粘弹性表面活性剂自主分流酸研制及酸化模型研究

论文题目: 粘弹性表面活性剂自主分流酸研制及酸化模型研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 油气田开发工程

作者: 孙勇

导师: 赵金洲

关键词: 酸化,分流,碳酸盐岩,粘弹性,表面活性剂,酸蚀蚓孔,数值模拟

文献来源: 西南石油学院

发表年度: 2005

论文摘要: 在碳酸盐岩储层基质酸化中,当酸进入高注入能力的储层,会产生出高导流能力的流动通道—酸蚀蚓孔。结果注入能力将会进一步增加,而其他层则未被酸处理到。因此碳酸盐岩基质酸化要想有效,必须对反应酸进行有效分流。碳酸盐岩中的分流一般比砂岩要困难得多,因为酸在碳酸盐岩基质中的孔隙和流道中反应会极大地提高渗透率。例如,大多数油溶性树酯不适用于碳酸盐岩,因为树脂微粒不能堵塞酸溶蚀出来的大的流动空间;其他固体例如萘片和岩盐的应用也受到限制。采用恰当大小固体颗粒分流的微粒能有效地通过砾石带和射孔孔眼,但是会吸附在岩石表面,其最主要的问题是不恰当大小的微粒会造成深度侵入,这将对返排造成困难和对地层造成进一步伤害。泡沫和聚合物凝胶化学分流剂则受到温度和渗透率差异的限制,而且泡沫和聚合物凝胶在高渗透地层中会大量地漏失在地层中造成残余伤害。这些问题对碳酸盐岩酸化是非常不利的,特别是在低压气井、大井段和水平井段中。粘弹性表面活性剂自主分流酸是国外近年来发展起来的一项新技术,它适用于碳酸盐岩地层,可以在酸岩反应过程中,部分堵塞未伤害、低伤害或高渗透率的油层,而使酸液进入更需要增产的地层。它具有分流能力强、无伤害、容易配制、体系所需添加剂少等优点,具有良好的应用前景,在国外得到了较好的应用,是国外近来的一个研究热点,在我国的研究还处于空白。本文首先通过该型酸液体系分流过程的研究,实验研究了粘弹性表面活性剂自主分流酸的成胶机理,找到能够满足粘弹性表面活性剂自主分流酸性能的表面活性剂类型。在认识机理的基础上,实验室合成新型粘弹性表面活性剂自主分流酸的主剂,并通过正交实验优化主剂的合成条件。实验研究粘弹性表面活性剂自主分流酸的流变性能,并对酸液体系的性能进行实验研究,认识了该型酸液体系的性能及特点,对于指导现场应用粘弹性表面活性剂具有现实意义。分析粘弹性表面活性剂自主分流酸的分流机理,模拟该型酸液的分流过程,需要确定酸液在蚓孔和基质中的流动及浓度分布,碳酸岩基质酸化中,发育中的酸蚀蚓孔是由流体在基质中的流动所控制的,流体在基质中的流动引起基质中压力场分布的改变,控制着蚓孔壁面和尖端的酸液滤失,从而影响蚓孔的扩展;反过来由于蚓孔的扩展及酸液的滤失,也影响了流体在基质中的流动。本文建立并联立求解了碳酸岩基质酸化的蚓孔扩展模型和包含蚓孔基质中的酸液三维流动反应模型,利用模型对粘弹性表面活性剂自主分流酸分流酸化进行了计算分析。

论文目录:

1 引言

1．1 酸化处理的发展史

1．2 国内外酸液体系发展现状

1．3 酸液置放及分流技术

1．3．1 分流酸化技术及其发展

1．3．2 碳酸盐储层分流酸化存在的问题

1．3．3 聚合物地下成胶酸自主分流技术

1．4 粘弹性表面活性剂自主分流酸的研究及应用现状

1．4．1 粘弹性表面活性剂的应用状况

1．4．2 粘弹性表面活性剂酸液体系的国内外研究发展状况

1．5 碳酸盐岩储层基质酸化模型国内外研究发展状况

1．6 本文研究的内容及三要创新点

1．6．1 本文的主要研究内容

1．6．2 本文的发展与创新

2．粘弹性表面活性剂自主分流酸的理论研究

2．1 表面活性剂溶液性质

2．1．1 表面活性剂分子的疏水效应—分子自组织结构的形成

2．1．2 表面活性剂的水溶性——Krafft温度和浊点(Cloud Point)

2．1．3 表面活性剂分子在溶液中的自组织结构

2．1．4 分子结构的几何参数与表面活性剂自组织结构的关系

2．1．5 溶液条件对表面活性剂自组织结构的影响

2．1．6 各种表面活性剂聚集体的流变性质

2．2 表面活性剂基自主分流酸(VES-SDA)流体的选择

2．2．1 能形成网状胶的表面活性剂

2．2．2 蠕虫状胶束的生长理论

2．2．3 影响蠕虫状胶束的生长的因素

2．2．4 VES-SDA的稠化原理

2．2．5 VES-SDA破胶原理

2．3 阴离子与阳离子表面活性剂混合体系

2．3．1 阴离子与阳离子表面活性剂的相互作用

2．3．2 阴、阳离子表面活性剂复配实验

2．4 两性表面活性剂

3 VES自主分流酸主剂的合成及合成条件优化

3．1 VES自主分流酸主剂的分子设计

3．2 合成实验

3．2．1 合成烷氧基二甲基铵乙酸钠

3．2．2 合成月旨肪酸酯基二甲基铵乙酸钠

3．2．4 合成烷基酰胺丙基二甲基铵乙酸钠

3．3 主要药品及实验设备

3．4 VES-SAD主剂的合成方法

3．4．1 反应方程式

3．4．2 合成步骤

3．4．3 油酸酰胺丙基二甲基铵乙酸钠的提纯

3．5 合成条件的优化

3．5．1 酰胺化反应的最佳合成工艺条件

3．5．2 季胺化反应条件的优化

3．6 化学定性检验

3．6．1 亚甲基蓝检验

3．6．2 溴酚蓝检验

3．6．3 定性检验方法结论

3．7 SCC-20的红外光谱表征

4 VES自主分流酸的流变性能研究

4．1 酸液表观粘度与pH值的关系

4．2 鲜酸表观粘度测定

4．2．1 VES浓度和剪切速度的影响

4．2．2 剪切历史和温度的影响

4．2．3 酸液添加剂和污染物的影响

4．3 成胶酸液的表观粘度测定

4．3．1 表面活性剂浓度的影响

4．3．2 温度的影响

4．3．3 热稳定性研究

4．3．3 酸液添加剂的影响

4．3．4 Fe~(3+)的影响

4．3．5 醇类对成胶酸液表观粘度的影响

4．3．6 盐类对SCC-20体系成胶酸液表观粘度的影响研究

4．4 VES自主分流酸现场应用时应注意的影响

5 VES自主分流酸液性能评价实验

5．1 VES自主分流酸单岩心流动实验

5．1．1 实验方法

5．1．2 实验数据与讨论

5．2 VES自主分流酸分流酸化实验(多岩心流动实验)

5．2．1 实验方法

5．2．2 实验结果及分析

5．3 残酸破胶实验

5．3．1 残酸破胶实验

5．3．2 残渣测量实验

5．3．3 破胶液表面张力的测量实验

5．2 岩心伤害率测定

5．2．1 SCC-20体系岩心伤害率实验方法

5．2．2 实验结果与讨论

6 VES自主分流酸酸化模型研究

6．1 酸蚀蚓孔形成机理

6．1．1 传质控制反应是蚓孔现象产生的原因

6．1．2形成蚓孔的临界孔隙尺寸

6．1．3 蚓孔生长的对称性

6．2 酸蚀蚓孔分布预测

6．2．1 蚓孔分布预测

6．2．2 模型求解

6．3 酸蚀蚓孔的扩展

6．3．2 酸蚀蚓孔增长模型

6．3．3 模型求解

6．4 含蚓孔基质中酸液的三维流动数学模型

6．5 含蚓孔基质中酸液的三维流动反应数学模型

6．5．1 模型的建立

6．5．2 酸岩反应速度的确定

6．5．3 孔隙度与渗透率的关系

6．6 储层酸化效果分析

7 VES自主分流酸酸化模型求解

7．1 坐标系变换及模型解域的确定

7．2 差分方程的建立

7．2．1 酸液流动模型方程的离散

7．2．2 酸液流动反应方程的离散

7．3 模型的计算步骤

7．4 实例计算及分析

7．4．1 单层酸化计算

7．4．2 分流酸化计算结果

8 结论与建议

8．1 结论

8．2 建议

致谢

参考文献

发布时间: 2006-01-11

参考文献

[1].高粘度酸液酸岩反应动力学行为研究[D]. 李沁.成都理工大学2013
[2].蓬莱19-3油田酸岩反应动力学机理与深穿透低伤害酸液研究[D]. 王继刚.东北石油大学2015
[3].裂缝性碳酸盐岩储层酸液滤失机理及滤失控制技术研究[D]. 何春明.西南石油大学2013
[4].高孔高渗非均质砂岩油藏酸化技术研究及应用[D]. 岳江河.西南石油学院2002

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