氮气泡沫分流酸化工艺技术研究

摘要

酸化是通过酸来溶解地层基质中的颗粒堵塞物，恢复或提高油气井产量的一种有效措施。常规酸化存在布酸不均、残酸返排不彻底、酸岩反应速度太快等缺点。泡沫分流酸化对渗透率和油水层具有选择性，可以实现均匀布酸，提高酸化效果。 通过单岩心和并联岩心驱替实验，得出泡沫在高低渗岩心分流的机理为：低渗岩心毛管力大，气泡容易破裂，形成气相蹿流，流动阻力小，高渗岩心相反；并得到渗透率级差小于10时采用泡沫段塞分流酸化工艺，级差为10～15时采用泡沫酸分流酸化工艺。通过实验测定了泡沫酸与石英砂和N80钢反应的溶蚀量，并与土酸进行了对比，得到泡沫酸的溶蚀量小于土酸的溶蚀量，且泡沫特征值越大反应速度越慢，温度越高反应速度越快，泡沫酸化具有缓蚀作用，能够达到较深的穿透距离，实现油井深部酸化。 把热阻力的概念引入泡沫流体管流的压降计算中，推导出了泡沫流体热阻力系数的计算公式，通过计算得出无量纲加热数越大，泡沫流体的热阻力越明显。当无量纲加热数大于0.25时，热阻力大约是摩擦阻力的10％，热阻力必需考虑。建立了泡沫分流酸化数学模型，对泡沫段塞分流酸化和泡沫酸分流酸化过程进行了模拟，由计算结果得出，注泡沫段地层总表皮系数会逐渐增大，井底和井口压力都会逐渐升高；在注酸段总表皮系数、注入压力会逐渐减小。泡沫酸分流酸化比泡沫段塞分流酸化的分流效果要好，不同渗透率的小层进酸更均匀，对低渗层渗透率改善最明显，但是总作业时间长，注入压力高。由酸岩反应计算结果得出，HF在地层中作用范围只有0.5m左右，H2SiF6与HF的溶解能力相当，并且是HF的有益补充，0.5～1.1m范围内快速反应矿物的消耗主要是由H2SiF6溶解，增加了土酸的穿透深度。地层温度越高HF消耗越快；注酸排量越大，酸化穿透深度越大。建立了泡沫举升排酸数学模型，对井筒温度场和压力场进行了耦合求解，计算得到了泡沫举升过程的井筒内温度、压力、密度、流速的分布，并与氮气举升排酸过程进行了对比。 提出了泡沫分流酸化选井原则和现场施工工艺，现场应用表明泡沫分流酸化能有效封堵高渗层，把酸液转向低渗层，提高油井产量，该技术适于非均质油藏油井、重复酸化老井的解堵增产增注。

目录

文摘

英文文摘

声明

创新点摘要

第一章前言

1.1研究的目的与意义

1.1.1酸化处理工艺

1.1.2常规酸化存在的问题

1.1.3不同分流方式的比较

1.1.4泡沫分流酸化的优势

1.2泡沫分流酸化技术国外研究现状

1.2.1泡沫分流理论

1.2.2泡沫分流中气相圈闭的研究

1.3泡沫分流酸化技术国内研究现状

1.3.1泡沫分流的实验和理论研究

1.3.2泡沫酸配方的实验研究

1.3.3泡沫酸酸化的现场应用研究

1.4主要研究内容

1.5技术路线

第二章泡沫流体分流机理实验研究

2.1单岩心泡沫封堵性能实验

2.1.1实验目的

2.1.2实验药品

2.1.3实验仪器和流程图

2.1.4实验岩心数据

2.1.5实验条件

2.1.6实验步骤

2.1.7实验结果及分析

2.2并联岩心分流性能实验

2.2.1实验目的

2.2.2实验药品

2.2.3实验仪器和流程图

2.2.4实验岩心数据

2.2.5实验条件

2.2.6实验步骤

2.2.7实验结果及分析

2.3泡沫流体驱替分流机理分析

2.4本章小结

第三章泡沫酸缓蚀性能实验研究

3.1 HF与砂岩矿物的反应

3.2泡沫酸体系筛选

3.2.1起泡剂在水中的起泡能力

3.2.2起泡剂在酸中的起泡能力

3.2.3泡沫酸体系的确定

3.3泡沫酸和土酸与石英砂反应实验

3.3.1实验药品

3.3.2实验条件

3.3.3实验步骤

3.3.4实验结果及分析

3.4泡沫酸和土酸与N80钢反应实验

3.4.1实验药品

3.4.2实验条件

3.4.3实验步骤

3.4.4实验结果及分析

3.5本章小结

第四章热可压缩泡沫流体的管流热阻力研究

4.1热阻力的概念及物理机理

4.2热可压缩泡沫流体的热阻力

4.3泡沫流体管流的压降计算

4.4计算实例

4.5本章小结

第五章 泡沫分流酸化数学模型研究

5.1泡沫分流酸化物理模型

5.2泡沫分流酸化数学模型

5.2.1注泡沫段数学模型

5.2.2注酸段数学模型

5.2.3酸岩反应数学模型

5.3数学模型的求解

5.4计算实例

5.5不同酸化分流方式的比较

5.6本章小结

第六章泡沫举升排酸数学模型研究

6.1泡沫举升排酸物理模型

6.2泡沫举升排酸数学模型

6.2.1井简温度分布的数学模型

6.2.2井筒压力分布的数学模型

6.4数学模型的求解

6.5计算实例

6.6本章小结

第七章泡沫分流酸化施工工艺及现场应用

7.1选井原则

7.2施工工艺

7.2.1现场施工流程

7.2.2施工程序

7.3泡沫分流酸化应用实例

7.4本章小结

结论

参考文献

附录

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢

作者简介