氟硼酸防砂技術(shù)

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1、氟硼酸防砂技術(shù)卿三權(quán)1、概況油井出砂是油井H常生產(chǎn)屮經(jīng)常遇到的影響油井生產(chǎn)的重要問題之一。~般而言，當(dāng)?shù)貙討?yīng)力發(fā)生改變，改變地層強(qiáng)度時(shí)，地層就容易出砂。地層應(yīng)力包拈地層結(jié)構(gòu)應(yīng)力、地層壓力、流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的拖曳力，地層空隙壓力和生產(chǎn)壓差形成的作用力。地M出砂的最直接原因是地層強(qiáng)度發(fā)生改變，因此地M強(qiáng)度的強(qiáng)弱將直接影響地層出砂的嚴(yán)重與否。地層強(qiáng)度主要取決于地層膠結(jié)物的膠結(jié)力，圈閉流體的粘著力，地層顆粒物之間的摩檫力以及地層顆粒木身的重力。由于地層出砂，將給油井的正常生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的危害，危害有以下兒個(gè)方面：(1)當(dāng)?shù)貙虞p度的出砂時(shí)，地層砂隨地層流體的丌采進(jìn)入油井開采系統(tǒng)，由于地M砂為固體顆粒物

2、質(zhì)，再宥一定的強(qiáng)度，地M砂隨流體流動(dòng)時(shí)必然對(duì)流體所經(jīng)設(shè)施和管線造成磨蝕，從而影響設(shè)備的使用壽命，甚至造成設(shè)施的損毀，導(dǎo)致油井不能正常生產(chǎn)。(2)當(dāng)?shù)貙映錾斑M(jìn)一步嚴(yán)重時(shí)，地層大量出砂，岀砂導(dǎo)致管線砂堵、管線設(shè)施的砂堵，由于生產(chǎn)管線的砂堵引起汕井減產(chǎn)，甚至停產(chǎn)。(3)地層嚴(yán)重出砂導(dǎo)致地M礦物骨架的完全坍塌，套管受坍塌地M砂巖擠壓、摘擊，導(dǎo)致地層堵死、套管損壞，油井報(bào)廢。防砂工藝技術(shù)是油氣井開采的重要工藝措施之一，防砂工藝技術(shù)隨著汕田開采技術(shù)的發(fā)展而逐步發(fā)展。防砂工藝技術(shù)主要拈機(jī)械防砂、化學(xué)防砂、復(fù)合防砂和壓裂防砂工藝技術(shù)2、氟硼酸防砂機(jī)理氟硼酸防砂技術(shù)最早來至于油井的酸化工藝，用氟硼酸代替土

3、酸進(jìn)行地層酸化由Thomas和Crowe于1978年推薦的，當(dāng)時(shí)為了解決在對(duì)地層用土酸進(jìn)行酸化時(shí)，酸化過程產(chǎn)生的地層堵塞的問題，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，地層堵塞的原因是因?yàn)樗峄^程中粘土和細(xì)小顆粒的移動(dòng)導(dǎo)致地M的堵塞，當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)氟硼酸進(jìn)入地足后口T以緩慢水解生成HF,氟硼酸水解反應(yīng)速度較慢，兇此用氟硼酸進(jìn)行酸化要比用土酸進(jìn)行酸化吋的反應(yīng)速度慢得多，可以使酸化范闈更加深入地層深部，提高酸化范圍。同時(shí)，氟硼酸通過水解產(chǎn)生的氫氟酸可以與地層礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其與地M粘土的化學(xué)反應(yīng)能夠溶解、膠結(jié)粘土顆粒，從而起到穩(wěn)定粘土足和細(xì)小顆粒的位移作用。研究還發(fā)現(xiàn)通過不相溶流體的接觸，用氟硼酸處理過的粘十敏感性下降，不

4、易膨脹和分散。通過巖心實(shí)驗(yàn)證實(shí)了氟硼酸對(duì)粘土和細(xì)粉砂的穩(wěn)定作用，經(jīng)過現(xiàn)場的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用也表明，通過氟硼酸處理后的地層能夠達(dá)到防砂、增產(chǎn)的作用。2.1氟硼酸的水解氟硼酸是一種強(qiáng)酸，其酸性與鹽酸相近，其電離方程式為：HBF4+H20=H304-+bf4氟硼酸通過緩慢水解反應(yīng)生成HF,其水解為多級(jí)水解反應(yīng)，其反應(yīng)過程如T:hbf4+h2o*hbf3oh+hf(慢)HBF3OH+H2O*HBF2(OH)2+HF(快)HBF2(OH)2+H2O*HBF(OH)3+HF(快)HBF2(OH)3+H2O-HB(OH)4+HF(快)由氟硼酸水解反應(yīng)可知其一級(jí)水解反應(yīng)速度最慢，因此可以用氟硼酸一級(jí)水解反放來代

5、替氟硼酸的水解反應(yīng)，氟硼酸水解反應(yīng)速度由一級(jí)水解反極控制。M硼酸的水解度決定了反應(yīng)過程中生成HF的濃度，該濃度決定HF與地層礦物的反應(yīng)速度。試驗(yàn)研究表明，雖然溫度升高會(huì)加快氟硼酸的水解速度，但由于氟硼酸水解度的限制，氟硼酸達(dá)到水解平衡時(shí)，系統(tǒng)中HF的濃度仍較低，一般都低于0.2%。正是由于氟硼酸水解反應(yīng)速度的原因，決定了氟硼酸在地層屮是逐漸的釋放出HF,當(dāng)HF被消耗f,氟硼酸可以進(jìn)一步水解生成HF,因此在氟硼酸被完全消耗之前，酸液能夠進(jìn)入地層深部較人范圍，用作地層的深部處理。2.2氟硼酸對(duì)地層礦物溶蝕作用地層礦物中粘土的組成比復(fù)雜，一般拈蒙脫石、綠泥石、高嶺石、伊利石等，儲(chǔ)層黏土具有陽離

6、子交換、水化作用、絮凝以及吸附冇機(jī)化合物等特性，ifU且黏土在巖石中的存在形式一般呈顆粒覆蓋、粒間搭橋或在空隙中疏松填充，因此很容易與外來流體接觸，發(fā)生各種物理化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生諸如水敏、酸敏、分散運(yùn)移等損害作用，降低儲(chǔ)層滲透率。氟硼酸通過水解產(chǎn)生的HF與粘土礦物的化學(xué)反應(yīng)是一種三次化學(xué)反應(yīng)行為，實(shí)際反應(yīng)行為相當(dāng)復(fù)雜，通過HF與粘土的一次反應(yīng)，可以起到對(duì)粘土礦物的溶解作用，減少地層屮粘土礦物的含量，提高地M的滲透率，由HF與地足礦物的化學(xué)反應(yīng)可知，HF與地足礦物發(fā)生一次反應(yīng)的化學(xué)產(chǎn)物繼續(xù)與粘土礦物進(jìn)行二次、三次化學(xué)反應(yīng)。粘土礦物的組成主要是硅鋁酸鹽，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)HF對(duì)粘土礦物屮硅、鋁元素的溶蝕速

7、率不同，~般情況下對(duì)鋁酸鹽的溶解率強(qiáng)于對(duì)硅酸鹽的溶解。氟硼酸通過對(duì)粘土礦物中鋁離子的溶解，可以降低粘土礦物的陽離子交換能力，使粘土鈍化，減少粘土礦物的膨脹，防止因粘土膨脹對(duì)地展造成的傷害。另一方面HF酸與地足礦物的二次反應(yīng)本質(zhì)上是次生的氟硅酸進(jìn)-步與鋁硅酸鹽反應(yīng)，并在粘十表面形成硅凝膠，硅凝膠可使粘土微粒產(chǎn)生化學(xué)凝聚作用，凝聚后的微粒在原地膠結(jié)，使得處理后因流量加大而引起的微粒運(yùn)移受到限制，起到了穩(wěn)定粘土礦物的作用。實(shí)驗(yàn)研究還發(fā)現(xiàn)H