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1、酸巖反應影響因素酸與巖石的反應為酸-巖復相反應,反應只在液固界面上進行,因而液固兩相界面的性質(zhì)和大小都會影響復相反應的進行。考慮到任一固體表面都具有吸附物質(zhì)的剩余力場,假設其反應過程中包含吸附作用步驟,因而酸與巖石的反應歷程可描述為(1)H+向巖石表面?zhèn)鬟f(2)被吸附的H+在巖石表面反應;(3)反應產(chǎn)物通過傳質(zhì)離開巖石表面。以上三個步驟中速度最慢的一步為整個反應的控制步驟,它決定著總反應速率的快慢。影響酸巖反應的因素主要包括兩大方面:地質(zhì)因素和工藝因素。1.地質(zhì)因素對要進行改造的儲層來說,其地質(zhì)因素是不可
2、改變的。因此地質(zhì)因素為酸巖反應的固定因素,主要包括溫度、壓力、巖石滲透率、孔隙度、含油氣水飽和度、巖石的礦物類型及含量和非均質(zhì)性等幾個方面。(1)溫度對酸巖反應的影響溫度對酸-巖反應的影響從化學角度上來說,提高了H+離子在液體中運動的能力,H+運動加快使得傳質(zhì)效率提高,主要體現(xiàn)在其對酸-巖反應速度常數(shù)的影響,這可由Arrielius方程來描述。(2)壓力對酸巖反應的影響壓力對酸-巖反應的影響主要體現(xiàn)在反應速度方面,壓力增加會使反應減緩,總的來說壓力對反應速度影響不大,特別是壓力高于6.5MPa后可以不考慮
3、壓力對反應速度的影響。(3)巖石孔隙結(jié)構(gòu)對酸巖反應的影響巖石的孔隙度和滲透率的對酸巖反應有重要的影響。事實表明,孔隙度越大,滲透率越高的巖石其酸巖反應速率越快,反之越慢。其主要原因是因為酸液滲入地層增加了酸巖反應的反應面積,加快了酸液的整體反應速率。因此在針對實際施工中為了增加酸蝕有效作用距離,降低酸液的濾失需要增加酸液的粘度。(4)含油氣水飽和度對酸巖反應的影響油氣水飽和度高的儲層巖石,其巖石表面覆蓋了一層有機質(zhì)或遮擋層,阻礙了H+向巖石表面移動,降低了H+傳質(zhì)速率,同時若飽和度過高同樣降低了酸液濃度使
4、酸巖反應速率降低。(5)儲層巖石類型對酸巖反應的影響儲層的巖石特性也是決定酸在地層中的化學反應的主要因素[21]。巖石中的礦物分布情況也是制約酸巖反應的關(guān)鍵。不同的礦物晶體離子半徑不相同,其離子鍵的共價程度高低不一,偶極矩長短各異,鍵能有強有弱,因此酸與各化合物反應的能力不同。如酸與灰?guī)r的反應比與白云巖的反應速度快,在碳酸鹽巖中泥質(zhì)含量較高時,反應速度也會變慢。對于砂巖地層由于其礦物成分復雜,因此更需要分析礦物成分才能確定酸巖反應特性。(6)巖石的非均質(zhì)性對酸巖反應的影響非均質(zhì)性對酸巖反應的效果有影響。但
5、非均質(zhì)性影響主要體現(xiàn)其適中性有利于形成酸蝕表面溝槽,因為過高或過低的非均質(zhì)性都會使酸液刻蝕非均勻性不明顯,導致巖石表面趨于平整。只有在同一方向上的非均質(zhì)性高,酸蝕后才會產(chǎn)生明顯的酸蝕溝槽。2.工藝因素工藝因素是影響酸巖反應的可變因素,通常為針對需要改造的儲層特征來選擇和調(diào)整酸化施工的工藝。如圖2-4所示,其主要包括酸液特征中的酸液類型、酸液粘度、酸液濃度、同離子效應、施工制度里的泵注程序、設計酸液量(面容比)、排量(酸液流速)和關(guān)井時間。(1)酸液類型對酸巖反應的影響不同的酸液類型其物理化學性質(zhì)和離解度相
6、差很大,因此酸液類型決定著地層中發(fā)生的化學反應。根據(jù)不同酸液類型對不同礦物成分的反應不同或者是溶解能力不同,常常采用針對地層的巖石礦物成分來選擇酸化處理的酸液類型[21]。一般情況下鹽酸主要用于處理碳酸鹽巖地層和含灰質(zhì)較高的砂巖地層,土酸主要用于處理砂巖或泥頁巖地層。但由于地層條件的非均質(zhì)性,常常將酸液的濃度和配方比例做變化同時也應用不同的化學添加劑將酸液的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)進行調(diào)整來適應儲層的地質(zhì)特征。如高濃度稠化鹽酸用于低溫高灰質(zhì)含量的碳酸鹽巖壓裂酸化處理,有機土酸用于高溫砂巖地層改造,高低濃度交聯(lián)酸
7、既可用于高破裂壓力的白云巖地層也可用于高地層壓力灰?guī)r地層。(2)酸液粘度對酸巖反應的影響一般情況下,酸液粘度升高會使酸巖反應速率變慢,但是目前國內(nèi)外對粘度影響酸巖反應的研究甚少,多數(shù)情況下使用旋轉(zhuǎn)圓盤模擬高粘度酸液的酸巖反應,出現(xiàn)的結(jié)果誤差較大,可信度較低,因此需要對粘度與酸巖反應的關(guān)系作深入的研究。(3)酸液濃度對酸-巖反應的影響鮮酸的反應速度最高,余酸的反應速度較低。濃酸的初始反應速度雖快,但當其變?yōu)橛嗨釙r,其反應速度比同濃度的鮮酸的反應速度慢得多。初始濃度高,下降到某一濃度的余酸時的反應速度就越低,
8、這一規(guī)律可以由同離子效應來解釋。余酸比鮮酸反應速度低,濃度高的酸比濃度低的酸的有效作用距離長。(4)同離子效應對酸巖反應的影響如上述當酸液經(jīng)過一定時間反應后,酸液中已經(jīng)存在了大量的反應產(chǎn)物,反應產(chǎn)物的濃度升高,酸液中離子濃度增大,致使離子之間的相互牽制作用加強,離子的運動變得更加困難,使得酸液的表現(xiàn)電離度降低,致使H+濃度下降,反應速度變慢。由化學動力學理論可知,溶液中的反應產(chǎn)物離子濃度升高,會抑制正反應的進行,導致酸巖反應速