川东地区超深超高温储层高温胶凝酸酸岩反应动力学室内研究与实践

酸岩反应动力学参数是分析酸岩反应特征、评价酸液体系及酸压设计的关键基础参数,为正确分析酸岩反应速率规律、指导酸压施工设计提供基础。通过开展用于四川盆地川东下古生界-震旦系的180℃高温胶凝酸酸岩反应动力学实验,建立了酸岩反应动力学方程,得到了180℃、500 r/min、7 MPa条件下,酸岩反应级数m=0.696 9,反应速度常数K=1.09×10~(-4)(mol·L)~(-m)·mol/(cm~2·s),反应速度方程为J=1.09×10~(-4)C~(0.696 9);其活化能Ea=23 706 J/mol,酸岩反应动力学方程为J=0.070 5e~(-23 706/RT)C~(0.696 9);并明确了胶凝酸的温度、酸液浓度对反应速度的影响程度。     

长庆油田高桥区块碳酸盐岩储层酸岩反应基础研究

测定了长庆油田高桥区块碳酸岩储层的酸岩反应动力学参数,并对反应机理及影响因素进行了研究。结果表明:反应速度常数K随着酸液黏度升高而降低,反应级数m也随着酸液黏度升高而降低;普通酸的反应活化能方程为J=8.6×10-5 EXP(-2122.01/RT)C1.0389,而稠化酸的为J=1.51×10-5EXP(-1201.59/RT)C0.7861;随着转速升高普通酸H+传质系数上升更快;对酸岩反应机理及影响因素研究发现,体积分数为20%的普通酸的反应速率是15%时2.1倍,而体积分数为20%稠化酸的反应速率是15%时的1.6倍;110℃条件下普通酸是稠化酸反应速率的2.5倍,普通酸110℃是70℃条件下的反应速率的3.8倍,稠化酸110℃是70℃下的反应速率的2.4倍;普通酸800r/min是100r/min下的反应速率的5.7倍,稠化酸800r/min是100r/min下的反应速率的5.2倍。     

碳酸盐岩自转向酸酸岩反应动力学实验研究

酸岩反应动力学参数为正确分析酸岩反应速率规律、指导基质酸化/酸压施工设计提供了基础。利用旋转岩盘实验仪进行碳酸盐岩自转向酸酸岩反应动力学参数的测定,建立了酸岩反应动力学方程,并分析其影响因素。结果表明,自转向酸具有较低的反应速率及传质速率,其在80℃、500r/min、7.5MPa条件下,酸岩反应级数m=1.144,反应速率常数K=4.34×10-(7mol·L)-m·mol(/cm2·s),反应速率方程为J=4.34×10-7Ct1.144;其活化能Ea=34991J·mol-1,频率因子K0=6.53×10-2(mol·L)-m·mol(/cm2·s),酸岩反应动力学方程为J=6.53×10-2e-34991/RTC1.144;并通过转速～De及Re～De分析可知,影响H+有效传质系数的因素包括转速和酸液浓度。     

RDA100高温高压动态腐蚀测定仪在酸岩反应研究中的应用

碳酸岩基质酸化反应的研究是优选酸液体系与优化酸化设计的基础。应用旋转圆盘仪研究酸岩反应动力学已经广泛采用。文中利用一种新型的旋转圆盘仪-RDA100高温高压动态腐蚀测定仪，研究了温度、转速、酸液浓度、压力4种因素对酸岩反应速率的影响的主次，并对诸因素的影响进行了分析。针对某表活酸与地层碳酸岩的反应，研究了一定条件下酸岩反应动力学方程。     

酸岩反应速率影响因素的多元线性回归分析研究

利用多元线性回归分析法,以某油田灰岩岩芯的酸岩反应动力学实验数据为基础,建立并求取了酸岩反应速率与其影响因素间的多元线性回归模型,并对方程进行了验证评价,通过求取各因素的标准化回归系数来评价影响酸岩反应速率的4个主要影响因素:酸液浓度、地层温度、酸液粘度和圆盘转速,结果表明,它们对酸岩反应速率影响程度的大小顺序依次为:粘度>转速>温度>浓度,为灰岩的酸压施工提供了参考依据。     

碳酸盐岩油藏酸岩反应动力学实验研究

叙述了灰岩与盐酸之间的反应及各动力学参数的表达式。针对塔河灰岩油藏 (温度 12 0～ 130℃ )采用的大量前置液酸压裂作业 (裂缝平均温度 90℃ ) ,考察了实验条件的模拟 :使用不同浓度的乏酸模拟同离子效应 ;反应压力大于 7MPa ,以建立真实的固液相反应条件 ;反应温度为 30℃ ,6 0℃ ,90℃ ,12 0℃ ;通过岩盘转速控制酸液Re,以模拟酸液流态。实验仪器为经改进的美国TEMCO公司CRS 10型酸岩反应动力学实验仪 ;实验用油藏岩心孔隙度0 .1%～ 4 .8% ,渗透率 0 .1× 10 -3 ～ 2 5 2× 10 -3 μm2 ,含CaCO3 ～ 98% ;酸液为含 2 0 %HCl的配方凝胶酸 ;酸岩反应速率由岩盘失重数据计算。重点报道了一个岩心的酸岩反应动力学参数 :在 90℃ ,5 0 0r/min ,Re=12 .87条件下 ,由不同酸浓度下的反应速率J求得反应级数m =0 .4 86 3,反应速率常数K =7.82 0× 10 -6(mol/L) -m·(mol/cm2 ·s) ;在 90℃下随Re增大 ,J出现最大值而有效H+ 传质系数De 趋于下降 ;由 4个温度下 5 0 0r/min ,Re=12 .87条件下求得的J值求出反应活化能Ea=11.398kJ/mol,频率因子K0 =8.343× 10 -4。给出了 12井层岩心的酸岩反应动力学参数值范围。图 2表 3参 3。     

胶凝酸反应动力学试验研究

胶凝酸是目前酸化压裂技术中广泛应用的一种酸液体系,具有良好的缓速、降滤失、造缝、携砂与减阻性能,并能减轻二次伤害,在低渗透油气藏改造中,可有效提高酸的穿透距离和酸蚀裂缝的导流能力.介绍了胶凝酸反应动力学的试验方法及基本原理,开展了普通酸和胶凝酸与灰岩的反应动力学试验,得出不同条件下的酸岩反应动力学参数及反应动力学方程.从试验结果可以看出,在相同温度和酸液浓度条件下,普通酸的反应速度大于胶凝酸反应速度,普通酸的反应速度为胶凝酸的2～3倍;温度对酸岩反应速度的影响较大,在相同酸液浓度下,温度升高,酸岩反应速度增加,其中普通酸反应速度增加明显,胶凝酸增加缓慢.     

伊拉克油田岩心酸化反应动力学参数研究

针对伊拉克X油田开发过程中面临的开采难度大等问题,室内通过旋转岩盘实验仪,分别测定了盐酸与伊拉克X油田碳酸盐岩储层岩心在90℃、120℃和140℃下反应的速度常数、反应级数以及H+有效传质系数等,通过以上酸岩反应动力学参数,建立了不同温度下酸岩反应动力学方程,同时确定了盐酸与该储层岩心反应的反应活化能,为该油田碳酸盐岩储层酸压优化设计提供可靠依据。     

大尺寸岩板测定酸液有效传质系数新方法

H~+有效传质系数是酸岩反应动力学的关键参数之一,是碳酸盐岩储层酸压设计的基础参数。目前,通常采用旋转岩盘仪或常规尺寸平行板流动实验对该参数进行测定。但是,旋转岩盘仪测试不能模拟酸液在裂缝中流动条件下的反应,而且对高黏液体测试结果存在偏差。在平行板流动实验中,若岩板尺寸短小,采用岩板质量差或者酸液浓度差来计算H~+传质系数误差较大。针对现有测试方法的不足,设计了一种大尺寸岩板线性动态驱替方法测试裂缝中酸液流动反应的H~+有效传质系数。在过酸前后,对大尺寸岩板进行三维激光扫描,测量出岩板过酸后的酸蚀体积,进而计算酸液消耗速度和H~+有效传质系数。实验测量川西下二叠统栖霞组白云岩与胶凝酸和转向酸的H~+有效传质系数介于(1.50～2.31)×10~(-5)m/s之间。大尺寸岩板酸液H~+有效传质系数测定方法为酸压裂缝模拟、酸压设计及酸压效果评价提供了更可靠的关键动力学参数。     

多氢酸酸化反应特征及动力学

利用自制多氢酸液XS-1进行静态岩粉溶蚀与岩心流动实验,通过SEM、ICP等实验考察了多氢酸的缓速性与预防二次沉淀性能,并研究了多氢酸与岩心反应动力学特性。结果表明,XS-1多氢酸液具有良好的缓速与预防二次沉淀性能,反应后残酸的极限浓度为0.296 1 mol/L,酸液有效作用时间为6~7 h。在该多氢酸体系下岩心渗透率提高至4.15倍,在此条件下以酸岩反应动力学参数模型建立动力学方程,反应速率比同条件下普通酸液小,进一步证明多氢酸具有一定的缓速性。     

VES自转向酸反应动力学研究

VES自转向酸分流酸化技术是近年来发展的实现大井段、多层系储层改造新方法。酸岩反应动力学参数对预测酸液变粘时间以及变粘位置有着至关重要的影响。本试验在90℃、8fMPa的实验条件下,利用旋转圆盘仪来测定VES自转向酸体系酸岩反应动力学的相关参数。研究表明：在不同酸液浓度下反应速率方程中反应级数m=0．7079,反应速率常数k=5．8439×10-6（mol／L）-m·mol／s·cm2。对不同浓度酸液体系的系统传质速率研究表明,在三种不同酸液浓度下系统传质速率分别为：1．0475×10-5mol／cm2·S、8．6567×10-4mol／cm2·S和5．3371×10-6mol／cm2S,从实验数据看,在高温下VES自转向酸体系反应速率较快,体系pH值上升快,酸液进入储层后迅速建立起粘性堵塞,达到转向分流的目的。     

白云岩储层酸压过程中酸液的滤失控制

白云岩储集层酸压改造中的酸液滤失是影响施工效果的关键,常规室内测试结果不能反映入地酸液流体的真实滤失行为。从酸液滤失模式分析入手,结合酸与白云岩石反应动力学特征,探讨了白云岩储层的点蚀密集型、溶蚀孔洞型、溶蚀穿透型酸液滤失行为,认为储集层天然裂缝、白云岩自身物性特征、H+传质系数和反应速度的影响是主要控制酸液滤失的内在因素,并以此为依据提出了现场酸压控制酸液滤失的对策：对于天然裂缝较发育的白云岩储集层,实际酸液滤失程度不及石灰岩,但总体上建议采用黏滞性前置液诱发裂缝（必要时可考虑追加少量粉陶）,尽可能地采用低H+传质系数和低反应速率的高黏酸液体系,交替注酸和附加前置液段塞也能很好地控制地层中酸液的滤失。     

一种新型两性表面活性剂自转向酸体系

常规自转向酸体系在乏酸(2< pH< 4)时变黏,影响转向效率,使转向酸化具有一定的局限性。根据黏弹性表面活性剂的变黏机理,研制了一种新型两性表面活性剂(VES)自转向酸,该转向酸在酸岩反应过程中黏度逐渐升高,乏酸时黏度又降低。考察了表面活性剂、盐酸、钙离子对转向酸黏度的影响;模拟了酸岩反应过程,根据酸岩反应速率拟合了酸岩反应动力学方程;对新型VES体系耐温、流变和破胶性能进行了研究。结果表明:酸岩反应至盐酸浓度为5%时VES黏度最大(144 mPa·s),酸液转向;温度高于90℃时VES黏度下降,因此该转向酸适用于中低温储层;该转向酸体系具有较好的耐剪切性能,剪切黏度恢复率大于90%;VES酸岩反应速率约为普通盐酸酸岩反应速率的1/2,有利于缓释转向;乏酸黏度较低(小于30 mPa·s),遇烃类或地层水容易破胶水化,破胶液具有较低的黏度和表/界面张力,对地层不产生污染。该新型两性表面活性剂自转向酸现场应用后,增油效果明显,具有较好的应用前景。      

高钙质致密油酸岩反应动力学参数试验研究

准噶尔盆地二叠系芦草沟组致密油储层主要为白云岩与碎屑岩过渡的云质岩沉积,目前,主要采用直井分层压裂、水平井分段压裂等进行开发生产,也尝试过酸化/酸压改造。采用旋转岩盘试验仪系统测试了常规盐酸体系、胶凝酸体系和转向酸体系与吉251井岩心的反应速度常数、频率因子、活化能、反应级数和H+有效传质系数等反应动力学参数,建立了反应动力学方程,可为酸压优化设计提供可靠的依据。与典型石灰岩、白云岩、复杂岩性油气藏的反应动力学方程对比表明,该储层的酸岩反应为传质-表面反应共同控制。     

通过岩石抗压强度测定评价酸液性能

针对大庆外围葡萄花油层酸处理所需的氢氟酸与储层岩心的酸岩反应对岩石抗压强度的影响情况,进行实验研究,即通过模拟油藏条件的岩石力学参数测定,获得酸化前后岩石抗压强度的变化情况.实验结果显示,储层温度高、增加酸液浓度、加大酸液用量、延长反应时间,都会降低岩石的抗压强度.降低酸液浓度和用量有利于保护岩石骨架,避免近井眼岩石酸化后造成孔隙坍塌和加速微粒运移.表明了岩石抗压强度的测定是一种评价酸液性能好坏的必要手段,对现场酸液浓度、用量及关井反应时间的确定具有指导意义.     

VES自转向酸破胶问题研究

VES自转向酸具有变黏、缓速、降滤、无伤害的特征,其分流转向技术是近年来发展的实现大井段、多层系储层改造新方法,在国内外分流转向施工中得到了广泛应用。针对使用VES自转向酸施工后需要很长返排期才能达到最大产能、体系存在破胶困难的问题,本文模拟了不同剪切速率以及处于不同区域的VES流体的破胶性能。测试结果发现,具有黏弹性的VES流体的破胶速率及破胶程度与剪切速率有关,且存在临界剪切应力——流体的屈服应力;在中、高剪切速率下VES流体能快速完全破胶,而在低剪切或不剪切的环境下,VES流体破胶很困难;处于多孔介质内的黏弹性流体破胶同样非常困难,但可以通过增加后置互溶剂用量,提高VES流体的破胶效果,减小对储层的伤害。     

四川盆地震旦系灯影组储层改造实验与应用

为了提升四川盆地震旦系灯影组储层的改造效果,研究了高温下不同酸液的酸岩反应速率、高闭合压力下不同酸液及不同注入方式下酸蚀裂缝导流能力保持率、酸液穿透实验最低穿透时间、酸蚀裂缝形态特征数值化特征表述及暂堵球转向暂堵效果。在此基础上,提出了适合灯影组储层改造的主体酸液类型,以及适合不同储层类型的主体改造工艺,优化了施工参数。现场试验18口井,平均单井获得井口测试天然气产量45.482×10~4m~3/d。结论认为:①酸岩反应速率影响因素大小为酸液类型温度转速酸液浓度同离子效应,灯影组储层酸化要考虑酸液类型、转速(施工排量)的优化及工艺上降温措施;②采用自生酸+胶凝酸+转向酸注入顺序不但能实现深穿透,而且能同时获得较高的导流能力;③孔洞型储层采用高温胶凝酸改造,非均质性强的储层采用高温转向酸实现均匀改造,岩性致密、裂缝及孔洞均不发育的储层宜采用自生酸与主体酸交替注入造长缝改造;④除了少数裂缝发育储层外,主体工艺应以深度酸压为主;⑤解堵酸化施工排量应不低于3.5 m~3/min;⑥可溶解暂堵球转向酸化工艺技术能够调整酸液在各酸化层的注入量,以实现对非均质储层的均匀改造。     

致密碳酸盐岩酸蚀蚓孔研究

基质酸化是碳酸盐岩储层最早使用的解除储层污染的增产技术之一。但现场实践表明,对于微裂缝不发育的致密碳酸盐岩储层,基质酸化效果往往不佳。该文利用压裂酸化工作液动态滤失实验系统,进行了系统的岩心驱替实验。通过改变酸液注入速率、实验温度及使用不同酸液体系等方法,对致密碳酸盐岩储层孔隙基质在酸化过程中蚓孔产生的可能性进行了实验研究。研究表明：对于致密碳酸盐岩,由于基质渗透率非常低,在10MPa的驱替压差下．酸液仍然很难进入岩心基质,所以酸岩反应仅能在岩石表面进行,即使部分酸液进入基质孔隙内,由于残酸难以快速滤失,所以鲜酸难以迅速补充,使得酸岩反应的类型仅能停留在密集型溶蚀阶段,难以形成深穿透的酸蚀蚓孔。此外,通过岩心流动实验对比,分析了高渗露头及致密岩心的流动反应特点,证实酸液在高渗透岩心表面及天然裂缝发育处能形成酸蚀蚓孔。最后,通过理论分析认为．对于致密碳酸盐岩储层基质酸化很难形成深穿透的酸蚀蚓孔。     

塔河油田深穿透酸液体系性能研究

针对塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏酸压滤失量大、酸蚀裂缝穿透距离有限等问题,优选出3种适合塔河油田深穿透酸压的工作液体系,即FRK-V180高温胶凝酸体系、KMS-50变黏酸体系和SRGE地面交联酸体系。对3种酸液的黏度、溶蚀率、酸岩反应动力学参数、H＋传质系数、携砂性能及破胶性能等进行了考察,为塔河缝洞型碳酸盐岩储层实现深穿透改造提供技术支持。