碳酸盐岩地层水井的酸压增水方法及设备与流程

本发明涉及一种碳酸盐岩地层水井的酸压增水方法及设备。

背景技术：

在开采的基岩地下水中，对于碳酸盐岩地层因非地质条件差引起的出水量偏小的井，采取一定洗井增水方法，可以增大水井水量。传统的洗井法有：灌酸法和二氧化碳洗井法，这些方法在特定条件下，可以起到一定的增水效果，但增水不稳定。如灌酸法，是利用盐酸溶蚀碳酸盐岩地层的性质提高岩层的渗透性，但灌注工艺是直接将盐酸注入井内，酸液只能与孔壁附近的岩石发生快速接触反应，并伴随大量co2气体产生，快速形成井喷，反应时间短，酸蚀地层半径小，洗井效果差；二氧化碳洗井法，是利用专用设备和机具人工将高压co2气体注入井内，使其与井内的水体混合，并顶驱水柱产生井喷，局部形成负压区，使含水岩层中的水体快速流入井内，携带出裂隙中的淤塞物，疏通裂隙通道，到达洗井的目的，但是该方法仅适用于含水层裂隙中充填有泥浆、岩屑等堵塞物的井(孔)，起不到延伸和扩大含水层裂隙通道的作用，影响范围小。上述传统的洗井方法均不能实现扩展裂隙通道与主蓄水构造直接贯通的作用，因此增水效果不理想。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明提供一种增水效果好的碳酸盐岩地层水井的酸压增水方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种碳酸盐岩地层水井的酸压增水方法，该酸压增水方法是通过向目的层内注入达到或超过岩石的压力梯度与自身应力的缓释酸液，压开起裂、酸蚀、延伸、打开地层流体流通通道、降低流体在汇入井筒过程中流体阻力，从而提高水井的产能；

一种碳酸盐岩地层水井的酸压增水方法，该酸压增水方法是通过向目的层内注入达到或超过岩石的压力梯度与自身应力的缓释酸液，压开起裂、酸蚀、延伸、打开地层流体流通通道、降低流体在汇入井筒过程中流体阻力，从而提高水井的产能；

第一步：配置缓释酸液；首先在搅拌容器内加入清水，再加入黄原胶或田菁粉搅拌至溶解均匀，依次加入拟制剂、缓蚀剂搅拌不少于10min，以流量不大于200l/min的速度缓缓加入浓度不小于30％的工业用盐酸搅拌均匀，得到两种配方中的一种缓释酸液，其中，一种缓释酸液的组成及重量百分比是：10％—15％盐酸+1％拟制剂+0.5％黄原胶+0.4％缓蚀剂+余量水；另一种缓释酸液的组成及重量百分比是：10％—15％盐酸+2％拟制剂+0.5％田菁粉+0.4％缓蚀剂+余量水；

第二步：将配置好的缓释酸液注入到地表设备的高压压裂泵池内，然后开启高压压裂泵，使所述缓释酸液流经高压管道，注入井内压裂器具，封隔器膨胀与井壁贴紧密封，水力锚猫爪伸出嵌入井壁克服井内系统向上产生的顶驱力，随着系统压力的升高，该井内压裂器具的高定压开启阀打开，缓释酸液进入封隔器下方的井段孔内，当系统压力达到或超过地层应力和岩石的抗张强度后，孔壁岩石启裂形成裂缝并延伸；

第三步：不断泵入的缓释酸液使裂缝延伸，伴随着缓释酸液与碳酸盐岩地层的反应，溶蚀并扩展裂缝，直至生成的新裂缝与蓄水构造连通；

第四步：在压裂的过程中，同时对所述缓释酸液与碳酸盐岩地层反应产生的气体进行处理，打开地表设备的第一旋塞排液阀，使井内的气体、水、残余酸液经返排底阀、井内压裂器具内腔、地表设备的管路、管汇排出地表，降低井内与系统压力；

第五步：当系统压力降至安全状态后，卸开与高压水龙头相连接的高压胶管，再卸开与高压压裂泵联通的高压水龙头，在井内压裂器具的钻杆内腔投入钢球，再次连接高压水龙头与高压胶管，开泵送水，注意观察泵压力至1.5mpa后又迅速降低，证明卸荷阀滑套移开，泄流孔露出，钻杆内腔的液体就会泄到井内，此时封隔器与水力锚就会自行收缩，然后将井内的压裂器具与钻杆安全提出，压裂工作结束。

所述拟制剂是nacl，所述缓蚀剂为十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠。

所述缓释酸液的配比及组分为10％盐酸+1％食盐+0.5％黄原胶+0.2g十二烷基苯磺酸钠+余量水；或10％盐酸+2％拟制剂+0.5％田菁粉+0.2g十二烷基磺酸钠+余量水。

一种碳酸盐岩地层水井的酸压增水设备，它包括地表设备，所述地表设备连接一井内压裂器具，所述井内压裂器具包括：与所述地表设备经管路与高压水龙头、钻杆相连接，在所述井内钻杆由上往下依次间隔套接且与该钻杆内腔连通的卸荷阀、一封隔器、水力锚、高压开启阀、返排底阀和返排滤管。

所述返排底阀为单向球阀。

本发明的有益效果：本发明采用单封隔器座封、水力锚锚固、定压开启阀开启、底阀返排、单管路顶液的压裂工艺法，通过缓释酸液酸化压裂，其增水效果好、施工成本低、安全等优点。

附图说明

图1为本发明碳酸盐岩地层水井的酸压增水设备的结构示意图

图2为本发明碳酸盐岩地层水井的酸压增水设备的地表设备结构示意图。

图3为本发明碳酸盐岩地层水井的酸压增水设备的井内压裂器具的结构示意图。

图4至图6为在数份相同质量的碳酸钙样品中分别加入不同组分的酸液后其腐蚀速率曲线图。

1--钻杆柱；2--压力表；3—第一旋塞阀；4--返排口；5--安全阀；6--t型接头；7--单向阀；8—高压压裂泵；9--高压管路；10—数据头；11—撬架；12—第二旋塞阀；13—由壬；14—控制箱；21—井内钻杆；22—投球卸荷阀；23—封隔器；24--水力锚；25—高定压开启阀；26—返排底阀；27：返排滤管。

具体实施方式

一种碳酸盐岩地层水井的酸压增水方法，该酸压增水方法是通过向目的层内注入达到或超过岩石的压力梯度与自身应力的缓释酸液，压开起裂、酸蚀、延伸、打开地层流体流通通道、降低流体在汇入井筒过程中流体阻力，从而提高水井的产能；

第一步：配置缓释酸液；首先在搅拌容器内加入清水，再加入田菁粉或黄原胶搅拌溶解均匀，依次加入拟制剂、缓蚀剂搅拌不少于10min，以流量不大于200l/min的速度缓缓加入浓度不小于30％的工业用盐酸搅拌均匀，得到缓释酸液的两种配方，其中，缓释酸液一种配方是：10％—15％盐酸+1％拟制剂+0.5％黄原胶+0.4％缓蚀剂；另一配方是：10％—15％盐酸+2％拟制剂+0.5％田菁粉+0.4％缓蚀剂；

黄原胶与田菁粉均为增粘剂，利用田青或黄原胶分子链上含有的聚糖类或羧酸类有机物官能团优先吸附在碳酸盐岩表面，降低盐酸与碳酸盐岩的接触面积，就能减缓酸液与碳酸盐岩地层反应的剧烈程度，也是多种材料的复配结果。压裂过程中有足够的时间将盐酸压入地层内的距离更远，盐酸与地层的反应会更充分，酸化压裂效果会更好。与纯盐酸和碳酸盐岩反应速度相比，缓释酸的反应速度慢，具有良好的缓释反应效果，这两种配方的组成及配比，能减缓酸液与碳酸盐地层反应的剧烈程度，压裂过程中有足够的时间将盐酸压入地层内的距离更远，盐酸与地层的反应会更充分，酸化压裂效果会更好。与纯盐酸和碳酸盐岩反应速度相比，缓释酸的反应速度慢，具有良好的缓释反应效果。

第二步：将配置好的缓释酸液注入到地表设备的高压压裂泵8池内，然后开启高压压裂泵8，使所述缓释酸液流经高压管道，注入井内压裂器具，封隔器23膨胀与井壁贴紧密封，水力锚24锚爪伸出嵌入井壁(裸眼成井)克服井内系统向上产生的顶驱力，随着系统压力的升高，此压力是高压开启阀的设定压力，设计了最小压力1.5mpa和最大压力6mpa两种压力的开启阀，均能满足压裂使用要求，该井内压裂器具的高压开启阀25打开，该缓释酸液进入封隔器下方的井孔内，当系统压力达到或超过地层应力和岩石的抗张强度后，孔壁岩石启裂形成裂缝并延伸；

第三步：不断泵入的缓释酸液使裂缝延伸，伴随着缓释酸液与碳酸盐岩地层的反应，溶蚀并扩展裂缝，实现水井通过新裂缝与蓄水构造连通，达到水井增水的目的；

第四步：在压裂的过程中，酸液与碳酸盐岩地层反应会产生大量的气体，使井内压力增高，打开地表设备的第一旋塞排液阀3，使井内的气体、水、残余酸液经返排底阀26、井内压裂器具内腔、地表设备的管路、管汇排出地表，降低井内与系统压力。

第五步：当系统压力降至安全状态后，卸开与高压水龙头相连接的高压管路9的高压胶管，再卸开高压水龙头，在井内压裂器具的钻杆内腔投入钢球，再次连接高压水龙头与高压管路9的高压胶管，开泵送水，注意观察泵压力至1.5mpa后又迅速降低，证明卸荷阀滑套移开，泄流孔露出，钻杆内腔的液体就会泄到井内，此时封隔器23与水力锚24就会自行收缩，然后将井内的压裂器具与井内钻杆21安全提出，压裂工作结束。

拟制剂是nacl，其电离出大量的氯离子可以拟制盐酸电离，减缓其与碳酸盐岩的反应速度；缓蚀剂选用对水体无污染的阴离子型表面活性剂为十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠，其有良好的吸附作用，当其吸附在盐酸盐岩体表面后起阻止盐酸与碳酸盐岩表面接触的几率，减少其与碳酸盐岩的接触面积，起到减缓盐酸与碳酸盐岩反应的速率。

下面，通过实施例1、实施例2和实施例3来说明本发明的酸液配方其腐蚀效果：

实施例1：选取4个量筒，第一个量筒中加入缓释酸液，含盐酸(10体积％)和水(90体积％)，倒入玻璃烧杯中，加入5克碳酸钙式样，观察其反应速度，反应2秒测其酸蚀量、反应5时测其酸蚀量，

选取第二量筒加入缓释酸液，含盐酸(10体积％)、田菁粉(0.5体积％)和水(89.5体积％)；第三量筒，含盐酸(10体积％)、胍尔胶(0.5体积％)和水(89.5体积％)；第四量筒含盐酸(10体积％)、黄原胶(0.5体积％)和水(89.5体积％)；分别倒入3个玻璃烧杯中，分别加入5克碳酸钙式样，观察其反应速度，反应5秒、10秒、15秒、20秒，每间隔5秒测其酸蚀量，得到如图4的腐蚀结果曲线图。

实施例2：选取7个量筒，每个量筒中加入不同的缓释酸液，如：一：10％盐酸；二:10％盐酸+0.5％黄原胶+0.2g缓蚀剂1；三：10％盐酸+0.5％黄原胶+0.2g缓蚀剂2；四：10％盐酸+0.5％田菁粉+0.2g缓蚀剂1；五：10％盐酸+0.5％胍尔胶+0.2g缓蚀剂1；六：10％盐酸+0.5％田菁粉+0.1g缓蚀剂2；七：10％盐酸+0.5％胍尔胶+0.1g缓蚀剂2；然后倒入玻璃烧杯中，分别加入5克碳酸钙式样，观察其反应速度，得到如图5所示的曲线图，从图中可清楚看出哪种组分及配比的腐蚀效果最佳。

实施例3：在实施例2的部分配方中加入不同量的食盐，得到了如图6所示的曲线图的腐蚀结果。

本发明的配方及组分腐蚀效果最理想。缓蚀剂(活性剂)1为十二烷基磺酸钠、缓蚀剂(活性剂)2为十二烷基苯磺酸钠。

通过选取数个量筒，分别加入取一定体积的相同组分的配比相同和组分不同的缓释酸液或复配液，倒入玻璃烧杯中，分别加入5克碳酸钙式样，可以不饱和反应、也有饱和反应，观察其反应速度，反应一定时间后测其酸蚀量，进行对比即可。缓蚀剂就是活性剂。

比较图4、图5和图6可明显看出这两种配比和组分的酸液：图6中曲线上标有方形或三角形其腐蚀效果最理想：其配比及组分为：10％盐酸+1％食盐+0.5％黄原胶+0.2g十二烷基苯磺酸钠+余量水；或10％盐酸+2％拟制剂+0.5％田菁粉+0.2g十二烷基磺酸钠+余量水。其酸蚀效果最理想。

如图1、图2和图3所示，一种碳酸盐岩地层水井的酸压增水设备，它包括地表设备，所述地表设备连接一井内压裂器具，该井内压裂器具的底部连接返排底阀和返排滤管；所述井内压裂器具包括：与所述地表设备的钻柱相连接的钻杆，在所述钻杆由上往下依次间隔套接且与该钻杆内腔连通的卸荷阀、一封隔器、水力锚和高压开启阀，在该高压开启阀的下方的钻杆上套设返排底阀和返排滤管，该返排底阀和该返排滤管均与该钻杆的内腔连通。

本发明的碳酸盐岩地层水井的酸压增水方法的所采用的酸压增水设备中为一封隔器，盐酸与地层、孔壁产生化学反应的井段在粗径压裂器具(封隔器与水力锚)以下，因此可以避免因盐酸与地层、孔壁发生反应而导致井孔失稳造成井内埋钻事故的发生。

地表设备主要包括有一组高压压裂泵8、管汇和高压水龙头，三者之间由高压管路9联通，在管汇上设有压力表2、温度计(优选是以撬架11的形式，该撬架由撬架本体、数据头10上安设有温度计、流量计、压力表指示仪及内部接线箱和附件组成，其可以实现对高压管路该局部段点的温度、压力、流量的测量)，还同时配有采集流量、压力、温度的数据头10；这些部件均可以通过由壬13连接在高压管路中，由壬是一种能方便安装拆卸的常用管道连接件，利用由壬与管道连接，可不动管子而将两管分开，便于检修。管汇上返排口4前设有第一旋塞阀3，在高压压裂泵8的输出端设有第二旋塞阀12，该第二旋塞阀12的前面安设单向阀7；在第一旋塞阀3与单向阀7之间通过t型接头6连接安全阀5，在各分支管路处可t型接头6通过实现连接。

地表设备配有现场手动控制压裂泵的控制手柄或远程控制压裂泵的控制箱14。既可以现场操作，更可以远程操作；对于自动控制部分可由现有技术实现，此处不赘述。为配合自动控制的实现，可由管路中配设的数据头10和撬架11分别采集泵流量、流体压力与温度数据并将这些数据传输给控制箱的中央处理器分析处理，可以相应发出控制信号，进一步调整高压压裂泵的转速，调整系统的流量与压力，以确保压裂作业的成功。

酸压作业前，按系统设置需要配备所需部件并分别组装好地表设备和井内压裂器具，根据作业需要选定高定压开启阀的开启压力值(开启压力5-6mpa，单向节流)；作业时，先将井内压裂器具送入井下，使封隔器下段对着被压裂孔段；将地表设备、管汇、水龙头经高压管路连接、再与钻杆柱1与井内钻杆21和各压裂器具按顺序连接使之相互联通；在井内钻杆21由上往下依次间隔套接且与井内钻杆内腔连通的卸荷阀22、一封隔器23、水力锚24和高压开启阀25，在高压开启阀25的下方的井内钻杆上套设返排底阀26和返排滤管27，返排底阀26和返排滤管27均与井内钻杆21的内腔连通。开启地表设备的高压压裂泵8，使流体经钻杆柱进入井内压裂器具各部件内，当系统压力小于定压开启阀的开启压力时，定压开启阀未打开，流体进入封隔器和水力锚内，使之膨胀贴紧孔壁，实现密封；当系统压力大于定压开启阀的压力时，定压开启阀打开，高压开启阀自动控制压力，此压力是定压开启阀的设定压力，设计了最小压力1.5mpa和最大压力6mpa两种压力的高压开启阀，均能满足压裂使用要求，流体进入封隔器下段的钻柱与井孔间的环腔内；随着系统压力升高，足以克服岩石的抗张强度时，岩石启裂，形成裂缝并延伸，当按设计要求达到压裂目的后，在压裂的过程中，酸液与碳酸盐岩地层反应会产生大量的气体，使井内压力增高，打开地表设备的第一旋塞排液阀，使井内的气体、水、残余酸液经返排底阀、井内压裂器具内腔、地表设备的管路、管汇排出地表，降低井内与系统压力，当系统压力降至安全状态后，卸开与高压水龙头相连接的高压胶管，再卸开高压水龙头，在井内压裂器具的钻杆内腔投入钢球，再次连接高压水龙头与高压胶管，开泵送水，注意观察泵压力至1.5mpa后又迅速降低，证明卸荷阀滑套移开，泄流孔露出，钻杆内腔的液体就会泄到井内，此时封隔器与水力锚就会自行收缩，然后将井内的压裂器具与钻杆安全提出，压裂工作结束。

以下表为本发明的酸压增水成果：

采用本发明技术，能使老井或按常规技术新打的水井克服出水量小的问题，对于许多过去缺水的村庄，都解决了该村养殖、浇灌和村民的生活用水问题。并且由上表也可以看出，增水效果良好。