天然裂缝性碳酸盐岩酸化数学模型研究

当天然裂缝性碳酸盐岩地层在低于岩石破裂压力下进行酸化处理时,其酸化过程既不同于一般的基质酸化,也不同于酸压。为此,建立了一个新的天然裂缝性碳酸盐岩酸化数学模型,模型包括酸液的质量守恒,酸的传递与反应和裂缝宽度随酸溶蚀的变化。文中对裂缝壁面的酸滤失和酸岩反应处理也采用了新的方法。用新的酸化模型对数字生成的粗糙表面裂缝进行模拟,可以预测裂缝的酸刻蚀特征与裂缝宽度、裂缝表面粗糙度和酸滤失速度之间的关系。这个模型还可预测裂缝中的压力、酸液浓度和裂缝宽度随时间和位置的变化。     

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酸液滤失量是压裂液滤失量的数倍，在裂缝中穿透的距离将对酸化效果产生重大影响，在碳酸盐岩酸压施工的模拟计算中，它是必须考虑的因素。对碳酸盐岩酸压中酸液有效作用距离的预测方法进行了改进，通过考虑酸液流动过程中裂缝横截面积随时间和空间的变化，采用输运公式建立了酸液在缝中的流速分布方程，引入了δ函数，考虑了注入点的影响。同时，根据实际情况提出了根据酸液滤失判断有效作用距离的新方法，采用反应与滤失双重标准予以判定，使得酸液有效作用距离的计算更合理。模型考虑了同离子效应、温度场、酸岩反应热等因素的影响，较以前的模型更为准确地预测了酸液有效作用距离，从而为施工参数设计和施工效果预测提供了依据。     

裂缝性灰岩储层酸液动滤失实验规律研究

碳酸盐岩储层天然裂缝比较发育,有天然裂缝存在时,酸液沿天然裂缝流动,进入到油藏深处,同时通过扩散和对流的方式运动到裂缝表面与岩石反应,增加裂缝宽度,反过来增加滤失到天然裂缝里的酸量。因此,为了获得更好的裂缝性碳酸盐岩储层的酸压效果,必须分析酸液滤失的各影响因素。本文建立了一套完整的滤失实验装置及实验方法,通过室内实验,得出了裂缝导流能力、酸液滤失速率和酸岩反应速率直接的关系,对研究酸液在裂缝中的滤失过程具有重要的指导意义。     

考虑多重滤失效应的前置液酸压有效缝长模拟

为了提高天然裂缝较发育的碳酸盐岩储层酸化压裂设计的准确性和有效性,在采用经典裂缝拟三维延伸数学模型模拟前置液造缝过程中裂缝几何尺寸动态变化的基础上,结合液相反应平衡原理和局部反应平衡原理,建立了考虑天然裂缝、蚓孔及基质多重滤失效应的酸液流动反应模型,以现场实例井的酸化压裂改造为例,使用所建模型模拟前置液酸压注酸过程中裂缝内酸液渗滤过程及酸岩动态刻蚀形态,通过酸液沿水力裂缝长度方向的浓度变化和残酸极限浓度综合确定酸蚀裂缝有效缝长,并与压力恢复试井的解释结果进行了对比。结果表明:(1)裂缝—孔隙型储层酸化压裂过程中,沿裂缝长度方向的酸液滤失速度非定值,滤失速度曲线呈锯齿状波动变化,在酸蚀蚓孔与天然裂缝相遇时酸液滤失速度普遍大于基质处的滤失速度;(2)裂缝—孔隙型储层酸化压裂过程中酸液滤失严重,酸液有效作用距离大幅度降低;(3)验证井酸化压裂解堵增产效果显著,该井试井解释结果与所建立的数学模型模拟解释结果相吻合,说明所建立的前置液酸化压裂数学模型可靠。结论认为,考虑多重滤失效应的前置液酸化压裂数学模型更适用于裂缝—孔隙型储层的酸化压裂模拟。     

在天然裂缝性碳酸盐岩进行基岩酸化作业时对酸液有效穿透距离…

本文介绍的是一种天空天然裂缝性碳酸盐岩基岩酸化的新方法和相应的计算机模型。利用这一种方法，可以预测在具有天然裂缝的碳酸盐岩进行酸化处理时的酸液穿透距离及用酸量。新模型可以模拟酸在天然裂缝中的流动情况及酸盐反应情况。在模拟期间，该模型考虑了地层温度、反应热及共离子效应对酸穿透距离的影响。根据数据模拟结果建立了一系列图表，以反映酸液穿透浓度与不同地层所需用酸量之间的关系。根据这些图表，当地层温度和污染     

碳酸盐岩油藏酸压模型研究及应用

现有的酸压设计存在以下问题:压裂液滤失多采用针对均质储层的经典滤失理论,酸液的滤失没有考虑酸蚀蚓孔的影响,酸岩反应模拟中未考虑裂缝高度方向酸液的传质。针对这一问题,在有关酸压模型最新研究成果的基础上,对碳酸盐岩油藏多级酸压设计计算的核心模型作了较为深入的研究,建立了碳酸盐岩油藏多级酸压时压裂液滤失计算模型,给出了模型的解析解;基于碳酸盐岩油藏酸压中酸液的流动反应特性,建立了酸蚀蚓孔的增长模型、酸液在蚓孔内流动反应模型和滤失的酸液在地层中流动模型,提出了便于现场应用的碳酸盐岩油藏酸液滤失计算方法;推导了考虑酸液沿缝长、缝高方向的运移以及酸液在裂缝宽度方向对流扩散的三维流动反应数值计算模型,为碳酸盐岩油藏的酸压设计提供基础理论依据。     

清洁转向酸H~+表面传质行为实验研究

清洁转向酸是一种可应用于碳酸盐岩储层酸化压裂的酸液体系。该体系在与碳酸盐岩反应后形成冻胶,可有效降低泵送磨阻,形成的冻胶可以暂堵酸蚀蚓孔,抑制酸液滤失,延长酸压酸蚀有效裂缝。通过对清洁转向酸在碳酸盐岩表面传质行为及其影响因素的实验研究。结果表明,清洁转向酸传质过程受地层温度场和液体流场影响较大。随温度升高,传质过程加速,酸岩反应速度变快,形成的冻胶稳定性变差,酸滤失量增加,酸蚀裂缝长度缩短;随流速的增加,对流传质过程加速,酸岩反应速度变快。     

致密碳酸盐岩酸蚀蚓孔研究

基质酸化是碳酸盐岩储层最早使用的解除储层污染的增产技术之一。但现场实践表明,对于微裂缝不发育的致密碳酸盐岩储层,基质酸化效果往往不佳。该文利用压裂酸化工作液动态滤失实验系统,进行了系统的岩心驱替实验。通过改变酸液注入速率、实验温度及使用不同酸液体系等方法,对致密碳酸盐岩储层孔隙基质在酸化过程中蚓孔产生的可能性进行了实验研究。研究表明：对于致密碳酸盐岩,由于基质渗透率非常低,在10MPa的驱替压差下．酸液仍然很难进入岩心基质,所以酸岩反应仅能在岩石表面进行,即使部分酸液进入基质孔隙内,由于残酸难以快速滤失,所以鲜酸难以迅速补充,使得酸岩反应的类型仅能停留在密集型溶蚀阶段,难以形成深穿透的酸蚀蚓孔。此外,通过岩心流动实验对比,分析了高渗露头及致密岩心的流动反应特点,证实酸液在高渗透岩心表面及天然裂缝发育处能形成酸蚀蚓孔。最后,通过理论分析认为．对于致密碳酸盐岩储层基质酸化很难形成深穿透的酸蚀蚓孔。     

裂缝性致密碳酸盐岩储层酸压多场耦合数值模拟与应用

深层高温致密裂缝性碳酸盐岩储层中，酸液在天然裂缝中的动态滤失减弱了酸液对水力裂缝的刻蚀，影响了酸压改造效果。为了提高此类储层酸压设计的准确性及有效性，建立了耦合裂缝扩展与天然裂缝动态滤失的"流场-温度场-化学场"三场耦合前置液酸压模型。以磨溪气田龙王庙组X井为例，采用所建立的酸压模型，基于酸压施工压力数据拟合获取了储层天然裂缝特征参数，分析了天然裂缝动态滤失特征及其对酸压裂缝参数的影响；基于无因次产能指数综合评价了不同施工参数下的酸压改造效果。研究结果表明：①酸液在天然裂缝的动态滤失对缝内流动、温度均存在较大影响，天然裂缝滤失的精确计算是准确模拟预测酸压效果的关键；②裂缝性储层中的酸液滤失量并不随注酸时间的增加而降低，而是随着沟通天然裂缝数量的增加呈现出锯齿状的动态平衡；③在裂缝性致密碳酸盐岩储层中，最优注酸排量随注酸量的增加而提高，天然裂缝滤失是施工参数优化最重要的影响因素；④综合考虑施工条件及经济因素，X井的最优注酸参数中注酸量为500~600 m³、注酸排量为6 m³/min，优化后计算得到的无因次产能指数为拟合所得的2.5倍。     

裂缝性致密碳酸盐岩储层酸压多场耦合数值模拟与应用

深层高温致密裂缝性碳酸盐岩储层中，酸液在天然裂缝中的动态滤失减弱了酸液对水力裂缝的刻蚀，影响了酸压改造效果。为了提高此类储层酸压设计的准确性及有效性，建立了耦合裂缝扩展与天然裂缝动态滤失的"流场-温度场-化学场"三场耦合前置液酸压模型。以磨溪气田龙王庙组X井为例，采用所建立的酸压模型，基于酸压施工压力数据拟合获取了储层天然裂缝特征参数，分析了天然裂缝动态滤失特征及其对酸压裂缝参数的影响；基于无因次产能指数综合评价了不同施工参数下的酸压改造效果。研究结果表明：①酸液在天然裂缝的动态滤失对缝内流动、温度均存在较大影响，天然裂缝滤失的精确计算是准确模拟预测酸压效果的关键；②裂缝性储层中的酸液滤失量并不随注酸时间的增加而降低，而是随着沟通天然裂缝数量的增加呈现出锯齿状的动态平衡；③在裂缝性致密碳酸盐岩储层中，最优注酸排量随注酸量的增加而提高，天然裂缝滤失是施工参数优化最重要的影响因素；④综合考虑施工条件及经济因素，X井的最优注酸参数中注酸量为500~600 m³、注酸排量为6 m³/min，优化后计算得到的无因次产能指数为拟合所得的2.5倍。     

不同酸液体系蚓孔发育实验研究

由酸蚀蚓孔造成的酸液滤失是影响酸压优化设计和压后增产效果的重要因素,而蚓孔发育状况的深入研究有助于酸液滤失的准确预测。分别用20%的盐酸和胶凝酸进行了酸岩反应控制因素实验,对比了两种酸液体系的反应速率和传质控制区与表面反应控制区的圆盘临界转速。针对碳酸盐岩储层孔隙性和裂缝性两种不同的孔隙类型,分别采用人工钻孔和人工剖缝方式模拟大孔隙和天然裂缝的酸液流动反应特征,研究了不同酸液作用下酸液滤失及酸蚀蚓孔发育机理。实验结果表明,盐酸的酸岩反应速率比胶凝酸快。盐酸和胶凝酸传质控制区与表面反应控制区的临界转速分别为800 r/min和600 r/min。胶凝酸较慢的反应速率更有利于酸蚀蚓孔的扩展。裂缝性碳酸盐岩储层中形成酸蚀蚓孔的机率要远远大于孔隙性碳酸盐岩储层。     

酸化压裂导流能力的系统实验研究

评价酸化压裂工艺增产措施成功的标准 ,就是看其产生的导流能力的大小 ,但这是很难预测的。我们做了一系列实验 ,在岩心室里使岩心在下面的条件下进行酸化 :酸液在垂直裂缝中呈线性流动 ,并且有酸液滤失现象 ,然后对作为闭合应力函数的裂缝导流能力进行测量。结果发现 ,增加酸液的接触时间有时会降低裂缝的导流能力 ,酸液滤失会增加裂缝的导流能力 ,并且Nierode -Kruk预测方法能准确预测岩石埋藏压力和闭合应力对酸压导流能力的影响。我们也观察到 ,当酸液在裂缝表面产生一深的酸蚀槽时能产生很高的导流能力     

酸蚀蚓孔滤失机理及对碳酸盐岩储层酸化施工的启示

碳酸盐岩酸化过程中极易形成酸蚀孔洞,影响施工效果.基质酸化时,酸蚀蚓孔的形成将增加基质的孔隙度,沟通天然裂缝,在碳酸盐岩基岩中产生负表皮效应,降低近井带的渗流阻力;而在酸压过程中,酸蚀蚓孔的形成导致酸液急剧滤失,严重降低酸液有效穿透距离.文中从酸蚀蚓孔滤失机理、酸液滤失控制方法等多方面进行了论述,讨论了有效控制酸液滤失的方法和工艺措施,并对碳酸盐岩油藏酸化提出了合理的建议.     

酸压裂缝导流能力影响因素分析

酸压是碳酸盐岩油气田大型增产改造的重要措施,酸压裂缝导流能力与酸蚀后裂缝表面的粗糙程度有关,不规则裂缝表面使酸压导流能力预测变得较为困难.酸压裂缝导流能力由裂缝表面形状、闭合应力和岩石力学性质决定,因而从裂缝粗糙表面形成机理角度研究了裂缝表面渗透率分布、岩性分布、温度和氢离子扩散系数对酸蚀裂缝导流能力的影响.通过建立中尺度酸压模型,模拟酸液在碳酸盐岩裂缝中的流动,分析酸液在裂缝表面与岩石的反应和裂缝表面形状随岩石溶解的变化,得到酸蚀裂缝的表面形状,然后计算裂缝导流能力.研究结果表明,酸蚀裂缝表面形状主要由油藏属性(渗透率和岩性在裂缝表面的空间分布)决定;闭合应力和岩石强度对酸压裂缝导流能力的影响与裂缝形状相关;酸蚀沟槽较宽时,较小的闭合应力能使沟槽闭合;局部非均质性使酸蚀沟槽在较高应力下保持张开,宏观非均质性使沟槽相互连接形成贯穿裂缝的沟槽.     

考虑酸蚀蚓孔效应的酸液滤失模型及应用

碳酸盐岩高排量酸压施工过程中由于酸蚀蚓孔不可避免地生成,常常出现酸液过度滤失情况,严重制约了酸蚀主裂缝的延伸。因此,酸蚀蚓孔扩展机理研究和考虑酸蚀蚓孔滤失的酸压计算模型研究非常重要。在研究酸蚀蚓孔发育机理和酸液滤失机理基础上,将蚓孔沿长度方向分段,考虑每段蚓孔上酸液流动摩阻、流速、压力以及酸岩反应等对酸蚀蚓孔几何尺寸的影响,同时考虑基质中流体流动的影响,建立了考虑酸蚀蚓孔滤失的酸压数学模型。模型能够模拟和再现注酸过程中酸蚀蚓孔随注入排量、施工压力和时间而扩展的过程以及酸液的滤失量随时间的变化情况,与Frac PT10.1软件相比,计算结果更接近酸压实际情况。     

酸液在裂缝性碳酸盐岩地层中流动反应时流场、温度场和浓度分布的研究

油气田开发设计中,双重介质地层的流动反应是一个普遍性问题.其中,裂缝性碳酸盐岩油气层的酸化设计计算是生产中急待解决的问题.酸液在裂缝性碳酸岩地层中的渗流反应是在双重介质中非稳态渗流条件下的酸岩反应问题. 本文首先建立酸液在双重介质中流动时的渗流模型,然后应用表面化学反应动力学理论,考虑同离子效应,地层温度和酸岩反应生成热的影响,建立单一裂缝中稳态流动反应时的对流扩散偏微分方程和单一裂缝中酸液稳态流动反应时温度分布模型.然后联立上述三个模型.用稳态逐次替换法求解,给出酸液在裂缝网中的流场,温度场和酸液浓度分布规律.     

酸液滤失对酸化施工的影响研究

碳酸盐岩酸化过程中酸液滤失较严重，这将直接影响施工效果。一方面在碳酸盐岩基质酸化时，由于酸蚀孔洞的形成将增加基质的孔隙度，同时地层流体可经酸蚀孔洞流入井筒，降低近井带的渗流阻力；但是，在酸压过程中，酸蚀孔洞的形成将导致酸液大量的滤失，严重降低酸液有效穿透距离，影响酸压增产效果，使得现场施工很难达到设计施工效果。从酸蚀孔洞的成因、酸液滤失机理、酸液滤失的控制等多方面进行了论述，讨论了控制酸液滤失的方法和有效的工艺措施，并对碳酸盐岩油藏酸化施工提出了切实可行的施工建议。     

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对于天然微裂缝比较发育,液体漏失严惩的低渗透碳酸盐岩储层,酸液有效作用有效距离主要是受酸液滤失控制,但是由于酸的反应特性,酸液滤失相对于压裂液来说复杂得多,迄今为止尚未建立完善的酸液滤失模型,使得在制定施工方案时,难以科学确定酸压施工酸液用量。文章介绍了一种酸液动态滤失实验研究方法,分析了酸液滤失特征,通过对滤失实验数据的分析与处理,确定出“酸蚀蚓孔”形成时间,将其作为酸压施工注酸时间的参考值,从而避开复杂的酸液滤失计算,合理确定实施酸压作业的用酸量。将实验研究结果与现场酸压施工分析对比,结果证明具有较好的吻合性。     

胶化酸压裂工艺在碳酸盐岩增产作业中的应用

胶化酸压裂是一种针对低渗低孔碳酸盐岩裂缝性储集层进行增产改造的工艺技术。它可以减缓酸液在压开裂缝中的反应速度和降低酸液的滤失,提高酸蚀裂缝长度,改善低渗低孔储集层压裂酸化的效果。本文阐述了该项工艺技术内容,及介绍现场试验井的施工实例。     

裂缝非均质碳酸盐岩酸蚀蚓孔发育规律

碳酸盐岩储层非均质性强,天然裂缝发育,常采用酸化措施消除近井污染。天然裂缝的存在加剧了碳酸盐岩储层的非均质性,在酸化措施中必然会对酸蚀蚓孔发育产生影响。目前的研究聚焦于基质酸蚀蚓孔的发育规律,而对存在天然裂缝的碳酸盐岩酸蚀蚓孔发育规律研究较少。采用径向双尺度连续模型,结合等效渗流理论,分析天然裂缝的长度、数量与方向对酸蚀蚓孔形态特征与酸液注入的影响。研究结果表明:平行于酸液流动方向的天然裂缝越长,则注入端无天然裂缝区域的蚓孔发育越少,蚓孔突破时酸液用量越少;天然裂缝数量越多,则注入端其他方向蚓孔发育越少,初始注入压力越小,蚓孔突破时酸液用量由天然裂缝前的非均质储层物性决定;垂直于酸液流动方向的天然裂缝只能改变其附近的局部蚓孔形态,需要注入更多酸液,蚓孔才能从裂缝方向突破。