高温非均质砂岩储层变粘胶束酸分流酸化技术及酸岩反应机理研究

论文摘要

针对高温非均质砂岩储层酸化时酸液有效置放困难、高温砂岩酸岩反应过程中会出现水合二氧化硅沉淀及二次伤害明显的问题，本文首次提出采用抗高温体系的两性粘弹性表面活性剂研制适用于高温非均质砂岩储层分流酸化的变粘胶束分流酸，成功研制出了在高温砂岩储层中具有自转向功能的芥子酰胺丙基甜菜碱变粘胶束分流酸；首次系统地建立了高温砂岩酸化流体流动与化学反应耦合动力学模型，用计算机程序实现了高温酸岩反应过程的重复再现，量化这种水合二氧化硅和确定了其产生的位置，建立了优化高温砂岩储层酸化设计参数的方法；同时建立了胶束凝胶分流模型和能反映包括分流剂在内的各种工作液工作状况的实时间监测模型，形成了砂岩胶束分流酸酸化技术。论文完成的主要工作有： Ⅰ．从表面活性剂结构与性能的关系研究入手，重点分析表面活性剂胶束的形成特点和表面活性剂溶液胶束聚集随pH值变化的特点，从中得出只有两性表面活性剂的胶束溶液的粘弹性具有显著的pH值效应，详细分析了两性表面活性剂分子结构与性能的关系，设计出了具有良好粘弹性行为的两性粘弹性表面活性剂的分子结构，并对其命名为芥子酰胺丙基甜菜碱。 Ⅱ．通过对两性表面活性剂合成方法的研究，探索出芥子酰胺丙基甜菜碱的合成方法，经过反复多次的合成实验尝试，成功合成出芥子酰胺丙基甜菜碱，测定了反应产物的含量，并通过正交实验优化了合成条件。 Ⅲ．从芥子酰胺丙基甜菜碱酸液与砂岩矿物反应及其变粘机理研究入手，研制出了适用于砂岩分流酸化的粘弹性表面活性剂酸液体系，并研究了这种酸液体系的粘弹性行为和流变性，以及各种酸液添加剂对其流变性的影响，最后用岩心流动实验对其性能进行了评价。 Ⅳ．在掌握了高温砂岩酸化酸岩反应机理的基础上，首先推导了自然界中通用的流体流动与化学反应耦合动力学模型，然后建立了高温砂岩酸化流体流动与化学反应耦合动力学模型，并对模型进行了数值解，用计算机程序实现了高温酸岩反应过程的重复再现，通过改变不同的操作条件和操作参数揭示了高温条件下酸岩反应过程中水合二氧化硅的形成特点，在不同的关键的酸化参数下(排量、用酸体积、温度、HCL与HF的比和HF浓度)量化了在不同条件下水合二氧化硅产生的数量，确定了其产生的位置，最后采用二次伤害和溶蚀能力综合诊断图版的方法来优化酸化设计参数。 Ⅴ．从考虑粘性表皮系数出发，建立了胶束凝胶分流模型和能反映包括分流剂在内的各种工作液工作状况的实时监测模型。从计算结果分析了各小层渗透率差异和表皮系数差异对分流设计的影响，完成了分流酸化时对粘性表皮系数和伤害解除过程中真实表皮系数演变的实时监测，优化了施工过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 目的意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 研究工作技术路线
• 1.5 主要研究工作及创新
• 1.5.1 主要研究工作
• 1.5.2 论文的创新点
• 2 抗高温表面活性剂变粘胶束酸主剂分子结构设计及合成
• 2.1 表面活性剂类型与胶束形成特点
• 2.1.1 表面活性剂胶束形成理论
• 2.1.2 离子型表面活性剂胶束形成特点
• 2.1.3 两性表面活性剂胶束形成特点
• 2.1.4 非离子表面活性剂胶束形成特点
• 2.1.5 主剂类型的确定
• 2.2 两性表面活性剂结构与性能的关系
• 2.2.1 两性表面活性剂分类
• 2.2.2 亲水基团结构及疏水链长度对等电点的影响
• 2.2.3 疏水链结构对临界胶束浓度的影响
• 2.2.4 化学结构对克拉夫特点的影响
• 2.2.5 反离子对临界胶束浓度的影响
• 2.2.6 联结基结构与性能的关系
• 2.2.7 主剂亲水基团及疏水基团结构的确定
• 2.3 抗高温表面活性剂变粘胶束酸主剂分子结构设计
• 2.4 芥子酰胺丙基甜菜碱的合成
• 2.4.1 芥子酰胺丙基甜菜碱的合成
• 2.4.2 产物含量的测定
• 2.4.3 结果及讨论
• 2.5 本章小结
• 3 砂岩变粘胶束分流酸的研制及性能评价
• 3.1 砂岩SAP-BET变粘胶束分流酸的研制
• 3.1.1 SAP-BET酸液粘度的pH值效应
• 3.1.2 有机酸对SAP-BET酸液粘度的pH值效应的影响
• 3.1.3 砂岩SAP-BET变粘胶束分流酸组分
• 3.2 砂岩 SAP-BET变粘胶束分流酸鲜酸流变性实验
• 3.2.1 剪切速度和 SAP-BET浓度对鲜酸表观粘度的影响
• 3.2.2 剪切顺序和温度对鲜酸表观粘度的影响
• 3.2.3 酸液添加剂和污染物对鲜酸表观粘度的影响
• 3.3 砂岩 SAP-BET变粘胶束分流酸残酸流变性实验
• 3.3.1 SAP-BET浓度和温度对残酸表观粘度的影响
• 3.3.2 剪切顺序和温度对残酸表观粘度的影响
• 3.3.3 酸液添加剂和污染物对残酸表观粘度的影响
• 3.4 砂岩SAP-BET变粘胶束酸分流酸化评价实验
• 3.4.1 单岩心流动实验
• 3.4.2 双岩心流动实验
• 3.5 现场配置条件和泵注顺序
• 3.5.1 配置条件
• 3.5.2 泵注顺序
• 3.6 本章小结
• 4 高温砂岩储层酸岩反应与流体流动耦合动力学模型
• 4.1 高温砂岩储层酸岩反应机理
• 4.1.1 主要反应
• 4.1.2 二次反应
• 4.1.3 三次反应
• 4.1.4 酸岩反应过程中形成的沉淀
• 4.1.5 主要反应和二次反应化学计量系数的确定
• 4.2 通用化学反应与流体流动耦合动力学模型
• 4.2.1 矿物-水/酸反应的化学动力学
• 4.2.2 多孔介质中化学反应与流体流动耦合动力学模型
• 4.3 考虑二、三次反应的高温砂岩储层酸岩反应与流体流动耦合动力学模型
• 4.3.1 一次化学反应与流体流动耦合动力学模型
• 4.3.2 二次化学反应与流体流动耦合动力学模型
• 4.3.3 三次化学反应与流体流动耦合动力学模型
• 4.3.4 矿物浓度分布模型及数值解
• 4.3.5 程序计算流程
• 4.4 高温砂岩酸化酸液配方及操作参数优化
• 4.4.1 HCL/HF比和排量对HF酸作用距离和水合二氧化硅产生的影响
• 4.4.2 HF浓度和排量对HF酸作用距离和水合二氧化硅产生的影响
• 4.4.3 温度和 HF浓度对 HF酸作用距离和水合二氧化硅产生的影响
• 4.4.4 用酸体积、HF浓度和排量对酸化效果的影响
• 4.4.5 高温砂岩油气藏土酸酸化配方及操作参数优选
• 4.5 本章小结
• 5 砂岩变粘胶束酸分流酸化设计及施工监测技术
• 5.1 粘性分流设计
• 5.1.1 粘性表皮系数
• 5.1.2 粘性分流模型
• 5.1.3 实例计算
• 5.2 粘性分流酸化实时监测技术
• 5.2.1 粘性分流酸化实时监测模型
• 5.2.2 实例计算
• 5.3 本章小结
• 6 结论与建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A:芥子酰胺丙基甜菜碱样品及其胶束酸样品图展
• 附录 B:发表论文情况
• 答辩委员会