储层酸化工艺技术现状与综述

储层酸化工艺技术现状

酸化是一种使油气井水井增产增注的主要工艺方法之一，已经有100多年的历史。油气井酸化的方法最早是1890年代提出的，最初使用的酸是盐酸，主要用于地层解堵。随后开发了适用于各种地层的酸液以及各种添加剂。现在常用的氢氟酸酸化方法是1933年由J.R.Wilson 首次提出，同年A.M.Mepherson首次把此方法应用于现场。1940年道威尔公司把土酸用于油井中钻井液沉积物的清除获得了成功。到70年代酸化技术形成了较完善的系统，80年代至今，酸化技术主要集中于增加活性酸的作用距离，延缓酸岩反应时间方面，并且形成了一些成熟的工艺方法，开发各种工作酸液体系和添加剂。近年来国外已经有人开发了酸化专家系统，并且用它结合工程师的经验来对酸化的工艺设计。

一. 储层酸化技术概述 1．酸化的原理

酸化是一种使油气井增产的有效方法，它是通过井眼向地层注入工作酸液，利用酸与地层中可反应的矿物的化学反应，溶蚀储层中的连通孔隙或天然（水力）裂缝壁面岩石，增加孔隙、裂缝的流动能力，从而使油气井增产或注水井增注的一种工艺措施。

酸化技术有不同的分类方法，如按照作用原理可以分为解堵酸化和深传透酸化（深度酸化）；按照施工压力可分为基质酸化和压裂酸化。下面就分别简单介绍各类的酸化原理：

（1） 基质酸化

基质酸化也称常规酸化或解堵酸化，是指在井底施工压力小于储

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层破裂压力的条件下，将酸液注入地层，解除井筒附近的伤害，恢复储层产能的酸化。在基质酸化中酸液不压开地层，酸液主要在岩石孔隙和天然裂缝内流动，并与孔隙或裂缝中的堵塞物质反应，使之溶解于酸液中达到解堵的目的。基质酸化广泛应用于砂岩和碳酸盐岩储层。

对砂岩储层进行常规酸化作业时一般使用土酸，它是由盐酸和氢氟酸以及多种添加剂组成。氢氟酸主要溶蚀孔隙中的石英、粘土、泥浆颗粒和泥饼等硅酸盐矿物，盐酸主要用于防止氢氟酸与粘土等硅酸盐类以及碳酸盐反应生成沉淀，同时盐酸与砂岩储层中的碳酸盐矿物反应可以使氢氟酸能够充分发挥溶蚀粘土的作用。

对碳酸盐岩储层进行基质酸化时，工作酸液常用盐酸，另外辅加多种添加剂。在进行酸化作业时，注入酸液在低于地层破裂压力下，酸液首先进入近井地带高渗透区，依靠酸液中盐酸的溶蚀作用形成溶蚀孔道，从而解除近井地带的堵塞，提高了储层的渗流能力。

（2） 压裂酸化

又称为酸压，一般只应用于碳酸盐岩储层，酸压时的井底压力高于地层的破裂压力或天然裂缝的闭合压力，酸液张开的裂缝流动并与缝壁反应，形成在施工结束后也不能完全闭合的流动槽沟，最终在储层中形成具有一定导流能力的油气通道，从而提高了储层的渗流能力。

酸化的效果与酸化作用的有效距离以及酸岩的反应速度有关，增加酸化的有效距离和降低酸岩反应速度是酸化取得良好效果的关键。 2．国外酸化研究动向

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在以前研究的基础之上，90年代以来国外的酸化研究出现了以下几个方面的趋势：

（1）对储层的伤害机理进行深入的理论分析和系统的实验研究，如G.R.Coulter等人把储层伤害分为绝对渗透率伤害和相对渗透率伤害以及因非达西流和应力敏感引起的伤害，Beg M.S.和Taylor K.C.等人对酸化实验进行了比较系统的研究。

（2）不断开发新型对地层无伤害或低伤害的酸液体系和添加剂，并且已经开发对环境无公害的酸化产品。

（3）对各种酸化模型深入研究并且开发了相应的软件。 （4）在酸化作业中应用了现场实时监测评价技术。 3．酸化新技术

除了常规的酸化及酸压工艺技术之外，近年来，国内外已经形成了许多中酸化新技术，现列举如下：暂堵酸化技术，闭合酸化技术，泡沫酸酸化技术，固体复合酸酸化技术，液体转向酸酸化技术，乳化酸酸化技术，稠化酸酸化技术等。另外，国外还出现了许多酸化软件及专家系统。

二． 酸化新技术介绍

1．暂堵酸化技术

暂堵酸化是利用酸液优先进入阻力最小的高渗透层，在酸液中加入适当的暂堵剂。随着注酸过程的进行，高渗层吸酸多，暂堵剂的进入量也多，对高渗层的堵塞也较大，从而逐步改变进入各小层的酸量分布，最终达到各层均匀进酸的目的。酸化结束时，暂堵剂自行解堵，从而达到好的酸化效果。显然，采用暂堵酸化技术达到解堵所需酸量

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低于非暂堵酸化技术所需酸量。同时，它避免了繁重的机械分层措施，是一项较好的储层解堵酸化技术。

暂堵酸化适用于多层状和大厚层油气藏的酸化，以及储层在纵向上的非均质性或污染程度的差异严重的井。暂堵酸化可以应用于油气井和注水井解堵酸化和压裂酸化，不仅可以解除近井带的伤害，还可以改善油水井的产液剖面和剖面。

暂堵酸化技术的关键是暂堵剂的选取其基本要求是：（１）暂堵剂能在油水井壁上高渗透处形成致密滤饼，阻止高渗透层过多进酸；（２）暂堵剂与处理液体系配伍性好，并且与处理液体系不发生反应；（３）暂堵剂必须在产出液（油井）或注水井（水井）中完全可溶，即在正常生产过程中必须快速完全解除暂堵，恢复处理带的渗透性。国内已经在青海油田、河南油田以及吐哈油田等油田中广泛应用。实际作业中的暂堵剂有的是先制作好，在施工是酸液一起注入储层，有的是把暂堵液体和酸液同时注入储层，然后在储层条件下生成暂堵颗粒形成暂堵。 2．闭合酸化技术

闭合酸化技术的的机理是酸液在低于闭合压力下注入闭合条件下的裂缝，大部分酸液呈紊流穿过闭合的裂缝，迅速溶蚀岩石表面，其溶蚀的岩石量比张开裂缝的溶蚀量大得多。而且由于岩石成分和渗透率各异，以及ＨＣｌ对其的选择，很多碳酸盐岩油气层都有反应不同的区域和脉道，这就势必出现一个层区的反应速度比邻近区反应速度慢的现象。随着各个区域和脉道的溶蚀，溶蚀面积逐渐扩大，酸液在很短时间内连续流动，创造出流动通道或沟槽。在某些条件下，这

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些流道会变得相当大，使酸不再呈紊流状态。在单位体积的酸与岩石表面积的比达到最大程度后，酸液成为一种事实上的缓速酸化系统。如果油气层确有易溶蚀的区块，它们大都有常见的顺层面，并一般为水平状，这使酸液逐渐呈径向流动而不是垂直流动。因为只有小部分裂缝被酸溶蚀成相对较深的沟槽，其余的未刻蚀的裂缝面就能在极端恶劣的闭合条件下支撑裂缝，让它张开，不致完全破碎溶蚀沟槽。这样施工结束后，流道依然存在，就形成了具有一定导流能力的人工裂缝体系。

闭合酸化技术具有许多优点：①施工压力和泵注排量很低，作业一般比较简单；②不易损害井口、油管和封隔器等设备；③能产生相当高导流能力的裂缝可以大大降低油层微粒、有机沉淀物对裂缝和孔隙的堵塞；④作业产生的酸蚀沟道在异常闭合条件下和破裂情况下仍能保持张开状态，并且可以增加酸敏性和水敏性油层的产量，裂缝不易闭合，滤失量少。

该工艺也有应注意的不足之处：闭合酸化工艺有一定的局限性，如作用深度小，对某些碳酸盐岩油气层可能效果较差甚至毫无效果。在决定是否实施该工艺之前，必须用储层岩心做导流能力实验。

闭合酸化技术适用于已经造有裂缝的任何碳酸盐岩油气层，这些裂缝可以是闭合酸化前刚压开的裂缝、以前酸化／加砂压裂造成的裂缝或天然裂缝性油气藏。既可用于气井，还可用于油、水井增产、增注。对固井质量差，易出水层位导致不能进行高压大排量压裂酸化施工，可考虑采用该技术。 4．泡沫酸酸化技术

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泡沫酸酸化原理：泡沫酸是用起泡剂稳定的气体在酸溶液中的分散体系。气相为空气，由压风机供给，液相是根据油井情况采用的各种不同的酸液。工艺上采用注入两级双向泡沫酸液的方法。先将起泡液泵入渗透率较高的含水层，使流体流动阻力逐渐提高，在喉道中产生气阻效应。在叠加的气阻效应下，再使起泡酸液进入低渗层与岩石反应，形成更多的溶蚀通道，以解除低渗层污染、堵塞，改善油井产液剖面。最后注入泡沫排酸液，助排诱喷，排出残酸。

泡沫酸酸化适用于以下情况：①井段长，厚度大，层间矛盾突出，非均质严重；②水敏地层；③作业、洗井造成污染堵塞；④压力系数低于０．５；⑤井况恶化，无法卡封分层酸化；⑥原始渗透率大于５０×１０－３μｍ2。

大量国内外现场酸化施工结果表明，泡沫酸酸化工艺实现了分层酸化，具有工艺简单、排酸彻底、处理半径大的特点。 5．固体酸酸化技术

固体酸基本组成及酸化作用原理：复合固体酸由固体有机酸、固体潜伏酸及多种复合添加剂组成。固体有机酸主要为混合脂肪酸及芳香酸，能溶解地层中的有机堵塞，可部分溶解无机物。固体潜伏酸在地层温度下在一定时间内释放出土酸及多元羧酸，主要溶解无机物堵塞。两种酸都能络合地层中的多价金属离子，防止二次沉淀的产生。添加剂包括助溶剂、烃类溶剂、反应控制剂及反应时间调节剂等，使酸液能适应不同区块的地层条件。复合固体酸在使用时用热的（５０—６０℃）油田污水配成１０％的水溶液，其中固体有机酸与潜伏酸的质量比一般为３∶１。

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选井条件：①非周期末供液差，但有一定生产能力的油井；②井下管柱状况良好，无套管变形或损坏情况；③无严重出砂史；④油稠或地层渗透率低引起注蒸汽压力升高，需要进行油层改造的井（这是最适合复合固体酸酸化的井）。复合固体酸的用量根据油层有效厚度、孔隙率、堵塞类型及堵塞严重程度、酸化处理半径并考虑经济效益来确定。

辽河油田曾经在稠油井中使用了固体酸酸化技术，具体施工工艺是①用热污水洗井，替出井筒内死油和冷油；②反挤溶剂（工业粗甲苯），清洗油层岩石表面，脱除油膜；③将复合固体酸倒入盛有热污水的池中，搅拌均匀，将酸液反挤入井；④反挤顶替液（热污水）；⑤关井２４小时后开井。所用热污水温度为５０—６０℃。另外，中原油田还在砂岩基质酸化中使用了硝酸粉末作为潜在的工作酸，并进行了室内和现场的实验，取得了一定的效果。 6.液体转向酸化技术

酸化原理：液体转向剂在泵酸过程中与酸酸液反应形成固体颗粒，在井筒周围形成滤饼暂时封堵高渗透层，使酸液进入中，低渗透层，达到均匀布酸的目的。转向剂滤饼在随后的生产过程中自行溶解、不会对地层造成伤害，从而使整个井段的地层渗流条件得的到改善，提高酸化效率。

液体转向酸化技术适用于多层状和大厚层油气藏的酸化，尤其是储层在纵向上的非均质性严重的井，可以应用于非均质砂岩油藏以及孔隙型灰岩油藏，是改善注水井和油井的吸水剖面和产油剖面，实现调剖和增注增产的有效措施之一。

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7.乳化酸酸化技术

乳化酸酸化原理：油外相乳化酸选择性酸化的理论依据是渠道流态理论，该理论任为：在一定条件下，一口含水油井的地下油、水渗流状态应当是油水分别沿各自通道流向井筒，而不可能是油水在同一条通道呈多级段塞推进。油水通道内岩石表面润湿性不同，长期通油的孔道，表面由于吸附了原油中的天然性组分，呈现出明显的亲油憎水性，而长期通水的岩石表面在地层水作用下发生羟基化，带有负电荷，呈现明显的亲水憎油性，油水通道岩石表面的这种不同润湿性，极不利于常规水基酸化，水基土酸溶液压入地层时，必须优先润湿亲水孔道岩石表面，与岩石发生反应，使孔道扩大，进而有更多的酸夜进入，造成出水孔道渗透率大大提高，出油孔道由于岩石表面亲油憎水，酸进入量少，酸化结果往往可能是油井含水幅度的升高，若改用油外相乳化酸酸化，则酸液应优先润湿亲油孔道较少或不进入表面亲水的孔道，因而发生选择性酸化。乳化酸也是一种有效的缓速酸，进入地层后油将酸液与岩石表面隔开，不发生反应，从而延缓了酸液与岩石反应，只有乳化液破乳后才分离出酸液，引起乳化酸破乳的原因是乳化剂在地层的表面的吸附，减弱它对酸液分散相的保护。次外，这种酸液中含有粘土剂，对水敏性地层具有一定的稳定粘土作用。

该技术特别适用于油田开发后期，油井普遍产水，用常规酸化难以奏效的油井的深度酸化，针对油水同层或储层为水敏储层，乳化酸一般使用油外相乳化酸，该酸液遇水增粘，遇油降粘，具有一定的选择性，另外还需要辅助一定的防腐剂、抗水敏剂、缓速剂等添加剂。 8.稠化酸化技术

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稠化酸也叫胶凝酸，它是向酸液中加入胶凝剂，使酸液变成视粘度达到40～80 mPa·s(地层条件下)的胶凝体系，可以降低酸液在地层中的滤失速度，降低酸岩反应速度，从而大大增加活性酸的有效穿透距离。该技术主要用于中、低渗透储层的改造。

除了以上的这些新技术之外，在酸化效果评价方面，近年来国外发展了酸化现场实时监测评估技术，现场实时监测酸化施工时的泵注排量及井口压力的变化，根据拟稳定或不稳定渗流理论描述近井周围注酸时的流动状态，计算视表皮系数的变化，现场实时地调整酸液用量及泵注排量。该方法也可以对以往酸化资料进行酸后评估。

三. 建议

我们根据所收集的资料，对国内外的酸化技术水平进行的简单的比较，认为国内应在以下的方面加强研究：

1．对于具体的油井及注水井进行酸化时，一定要先分析储层的岩石以及流体的性质，储层伤害的原因，然后根据室内实验来选择具体的酸化方法和工作酸液以及添加剂。

2．深入地对储层伤害的机理进行研究，并建立实际的应用模型和酸化软件。

3．加强开发低伤害和无伤害的酸化产品的研究，同时开发对环境无公害个酸化产品和添加剂。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/rm16.html