[科普中国]-土酸

在油田领域常将氢氟酸与盐酸的混合酸称为土酸。土酸用于解除泥浆堵塞和提高泥砂岩地层的渗透性，以利注水或出油。土酸中的盐酸能溶蚀地层中的碳酸盐类及铁铝等化合物，氢氟酸则能溶蚀地层中的粘土质和硅酸盐类。土酸常用于处理碳酸盐含量少，泥质含量高的砂岩气层。1

简介浓度为10~15%的盐酸和浓度为3~8%的氢氟酸与添加剂所组成的混合酸液称为土酸或泥酸。土酸常常用于对砂岩地层的处理。砂岩是由砂粒和粒间胶结物所组成，砂粒主要是石英和长石，胶结物主要为粘土和碳酸盐类。砂岩钩油气储集空间和渗流通道就是砂粒与砂粒之间未被胶结物完全充填的孔隙。 ·

砂岩地层的酸处理，就是通过酸液溶解砂粒之间的胶结物和部分砂粒，或者溶解孔隙中的泥质堵塞物，及其它结垢物以恢复和提高油层附近的渗透率。

土酸处理原理在岩层中含泥质较多，含碳酸盐较少和油井泥浆堵塞较为严重而泥饼中碳酸盐含量较低的情况下，用普通盐酸处理常常得不到预期的效果。对于这类油井或注水井多采用土酸液进行处理。

土酸中的盐酸能溶蚀地层中的碳酸盐类和铁、铝化合物等，并维持酸液较低的pH值，防止产生再沉淀，其氢氟酸能溶蚀地层中的粘土质和硅酸盐类。通过排液，即可解除地层中的胶结物、泥饼及污物的二次堵塞，恢复或提高近井地带的·渗透率。盐酸与碳酸盐岩反应的化学方程式见盐酸处理原理部分，氢氟酸与砂岩和泥质反应的化学方程式如下：

与石英砂岩（主要成分是二氧化硅）

SiO2+4HF→SiF4+2H2O

SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O

反应生成的气体氟化硅和水均可排出地面，而生成的氟硅酸在水中可离解为H+和SiF6-，SiF6-又能和地层水中的Ca2+，Na+、K+、NH4+等离子相结合。生成的CaSiF6和(NH4)2SiF6易溶于水，不会产生沉淀，而Na2SiF6和K2SiF6均为不溶物质会堵塞地层。因此在土酸处理过程中应先将地层水顶替走，避免其与氢氟酸接触。

与泥质砂岩（主要成分是硅酸铝钙）

CaAl2Si2O8+16HF→CaF2+2AlF3+2SiF4+8H2O

同时，与碳酸盐作用：

CaCO3+2HF→CaF2+CO2+H2O

CaMg(CO3)2+4HF→CaF2+MgF2+2CO2+2H2O

上列反应中所生成的CaF2和MgF2沉淀，在酸液浓度高时，处于溶解状态，而当酸液浓度降低后，即会沉淀。酸液中含有HCl时，可依靠HCl维持酸液在较低的pH值，以提高CaF2和MgF2的溶解度。对碳酸盐含量高的砂岩，可加入各种添加剂，并在土酸处理前，先用盐酸进行预处理，以防止或降低CaF2、MgF2沉淀的生成。

土酸液浓度由于油气层岩石的成分和性质各不相同，实际处理时，所用酸量、土酸液的成分也不同，主要是依岩石成分和性质而定。据多年的实践丧明，由10~15%的HCI及3~8%的HF混合而成的土酸足以溶解不同成分的砂岩地层及堵塞物。

确定土酸浓度，实际上是确定土酸中盐酸和氢氟酸的浓度。它们取决于地层的泥质及碳酸盐的含量和砂岩的胶结程度等。当处理碳酸盐含最少、泥质含蝇较高且胶结致密的砂岩时，宜用低浓度（10%左右）的盐酸和高浓度（8%左右）的氢氟酸混合成的土酸，当处理碳酸盐含量较高，泥质含量较低且胶结疏松的砂岩时．最好用高浓度（15%左右）的盐酸和低浓度（3%左右）的氢氟酸混合成的土酸处理。

施工时土酸中盐酸浓度和氢氟酸浓度之比叫土酸配比。例如配比为7∶6的土酸，表示土酸中的盐酸，浓度7%，氢氟酸浓度6%。2

土酸处理工艺土酸处理的施工工艺基本上与盐酸处理相同，所不同的是应首先进行盐酸预处理。其步骤为： ·

1、用12~15%的盐酸进行预处理，溶解地层中的碳酸盐类并顶出地层水。

2、土酸处理时，其中盐酸进一步溶解碳酸盐类并保持酸液在较低的pH值水平上，氢氟酸溶解泥质成分和部分石英颗粒。

应注意的是，土酸用量一般不宜超过预处理时的盐酸用量，反应时间一般不超过3~4小时，地层温度高时，可缩短为1~3小时，目前国外认为一小时以内排液较好。

为了提高土酸处理砂岩地层的效果，国外还采用了互溶剂-土酸处理，盐酸加氟化氢铵处理（自生土酸）等酸化新工艺，均获得良好的效果。经实践证明，自生土酸处理效果要比常规土酸处理的最佳效果高2~4倍。2

本词条内容贡献者为:

王强 - 副教授 - 西南大学