碳酸盐岩储集层是重要的储集层类型之一。随着世界各国石油及天然气勘探开发工业的发展,碳酸盐岩油气田的储量和产量急剧增长,据统计,到目前为止,碳酸盐岩中的油气储量已超过世界油气储量的一半,而产量已达到总产量的60%以上。
碳酸盐岩地层的主要矿物成分是方解石和白云石,其储集空间分为孔隙和裂缝两种类型。碳酸盐岩地层的酸处理,就是要解除孔隙、裂缝中的堵塞物质,扩大沟通地层原有的孔隙、裂缝,提高地层的渗透性能。
酸处理中,主要的工作介质是盐酸,盐酸进入地层后,将与岩石发生化学反应。碳酸盐岩的主要成分是方解石,与盐酸作用生成氯化钙和二氧化碳气体。
反应后生成物的状态关系到地层渗透性能的改变情况。如果生成物都沉淀在空隙和裂缝中,或者即使不沉淀下来,但是粘度很大,那么对于地层渗流性能也没有多大的改变。于是要想办法把地层中的反应物清除出去,这样才能增大地层的孔隙度。生成物对渗流的影响主要体现在:盐酸与碳酸盐岩反应后,生成物氯化钙全部溶解于残酸中,氯化钙溶液的密度和粘度都比水大。这种粘度较高的溶液,对渗流有两方面的影响了:一方面携带固体微粒的能力比较强,能把酸处理时从地层中脱落下来的微粒带走放置堵塞;另一方面由于流动阻力增大,对渗流不利。至于游离状态的小气泡对渗流的影响,应该从相渗透率和相饱和度的关系上做具体分析。
残酸酸液一般具有较高的界面张力,有时残酸酸液和地层油还会形成乳状液。这种乳状液有时候相当稳定,对地层渗流非常不利。此外,油气层并不是纯粹的碳酸盐,或多或少还有金属氧化物杂质,在反应的同时,也会与这些杂质反应。再则,当盐酸经由金属管道进入地层时,首先会腐蚀金属设备,或者将一些铁锈及堵塞在井底的杂志带入地层,盐酸与这些杂志反应后,生成氯化铝,氯化铁等,当残酸水的pH值逐渐增加到一定程度后,氯化物会发生水解生成胶体,这些胶体是很难从地层中排除的,所以对渗流极为不利。
盐酸溶解特殊原因的过程,就盐酸被中和或者被消耗的过程。这一过程进行的快慢,可用盐酸与碳酸盐岩的反应速率来表示。碳酸岩反应速度与酸处理效果有着密切的关系。假设盐酸与碳酸盐岩的反应速度很快,新鲜酸液一进入地层就很快反应完毕,那么酸只能对井底附近的地层起溶蚀作用,增产效果必然不大。因此研究酸岩反应速度,有助于我们寻找控制酸岩反应速度的方法,以提高酸处理效果。