2.4　酸化工艺

2.4.1　酸化处理井层的选择

井层的选择是决定酸化作业好坏的一个关键环节，酸化处理选井选层的目的是客观地描述储层的油气储集性能、渗滤特征及堵塞特征，改造中低渗透层，提高油气井产能或注水井注水能力。

为了能够正确选井选层，需要对井层的具体情况有充分的了解，包括矿物组成、油气层岩性、油气层压力、含水情况和油气井低产的原因等。

一般情况下，为了能够取得较为理想的酸化效果，选井选层应遵循以下原则：

①储层含油气饱和度高、储层能量较为充足；

②产层受污染的井；

③优先选择邻井高产而本井低产的井；

④优先选择在钻井过程中油气显示好，而试油（气）效果差的井层；

⑤对套管破裂变形等不宜酸处理的井，应先进行修复，待井况改善后再处理；

⑥油、气、水边界清楚；

⑦对于多产层位的井，一般应进行暂堵（分层）酸化，首先处理低渗透地层；

⑧对于生产史较长的老井，应临时堵塞开采程度高、地层压力已衰减的层位，选择处理开采程度低的层位。

在考虑具体井的酸化方式和酸化规模时，应对井的动态阻力和静态阻力进行综合分析，确定储层物性参数，并根据物性参数及油井的历史情况综合分析，准确确定出油气井产量下降或低产（水井欠注）的原因以及该井可改造的程度，为酸化作业提供地质依据。

2.4.2　常用酸化工艺

酸化工艺作为一种增产措施，自应用以来，为了满足不同现场情况的要求，得到了不断发展与完善，形成了不同的类型。酸化工艺按照岩性主要可分为碳酸盐岩和砂岩储层酸化技术。考虑到水平井酸化的特殊性，本部分对水平井酸化工艺也做了简单介绍。

2.4.2.1　碳酸盐岩储层酸化工艺

在碳酸盐岩储层酸化改造中，主要形成和发展了基质酸化技术和酸化压裂技术，习惯上用酸化表示基质酸化，用酸压表示酸化压裂。

（1）基质酸化工艺

基质酸化也称为常规酸化或解堵酸化，如前所述，其基本特征是在施工压力小于储层岩石破裂压力的条件下，将酸液注入储层。碳酸盐岩基质酸化的重要特征是酸蚀蚓孔的形成和微裂缝的扩大，其增产机理与蚓孔密切相关。

（2）酸压工艺

控制酸压效果的主要参数是酸蚀裂缝导流能力和酸蚀缝长。影响酸蚀缝长的最大障碍有：①酸蚀缝长因酸液快速反应而受到限制；②酸压流体的滤失影响酸压效果。另外，为产生适足的导流能力、酸必须与裂缝面反应并溶解足够的储层矿物量。因此，为了获得好的酸压效果，提高裂缝导流能力和酸蚀缝长，可从降低酸压过程中酸液滤失、降低酸岩反应速率、提高酸蚀裂缝导流能力等几个方面入手。

酸压过程中酸液的滤失问题通常考虑从滤失添加剂和工艺两方面着手；降低酸岩反应速率也可以使用缓速剂及酸化工艺进行；加入缓速剂，使用胶凝酸、乳化酸、泡沫酸和有机酸并结合有效的酸化工艺可起到较好的缓速效果；提高裂缝导流能力可从选择酸液类型和酸化工艺着手，其原则是有效溶蚀和非均匀刻蚀。

酸化压裂工艺以能否实现滤失控制，延缓酸岩反应速率形成长的酸蚀裂缝和非均匀刻蚀划分为普通酸压和深度酸压及特殊酸压工艺。

普通酸压工艺指以常规酸液直接压开储层的酸化工艺。酸液既是压开储层裂缝的流体，又是与储层反应的流体，由于酸液滤失控制差，反应速率较快，有效作用距离短，只能对近井地带裂缝系统进行改造。一般在储层污染比较严重、堵塞范围较大，而基质酸化工艺不能实现解堵目标时选用该工艺。

深度酸压工艺以获得较长的酸蚀裂缝为目的而采用的不同于普通酸压工艺的酸压工艺称为深度酸压工艺。

前置液酸压工艺是先向储层注入高黏非反应性前置压裂液，压开储层形成裂缝，然后注入酸液对裂缝进行溶蚀，从而获得较高导流能力，使油气井增产。前置液的主要作用表现为：压裂造缝、降低裂缝表面温度、降低裂缝壁面滤失。这些作用能够减缓酸岩反应速率，增加酸液的有效作用距离。前置液的表观黏度比酸液高几十倍到几百倍，当酸液进入充满高黏前置液的裂缝时，由于两种液体的黏度差异，黏度很小的酸液在前置液中形成指进现象，减小了酸液与裂缝壁面的接触面积，如图2-3所示，这增强酸液非均匀刻蚀裂缝的条件。

前置液酸压工艺可采用多种酸液类型搭配，除了前置液与常规盐酸搭配使用外，前置液还可与胶凝酸、乳化酸或泡沫酸进行搭配应用。上述搭配有各自的特点和应用范围，现场应用中可根据储层和井的情况进行选择。

缓速酸酸压技术在工艺特点上与普通酸压技术相同，不同之处在于其采用的酸液是胶凝酸、乳化酸、化学缓速酸或泡沫酸等缓速酸，通过缓速酸的缓速性能达到酸液深穿透的目的。不同缓速酸的特点参见酸液类型部分。

Coulter、Crowe等（1976）提出前置液与酸液交替注入的一种酸压工艺，即多级交替注入酸压工艺，此工艺类似前置液酸压工艺，但其降滤失性及对储层的不均匀刻蚀程度优于前置液酸压。此工艺80年代中期后开始得到较为广泛的应用，90年代成为实现深度酸压的主流技术。它适用于滤失系数较大的储层，对储层压力小，岩性均一的地层。如果能有好的返排技术，可取得较好的效果。为获得理想的酸液有效作用距离，有时交替次数多达8次。这一工艺在中、低渗孔隙性及裂缝不太发育储层，或滤失性大、重复压裂储层均有较好成效。

美国在棉花谷低渗白云岩储层、卡顿伍注湾油田曾在大型重复酸压中采用了该项技术，油藏模拟表明有效酸蚀裂缝长度达到91～244m，增产效果显著。国内在长庆气田、塔河油田、塔里木轮南油田、普光气田和川东等气田等增产改造中取得了显著效果。

（3）特殊酸压工艺

针对某些特殊类型储层或为实现特定要求，提出了一些不同于上述酸压工艺、具有独特理论及工艺特点的一些特殊酸压工艺，如闭合酸压、平衡酸压、变黏酸酸压及不同酸化技术的复合工艺。限于篇幅，在此简要介绍目前应用较多的闭合酸压工艺。

某些油气层用上述酸压工艺不能创造出满意的必需的流动通道和高导流能力，这类储层主要特征如下：

a.酸裂缝面溶解不均一，不能产生明显的流道，也不能获得必需的裂缝导流能力；

b.油层被酸不均匀刻蚀后，产生了理想的沟槽，但由于油层太软或是因为大量的酸滤失使整个裂缝面软化，刻蚀的流道在裂缝闭合时被压碎；

c.高泵注排量下，酸与裂缝面的反应时间不足，酸岩反应不彻底，难于实现为获得适当裂缝导流能力所必需的非均匀刻蚀。

为克服这些困难，获得高的酸蚀裂缝导流能力，提出了闭合酸压工艺，工艺原理是在实施酸压处理的地层或已处理的地层中的闭合或部分闭合的裂缝中注入酸液，其特点是井底注入压力大于闭合压力，而又小于破裂压力。其优点是注入速度低、排量小、窄缝易形成湍流，有助于提高由于大面积刻蚀后因闭合应力而损失的导流能力，裂缝既可是水力压裂的裂缝，也可是地层本身存在的裂缝。

2.4.2.2　砂岩储层酸化工艺

砂岩酸化主要是进行基质酸化。为了满足不同的储层特性、污染类型及增产的实际需要，目前发展了多种砂岩酸化工艺，不同的工艺其不同之处主要体现在处理液和工序上。按其注入处理液的类型及能否实现深穿透可分为常规酸化和深部酸化技术，不同的工艺其注液顺序也不同。

（1）常规土酸酸化

常规土酸酸化用常规土酸作为处理液，是使用时间最早，也是最为典型的砂岩酸化工艺。该酸化工艺用液包括：前置液、处理液、后置液和顶替液。

①前置液。一般用3%～15%HCl作为前置液，具有以下作用：

a.前置液中盐酸把大部分碳酸盐溶解掉，减少CaF2沉淀，充分发挥土酸对黏土、石英、长石的溶蚀作用；

b.盐酸将储层水顶替走，隔离氢氟酸与储层水，防止储层水中的Na+、K+与H2SiF6作用形成氟硅酸钠、氟硅酸钾沉淀，减少由氟硅酸盐引起的储层污染；

c.维持低pH值，以防CaF2等反应产物的沉淀；

d.清洗近井地带油垢（添加高级溶剂清洗重烃及污物）。

②处理液。处理液（土酸）主要实现对储层基质及堵塞物质的溶解、沟通并扩大孔道，提高渗透性。

③后置液。后置液的作用在于将处理液驱离井眼附近，否则，残酸中的反应产物沉淀会降低油气井产能。

一般后置液采用：对油井，一般用5%～12%HCl、NH4Cl水溶液或柴油；对气井，一般用5%～12%HCl或NH4Cl水溶液。

④顶替液。顶替液一般是由盐水或淡水加表面活性剂组成的活性水，其作用是将井筒中的酸液顶入储层。

（2）砂岩深部酸化工艺

砂岩储层深部酸化是为获得较常规酸化工艺更深的穿透深度而开发的工艺，其基本原理是注入本身不含HF的化学剂进入储层后发生化学反应，缓慢生成HF，从而增加活性酸的穿透深度，解除储层深部的黏土堵塞，达到深部解堵目的。砂岩深部酸化工艺主要包括SHF工艺、SGMA工艺、BRMA工艺、HBF4工艺及磷酸酸化工艺等。

①顺序注盐酸-氟化铵工艺。该工艺利用黏土的天然离子交换性能，向储层注入HCl和NH4F，这两种物质本身不含HF，但注入储层的两种溶液混合后，在黏土表面生成HF而就地溶解黏土。注液时，HCl和NH4F可根据需要多次重复使用，以达到预期的酸化深度，SHF法的处理深度取决于HCl和NH4F的用量和浓度。SHF工艺对不含黏土的储层无作用，在提高储层渗透率和穿透深度方面都优于常规土酸酸化工艺。该方法的优点是工作剂成本较低，穿透深度较深，适用于由于黏土造成的污染储层处理，缺点是工艺较复杂，溶解能力较低。

②自生土酸酸化工艺。该工艺是向储层注入一种含F-的溶液和另一种能水解后生成有机酸的脂类，两者在储层中相互反应缓慢生成HF，由于水解反应比HF的生成速度和黏土溶解速度慢得多，故可达到缓速和深度酸化目的，脂类化合物按储层温度条件进行选择。如甲酸甲脂的作用原理：

HOOCCH3+H2OHCOOH+CH3OH

HCOOH+NH4F+HCOO-+HF

其他如SG-MA（乙酸甲酯）、SG-CA（一氟乙酸铵）等脂类水解后与F-结合产生HF，与黏土就地反应。自生氢氟酸酸化工艺的特点是，注入混合处理液后关井时间较长，待酸反应后再缓慢投产。这样长时间选择添加剂难度大，工艺不当易造成二次污染，应慎重选用。该系统酸化适用于泥质砂岩储层，成功的SG-MA酸化可获得较长的稳产期。

③缓冲调节土酸工艺。该系统由有机酸、铵盐和氟化铵按一定比例组成，通过弱酸与弱酸盐间的缓冲作用，控制在储层中生成的HF浓度，使处理液始终保持较高的pH值，从而达到缓速的目的。该工艺可用于储层温度较高的油井酸化，在温度高达185℃的含硫气井进行BR-A系列试验，效果良好。因此，可用于处理高温井而不用担心腐蚀问题，可不加缓蚀剂。

④氟硼酸处理工艺。氟硼酸处理砂岩储层，既可控制黏土膨胀及颗粒运移，又能获得深穿透。但其溶解岩石的能力不及土酸，国内外广泛采用氟硼酸及土酸联合施工，这就要求适当的施工工序及合理选择施工参数。西南石油大学与胜利油田合作研究给出的典型施工工序为：注盐酸前置液→注氟硼酸→注土酸→注后置液。

酸液用量应以氟硼酸能达到的深度进行计算。如胜利油田现场应用的用量范围为：盐酸浓度为7%～12%，每米井段用量0.5～1.0m3；氟硼酸浓度为8%～12%，每米井段用量1.0～1.5m3；土酸浓度为12%HCl+3%HF，每米井段用量0.5～0.7m3。

⑤砂岩储层磷酸/氢氟酸处理工艺。储层碳酸盐、泥质含量高，含有水敏及酸敏性黏土矿物，污染较重，又不易用土酸深度处理的储层可用磷酸/氢氟酸处理。磷酸可以解除硫化物，腐蚀产物及碳酸盐类堵塞物。

⑥多氢酸酸化工艺。多氢酸酸化工艺是由西南石油大学提出的一种新型砂岩储层酸化工艺。多氢酸为中强酸，本身存在电离平衡，多氢酸可以在不同条件下通过多级电离分解释放出多个氢离子，并同盐类反应生成氟化氢。由于多氢酸释放出氢离子的速度较慢，因此该体系具有较好的缓速性；同时多氢酸具有较强的抑制二次沉淀物、溶解石英、分散和悬浮细小颗粒的能力，是砂岩储层酸化较为理想的新型酸液体系。