碳酸盐岩酸化径向蚓孔扩展形态研究

针对碳酸盐岩酸化过程中存在的酸蚀蚓孔扩展问题,建立了一种适用于径向的达西尺度和孔隙尺度的双重尺度模型,并利用该模型研究了径向上酸蚀溶解的形态特征和主要影响因素,分析了蚓孔形成的条件。结果表明:新建模型与前人的实验结果非常吻合,能够用于研究径向蚓孔扩展;注入速度越大或扩散系数越小时,对流作用起主导作用,易于形成均一溶蚀;扩散系数越大或注入速度越小时,扩散作用起主导作用,易于形成面溶蚀;蚓孔是在对流作用与扩散作用相当的条件下形成的,它既能提供足够高的渗透率,又能最大限度地降低酸液用量;当扩散作用过大时,靠近井筒的一定区域内容易形成面溶蚀,在此区域外形成蚓孔突破;非均质程度存在一最优值,小于该值时,随着非均质程度的增强,蚓孔密度和突破体积均呈下降趋势,大于该值时,蚓孔密度和突破体积对非均质程度不敏感。     

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。     

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。     

碳酸盐岩油藏非均质性对蚓孔扩展的影响

在碳酸盐岩油藏的酸化过程中,酸蚀溶解形态对酸化效果影响很大,缝洞型碳酸盐岩油藏孔洞和裂缝的存在影响酸液的流动轨迹,进而影响酸蚀溶解形态。通过1种基于双重尺度(达西尺度和孔隙尺度)的径向蚓孔扩展模型对此问题进行了研究。结果表明,存在1个形成蚓孔的最优注入速度,此时的酸液用量最少且酸化后的蚓孔具有足够大的导流能力;对于缝洞型碳酸盐岩油藏,酸液易于进入孔洞和裂缝区域,从而绕过致密区域;对于一定的模拟区域和网格划分,随着油管半径的增加,形成蚓孔所需的最优注入速度增加。     

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。     

酸蚀蚓孔发育模型综述

基质酸化是碳酸盐岩油气藏的重要增产措施,其增产效果极大程度上依赖于酸蚀蚓孔的生长情况。所以,运用数学模型对蚓孔生长进行模拟尤为重要。综述了毛细管模型、网格模型、无量纲模型与双尺度连续性模型等4种蚓孔生长模型的研究进展。毛细管模型运算简便,能模拟蚓孔生长过程中长度与半径的变化情况,但缺乏对最佳注入速率、面溶蚀、均一溶蚀等形态的认识;网格模型能较好地研究溶蚀情况,但由于大量繁琐的计算使其应用效率较低;无量纲模型能够较全面地描述溶蚀形态以及孔隙突破体积,但该模型不能独立运用,需要结合其他模型使用;双尺度连续模型能综合考虑各种影响因素,弥补了上述各类模型的不足。但是,目前缺乏对蚓孔密度的计算,仅局限于实验条件下的岩芯模拟。建议蚓孔模型应向现场发展,将分形理论与蚓孔模型结合,用分维表示蚓孔模型中的参数,简化模型运算的复杂程度,使其更好地适应现场实际。     

酸化过程中蚓孔长度和临界注入速度的计算方法

提出了一种新的模型来计算碳酸盐岩酸化过程中蚓孔的长度和临界注入速度。该模型通过各种酸液动力学(包括对流、扩散和酸液反应)来处理蚓孔过程。当已知岩石和酸液性质时,由相关的物理参数,可以预测出蚓孔的长度。与具体的石灰岩和白云岩岩心实验数据相比较,该模型精确预测了蚓孔的突破时间;还可计算出临界注入速度(或者说最优注入速度)。在实际的应用中,模型能够通过分形维数来恰当地延伸到二维和三维径向流中。提出的蚓孔模型适用于包括裸眼井和射孔井的油田实际情况。在理论和实验研究的基础上,该模型能够优化油田碳酸盐岩酸化措施。     

白云岩酸蚀蚓孔模拟实验与分析

酸蚀蚓孔能大大改善低渗透白云岩储层渗流条件、提高酸化增产效果,而蚓孔发育条件是关系到该类储层酸化施工中酸液体系和施工参数优化的关键问题。采用稠化酸和盐酸进行了缓蚀性能实验对比;针对低渗白云岩储层天然裂缝发育的特征,采用人工剖缝方式模拟天然裂缝中酸液流动反应特征,实验分析了注酸排量、酸液粘度、温度以及用酸量对蚓孔发育的影响。实验结果表明：稠化酸较高的粘度有利于增加酸液有效作用距离和酸蚀蚓孔的扩展;酸岩反应温度过高,限制了酸化施工对地层渗透率的改善效果;酸液用量存在最优值,过多的酸量注入只会造成浪费。     

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。     

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。     

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。     

低弹性模量碳酸盐岩储层裂缝导流能力实验研究

中东及中亚地区碳酸盐岩储层弹性模量较低,仅为中国碳酸盐岩储层弹性模量的1/2~1/3。这类储层酸压后增产有效期短、裂缝导流能力难于保持。为此开展了室内实验,研究储层弹性模量、排量和酸压工艺对裂缝导流能力的影响。结果表明:对于低弹性模量(＜20 GPa)碳酸盐岩来说,采用胶凝酸酸压,在闭合应力超过20 MPa后导流能力无法保持;对于低弹性模量碳酸盐岩,高排量比低排量的导流能力强。高闭合应力条件下,闭合酸化可以有效提高裂缝导流能力,且闭合酸化时低排量注酸导流能力提高效果更好。中东S油田碳酸盐岩酸压后虽然产生大量的酸蚀蚓孔,但没有形成有效的导流能力,采用加砂压裂后导流能力更好。     

基于分步算法的裂缝性碳酸盐岩油藏大尺度酸化数值模拟

碳酸盐岩储层非均质性强,基质酸化时常形成酸蚀蚓孔。蚓孔作为优势通道能够有效沟通裂缝系统、增加酸化作用距离。限于计算精度和模型收敛条件,多数学者往往在厘米尺度对裂缝性地层酸化进行小规模研究。但酸化尤其是深部酸化的作用距离通常在米级,油田现场亟需一种适合大尺度地层的高效酸化模拟方法。基于经典的双尺度连续模型,利用离散裂缝网络模型,求解了径向流裂缝性地层蚓孔扩展问题;提出的分步算法可忽略近井已酸化区域的溶蚀扩孔过程,仅需考虑不同酸化阶段对蚓孔产生实际影响的裂缝,并可追踪主蚓孔的生长动态。研究表明,有限的计算域边界将为模拟结果带来较大误差,在酸化区域外设置一定的渗流阻力区,可以有效模拟蚓孔在无限大地层中的生长过程;同时流场分析表明,裂缝周围存在局部控制域,控制域尺寸与裂缝在酸液注入方向上的投影有关,与裂缝位置无关;蚓孔的生长轨迹由控制域覆盖蚓孔尖端的裂缝决定,与其他裂缝无关;入口压力和主蚓孔位置的酸液浓度与注酸时间的对数成线性关系;提出的分步算法具有较高的计算效率,可逐步模拟蚓孔在大尺度、复杂裂缝地层中的生长过程。     

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.     

考虑压力溶解的酸压裂缝长期导流能力模拟方法

由于酸压施工的高成本及高风险,在设计阶段需要对酸蚀裂缝导流能力这一影响酸压改造效果的关键参数进行预测。目前关于酸蚀裂缝导流能力预测的研究尚存在一些问题,通常情况未考虑酸蚀裂缝长期导流能力的变化,导致预测的产能与实际产能存在一定差异。基于酸蚀裂缝闭合机理,考虑酸蚀裂缝中粗糙接触面上岩石的溶解、扩散和自由面上的溶解沉淀这3个过程的综合作用,建立了考虑压力溶解作用的酸蚀裂缝长期导流能力预测模型。研究表明,压力溶解作用对于酸蚀裂缝长期导流能力的影响不可忽略;压力溶解过程主要受控于裂缝间的化学势的影响,当体系达到平衡,反应停止;裂缝初始宽度、裂缝间初始接触面积比等因素都会影响压力溶解作用的强弱,裂缝初始宽度越大,裂缝间初始接触面积比越小,压力溶解作用越强,裂缝宽度下降越快。研究成果可以提高酸蚀裂缝导流能力的预测精度,为酸压设计提供可靠的参数,更为准确地描述酸压后产能的递减规律。     

对乳化酸和滤失控制酸在碳酸盐储层酸化中的特性认识

乳化酸和滤失控制酸是适用于碳酸盐储层深度改造的两种工作液体系,既可用于基质酸化,也可用作酸化压裂。通过分析酸液组成、缓速性能、流变性能、提高渗透率、注入时的压力回应等实验室测试结果,对比说明了两种酸液体系在碳酸盐岩储层中的反应特性。     

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。     

裂缝性高温基岩气井硫酸钙溶垢研究及现场应用

柴达木盆地尖北、东坪气田储层温度为170℃,且垢样沉积具有多样化,对硫酸钙的溶垢研究提出了很大的挑战,为了解决该区块连续出现井筒结垢,影响气井生产及各项测试作业开展的难题。通过分析垢样组份、明确结垢机理和调研溶垢方法,针对现场垢样开展溶垢研究,区分井筒垢样沉积、储层结垢分别形成了碳酸盐置换溶垢、酸性有机磷酸溶垢配方及工艺,开展了现场应用。结果表明,井筒垢样成份为高纯度硫酸钙及少量的碳酸盐、铁质;垢样来源为高矿化度地层水中成垢离子随着压力逐渐降低,水份蒸发在井筒,炮眼、近井地带沉积结垢;碳酸盐物相置换溶垢法适用于井筒沉积的硫酸钙溶垢,可利用储层高温达到所需反应温度且对井筒管柱无腐蚀;酸性有机磷酸螯合剂溶垢法适用于沉积在炮眼、储层近井地带的硫酸钙溶垢,可同时结合相应的酸化液体系开展复合酸化工艺,减缓二次沉淀造成的储层伤害。最终有针对性的形成了2套溶垢剂配方及相应的溶垢工艺,可有效溶解储层硫酸钙,解决了现场技术难题,为气田增产、稳产做出了巨大的贡献。