裂缝性低渗透油藏酸岩反应理论模型研究及应用

建立了酸液在裂缝中流动的流速场数值计算模型，在考虑酸液纵向传质的基础上，推导了酸液浓度分布的数值模型，给出了模型求解方法；酸液在裂缝内流动反应过程中，缝高方向流速的变化导致其反应速度的变化，采用三维模拟方法计算的酸液浓度在缝高方向不再为一定值；由此可计算酸蚀裂缝导流能力沿缝高的变化，比仅考虑酸液沿缝长作一维流动的传统模型具有更好的适应性。研制和开发了三维酸化压裂模拟设计软件，以某气井为例进行单井施工参数的优化设计，推荐优化施工参数，设计思路对类似油田的酸化压裂方案优化设计具有重要的参考价值。     

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。     

酸液有效作用距离预测及影响因素分析

酸液有效作用距离是酸压设计计算中的主要参数,也是影响酸压效果的主要因素.因此,酸液有效作用距离的准确预测就显得相当重要.文章提出了一种计算缝中酸液质量分数分布的数学模型,该模型考虑了酸液在缝中沿长、高方向的流动及沿缝宽方向的对流扩散,能预测酸液质量分数沿裂缝长度和宽度方向的变化,模拟计算结果显示其比传统酸质量分数计算模型具有更好的适应性.最后分析了酸液质量分数、温度、同离子效应、注入排量、酸液用量和天然裂缝等因素对酸液有效作用距离的影响,从而能为碳酸盐岩储层酸压设计及施工效果预测提供依据.     

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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。     

改进的三维酸液流动反应模型及酸压方案优化设计

考虑酸液沿缝长、缝高方向的运移以及酸液在裂缝宽度、高度方向的对流扩散．建立了酸液三维流动反应数值计算模型．给出了模型的求解方法；利用开发的多级酸压模拟设计软件．对塔河油田4口井的酸压方案进行了优化设计．优化的主要参数为酸压施工中容易控制且与酸压效果及施工成本密切相关的参数，如施工排量、酸液用量、前置液量等；与实际施工对比说明了设计方法的可靠，设计思路对于指导油田的酸压方案优化设计具有一定的实用意义。     

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。     

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。     

缝中酸液流动反应模拟研究

酸液在缝中的流动反应是酸压设计中的一项重要内容,大部分二维酸液流动反应模拟模型都假设了缝宽不变,并且在求解时引入传质系数将二维模型一维化来求解,影响了计算精度。为此,基于物质守恒原理建立了新的酸压缝中酸液流动反应模拟模型。该模型避免了缝宽为恒值的假设,在求解时直接沿缝长和缝宽方向差分化并采用"追赶法"求解,不需引入传质系数以减少模型维数。计算实例表明,所提出的酸岩反应模型能较真实地反映酸液在缝中的流动反应。     

酸蚀蚓孔控制的酸压滤失计算方法研究

酸液在酸压裂缝内流动时，有少数较大的岩石孔隙或天然裂缝首先受到过量酸液的溶蚀而迅速增长形成蚓孔，使滤失主要在蚓孔内发生。因此研究酸液滤失，必须考虑酸蚀蚓孔的影响。文中剖析了酸压中经由酸蚀蚂蚓孔的酸液滤失机理，建立了单个蚓孔内酸液流动压降计算模型、酸蚀蚓孔的扩展模型、酸液在蚂蚓孔内流动反应模型。分别考虑酸液在酸蚀蚓孔中体积扩展滤失、沿酸蚀蚓孔壁面滤失和蚂蚓孔末端滤失，提出了定量计算酸压中酸蚀蚓孔滤失方法，为酸压施工中控制酸液的滤失提供理论依据。就影响蚓孔增长及滤失的裂缝净压力、酸液粘度等因素进行了计算分析，并分析了蚓孔对酸液有效作用距离的影响。     

大尺寸岩板测定酸液有效传质系数新方法

H~+有效传质系数是酸岩反应动力学的关键参数之一,是碳酸盐岩储层酸压设计的基础参数。目前,通常采用旋转岩盘仪或常规尺寸平行板流动实验对该参数进行测定。但是,旋转岩盘仪测试不能模拟酸液在裂缝中流动条件下的反应,而且对高黏液体测试结果存在偏差。在平行板流动实验中,若岩板尺寸短小,采用岩板质量差或者酸液浓度差来计算H~+传质系数误差较大。针对现有测试方法的不足,设计了一种大尺寸岩板线性动态驱替方法测试裂缝中酸液流动反应的H~+有效传质系数。在过酸前后,对大尺寸岩板进行三维激光扫描,测量出岩板过酸后的酸蚀体积,进而计算酸液消耗速度和H~+有效传质系数。实验测量川西下二叠统栖霞组白云岩与胶凝酸和转向酸的H~+有效传质系数介于(1.50～2.31)×10~(-5)m/s之间。大尺寸岩板酸液H~+有效传质系数测定方法为酸压裂缝模拟、酸压设计及酸压效果评价提供了更可靠的关键动力学参数。     

考虑岩矿非均质性的前置液酸压模拟研究

前置液酸压工艺采用高黏非反应性前置压裂液压开储层形成水力裂缝,然后高压挤入酸液刻蚀裂缝表面,形成非均匀溶蚀缝面以此来增强裂缝的导流能力。为了给深部碳酸盐岩储层的前置液酸压改造提供理论依据,在建立多种矿物存在的裂缝酸化数学模型的基础上,结合裂缝拟三维延伸模型,构建了能够正确描述前置液酸压物理、化学过程的综合控制方程组;基于控制方程,模拟分析了岩矿层理、岩矿组分占比和排量等关键因素对前置液酸压改造效果的影响。结果表明:(1)岩矿层理对酸蚀裂缝形态起主导作用,且水平层理有助于提高酸液的有效作用距离;(2)石灰岩在碳酸盐岩矿物中所占比例越大,酸液有效作用距离越短;(3)在考虑岩矿非均质性的前置液酸压改造中,大排量能增加酸液的有效作用距离,但酸蚀缝宽相应变窄。结论认为:(1)与常规酸压模拟方法相比,该方法充分考虑了受地质沉积影响的岩矿分布特点,较真实地模拟了岩矿非均质性所引起的裂缝非均匀刻蚀形态;(2)该研究成果为碳酸盐岩储层前置液酸压改造优化设计提供了新的方法和手段,丰富了碳酸盐岩储层改造理论。     

高粘度酸液在人工裂缝中流态规律研究

随着油气田勘探开发应用技术的不断深入,高粘度酸液越来越多地应用到不同类型的复杂致密油气藏的储层改造中。高粘度酸液可以降低滤失量、减缓反应速率,实现酸液的深度穿透。研究高粘度酸液在人工裂缝中的流动状态对模拟其滤失和酸岩反应过程具有重要意义。运用幂律流体的雷诺数分析法和稳定性Z值法,对高粘度酸液在地层裂缝中的流动状态进行了研究。分析发现影响高粘度酸液流态的主要因素有酸液排量、裂缝高度、裂缝宽度、酸液稠度系数、流态指数。其中酸液的稠度系数为主控因素。当稠度系数小于0.015Pa.sn时,常规施工中的地层酸液为紊流状态。因此普通酸酸化时的地层酸液为紊流状态,而常规酸压中高粘度的稠化酸和交联酸在地层中一般为线性层流状态。研究认为增加排量对酸液的流态影响不大。     

考虑裂缝壁面蚓孔区影响的酸压井产能预测

酸压施工时，酸液在裂缝中流动并沿裂缝壁面滤失形成蚓孔区，酸压后井的产能将受到蚓孔区的影响。因此，考虑裂缝壁面蚓孔区影响的酸压井产能预测研究对于提高酸压效果有着重要的意义。在分析了蚓孔的形成对产能造成的影响基础上，将蚓孔区考虑为双重介质系统，提出了一种新的考虑酸压蚓孔区对产能影响的模型。将地层分为裂缝线性流、改进的双线性流、地层线性流和拟径向流阶段等４个阶段，并建立了相应的渗流数学模型；基于有限导流垂直酸压裂缝井理论，采用 Laplace变换，将蚓孔区双重介质渗流数学模型结合裂缝流动模型、地层线性流模型以及地层拟径向流模型求取了４种流动阶段的井底压力解；分析结果表明，蚓孔区对低渗透油气藏的酸压产能影响明显。采用所建立的二项式酸压产能预测模型分析了裂缝半长、裂缝导流能力、地层压力对产能的影响，并对塔里木油田的实例井进行了产能预测，结果与试井数据接近。     

哈法亚油田孔隙性石灰岩储层酸压先导性试验

中东地区哈法亚油田的Mishrif油藏为强非均质性整装背斜油藏,在构造边部进行酸压先导性改造试验过程中,受边底水影响,改造规模有限;储层岩石岩性纯不利于酸压过程中酸液的非均匀刻蚀;杨氏模量低,应力隔层遮挡能力较差,不利于缝长的延伸和缝高的控制;酸岩反应后原油乳化问题严重不利于返排。数值模拟和实验结果表明:针对储层特点,采用多级交替注入酸压工艺,优化注入工艺参数,能够增加酸岩反应作用距离,实现非均匀刻蚀;采用纤维暂堵降滤、互溶剂破乳助排配套技术,解决了压裂过程中酸液滤失大和压后返排困难的难题,最后阶段的闭合酸化增加了井筒附近的导流能力。优选了“交联压裂液+胶凝酸”的液体体系有效延缓了酸压反应速率,在现场MF3井取得了很好的应用效果,有效酸蚀缝长达到80 m,单井测试日产油达到317 t/d,储层改造效果显著。该研究为中东地区此类储层动用提供了有效的工程技术手段。     

碳酸盐岩酸化压裂CO2量的计算

酸化压裂过程中,酸液沿裂缝壁面岩石流动反应,生成大量CO2。这些CO2部分溶解在残酸溶液中,部分游离于裂缝内,气相物质的存在对酸液流动反应过程具有重要影响、CO2的临界温度为31．05℃,临界压力为7．37MPa,在储层条件下游离CO2一般处于超临界状态。根据质量守恒原理与相平衡原理,文中总结了酸化压裂过程中CO2生成量、溶解量以及超临界游离CO2体积的计算方法,并进行了实例分析。计算结果表明,酸一岩反应生成的CO2数量巨大,其中小部分溶解在残酸溶液中,绝大部分以超临界状态游离在裂缝中,需考虑其对酸液流动反应和裂缝延伸的影响。