碳酸盐酸化设计.ppt

1. 碳酸盐矿物分类 方解石：碳酸钙矿物。 白云石：碳酸钙矿物和碳酸镁矿物的比为1：1。 2. 碳酸盐矿物物理性质 双重孔隙或渗透率不均匀分布。 3. 碳酸盐酸化特点 常选用盐酸，其目的是溶解基质和旁通伤害物。 17.2 碳酸盐储层中矿物特征 矿物特征 来源 主要来源于生物活动的沉积岩，其中大部分为尺寸为几微米到几厘米的海洋生物骨架。另一些来源自CaCO3的化学沉积。 沉积后遭受的化学作用 化学改变主要是沉积物演化为稳定的形式，如方解石和白云石，这一过程又称为新生变形作用。 形式：白云石化作用、白云石化作用的逆过程、溶解、再沉淀和胶结过程以及地下条件严厉期间发生的分子扩散。 这些作用都使孔隙度和渗透率发生变化。 17.2 碳酸盐储层中矿物征 沉积后遭受的物理变形作用（成岩作用） 沉积物的埋藏引起地应力和压力变化，使孔隙度和渗透率降低。高上履压力使颗粒压缩，同时发生隙间水损失，促进物理溶解、再沉淀并引起孔壁附着。如果孔隙度降至零，产生残余环流裂缝。机械应力的变化也诱导产生裂缝。 碳酸盐沉积特征 碳酸盐沉积物由非侵蚀、均质的矿物组成，原始孔隙度较高。由于沉积物的渗透率主要取决于颗粒大小，碳酸盐岩油藏的孔隙度和渗透率范围较宽，具体值取决于在沉积和胶结程度、以及构造应力作用而产生的裂缝。 17.2 碳酸盐储层中伤害物特征 1. 伤害情况的确定 是碳酸盐酸化处理正确设计的先决条件。通常根据地层伤害的情况选择处理液类型，且处理液的用量取决于伤害物的位置和伤害程度。 2. 污染特征 除基质中存在的粘土颗粒有关的伤害外，其它同砂岩地层存在的污染基本相同。 另外，胶结差的白垩会被酸溶液永久伤害，从而降低了地层的机械强度，导致地层压实。 由于低基质渗透率裂缝性油藏的水堵问题，外来伤害常集中在裂缝处，侵入深度比均质油藏深。 17.3 盐酸酸化碳酸盐岩 碳酸盐酸化一般用盐酸，其目的是产生高导流能力的通道（也称酸蚀孔洞），以旁通伤害物或存在低渗透裂缝性油层中被堵塞的裂缝。碳酸盐岩酸化常使表皮系数变为负值，这由于打开了天然裂缝，并在井筒附近产生了高渗透性的酸蚀孔洞。 为解决地层温度高于205℃情况下的腐蚀问题，可用有机酸代替盐酸。可通过盐酸乳化形成微乳液，降低酸与岩石的接触面积，可达到深穿透的目的，此种情况下，在酸的有效作用范围内孔隙尺寸均匀增加，无酸蚀孔洞的产生。 17.3 盐酸酸化碳酸盐岩 最早在1895年应用，并在1896年由Frasch获得专利。此时，Frasch为考虑使用缓蚀剂； 现代酸化开始于1932年2月，Dow化学公司第一次将缓蚀酸液应用到灰岩地层，并获得了成功； 1932年后，酸处理应用到产盐井，提高了盐产量； 利用缓蚀酸液处理油井迅速得到扩展，Dow Well服务公司因此而建立专门开发新工艺。1932年11月，Dowell公司成立。不久，其它公司也相继成立。酸化获得了广泛的应用。 17.3 盐酸酸化碳酸盐岩 该反应体系取决于几个化学反应，其反应式和相应的平衡常数为： 示中方括号中物质的浓度为单位mol/L，pCO2为二氧化碳的压力。 17.3 盐酸酸化碳酸盐岩 由于H2CO3为弱酸，盐酸存在时HCO3-和CO3-的浓度可忽略。 HCl与方解石的反应为： HCl与白云岩的反应为： 17.3 盐酸酸化碳酸盐岩 反应速率kr为与每平方米润湿表面每秒钟反应的酸的摩尔数，主要取决于温度和酸浓度： 式中：kr——反应速度常数； C——盐酸浓度，mol/m3； n——反应级数。 kr和n已通过实验测定。反应速率常数 kr随温度的变化遵从Arrhenius定律。另外，对于白云岩，反应级数n随温度改变。 17.3 盐酸酸化碳酸盐岩 4.1 酸化反反应过程 盐酸与碳酸盐矿物的反应，包括以下步骤： （1）氢离子（H+)传递到矿物表面； （2）离子与矿物反应； （3）反应产物从矿物表面传递到本体溶液。 若这些步骤中的某一步骤比其它步骤慢，则这一步骤决定整个反应过程的反应速度，并被称作决速步骤。 反应速率控制和扩散速率控制代表两个极端情况。 17.3 盐酸酸化碳酸盐岩 4.2 溶蚀孔洞现象 灰岩岩心用HCl酸化后产生的肉眼可见的孔道，称为酸蚀孔洞。 实验结果显示酸的注入速度影响酸蚀孔洞的几何尺寸和酸蚀孔洞穿透岩心所需的酸量。 酸蚀孔洞可解释为酸化现象的不稳定性：大的孔隙易 接受更多的酸液，这又增加了它们的面积和长度，最终产生一宏观隧道，或酸蚀孔洞。这些新生通道比周围的孔隙接受更多的酸并增长至穿透岩心。 17.3 盐酸酸化碳酸盐岩 Schechter和Gidley提出一维分析模型模型，用计算机网络模拟来