第七章 酸处理技术

第二节 酸化压裂技术 第二节 酸化压裂技术

一、 教学目的

了解酸化压裂的原理，掌握酸液的滤失，酸液的损耗，能够计算酸岩复相反应有效作用距离，了解前置液酸压设计方法。

二、 教学重点、难点

教学重点

1、酸化压裂原理

2、酸液的损耗

3、前置液酸压设计方法

教学难点

1、酸液的滤失

2、酸岩复相反应有效作用距离

三、 教法说明

课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的数据和图表

四、 教学内容

本节主要介绍四个方面的问题：

一、 酸液的滤失

二、 酸液的损耗

三、 酸岩复相反应有效作用距离

四、 前置液酸压设计方法

酸化压裂：用酸液作为压裂液，不加支撑剂的压裂。

作用原理：(1) 靠水力作用形成裂缝； 第七章 酸处理技术

第二节 酸化压裂技术 (2) 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。

酸压效果：

以及不均匀刻蚀程度量对底层岩石矿物的溶解导流能力：取决于酸液裂缝内的流速控制酸盐反应速度酸液的滤失特性裂缝有效长度

(一)酸液的滤失

滤失主要受酸液的粘度控制

控制酸液的滤失常用的方法和措施：

(1)固相防滤失剂

刺梧桐胶质：在酸中膨胀并形成鼓起的小颗粒，在裂缝壁面形成桥塞，阻止酸蚀孔道的发展，降低滤失面积。

硅粉：添满或桥塞酸蚀孔道和天然裂缝。

粒径大小不等的油溶树脂：大颗粒桥塞大的孔隙；亲油的树脂形成更小的颗粒，变形后堵塞大颗粒的孔隙，从而有效地降低酸液的滤失。

(2)前置液酸压

优点：①采用前置液破裂地层形成裂缝，并在裂缝壁面形成滤饼，可以降低活性酸的滤失； 第七章 酸处理技术

第二节 酸化压裂技术 ②冷却井筒和地层，减缓酸液对油管的腐蚀，降低酸岩反应速度，增大酸液有效作用距离。

(3)胶化酸

以某些表面活性剂作酸液的稠化剂，能够形成类似于链状结构的胶束稠化酸。

优点：①受剪切后胶束链能很快重新形成，稳定性好；

②粘度大，在形成废酸前能有效地防止酸液的滤失。

(4)乳化酸和泡沫酸

（二）酸液的损耗

影响酸沿碳酸盐岩地层裂缝行进距离的因素：

酸液的类型、酸液浓度、注入速度、地层温度、裂缝宽度及地层矿物成分等

注入速率增加，穿透距离增加 图7-6 注入速率对酸穿透距离影响 第七章 酸处理技术

第二节 酸化压裂技术

裂缝宽度增加，穿透距离增加

温度增加，穿透距离减小

浓度增加，穿透距离增加

（三）酸岩复相反应有效作用距离

残酸：当酸浓度降低到一定浓度时，酸液基本上失去溶蚀能力。

图7-7 裂缝宽度对酸穿透距离影响

图7-8 温度及酸浓度与酸穿透距离关系 第七章 酸处理技术

第二节 酸化压裂技术 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：酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距离。

1、酸岩反应的室内试验方法简介

静态试验：将一定体积的岩石放在高压釜内，保持恒温、恒压和一定的面容比，使酸岩在高压釜内静止反应，每隔一定时间取酸滴定其酸浓度和岩石活蚀量，作出酸—岩反应速度随时间的变化曲线：

1t 1c 1w

2t 2c 2w

  

反应速度1212ttcc 克分子/升·秒

Or 反应速度1221ttswwtsw mg/cm2 sec

由于静态法不能反映地下酸岩流动反应的真实情况，其数据不能作为酸处理的依据，只能作为酸液配方对比的依据。

动态试验：

①流动模型（流动模拟试验）

由两个半圆形岩芯形成，中间留一裂缝，置于212油管内，将酸液通过，测出末端的酸浓度及相应的时间，即可得到反应速度，这样基本上如实的模拟了酸液在地下流动反应的情况。

②动力模拟试验（俗称旋转圆盘试验） 第七章 酸处理技术

第二节 酸化压裂技术 将岩芯置于高温高压反应器中，岩芯转动而酸液静止，利用一定的相似模拟处理方法，得出动态试验结果。

2、裂缝中酸浓度的分布规律

研究方法HDH传质系数物理模拟：确定酸浓度分布的数学规律数学模拟：求出裂缝中

(1)酸液在裂缝中流动反应的偏微分方程

基本假设：

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传质系数与浓度无关。

对流扩散偏微分方程：22yCDyCuxCuHyx

(2)酸浓度分布规律及计算图的应用

裂缝入口端酸浓度为初始浓度C0

裂缝壁面处，对盐酸与石灰岩反应来说，表面反应速度与传质速度相比，可视为无限大，故壁面上的酸浓度C=0。

裂缝中心位置且垂直于壁面的方向上，酸浓度梯度为零。

边界条件： 第七章 酸处理技术

第二节 酸化压裂技术 00,,0200yWyxyCyxCCyxC

图版应用方法：

方法一：（已知断面位置x）

①根据物理参数计算皮克利特数NP

②根据给定裂缝中任意断面的位置x，计算相应的无因次距离LD

③利用计算图，两坐标位置的垂线相交，得到x位置的无因次酸浓度值，即任意断面位置x的酸浓度C值。

方法二：（已知C/C0）

根据皮克利特数NP ，给定的C/C0值，利用图版查出相应的无因次距离LD 。从而算出酸浓度降至预定的C/C0时，活性酸的有效作用图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 第七章 酸处理技术

第二节 酸化压裂技术 距离x值。

破裂地层后某一时间时活性酸有效作用距离的步骤：

①由滤失系数C计算酸液平均滤失速度v；

②计算时间t时的动态裂缝尺寸（长度L及平均缝宽W）；

③根据排量Q、油层有效厚度h及缝宽W求裂缝入口端平均流速0v；

④根据H+有效传质系数求皮克利特数NP；

⑤根据图版查无因次距离数LD；

⑥求酸液有效作用距离x。

(3)确定有效传质系数的物理模拟原理

①物理模型的简化

假设岩板不滤失,对流扩散微分方程: 220yCDxCuH

②简化偏微分方程的解

用分离变量法和傅立叶级数，得到x方向任一横断面上的平均酸浓度为：0)12(2202)12(18nSnenCxC 202WuxDSH u0 u0

图7-11 无滤失情况下酸沿裂缝流动反应示意图 第七章 酸处理技术

第二节 酸化压裂技术 令x=L，则0)12(2202)12(18)(nsnenCLC HHDWQLhWuLDS2202

(4)有效传质系数曲线图

注意事项：

①必须选用实际产层温度条件下的曲线；

②岩性不同，传质系数值不同。因此各油气田应用本产层的岩心作流动模拟试验，作出有效传质系数与流动雷诺数关系曲线，其它油气田的试验结果只能作为参考。

（5）有效作用距离的计算

①计算沿缝长任意时刻的平均滤失速度：

tC/滤失

②计算的液流入裂缝的雷诺数：

vhQvuwN22Re

因裂缝模型出口断面位置的酸浓度可以直接测量。

图7-12 有效传质系数与雷诺数关系曲线图 第七章 酸处理技术

第二节 酸化压裂技术 若Lx时，Lcxc

则有：snencLc2122201218

式中：s——无因次数群

HHDwQLhwuLDs2202

L——裂缝长度（cm）

h——裂缝高度（cm）

Q——裂缝入口排量（cm3/s）

w——裂缝平均宽度（cm）

HD——H+的有效传质系数（cm2/s）

③由图7-12中HD～ReN查出该雷诺数下H+的有效传质系数HD

④计算皮克列特（Peclet）数：

HPDwN2/

⑤查图7-10中PN～DL得出无因次距离DL，此时用0cc=0.1曲线，即得出有效无因次距离。

⑥求酸液有效作用距离ex

hQLwuLxDDe2/2

（6）增加酸液有效作用距离的方法或措施：

从以下四个方面考虑：

①压宽裂缝 第七章 酸处理技术

第二节 酸化压裂技术 ②低的HD

③高的Q

④小的滤失速度

由Peclet数的定义知：

HPDwN2/

w愈大，HD愈小，PN愈大，由P306图7-10可知，DL愈大。

由于wuxLD0/2

所以x就愈大。

同样，Q愈大，愈小，则x也愈大。

由此可得出下列结论：

①采用弱酸、混合酸、缓速酸，以减慢反应速度（也可用泡沫酸、乳化酸、稠化酸减小HD。

②在盐酸内加添加剂，以降低滤失速度。

③加稠化剂，以增加酸液粘度，即有利于形成宽裂缝，又减慢酸岩反应速度。

④加降阻剂，提高泵排量，从而增大缝长和缝宽。

⑤利用前置液酸压工艺来增加裂缝宽度。

（四）前置液酸压设计方法 第七章 酸处理技术

第二节 酸化压裂技术

前置液酸压：在酸压过程中，用高粘液体当作前置液，先把地层压开裂缝，然后再注入酸液的这样一种压裂工艺。

优点：粘度高，滤失量小，可形成较宽、较长的裂缝

作用机理：

①减少裂缝的面容比，从而降低酸液的反应速度，增大酸的有效作用距离

②预先冷却地层，岩石温度下降，起缓蚀作用

③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（地层温度）下的酸的反应。

(3)计算酸液有效作用距离

图7-15 酸液指进示意图