
防止残渣形成 。 加入表面活性剂时必须保证它们与缓蚀剂及其它添加剂配伍 。 根据其作用,主要包括减阻剂,破乳剂,缓速剂,悬浮剂等 。
(4)
防止粘土膨胀的添加剂,主要有羟基铝,氯氧化锆,阳离子有机聚合物,聚胺,聚季胺等 。
(5)
互溶剂的主要作用是减少亲油性表活剂在地层固相颗粒的吸附,缓解酸化后因相对渗透率的改变或固相稳定乳化作用可能引起的减产 。
三,酸压设计酸压,用酸液做压裂液，不加支撑剂的压裂称为酸化压裂。
前置液酸压 用高粘液体作为前置压裂液，先把地层压开，然后在注入酸液的方法。
机理：
1）因为粘度高，滤失小，可形成较宽较长的裂缝，减少了裂缝的面容比。降低了酸液的反应速度，增大了酸液的有效距离。
2）前置液预先冷却地层，温度下降，起缓蚀作用。
3）酸液进入有高粘度的裂缝，由于两种液体的粘度相差悬殊，粘度小的液体在高粘度液中形成指进现象，
酸液大约只与 30%～ 60%的裂缝表面接触，漏失量 降低，酸反应速度降低。
设计内容：
1.
2,缝中酸液温度
3.
4.
5.
1,裂缝几何尺寸酸压中粘度较高的前置液与粘度较低的酸液是顺序泵入的 。 由于前后泵入液体的性质差别,在两种液体界面前后就存在不同的压力梯度,使得裂缝几何尺寸的计算复杂化 。 如果在界面间产生粘性指进的不稳定过程,在缝宽缝长的计算上就更为困难 。 在这里采取了简化计算方法,认为缝的几何尺寸由泵入的前置液造成 。 酸液进入既定的平均缝宽的裂缝中进行反应 。
2,缝中酸液温度温度对酸液的反应速度是非常敏感的 。 酸液在缝中的温度分布取决于地层温度及反应热对它的影响 。 对于这个问题已经研究出了同时考虑地层向缝中传热及反应热对缝中酸液温度的作用的解 。
3,酸液有效作用距离前面已全面阐述了酸液有效作用距离的计算方法,
特别是在不同条件下氢离子有效传质系数的计算,其中未考虑酸液粘度,酸浓度及同离子效应对传质系数的影响 。
4,酸压后裂缝导流能力的计算酸溶蚀后导流能力的大小与岩石强度,岩石非均质程度,岩石矿物被溶解的数量及其分布等因素有关 。
在壁面上均匀溶蚀后的缝宽为：
)1(2
ffe
a hL
N Q tb
式中 ba ——酸蚀缝宽,m
N ——酸液的溶蚀能力 (参与反应的单位体积酸液所能溶解的岩石体积 ),无量纲；
Q ——酸液的排量,
t ——泵酸时间,min。
Lfe ——酸液有效作用距离,m
hf ——缝高,m。
裂缝的理论导流能力为,
裂缝的实际导流能力应计入闭合压力 Pc及岩石的嵌入压力 Pin的影响
310104.8)(
af bbK
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8 2 2.0
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32 10)ln2 81.041.2(3 52 01 40 inin pCM P ap 时，当
5.
当已知有效作用距离与供油半径的比及裂缝导流能力与地层渗透率 K的比后,与水力压裂的增产比求法一样,可查增产倍数曲线 (图 13-
6),但当小于 0.1或查曲线不方便的时候,可根据实际情况选用式 (13-46)～式 (13-51)中有关公式计算 。
四,酸处理工艺酸处理效果与许多因素有关,诸如选井选层,选用的酸化技术,选择的酸化工艺参数及施工质量等 。 下面主要介绍选择处理井层的一般原则,各种酸化技术以及酸化后的排液 。
1,酸处理井层的选择
1） 优选油气显示好,试油效果差的井层
2） 优选邻井高产而本井低产的井层；
3） 多产层位的井,进行分层处理,先处理低渗透地层；
4） 对于生产史较长的老井,应暂堵开采程度高,地层压力已衰减的层位,选择处理开采程度低的层位 。
5） 关于重复酸压问题,应根据情况分别对待,如查明为解堵不彻底的井,可进行重复解堵酸化；如堵塞已彻底解除而油气产量递减快,则说明该井供油面积小,可以进行大型酸压,以沟通远处的裂缝系统获得高产；
6） 对于生产稳定,而以前酸处理均收效的井,可考虑再次进行酸处理 。
2,酸处理方式根据施工压力与地层破裂压力的关系,将酸化分为常规酸化和压裂酸化；
根据施工方式不同而进行的酸化又可称为选择性酸化和,空井,酸化 。
在考虑具体井的酸化方式和酸化规模时,应对油井的静态资料和动态资料进行综合分析 。
1） 常规酸化,是指注酸压力低于地层破裂压力的酸化,这时酸液主要发挥其化学溶蚀作用,扩大与之接触岩石的孔,缝,洞 。 例：一般对于岩性条件较好,
电测曲线解释为具有渗透层的特征,在钻井过程中有井涌井喷,放空等良好油气显示的井 。
2） 酸化压裂,是在高于地层破裂压力下进行的酸化作业 。 这时酸液将同时发挥化学作用和水力作用来扩大,
延伸,压开和沟通裂缝,形成延伸远,流通能力高的油气渗流通道 。 例：对于岩层受构造力较弱,裂缝不发育,岩性致密,在电测曲线上渗透层段特征不明显的井 。
3） 选择性酸化,是采用机械或物理化学的方法,将井中各油气层段隔开,然后针对各层特点把酸液有控制地注入各个层段的酸化工艺 。
优点：充分挖掘各层潜力,实现,一井多层,合理开采,；提高中,低渗透层段的注水量,使注入水均匀推进,以获得较高的采收率；加快试采速度,取得单层资料；提高复杂井酸化措施效果 。
4）,空井,酸化 是为避免洗井液漏入地层和减少配制泥浆的地面设施,利用原管串不压井,直接从油管往地层挤酸的酸化方法 。
优点：避免清水大量漏入油,气层；省去压井和洗井工序,缩短施工时间,降低施工成本；不放气压井,
减少天然气损耗 。
3.
目的：酸化施工结束后，停留在地层中的残酸由于其活性已基本消失，不能继续溶蚀岩石，而且随着其
pH值增高，原来不会沉淀的金属会相继产生金属氧化物沉淀。为了防止生成沉淀堵塞地层孔隙，影响酸化效果，一般说来应缩短反应时间，限定残酸浓度在某值以上，尽可能将残酸快速排出。
常用的排液方法：放喷、抽汲、气举法和增注液态及氮气助喷排液法。
简介增注液态 CO2 排液法：
酸化施工时,用将液态 CO2在高压下同酸液混合挤入地层 。 当液体 CO2进入地层后,由于温度不断升高 (超过 31℃ )而施工后压力不断下降,液态 CO2就转变为气态 CO2 。 放喷时气态体积不断膨胀,这种膨胀能量将挤推和携带残酸,往往无需抽汲即可排净残酸 。
同时还有缓速等多种效能,在现场施工中收到较好效果 。 氮气也有类似的助排效果 。
4,土酸处理工艺
（ 1） 酸液的选择,不同地层应选择不同的酸比例 。
1） 当地层泥质含量较高时,氢氟酸浓度取上限；
2） 当地层碳酸盐含量较高时,则盐酸浓度取上限,
氢氟酸液度取下限 。
3） 对于解除井底铁锈堵塞为主的注水井,应配制以盐酸为主的土酸溶液；相反如果是泥质堵塞物为主,
则应相应提高氢氟酸的浓度 。
4） 在改造以粘土胶结为主的砂岩地层或泥浆堵塞中碳酸盐成分较小时,土酸溶液中的氢氟酸浓度应相应提高 。
（ 2） 盐酸预处理：
为了进一步防止等不溶物的沉淀和充分发挥氢氟酸对泥质成分的溶蚀作用,在土酸处理前应预先进行盐酸处理 。
预处理的作用：
一是溶蚀碳酸盐类物质,防止沉淀并充分发挥土酸对泥质成分的溶蚀作用；
二是把地层水顶替走,避免氢氟酸与地层水接触,防止生成氟硅酸钾,钠盐沉淀 。
因此,预处理时的盐酸用量不应低于土酸用量,盐酸的浓度依地层中的碳酸盐含量而定,一般取 12%～
15%。
（ 3） 土酸处理的施工工艺步骤为预处理 -土酸处理 -替
1) 预处理,用 12%～ 15%的盐酸溶解地层中的碳酸盐类
2) 土酸处理：其中盐酸进一步溶解碳酸盐类并保持酸液在较低的 pH水平上,防止 CaF2沉淀,氢氟酸溶解泥
3) 顶替酸处理：顶替液可以用 5%～ 10%盐酸,过滤的煤油,柴油或氯化铵,其目的是作氢氟酸与泵入液体间的缓冲液体,应有足够量的顶替液,把土酸全部顶替到地层中去 。
一般情况下,土酸用量不宜超过预处理的盐酸用量,反应时间一般不超过 8～ 12 h,地层温度高时,
可缩短为 6～ 8 h,最好应根据各地层岩心由模拟试验合理确定 。
第三节 高能气体压裂高能气体压裂 (High Energy Gas Fracturing,简称
HEGF)是继爆炸压裂,水力压裂之后发展起来的一项油水井增产增注技术 。
它是利用特制火药或火箭推进剂在井筒中油层部位快速燃烧所产生的高温高压气体,将油层压出辐射状径向多裂缝体系,从而有效地穿透井筒附近的污染带,
勾通天然微裂缝,改善近井地带渗透性能,达到油水井增产增注的目的 。
高能气体压裂具有施工简便、成本低廉、污染小的显著优点，它的发展为低产能井的改造提供了新手段。
一,
高能气体压裂的增产机理主要基于下述四方面的作用 。
1.
当高能气体发生器在井下燃爆时,产生大量的高温高压气体,在 0.1～ 0.2 ms即达到峰值压力 。 这种较高的加载速率导致在地层中形成辐射状的径向多裂缝体系,不仅穿透近井地带污染区,而且沟通了地层的天然微裂缝,
如图 13-24所示,使导流能力显著提高 。
图 13-24
2.
一般井温可达 230～ 600℃ 。 井温变化的结果将产生两方面的作用效应：一方面,燃气热量汽化部分压井液体,并在液相中传导建立不均匀分布的温度场；另一方面,燃气通过套管及射孔炮眼将热量传递给地层,使其温度升高 。 压井液及地层温度的升高,对清除蜡质,胶质及沥青质的堵塞起了重要的作用 。
3.
高能气体压裂的化学作用是指燃气中的 CO,CO2、
HCl及 H2S成分遇水形成酸液对岩层的作用 。 与酸处理地层一样,化学作用不但与酸液性质有关,而且与地层岩性有关 。 有时这种化学作用也会产生不利的效果,这在火药配方设计中应力求避免 。
4,水力冲击作用高能气体压裂过程中的水力冲击作用,是指井筒中的液体振荡及与其伴随的压力波的传播,反射,叠加所造成的压力脉动对地层的冲击作用 。
这种作用可以破坏堵塞颗粒与油层之间的结合力,产生松动作用,也还可以克服毛管效应,有利于油气渗流 。
第四节物理法增产增注技术就是利用各种物理场或波对油层进行处理,以解除油层堵塞,提高油层中流体的渗流能力,达到油水井增产增注的目的 。
目前常用的物理法增产增注技术有声波 (主要是超声波 ),水力振荡,低频振动,电脉冲等,它们都是物理场或波在采油领域中的具体应用,因此,也被称为物理 (或波场 )采油技术 。
一,
利用声波的机械振动能,经流体介质耦合后进入地层,
从而达到解除污染,堵塞,提高近井地带渗透性的目的 。
1,超声波的作用超声波采油技术的机理主要是机械振动作用,空化作用和热作用三个方面 。
(1)
机械振动作用：是指地层弹性介质微粒机械振动的传播 。 在传播过程中,粒子的振幅,速度及加速度发生显著的变化,从而产生松动,边界磨擦,微裂缝,
解聚等 。
(2)
空化作用是指在振动脉冲的作用下，液体中气泡成长和崩溃的过程以及伴随发生的一系列现象。
这种空化作用一方面可以减小气阻,另一方面在气核崩溃间形成的激波,又可以促进裂缝的产生和局部温度的上升 。
(3)
超声波在传播介质内部的吸收,在不同介质的分界处的摩擦及空化作用在气泡崩裂时释放大量的热量,这三种方式是热作用能量的主要来源 。
上述超声波的三种作用不是孤立的,而是互相交织在一起并存的 。 不同的振源强度及频率,三种作用的比例也不同 。
2,超声波对油层作用的效应
(1)
(2)
(3)
(4)
