酸化作業中的油層保護技術

酸化作業中的油層保護技術是指酸化過程中採用配伍的酸液和添加劑、前置液等方法對油層進行保護。

實施油氣田開發生產中油氣層保護技術，首先要統一認識，站在戰略的高度認識其重要性和緊迫性，各級技術決策人、技術監督人和工程技術人員，上下齊心，共同努力，將它作為一項技術政策來實施，才能實現保護油氣層。

基本介紹

• 中文名：酸化作業中的油層保護技術
• 外文名：Reservoir protection technology in acidizing operation
• 目的：油層保護
• 學科：石油工程
• 方法：採用配伍的酸液和添加劑、前置液
• 重要性：油氣層保護技術越來越守重視

基本思路

油氣田開發生產中保護油氣層技術的基本思路實質上是保護油氣層系列技術的具體化。值得強調的是油氣田開發生產中的油氣層損害發生在油氣田深部。更具疊加性、複雜性和動態性。因此，它的保護技術的基本思路要把著眼點放在“動態”上，即重新認識油氣層的現狀是該技術的基本出發點。

重要性

油氣田開發生產中的油氣層保護技術已愈來愈被人們重視，這主要是由於我國的油氣田大都處於油田開採中、後期，油田作業的頻率比開採初期明顯增高，顯然，控制各作業環節對油氣層的損害，實施油氣層保護系列技術，必然是提高作業效率的有效途徑之一。同時，石油工業正面向複雜油氣藏、特殊油氣藏的挑戰，這勢必面臨著投入更多的成本，獲得較少產出的難題。

油氣層保護技術本身就是一種保護資源的系統工程，是“增儲上產”的重要措施之一。因此，必須進行油氣田開發生產中的油氣層保護工作。

此外，目前生產實際也急待油氣田開發生產中的保護技術儘快實現系列化、實用化。例如，目前，不少大油田開採進入中、後期，發現地層堵塞嚴重，有的注水時，使用大功率、大排量，吸水指數不但不增加，反而愈來愈注不進地層。

目前，對油氣田開發生產中保護油氣層的緊迫性、重要性還遠未形成共識。因此，實施油氣田開發生產中油氣層保護技術，首先要統一認識，站在戰略的高度認識其重要性和緊迫性，各級技術決策人、技術監督人和工程技術人員，上下齊心，共同努力，將它作為一項技術政策來實施，才能實現保護油氣層。

酸化作業中的油氣層損害

酸化作業中的油氣層損害可歸納為兩個主要方面：一方面是酸與油氣層岩石和流動不配伍造成的；另一方面是由於施工中管線、設備鏽蝕物帶入地層造成的堵塞。

1、酸與油氣層岩石和流體不配伍造成的損害

酸化的作用原理是通過向油氣層注入酸液使之與岩石和膠結物的某些成分以及堵塞物質發生化學溶解反應，並儘可能地將其反應物排出到地面，以此達到溝通地層原有的孔喉和裂縫，擴大油氣儲、滲空間的目的。因此，酸渣沉澱堵塞孔道是主要的損害方式。若酸與油氣層岩石和流體不配伍，必然加劇堵塞損害。

1）酸液與油氣層岩石不配伍造成的損害

酸液的沖刷及溶解作用造成的微粒運移酸化過程中，酸溶液在溶解膠結物和堵塞物質時，會不同程度地使油氣層岩石的顆粒或微粒鬆散、脫落，並運移造成堵塞。例如，高嶺石類粘土在油氣層中大多鬆散地附著在砂粒表面，隨著酸液的沖刷，剝落下來的微粒將發生運移，造成孔隙喉道堵塞。伊利石類粘土在砂岩中可以形成蜂窩狀的大微孔，這類微孔可束縛酸中的水，有時發育為毛狀的晶體，從而增加了孔隙的彎曲度，引起滲透性降低，更嚴重的是，它們在酸化過程或酸化後，發生破碎運移，造成孔喉堵塞，損害油氣層。

酸液與岩石礦物反應產生二次沉澱：酸化是用酸溶解岩石礦物或膠結物和堵塞物質，達到擴大孔隙、裂隙空間的目的。若溶解後的產物再次沉澱，就會重新堵塞孔道，反而減少儲、滲空間。顯然，這種損害造成酸化失效。因此，控制酸液與油氣層岩石反應不產生二次沉澱，是酸化中控制酸液與岩石配伍性的重要技術內容之一。

酸化後的再次沉澱物一般有：（1）鐵質沉澱；（2）氫氟酸反應產物沉澱。例如氟矽酸鹽和氟鋁酸鹽牢牢粘附在岩石表面上，造成損害。

2）酸液與油氣層流體不配伍造成的損害

a.酸液與油層原油不配伍

當酸液與油氣層中瀝青原油相接觸，就會產生酸渣。酸渣是堵塞孔道的主要物質。酸渣由瀝青、樹脂、石蠟和其它高分子碳氫化合物組成，是一種膠狀的不溶性產物。在瀝青原油中，瀝青物質以膠態分散相形式存在，它是以高分子量的聚芳烴分子為核心的。此核心被較低分子量的中性樹脂和石蠟包圍，周圍吸附著較輕的和芳香族特性較少的組分組。在與酸液未接觸前，這種膠態分散相相當穩定，一旦與酸接觸，酸與原油在界面上開始反應，並形成了不溶性的薄層，該薄層的凝聚導致酸渣顆粒形成。酸渣一旦產生，很難消除，將對油氣層造成永久性損害。

b.酸液與油氣層中的水不配伍

油氣層中的水與酸液不配伍，主要表現為反應生成沉澱。當油氣層中的水本身富含Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺等離子，或酸化過程中不斷生成上述離子時，會產生有害沉澱，尤其當HF與它們相遇時，會生成氟化物沉澱。如：

2K⁺+SiF₆=K₂SiF₆↓

2Na⁺+SiF₆=Na₂SiF₆↓

反應生成的這類氟矽酸鹽沉澱，堵塞孔喉通道，損害油氣層。

2、不合理施工造成的損害

1）施工管線設備鏽蝕物帶入油氣層生成鐵鹽沉澱

由於酸具有強的腐蝕作用，尤其對於設備、管線、管柱造成的鏽蝕更為突出。配製酸液過程中會有軋屑、鱗屑等鐵鹽溶於酸液中，這類雜物與酸作用產生沉澱物。外來溶於酸液中的鐵大多為三價鐵離子，在地層中當殘酸pH值將到一定程度時，就會產生沉澱，例如氫氧化鐵Fe(OH)₃絮狀沉澱物，氫氧化矽Si(OH)₄沉澱。其化學反應式如下：

H₂SiF₆→SiF₄+2HF

SiF₄+4H₂O=Si(OH)₄↓+4HF

Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O

Fe+3OH=Fe(OH)₃↓

油氣層中生成的這類沉澱，引起堵塞，造成儲、滲空間縮小，損害地層。

2）排液不及時造成的損害

酸化後不及時排液，殘酸會在油氣層中過長時間的停留。這樣，酸化產生的過剩Ca²⁺離子與油氣層中的二氧化碳（CO₂）生成碳酸鈣（CaCO₃）再次沉澱結垢。這類垢與砂及重油相伴一起堵塞油氣層，此外，當殘酸濃度降低到很低時，還會產生氫氧化鐵Fe（OH）₃，氫氧化矽(Si(OH)₄)等沉澱，堵塞孔喉，產生損害。

綜上所述，酸化作業中油氣層損害主要由酸渣和二次沉澱物堵塞引起。因此，酸化作業中的保護油氣層技術要從避免產生上述損害入手。

酸化作業中保護油氣層技術

根據酸化作業中造成油氣層損害的原因及方式，採用下列方法對油氣層進行保護。

1、選用與油氣層岩石和流體相配伍的酸液和添加劑

針對具體油氣層，採用與之相適應的保護技術，是油氣層保護系列技術的特點之一。對於酸化作業這一“針對性”特點，舉例如表所示。

酸液和添加劑的選擇

油氣層岩性特點	與之配伍的酸液或添加劑	保護油氣層目的
碳酸鹽岩	不宜用土酸	避免生成氟化鈣沉澱
伊-蒙間層礦物含量高	必須加防膨劑	抑制粘土膨脹、運移
綠泥石含量高	適當加入鐵離子穩定劑	防止產生氫氧化鐵沉澱
原油含膠質、瀝青質較高	採用互溶土酸（砂岩）	消除或減少酸渣生成
砂岩地層	不宜用陽離子表面活性劑破乳	避免地層轉為油潤濕，降低油的相對滲透率
高溫地層	耐高溫緩蝕劑	避免緩蝕劑在高溫下失效

實際油氣層類型繁多，在選擇使用與之相配伍的添加劑和酸液時，必須考慮酸液、添加劑、地層水、岩石、地層原油相互之間的配伍性，達到不沉澱，不堵塞，不降低油氣層儲、滲空間，有利於油、氣的采出的目的。同時應儘可能降低成本。

2、使用前置液

前置液的作用有以下四個方面：

（1）隔開地層水。一般前置液使用15%左右濃度的鹽酸，它可以防止氫氟酸（HF）與地層水接觸生成不溶性的氟化鈣（CaF₂）沉澱，在砂岩地層中，它可以防止氫氟酸（HF）與之反應生成氟矽酸，然後氟矽酸與地層水中的K+、Na+等離子反應生成氟矽酸鉀（K₂SiF₆）、氟矽酸鈉（Na₂SiF₆）等沉澱；

（2）溶解含鈣、含鐵膠結物，避免浪費昂貴的氫氟酸（HF），並大大地降低氟化鈣沉澱的形成；

（3）使粘土和砂子表面為水潤濕，減少廢氫氟酸乳化的可能性；

（4）保持酸度（低pH值）防止生成氫氧化鐵（Fe（OH）₃）、氫氧化矽（Si（OH）₄）沉澱。

3、使用合適的酸液濃度

由於酸化作業本身的工作原理限制，選擇合適的酸液濃度是保護油氣層的重要技術指標之一。

當酸液濃度過高時，會溶解過量的膠結物和岩石的骨架，破壞岩石結構，引起岩石顆粒剝落，引起堵塞。如土酸中氫氟酸濃度過高，在岩石表面形成沉澱，並且大量溶解砂岩的膠結物，使砂粒脫落，破壞其結構，造成地層出砂，嚴重者引起地層坍塌造成砂堵。

當酸液濃度過低時，不僅達不到酸化的目的，還會產生二次沉澱，因此，當選用與岩石及流體配伍酸液類型後，選用合適的酸液濃度是同等重要的。

4、及時排液

殘酸在油層中停留時間過長，會造成二次沉澱，結垢堵塞地層。因此，必須及時排除殘酸。目前採用排液的方法很多，常用的有：抽吸排液、下泵排液、氣舉排液、液氮排液等。

酸化的保護措施是貫穿於酸化作業每一個環節，技術關鍵是選擇配伍的酸液、添加劑和及時排液。