酸化解堵压裂工艺在低渗透油田的应用.docx
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酸化解堵压裂工艺在低渗透油田的应用.docx
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酸化解堵压裂工艺在低渗透油田的应用
成人高等教育
毕业设计(论文)
题目_________________________________
_________________________________
学生_________________________________
指导教师_________________________________
评阅人_________________________________
教学站_________________________________
专业_________________________________
完成日期_________________________________
成人高等教育毕业设计(论文)任务书
论文题目
酸化解堵压裂工艺在低渗透油田中的应用
学生姓名
尤小平
教学站
延长油田
专业班级
石油与天然气开采04级2班
内
容
与
要
求
设计(论文)起止时间
20年月日至20年月日
指导教师签名
学生签名
年月日
成人高等教育毕业设计(论文)审查意见表
学生姓名
尤小平
教学站
延长油田
专业班级
石油与天然气开采04级2班
论文题目
酸化解堵压裂工艺在低渗透油田中的应用
序号
评审项目
指标
满分
评分
1
工作态度
严肃认真,刻苦勤奋,善于与他人合作。
10
2
工作能力
基础扎实,具备独立从事本专业工作的能力。
10
3
业务能力
与水平
有收集、综合和正确利用各种信息并获取新知识的能力。
能应用所学的基础理论与专业知识,独立分析和解决实际问题,达到毕业设计(论文)的教学基本要求。
所得结论具有应用或参考价值。
30
4
质量
条理清晰,结构严谨;文笔流畅,语言通顺;方法正确,分析、论证充分;设计、计算正确,工艺可行,设计图纸质量高,标准使用规范;专业名词术语准确。
30
5
规范化
技术材料齐全,论文撰写符合《西安石油大学继续教育学院毕业设计(论文)撰写规范》的要求。
10
6
创新
工作中有创新意识;对前人工作有改进、突破,或有独特见解。
翻译准确,语句通顺,译文工作量符合任务要求。
10
是否同意参加答辩:
总分
评语:
指导教师:
年月日
成人高等教育毕业设计(论文)评阅意见书
学生姓名
尤小平
教学站
延长油田
专业班级
石油与天然气开采04级2班
论文题目
酸化解堵压裂工艺在低渗透油田中的应用
序号
评审项目
指标
满分
评分
1
选题
体现专业内容;具有实际或理论意义;难易程度合适。
10
2
工作量
完成任务书规定的内容,工作量饱满。
10
3
业务能力
与水平
有收集、综合和正确利用各种信息并获取新知识的能力。
能应用所学的基础理论与专业知识,分析和解决实际问题,达到毕业设计(论文)的教学基本要求。
所得结论具有应用或参考价值。
30
4
质量
条理清晰,结构严谨;文笔流畅,语言通顺;方法正确,分析、论证充分;设计、计算正确,工艺可行,设计图纸质量高,标准使用规范;专业名词术语准确。
30
5
规范化
技术材料齐全,论文撰写符合《西安石油大学继续教育学院毕业设计(论文)撰写规范》的要求。
10
6
创新
对前人工作有改进、突破,或有独特见解。
翻译准确,语句通顺,译文工作量符合任务要求。
10
总分
评语:
评阅人:
年月日
成人高等教育毕业设计(论文)答辩结果表
学生姓名
尤小平
教学站
延长油田
论文题目
酸化解堵压裂工艺在低渗透油田中的应用
专业班级
石油与天然气开采04级2班
序号
评审项目
指标
满分
评分
1
报告内容
思路清新;语言表达准确,重点突出;概念清楚,方法正确,论据充分,分析归纳合理;结论有应用或参考价值。
40
2
报告过程
准备工作充分,时间符合要求。
15
3
创新
对前人工作有改进、突破,或有独特见解。
5
4
答辩
回答问题有理论依据,基本概念清楚。
主要问题回答准确、深入。
40
总分
评语:
答辩委员会(小组)负责人:
成员:
年月日
酸化解堵压裂工艺在低渗透油田的应用
摘要:
本文通过对低渗透油田酸化深入的理论研究及室内试验,并对延长油田几个采油厂岩石矿物进行分析,在室内试验和现场试验中,初步总结出了低渗透油田酸化解堵压裂的工艺。
由于延长油田属特低渗透油田,酸液与岩层的反应量小,不宜采用各大油田的酸化压裂工艺,结合油田实际情况,由于岩心致密,酸液很难进入地层深处,因此不宜纯酸化,可采用酸化、压裂相结合的施工方式作业。
对新井,井筒周围存在钻井泥浆污染;对老井特别是以前进行过压裂措施的井,由于各种原因,往往造成裂缝堵塞,先用所选的配方酸解除污染堵塞,后进行加砂压裂将会收到事半功倍的效果。
关键词:
酸化解堵压裂低渗透
前言··········································9
1酸化解堵压裂工艺的理论研究·······················10
1.1延长油田岩石矿物含量分析·······················10
1.2用酸化清除油层污染及恢复和提高渗透率的可行性··········10
1.2.1酸化的基本原理·····························10
1.2.2酸化解堵及恢复和提高渗透率的基本思路················10
1.3酸化中油层的损害及预防····························10
1.3.1损害原因分析································10
1.3.2预防方法····································11
1.4酸液配方分析·································11
1.4.1酸液及添加剂的选择····························11
1.4.2HF与砂岩中的各种成分反应速度不同····················111.4.3HF与砂岩中的各种成分反应速度不同····················11
2酸化解堵压裂工艺的室内可行性实验·····················11
2.1实验目的·····································11
2.2实验中所用到的仪器与药品··························12
2.2.1所用仪器····································12
2.2.2所用药品····································12
2.3各实验名称及实验步骤·····························12
2.3.1盐酸、氢氟酸配比试验···························12
2.3.2酸液对器材腐蚀试验···························13
2.3.3酸液对橡(塑)胶管(垫)的腐蚀实验·····················13
2.3.4渗透率实验(由油田地质化验室代做)·····················13
2.4实验结果分析···································13
2.4.1酸液对岩样的腐蚀·······························14
2.4.2 酸液对铁样的腐蚀·······························15
2.4.3 酸液对橡(塑)胶材料的腐蚀······················15
2.5总结·········································15
3室内酸液配比及酸化解堵工艺流程实验·····················16
3.1与华北油田井下工艺研究所共同理论研究分析···············16
3.1.1酸化措施依据·································16
3.1.2酸化方案选择·································17
3.1.3酸化伤害的预防措施·····························17
3.2室内实验······································18
3.2.1氢氟酸浓度的选择·······························18
3.2.2附加酸浓度的选择·······························19
3.2.3主体酸的确定·······························19
3.2.4动态模拟试验·······························20
3.3结论·········································21
4酸化解堵压裂施工及施工总结···························21
4.1三口井资料分析·································21
4.2本次施工工艺·································22
4.3施工数据··········································22
4.4产量对比分析······································22
4.4.1酸化解堵压裂与该井前次常规压裂压后产量对比··············22
4.4.2与压前日平均产量对比······································23
4.5总结······································23
结论······································24
参考文献····································25
前言
随着油田原油任务的连年增加,旧井的挖潜改造工作变的十分重要,而延长油田油井的增产途径基本上以水基冻胶填砂压裂作业为主。
许多旧井已经多次进行重复压裂作业,但增产效果不是很明显,因此设想通过酸化作业进行油层的二次改造。
在西安石油大学继续教育学院及函授站老师的精心教育和培养下,并经过自己的努力学习和实际现场施工,作为一名压裂施工指挥,本人结合自己的施工经验与体会,撰写了《酸化解堵压裂工艺在低渗透油田的应用》一文。
本人对有关安全文化建设的认识还比较肤浅,敬请各位导师、各位同仁多提宝贵意见,使我在今后工作和学习中不断完善、不断丰富。
酸化压裂是一个广泛在各大油田应用的压裂工艺,而在我们延长油田,由于地质原因,没能进行推广,通过酸化的室内实验,使我们认识到,
通过酸化的室内实验,使我们认识到,针对实验中的现象,可以看出本地区岩层可利用酸化来改善其物性,从而达到增产的目的。
由于酸液与岩层反应量小,故不适宜采用酸化压裂。
但酸液能使渗透率增大,且有清除井内杂质的作用,故可采用基质酸化与酸洗并行工艺来清除井内杂质,扩大岩石孔隙,提高油、气流动性能。
根据实验确定的压裂施工工艺,我们分别对七里村采油厂湾台山1262、1263、1268井进行了酸化压裂。
结果表明,对压裂液及支撑剂均对地层造成伤害,常规压裂效果不明显的井,酸化压裂是其增产的新的办法。
酸化压裂的初步成功实施,为进一步酸化压裂奠定了坚实的基础,为油田产能建设再找一条新的途径提供了依据。
可以说这篇文章是本人参加的体会,也是自己学习中获得的最大收获。
本人对有关酸化解堵压裂的认识还比较肤浅,敬请各位导师、各位同仁多提宝贵意见,使我在今后工作和学习中不断完善、不断丰富。
1酸化解堵压裂工艺的理论研究
1.1延长油田岩石矿物含量分析
延长油田长6油层岩石矿物成分进行分析可知,该油层基本为细粒长石砂岩,成分主要为石英25~35%、钾长石28~38%、斜长石12~25%、黑云母5~14%、沉积岩2~4%、杂质(填隙物)主要为云母和绿泥石,含量分别为1~3%和3~5%,另外还有碳酸岩(一般低于1%)和少部分高岭石,胶结主要为绿泥石接触式胶结为主,局部有少量方解石基底胶结,另外还有浊沸石孔隙胶结等。
且岩层渗透率变化大,但普遍在0.7×10-3μm2以下。
1.2用酸化清除油层污染及恢复和提高渗透率的可行性
1.2.1酸化的基本原理:
酸化是油井增产、水井增注的主要手段之一。
用酸液可以解除生产井和注水井底附近的污染,清除孔隙或裂缝中的堵塞物质,或者沟通(或扩大)地层原有孔隙或裂缝,提高地层渗透率,从而实现增产增注。
酸化措施主要有三种类型:
即酸洗、基质酸化和压裂酸化。
1.2.2酸化解堵及恢复和提高渗透率的基本思路:
a、利用酸液对油层的堵塞物(包括:
钻井液、固井水泥浆、射孔液等产生的堵塞)进行溶解和清洗。
b、酸液对碳酸岩地层进行溶解。
c、利用酸液与砂岩地层的胶结物(绿泥石、粘土、高岭石)进行反应,侵蚀地层,并溶解部分石英等。
从而达到解除油层堵塞,增大油层渗透率的目的。
1.3酸化中油层的损害及预防
1.3.1损害原因分析
酸化过程中油气层的损害可归纳为两个主要方面:
一方面是酸液与油气层的岩石和流体不配伍;另一方面是由于施工中管线、设备锈蚀物带入地层造成的堵塞。
a、酸与油气层岩石和流体不配伍造成的损害
1)酸液的冲刷及溶解所造成的微粒运移
2)酸液与岩石矿物反应生成二次沉淀
3)酸液与油层原油不配伍
4)酸液与油气层中的水不配伍
b、不合理施工造成的损害
1)设备管线、锈蚀物带入油气层生成铁盐沉淀
2)排液不及时造成的损害
1.3.2预防方法:
a、选用与油气层岩石和流体相配伍的酸液和添加剂
b、使用前置液(作用有四个方面):
1)隔开地层水
2)溶解含钙、含铁的胶结物
3)使粘土、砂子表面为水润湿,减少氢氟酸乳化可能性
4)保持酸液低PH值,防止Fe(OH)3、Si(OH)3等生成
c、使用合适浓度的酸液
d、反应后及时返排残余酸液。
1.4酸液配方分析
1.4.1酸液及添加剂的选择
参考有关酸化压裂方面的书得出:
砂岩地层的酸化主要以土酸酸化(盐酸和氢氟酸的混合物)工艺为主。
我局长6层主要以细粒长石砂岩为主,碳酸岩含量很小,胶结物主要为绿泥石和粘土胶结为主。
故有适合土酸酸化的油层条件,土酸可以酸化砂岩地层的原因有二:
2HF+CaCO3=CaF2↓+CO2+H2O
16HF+CaAlSiO3=CaF2+2AlF3+2SiF4↑+8H2O
当酸浓度高时,CaF2处于溶解状态。
当浓度低时,即会沉淀。
所以可依靠盐酸用量来维持酸液的PH值,以提高CaF2的溶解度。
HF+SiO2=H2SiF6+2H2O
反应生成的H2SiF6在水中可分解为H+和SiF62--,而后者又能与地层水中Ca2+,Na+,K+,NH4+等结合,生成(NH4)2SiF6、CaSiF6、等易溶于水的盐。
但Na2SiF6及K2SiF6为不溶物质会堵塞地层,因此在酸处理前,应先将地层水顶替走,避免与HF接触。
1.4.2HF与砂岩中的各种成分反应速度不同
HF与碳酸盐岩反应最快,其次是硅酸盐(粘土等),最慢是石英。
因此当HF进入砂岩时,大部分HF被消耗掉,所以加入HCl可增强HF溶蚀粘土和石英的能力。
综上所述,依靠酸液中盐酸溶蚀碳酸岩,并维持酸液较低的PH值,依靠氢氟酸溶解泥质成分和部分石英颗粒,其反应能清除井壁泥饼及地层中的粘土堵塞物,恢复和沟通近井地带渗透率。
另外加入防腐剂、粘土稳定剂、铁离子稳定剂、防膨剂、表面活性剂、助排剂等添加剂还可起到保护油层和增大反应面积。
2酸化解堵压裂工艺的室内可行性实验
2.1实验目的:
1)酸液中各组分的配比
2)酸液对设备的腐蚀程度及预防措施
3)酸化对地层的改善程度
2.2实验中所用到的仪器与药品
2.2.1所用仪器
切片机、磨片机、烘箱、分析天平、烧杯、粗天平、恒温水浴、磁力搅拌器、温度计、镊子(取酸液中的薄片)、定性滤纸、PH试纸、试管等。
2.2.2所用药品
表1.1实验所用药品
名称
分子式
代号
含量
盐酸
HCL
-
36~38%
氢氟酸
HF
-
40%
氯化铵
NH4CL
-
99.5%
甲醛
HCHO
-
37~40%
冰乙酸
CH3COOH
AC
≥99.5%
碘化钠
NaI
-
99%
吡啶
C5H5N
-
99%
丁炔二醇
C4H6O2
-
97%
十二烷基磺酸钠
CH3(CH2)11SO3Na
AS
≥97%
聚乙烯吡咯烷酮
——
K30
—
2.3各实验名称及实验步骤
2.3.1盐酸、氢氟酸配比试验
目的:
从所列浓度试验中选出对岩样腐蚀率高,不溶物含量少的酸液比例。
实验步骤:
a、将岩石样品拿到切片机上切片,后用磨片机磨成外形、体积相似的薄片。
磨好后用蒸馏水清洗干净,放入烘箱烘干,恒重后用分析天平准确称取薄片质量并记录(若薄片质量差不在±0.3g以内,则需重新磨片直到质量、体积和外形达到要求为止)。
b、将塑料烧杯清洗干净,并用标签纸编号。
后在各烧杯中分别配制各浓度的酸液(50g)。
要求计量换算准确,配液时依次加入蒸馏水、盐酸、氢氟酸。
防止盐酸因浓度过高而挥发。
c、将所配酸液放入恒温水浴,温度分别控制在①室温②35℃③85℃,且三组分别做平行实验。
d、将薄片编号,分选,每个类型相同的实验,要求薄片规格等相同,以便对比。
e、在每一个进行实验的烧杯中放入两片岩样。
一片在反应15分钟后取出,洗净烘干、恒重后称取质量并记录。
另一片在反应30分钟后取出,洗净烘干、恒重后称取质量并记录。
f、计算腐蚀量,并记录反应现象。
选出最佳配比方案。
2.3.2酸液对器材腐蚀试验
目的:
在确定好的酸液配比溶液中加入缓蚀剂,测各配比酸对钢铁设备的腐蚀能力。
实验步骤:
配制选定浓度的酸液,并在各酸液中加入不同浓度的缓蚀剂。
处理铁片表面,使其没有铁锈及杂质(以便准确计量腐蚀量),后准确称量。
静态腐蚀量测定:
在反应温度下,将铁片置于酸液中浸泡2小时后取出铁片,清洗干净、干燥,称取质量。
记录质量差,换算为腐蚀量。
动态腐蚀量测定:
在反应温度下,将铁片置于酸液中,用磁力搅拌器搅拌,形成流动的酸液,持续冲洗铁片1小时后取出铁片,清洗、干燥,称取铁片质量并换算为腐蚀量。
综合评定,在同一酸浓度下,加入各缓蚀剂对铁片腐蚀,选其中防腐性能和价格比最优的配比作为该酸液下的防腐剂配比。
2.3.3酸液对橡(塑)胶管(垫)的腐蚀实验
目的:
测定酸液对橡(塑)胶管(垫)的腐蚀程度
该实验是将橡(塑)胶管(垫)清洗干净后,置于选定酸液浓度和温度的烧杯中,浸没看2小时后的腐蚀情况。
判定依据,仅以肉眼观察下有无明显变化或胶化现象为准。
2.3.4渗透率实验(由油田地质化验室代做)
2.4实验结果分析
2.4.1酸液对岩样的腐蚀
由实验数据可以看出:
对于长6层的砂岩,用土酸反应,其反应量小,不宜进行酸化压裂。
但土酸可以溶解岩石孔隙胶质,使岩层的渗透率增大,同时还可清除油层在钻、固井时引起的污染,使油层在很大程度上得到改善,便于原油的采出,有提高采收率的功效。
由所做实验岩样和数据还可看出以下几种关系:
a、反应时间与腐蚀量的关系
在同种酸液中投入两块岩样,一块15分钟后取出,另一块30分钟后取出,将腐蚀量作比较,明显可看出,30分钟时的腐蚀量均高于15分钟时的腐蚀量。
b、反应温度与腐蚀量的关系
同浓度酸液在不同温度下反应,从腐蚀量可看出,随温度升高,腐蚀量明显增大。
实验表明温度是影响本工艺的重要因素。
c、缓蚀剂、活性剂与腐蚀量的关系
由数据可以看出,当缓蚀剂、活性剂用量增加时,同浓度、温度、反应时间下的腐蚀量下降,其原因主要是因为加入的CH3COOH及AS等可使酸液形成强弱酸性体系,加之粘度等增大,使酸根离子离解速度减慢,从而使反应速度减慢,腐蚀量减小。
d、其他因素与腐蚀量关系
此实验中腐蚀量均以反应前、后质量差值与反应前的质量比值衡量,但由于反应中存在副反应。
(正反应:
酸液溶蚀岩样、使岩样质量减轻。
副反应:
酸液与岩样中的有些矿物形成沉淀和胶质附着于岩样表面,从而使岩样质量增加,腐蚀量减小。
)使得反应在进行过程中,各时间点的腐蚀量均有不同,且没有一定的规律。
但大体都为:
①反应前期以正反应为主,此段时间内岩样有明显的反应,且清洗干燥后样品表面无沉淀和胶质生成。
②反应中间阶段,由于副反应速度相对增大,使岩样表面有沉淀和胶状物生成。
③反应后期,由于副反应的加剧进行,使岩样表面被生成的沉淀和胶质所包围,阻止了酸液与岩样继续反应。
在以上过程中岩样质量随沉淀的胶状物的增多而增大,因此在实验出现腐蚀量不规则的现象。
为了在施工中避免生成的沉淀和胶质堵塞岩石孔隙,本配方中加入了表面活性剂等。
实验表明添加表面活性剂后粘附在岩样表面的杂质和胶质数量明显减少。
这也使反应各阶段的腐蚀量有了一定的变化。
2.4.2 酸液对铁样的腐蚀
本实验中酸液腐蚀性强,反应温度较高,使得酸液对铁样的腐蚀性有所增强。
但加入缓蚀剂后,铁样的腐蚀率明显减小。
证明所选药品缓蚀效果良好。
2.4.3 酸液对橡(塑)胶材料的腐蚀
在所选酸液浓度下,升温至85℃。
将几种橡(塑)胶材料取样,放入酸液中反应2小时后:
取出观察,①橡胶制品无明显老化及胶化现象,证明酸液对其无明显腐蚀。
即酸液对生产设备中橡胶制品影响不大。
②塑胶制品明显老化变质,已失去其自身性能。
故对塑胶制品应尽量寻找其同型号橡胶产品替代。
以保证生产中不会因塑胶腐蚀引起事故。
2.5总结
针对实验中的现象,可以看出本地区岩层可利用酸化来改善其物性,从而达到增产的目的。
由于酸液与岩层反应量小,故不适宜采用酸化压裂。
但酸液能恢复和提高渗透率,且有清除井内杂质的作用,故可采用基质酸化与酸洗并行工艺来清除井内杂质,扩大岩石孔隙,提高油、气流动性能。
在加入适量缓蚀剂后,酸液对铁的腐蚀明显降低。
综上所述:
通过实验基本从理论验证了基质酸化和酸洗并行工艺对长6油层改造是可行的,可做进一步实验进行深入的论证。
附部分实验数据:
试样编号
缓蚀剂
缓蚀剂比例(%)
铁离子稳
定剂(%)
铁样质量(克)
腐蚀率
(%)
反应前
反应后
1
YC-1
1
1
17.3637
17.2971
0.38
2
2
3
16.8742
16.8134
0.36
3
3
1
17.3368
17.2796
0.33
4
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