[科普中国]-酸化作业中的油层保护技术

基本思路

油气田开发生产中保护油气层技术的基本思路实质上是保护油气层系列技术的具体化。值得强调的是油气田开发生产中的油气层损害发生在油气田深部。更具叠加性、复杂性和动态性。因此，它的保护技术的基本思路要把着眼点放在“动态”上，即重新认识油气层的现状是该技术的基本出发点。

重要性油气田开发生产中的油气层保护技术已愈来愈被人们重视，这主要是由于我国的油气田大都处于油田开采中、后期，油田作业的频率比开采初期明显增高，显然，控制各作业环节对油气层的损害，实施油气层保护系列技术，必然是提高作业效率的有效途径之一。同时，石油工业正面向复杂油气藏、特殊油气藏的挑战，这势必面临着投入更多的成本，获得较少产出的难题。

油气层保护技术本身就是一种保护资源的系统工程，是“增储上产”的重要措施之一。因此，必须进行油气田开发生产中的油气层保护工作。

此外，目前生产实际也急待油气田开发生产中的保护技术尽快实现系列化、实用化。例如，目前，不少大油田开采进入中、后期，发现地层堵塞严重，有的注水时，使用大功率、大排量，吸水指数不但不增加，反而愈来愈注不进地层。

目前，对油气田开发生产中保护油气层的紧迫性、重要性还远未形成共识。因此，实施油气田开发生产中油气层保护技术，首先要统一认识，站在战略的高度认识其重要性和紧迫性，各级技术决策人、技术监督人和工程技术人员，上下齐心，共同努力，将它作为一项技术政策来实施，才能实现保护油气层。1

酸化作业中的油气层损害酸化作业中的油气层损害可归纳为两个主要方面：一方面是酸与油气层岩石和流动不配伍造成的；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。

1、酸与油气层岩石和流体不配伍造成的损害

酸化的作用原理是通过向油气层注入酸液使之与岩石和胶结物的某些成分以及堵塞物质发生化学溶解反应，并尽可能地将其反应物排出到地面，以此达到沟通地层原有的孔喉和裂缝，扩大油气储、渗空间的目的。因此，酸渣沉淀堵塞孔道是主要的损害方式。若酸与油气层岩石和流体不配伍，必然加剧堵塞损害。

1）酸液与油气层岩石不配伍造成的损害

酸液的冲刷及溶解作用造成的微粒运移酸化过程中，酸溶液在溶解胶结物和堵塞物质时，会不同程度地使油气层岩石的颗粒或微粒松散、脱落，并运移造成堵塞。例如，高岭石类粘土在油气层中大多松散地附着在砂粒表面，随着酸液的冲刷，剥落下来的微粒将发生运移，造成孔隙喉道堵塞。伊利石类粘土在砂岩中可以形成蜂窝状的大微孔，这类微孔可束缚酸中的水，有时发育为毛状的晶体，从而增加了孔隙的弯曲度，引起渗透性降低，更严重的是，它们在酸化过程或酸化后，发生破碎运移，造成孔喉堵塞，损害油气层。

酸液与岩石矿物反应产生二次沉淀：酸化是用酸溶解岩石矿物或胶结物和堵塞物质，达到扩大孔隙、裂隙空间的目的。若溶解后的产物再次沉淀，就会重新堵塞孔道，反而减少储、渗空间。显然，这种损害造成酸化失效。因此，控制酸液与油气层岩石反应不产生二次沉淀，是酸化中控制酸液与岩石配伍性的重要技术内容之一。

酸化后的再次沉淀物一般有：（1）铁质沉淀；（2）氢氟酸反应产物沉淀。例如氟硅酸盐和氟铝酸盐牢牢粘附在岩石表面上，造成损害。

2）酸液与油气层流体不配伍造成的损害

a.酸液与油层原油不配伍

当酸液与油气层中沥青原油相接触，就会产生酸渣。酸渣是堵塞孔道的主要物质。酸渣由沥青、树脂、石蜡和其它高分子碳氢化合物组成，是一种胶状的不溶性产物。在沥青原油中，沥青物质以胶态分散相形式存在，它是以高分子量的聚芳烃分子为核心的。此核心被较低分子量的中性树脂和石蜡包围，周围吸附着较轻的和芳香族特性较少的组分组。在与酸液未接触前，这种胶态分散相相当稳定，一旦与酸接触，酸与原油在界面上开始反应，并形成了不溶性的薄层，该薄层的凝聚导致酸渣颗粒形成。酸渣一旦产生，很难消除，将对油气层造成永久性损害。

b.酸液与油气层中的水不配伍

油气层中的水与酸液不配伍，主要表现为反应生成沉淀。当油气层中的水本身富含Na+、K+、Mg2+、Fe3+、Fe2+、Al3+等离子，或酸化过程中不断生成上述离子时，会产生有害沉淀，尤其当HF与它们相遇时，会生成氟化物沉淀。如：

2K++SiF6=K2SiF6↓

2Na++SiF6=Na2SiF6↓

反应生成的这类氟硅酸盐沉淀，堵塞孔喉通道，损害油气层。

2、不合理施工造成的损害

1）施工管线设备锈蚀物带入油气层生成铁盐沉淀

由于酸具有强的腐蚀作用，尤其对于设备、管线、管柱造成的锈蚀更为突出。配制酸液过程中会有轧屑、鳞屑等铁盐溶于酸液中，这类杂物与酸作用产生沉淀物。外来溶于酸液中的铁大多为三价铁离子，在地层中当残酸pH值将到一定程度时，就会产生沉淀，例如氢氧化铁Fe(OH)3絮状沉淀物，氢氧化硅Si(OH)4沉淀。其化学反应式如下：

H2SiF6→SiF4+2HF

SiF4+4H2O=Si(OH)4↓+4HF

Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O

Fe+3OH=Fe(OH)3↓

油气层中生成的这类沉淀，引起堵塞，造成储、渗空间缩小，损害地层。

2）排液不及时造成的损害

酸化后不及时排液，残酸会在油气层中过长时间的停留。这样，酸化产生的过剩Ca2+离子与油气层中的二氧化碳（CO2）生成碳酸钙（CaCO3）再次沉淀结垢。这类垢与砂及重油相伴一起堵塞油气层，此外，当残酸浓度降低到很低时，还会产生氢氧化铁Fe（OH）3，氢氧化硅(Si(OH)4)等沉淀，堵塞孔喉，产生损害。

综上所述，酸化作业中油气层损害主要由酸渣和二次沉淀物堵塞引起。因此，酸化作业中的保护油气层技术要从避免产生上述损害入手。1

酸化作业中保护油气层技术根据酸化作业中造成油气层损害的原因及方式，采用下列方法对油气层进行保护。

1、选用与油气层岩石和流体相配伍的酸液和添加剂

针对具体油气层，采用与之相适应的保护技术，是油气层保护系列技术的特点之一。对于酸化作业这一“针对性”特点，举例如表所示。

|| || 酸液和添加剂的选择

实际油气层类型繁多，在选择使用与之相配伍的添加剂和酸液时，必须考虑酸液、添加剂、地层水、岩石、地层原油相互之间的配伍性，达到不沉淀，不堵塞，不降低油气层储、渗空间，有利于油、气的采出的目的。同时应尽可能降低成本。

2、使用前置液

前置液的作用有以下四个方面：

（1）隔开地层水。一般前置液使用15%左右浓度的盐酸，它可以防止氢氟酸（HF）与地层水接触生成不溶性的氟化钙（CaF2）沉淀，在砂岩地层中，它可以防止氢氟酸（HF）与之反应生成氟硅酸，然后氟硅酸与地层水中的K+、Na+等离子反应生成氟硅酸钾（K2SiF6）、氟硅酸钠（Na2SiF6）等沉淀；

（2）溶解含钙、含铁胶结物，避免浪费昂贵的氢氟酸（HF），并大大地降低氟化钙沉淀的形成；

（3）使粘土和砂子表面为水润湿，减少废氢氟酸乳化的可能性；

（4）保持酸度（低pH值）防止生成氢氧化铁（Fe（OH）3）、氢氧化硅（Si（OH）4）沉淀。

3、使用合适的酸液浓度

由于酸化作业本身的工作原理限制，选择合适的酸液浓度是保护油气层的重要技术指标之一。

当酸液浓度过高时，会溶解过量的胶结物和岩石的骨架，破坏岩石结构，引起岩石颗粒剥落，引起堵塞。如土酸中氢氟酸浓度过高，在岩石表面形成沉淀，并且大量溶解砂岩的胶结物，使砂粒脱落，破坏其结构，造成地层出砂，严重者引起地层坍塌造成砂堵。

当酸液浓度过低时，不仅达不到酸化的目的，还会产生二次沉淀，因此，当选用与岩石及流体配伍酸液类型后，选用合适的酸液浓度是同等重要的。

4、及时排液

残酸在油层中停留时间过长，会造成二次沉淀，结垢堵塞地层。因此，必须及时排除残酸。目前采用排液的方法很多，常用的有：抽吸排液、下泵排液、气举排液、液氮排液等。

酸化的保护措施是贯穿于酸化作业每一个环节，技术关键是选择配伍的酸液、添加剂和及时排液。1