氟硼酸防砂技术

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1、氟硼酸防砂技术卿三权1、概况油井出砂是油井H常生产屮经常遇到的影响油井生产的重要问题之一。~般而言，当地层应力发生改变，改变地层强度时，地层就容易出砂。地层应力包拈地层结构应力、地层压力、流体流动时产生的拖曳力，地层空隙压力和生产压差形成的作用力。地M出砂的最直接原因是地层强度发生改变，因此地M强度的强弱将直接影响地层出砂的严重与否。地层强度主要取决于地层胶结物的胶结力，圈闭流体的粘着力，地层颗粒物之间的摩檫力以及地层颗粒木身的重力。由于地层出砂，将给油井的正常生产带来严重的危害，危害有以下儿个方面：(1)当地层轻度的出砂时，地层砂随地层流体的丌采进入油井开采系统，由于地M砂为固体颗粒物

2、质，再宥一定的强度，地M砂随流体流动时必然对流体所经设施和管线造成磨蚀，从而影响设备的使用寿命，甚至造成设施的损毁，导致油井不能正常生产。(2)当地层出砂进一步严重时，地层大量出砂，岀砂导致管线砂堵、管线设施的砂堵，由于生产管线的砂堵引起汕井减产，甚至停产。(3)地层严重出砂导致地M矿物骨架的完全坍塌，套管受坍塌地M砂岩挤压、摘击，导致地层堵死、套管损坏，油井报废。防砂工艺技术是油气井开采的重要工艺措施之一，防砂工艺技术随着汕田开采技术的发展而逐步发展。防砂工艺技术主要拈机械防砂、化学防砂、复合防砂和压裂防砂工艺技术2、氟硼酸防砂机理氟硼酸防砂技术最早来至于油井的酸化工艺，用氟硼酸代替土

3、酸进行地层酸化由Thomas和Crowe于1978年推荐的，当时为了解决在对地层用土酸进行酸化时，酸化过程产生的地层堵塞的问题，经研究发现，地层堵塞的原因是因为酸化过程中粘土和细小颗粒的移动导致地M的堵塞，当时发现氟硼酸进入地足后口T以缓慢水解生成HF,氟硼酸水解反应速度较慢，凶此用氟硼酸进行酸化要比用土酸进行酸化吋的反应速度慢得多，可以使酸化范闱更加深入地层深部，提高酸化范围。同时，氟硼酸通过水解产生的氢氟酸可以与地层矿物发生化学反应，其与地M粘土的化学反应能够溶解、胶结粘土颗粒，从而起到稳定粘土足和细小颗粒的位移作用。研究还发现通过不相溶流体的接触，用氟硼酸处理过的粘十敏感性下降，不

4、易膨胀和分散。通过岩心实验证实了氟硼酸对粘土和细粉砂的稳定作用，经过现场的实验应用也表明，通过氟硼酸处理后的地层能够达到防砂、增产的作用。2.1氟硼酸的水解氟硼酸是一种强酸，其酸性与盐酸相近，其电离方程式为：HBF4+H20=H304-+bf4氟硼酸通过缓慢水解反应生成HF,其水解为多级水解反应，其反应过程如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)由氟硼酸水解反应可知其一级水解反应速度最慢，因此可以用氟硼酸一级水解反放来代

5、替氟硼酸的水解反应，氟硼酸水解反应速度由一级水解反极控制。M硼酸的水解度决定了反应过程中生成HF的浓度，该浓度决定HF与地层矿物的反应速度。试验研究表明，虽然温度升高会加快氟硼酸的水解速度，但由于氟硼酸水解度的限制，氟硼酸达到水解平衡时，系统中HF的浓度仍较低，一般都低于0.2%。正是由于氟硼酸水解反应速度的原因，决定了氟硼酸在地层屮是逐渐的释放出HF,当HF被消耗f,氟硼酸可以进一步水解生成HF,因此在氟硼酸被完全消耗之前，酸液能够进入地层深部较人范围，用作地层的深部处理。2.2氟硼酸对地层矿物溶蚀作用地层矿物中粘土的组成比复杂，一般拈蒙脱石、绿泥石、高岭石、伊利石等，储层黏土具有阳离

6、子交换、水化作用、絮凝以及吸附冇机化合物等特性，ifU且黏土在岩石中的存在形式一般呈颗粒覆盖、粒间搭桥或在空隙中疏松填充，因此很容易与外来流体接触，发生各种物理化学反应，产生诸如水敏、酸敏、分散运移等损害作用，降低储层渗透率。氟硼酸通过水解产生的HF与粘土矿物的化学反应是一种三次化学反应行为，实际反应行为相当复杂，通过HF与粘土的一次反应，可以起到对粘土矿物的溶解作用，减少地层屮粘土矿物的含量，提高地M的渗透率，由HF与地足矿物的化学反应可知，HF与地足矿物发生一次反应的化学产物继续与粘土矿物进行二次、三次化学反应。粘土矿物的组成主要是硅铝酸盐，实验发现HF对粘土矿物屮硅、铝元素的溶蚀速

7、率不同，~般情况下对铝酸盐的溶解率强于对硅酸盐的溶解。氟硼酸通过对粘土矿物中铝离子的溶解，可以降低粘土矿物的阳离子交换能力，使粘土钝化，减少粘土矿物的膨胀，防止因粘土膨胀对地展造成的伤害。另一方面HF酸与地足矿物的二次反应本质上是次生的氟硅酸进-步与铝硅酸盐反应，并在粘十表面形成硅凝胶，硅凝胶可使粘土微粒产生化学凝聚作用，凝聚后的微粒在原地胶结，使得处理后因流量加大而引起的微粒运移受到限制，起到了稳定粘土矿物的作用。实验研究还发现H