岩矿颗粒酸溶蚀反应分形模型初探

岩石矿物颗粒的酸溶蚀是油气井酸化增产技术中的重要问题。本文针对受扩散传质控制和表面反应控制时的酸岩反应情形,通过将当代数学新理论-分形几何学引入酸岩非均相反应系统,提出了酸岩二维反应分形模型,据此在一定程度上考察了岩矿颗粒表面复杂结构对酸溶蚀速率的相对影响。     

酸蚀蚓孔的分形性和酸液类型对蚓孔的影响

建立双尺度(达西尺度和孔隙尺度)蚓孔扩展模型,研究碳酸盐岩油藏酸化酸蚀蚓孔的分形性及酸液类型对酸蚀蚓孔形成条件的影响。模型考虑了孔隙中的对流传质和液固表面的酸岩反应,并用盒维数法计算了酸蚀溶解形态的分形维数。结果表明,蚓孔是对流作用与扩散作用相当时形成的,对流作用占主导作用时形成均一溶蚀,扩散作用占主导作用时形成面溶蚀;对于孔隙度大于0.7的区域,面溶蚀、蚓孔和均一溶蚀的分形维数分别为1.46、1.50和1.44,其中蚓孔的分形维数与Daccord和Lenormand得到的实验结果(1.6±0.1)相近;弱酸与岩石反应受反应动力控制,酸蚀蚓孔较粗,消耗酸液量较多;强酸与岩石反应受传质作用控制,酸蚀蚓孔较细,消耗酸液量较少。通过算例模拟发现,水平井段较长时,产生蚓孔所需的排量大,不可对其笼统酸化,宜采用分段酸化方式。     

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。     

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。     

碳酸盐岩酸蚀蚓孔双重分形描述方法

基质酸化是碳酸盐岩油气藏中应用范围最广、最经济有效的增产方式之一,而酸化最典型的特征是形成酸蚀蚓孔。由于酸岩反应影响因素多、蚓孔形态多样、生长随机性强,目前仍未形成对蚓孔的定量描述方法。对碳酸盐岩酸蚀蚓孔的定量描述主要包括确定单蚓孔形态及多蚓孔分布2部分内容,这是优化施工设计、经济有效开发此类油气藏的重要前提。为此,通过多组岩心流动实验,采用三维CT扫描后重组的手段得到了蚓孔的真实形态,并验证了岩心线性和径向流动下蚓孔的分形特征,得到了其分形维数。运用分形几何学方法,建立了单蚓孔等效长度分形计算模型,为从长度和平面分布2个维度定量描述单蚓孔提供了可能。其次,为了明确不同蚓孔在空间分布情况,建立了多蚓孔间竞争分布数学模型,并对其进行了求解和模拟分析,验证了蚓孔间竞争分布的分形性特征。在此基础上,建立了蚓孔分布双重分形模型,为定量描述三维酸蚀蚓孔形态奠定了基础,也为更准确优化酸化施工提供了可能。     

微观结构差异对碳酸盐岩酸蚀损伤的影响

为明确碳酸盐岩矿物成分、微观结构、分布形态等对酸岩反应速率、微观结构以及力学强度的影响,开展了酸岩反应速率实验、表面静态溶蚀实验以及点荷载力学强度实验.结果表明,在盐酸质量分数保持不变的条件下,灰岩与盐酸的反应速率与碳酸盐含量直接相关,碳酸盐含量越高,酸岩反应速率越快,反应越剧烈;由于灰岩裂隙区域基质与裂隙填充物矿物成...     

石灰岩颗粒酸溶蚀前后表面结构的分形特征

将地层取芯石灰岩样捣碎、筛析、酸溶蚀、测比表面,根据分形理论分析实验结果。在一定条件下,石灰岩颗粒酸溶蚀前后的表面结构具有分形特征,表面不规则性的复杂程度可借表面分维大小加以定量描述。对于给定的石灰岩颗粒,酸溶蚀导致表面分维值增加。     

石炭岩颗粒酸溶蚀前后表面结构的分形特征

将地层取芯石灰岩样捣碎、筛析、酸溶蚀、测比表面，根据分形理论分析实验结果。在一定条件下，石灰岩颗粒酸溶蚀前后的表面结构具有分形特征，表面不规则的复杂程度可借表面分维大小加以定量描述。对于给定的石灰岩颗粒，酸溶蚀导致表面分维值增加。     

酸溶蚀前后砂岩颗粒表面特征的分形分析

在油气井酸化增产技术涉及的酸岩多相反应过程中,酸岩化学反应与岩石矿物表面密切相关。由于岩石矿物表面的不规则性,以往基于欧几里得几何的数学处理,总是显得过于理想化和简单化。     

准噶尔盆地玛湖凹陷百口泉组致密砂砾岩孔隙分形特征及影响因素探讨

致密砂砾岩储层孔隙结构复杂,孔隙类型多样,非均质性强,储层孔隙结构表征困难。基于高压压汞毛细管压力曲线,利用多种分形模型计算反映储层孔隙结构的分形维数,对比分析了分形维数与孔隙度、渗透率以及孔隙结构特征参数之间的关系。相比于J函数曲线分形模型与热力学分形模型,毛细管束分形模型计算的分形维数能更好地表征致密砂砾岩储层孔隙结构。进一步从岩石颗粒粒度、碎屑成分、黏土矿物及孔隙类型等多方面探讨分析了致密砂砾岩分形维数的影响因素。分析结果显示,碎屑成分与黏土矿物是影响分形维数的主要因素,孔隙类型多样及复杂程度是分形维数的直接表现。现场应用实例表明,试油产能越大,分形维数越小,产能与分形维数有着密切的关系,可以通过分形维数评价产能大小。基于致密砂砾岩储层孔隙分形特征,利用分形维数评价储层孔隙结构的方法为砂砾岩储层孔隙结构的评价提供了新的思路与研究途径。     

鄂尔多斯盆地延长组低渗透致密岩性油藏成藏机理

以层序地层学为指导,从成藏条件解剖入手,从孔隙演化的角度分析鄂尔多斯盆地中生界上三叠统延长组低渗透致密岩性油藏成藏机理,归纳其成藏演化模式。延长组低渗透致密岩性油藏分布于优质烃源岩范围内,湖相重力流沉积与三角洲前缘沉积为主要储集砂体类型。延长组低渗透致密砂岩在早期成藏期具有高孔高渗的特点,早期生成的油气在浮力作用下正常成藏,中后期成藏过程中经历了持续压实致密过程;后期主生烃期生成的原油在浮力和源储压差共同作用下沿先前残余路径以浸润方式运聚,达到致密条件时,油气停止运移。晚侏罗世—早白垩世中期,油气在高孔隙砂岩中近源多点面状充注大面积成藏,油气从湖盆中心向四周运移;早白垩世晚期,砂岩储集层成岩作用加强,储集层发生致密化。晚白垩世之后,受西倾东翘的构造挤压抬升运动影响,形成现今低渗透致密岩性油藏。     

胶凝酸对顺北区块奥陶系碳酸盐岩力学特性的影响

从宏观和微观角度研究了压裂现场所用胶凝酸对塔河油田顺北区块奥陶系碳酸盐岩力学特性的影响,从而为目标区块的碳酸盐岩储集层油藏的高效开发提供依据。通过开展胶凝酸处理碳酸盐岩岩样后的微观组构及其力学特性的影响试验结果可知：顺北区块奥陶系碳酸盐岩具高碳酸盐矿物、低石英、少杂质的矿物组分特征;静态酸岩反应后微观矿物晶间距明显增大,矿物中方解石含量由93%减至88%,仍属于高脆性可压裂储集层;不同酸液的静态酸岩反应及其单轴压缩试验可知最佳反应时间为30 min,各物理参数和力学指标劣化效应显著;胶凝酸处理30 min后岩样的密度和纵波速度明显减小,其抗拉抗剪强度明显弱化;胶凝酸作为反应酸液,对碳酸盐岩岩样产生宏观结构的酸蚀和微观孔隙裂隙的损伤,其物理参数和力学指标等均产生了劣化效应,故胶凝酸对碳酸盐岩储集层压裂改造和裂缝扩展具有重要意义。     

复杂非均质碳酸盐岩储层酸岩反应动力学特征及酸压对策研究

与国内外大型缝洞型碳酸盐岩储层不同,冀中坳陷廊固凹陷北部杨税务潜山具有储层埋藏深、温度高、低渗致密、储集空间复杂,非均质性强等特征,酸压改造成为提高单井产量的必备技术,但由于岩性和裂缝发育的不同,酸岩反应特征复杂,储层酸压改造设计针对性差。针对杨税务潜山峰峰组、上马家沟、下马家沟、亮甲山四套储层特征,开展酸岩反应主控因素研究,建立不同储层类型的酸岩反应动力学方程,根据酸岩反应实验与裂缝导流能力评价,提出四套储层的个性化酸液配方及改造对策,指导了区块13井次的高效改造,为亿吨级储量动用提供了技术保障,也为国内类似基质裂缝型碳酸盐岩的储层改造方案设计提供了技术借鉴。      

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。     

通过岩石抗压强度测定评价酸液性能

针对大庆外围葡萄花油层酸处理所需的氢氟酸与储层岩心的酸岩反应对岩石抗压强度的影响情况,进行实验研究,即通过模拟油藏条件的岩石力学参数测定,获得酸化前后岩石抗压强度的变化情况.实验结果显示,储层温度高、增加酸液浓度、加大酸液用量、延长反应时间,都会降低岩石的抗压强度.降低酸液浓度和用量有利于保护岩石骨架,避免近井眼岩石酸化后造成孔隙坍塌和加速微粒运移.表明了岩石抗压强度的测定是一种评价酸液性能好坏的必要手段,对现场酸液浓度、用量及关井反应时间的确定具有指导意义.     

Ti-Mg聚乙烯催化剂的制备及其分形形态的研究

应用分形理论研究了Ｔｉ－ Ｍｇ 负载型聚乙烯催化剂的形态。采用改进的盒子维法对扫描电镜照片进行分析计算,得到了催化剂及其聚合物的表面分维值。探讨了催化剂制备反应时间、反应温度及搅拌速率对催化剂表面形态的影响,以及催化剂分维值对聚合活性及其聚合产品形态的影响。结果表明,随着反应时间的延长和反应温度及搅拌速率的提高,催化剂表面的粗糙无规则度随之增加,聚合活性有所提高。而过低或过高的催化剂初始分维值对聚合物的形态都将产生不利的影响,因此在工业应用中催化剂分维值应选取一最佳范围。     

耦合双重分形蚓孔的表皮因子计算模型

基质酸化是碳酸盐岩油气藏最经济有效的增产方式之一,表皮因子是此类油藏酸化设计中的关键因素。鉴于酸岩反应影响因素多,酸蚀蚓孔生长随机性强,且呈分支型体积展布,以往的表皮因子计算模型通常只将其简化为一等效半径,计算结果可靠性较低。为此,引入了以不规则几何形态为研究对象的分形几何学方法,验证了室内实验得到的单蚓孔平面分布的分形性,得到了其分形维数及单蚓孔长度扩展模型。结合Golfier模型,对多蚓孔同时扩展模拟结果进行了分析,建立了描述多蚓孔间竞争分布的双重分形数学模型。在此基础上,按照酸蚀蚓孔长度与污染半径间对比关系,将表皮因子计算模型改进为两区模型、三区模型和交叉分布模型3种模式。结合现场实际数据,对计算结果进行了参数敏感性分析。根据表皮因子随用酸量、施工排量的变化趋势可以优选施工参数,渗透率差异系数代表储层污染程度,也是影响表皮因子和增产效果的重要因素和选井选层的重要依据。对比表明,通过常规等效半径模型得到的表皮因子小于双重分形模型下的计算值,这也解释了碳酸盐岩储层在负表皮因子下,经过酸化后仍能增产的原因。