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。     

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。     

裂缝性碳酸盐岩酸蚀蚓孔数字化分析

在裂缝性碳酸盐岩储层酸压过程中容易形成酸蚀蚓孔,有效沟通渗流通道,而酸液滤失前/后裂缝表面形态的研究,存在着描述的量化问题。利用三维激光扫描仪对滤失前后裂缝壁面形态进行扫描及数字化处理,量化地描述酸蚀蚓孔。数字化分析研究表明,从数字化得出的裂缝壁面形态等值线图与三维图可清楚看到裂缝壁面酸蚀蚓孔形态;从裂缝间距等值线图和三维图可直接得到酸蚀蚓孔在不同位置处的大小;从裂缝壁面吻合度柱状图和裂缝间距分布柱状图,可得到酸蚀蚓孔不同间距的点云数量及其所占比例,计算酸蚀蚓孔体积,为酸压设计提供指导作用。      

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。     

碳酸盐岩酸压中酸蚀蚓孔的认识与思考

酸蚀蚓孔效应作为影响酸压中酸液滤失的一个重要因素,已经引起人们的重视。国内外学者在酸蚀蚓孔效应的形成机理、影响因素以及考虑蚓孔效应的酸液滤失模型方面进行了大量的研究,到目前,国内外关于酸化压裂设计中的蚓孔动态扩展模型的研究还很少,并且现有的蚓孔模型在应用上也有一定的局限性。据此就目前国内外在酸蚀蚓孔效应方面的研究工作进行了概括总结,并提出了现存的问题和今后研究的重点,对研究酸压中的滤失问题及蚓孔模型的建立有一定的指导意义。     

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。     

不同注入条件下地层酸蚀蚓孔扩展规律

在碳酸盐岩酸化中,地层条件下酸液流动引起的蚓孔扩展情况与实验室条件下的不同,因此有必要对地层条件下的蚓孔扩展规律进行研究.应用1种二维双重尺度连续模型并耦合1个压缩区模型进行了研究,结果表明:与实验室条件相比,地层条件下的蚓孔扩展速度较慢;定压条件下,地层流体的压缩系数越小,蚓孔扩展速度越慢,反之亦然;定流量条件下,地层流体的压缩系数越小,入口压力下降越慢,出口压力上升越快,反之亦然;由于压缩区和施工条件的影响,地层条件下的蚓孔长度存在最大值;建立表皮系数模型,通过实例分析发现,蚓孔未突破污染区域之前,定流量条件下的蚓孔扩展速度和表皮系数下降速度均大于定压条件下的结果,蚓孔突破污染区域之后,二者几乎没有差异,且注酸量存在最优值.     

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。     

酸压井酸蚀蚓孔区对产能的影响

针对酸压后蚓孔区影响油井产能问题,将酸压井的酸蚀蚓孔区考虑为双重介质系统,导出酸压井蚓孔区渗流模型。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得各流动阶段井底压力解,从而建立了考虑蚓孔影响的酸压井产能公式。对各个渗流阶段无因次时间与无因次导流能力的分析结果表明,蚓孔区对低渗透油藏的酸压产能影响明显。研究结果为合理预测酸压井产能提供了一条可行途径。     

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.     

裂缝性碳酸盐岩储层蚓孔分布及刻蚀形态实验研究

酸液沿酸蚀蚓孔的滤失是酸液滤失的主要控制因素,酸液滤失严重制约了酸蚀主裂缝的延伸,减小了与远井优势储集体沟通的几率,影响酸压改造的有效率。利用长岩心平板流动实验,模拟酸压改造中酸液在裂缝内的二维流动反应过程。实验发现,酸蚀蚓孔的数量及尺寸主要与酸液注入速率有关,而蚓孔的产生位置具有很强的规律性,主要沿天然裂缝生长发育。通过变裂缝开度酸刻蚀实验研究了酸液不同开度微裂缝中的流动反应过程,实验发现岩面的主要刻蚀形态包括：大于1mm尺度裂缝对应的全岩板均匀溶蚀;1mm～0．5mm尺度裂缝对应岩板大面积非均匀刻蚀;0．1mm左右尺度裂缝对应的局部较深、较窄圆柱形溶蚀通道。实验测试结果对针对性地采取降滤失措施具有一定的指导意义。     

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。     

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。     

碳酸盐岩多尺度三维酸蚀蚓孔立体延伸动态模拟

在双重尺度模型基础上建立了多尺度三维酸蚀蚓孔延伸模型并阐述了其数值求解方法。同时,利用地质建模方法建立了孔隙空间关联分布模型,成功解决了孔隙空间突变问题,使模拟结果更加真实可靠。通过模拟发现,注入速度是影响蚓孔形态的主要因素,随着注入速度的增大,溶蚀结构可分为面溶蚀、锥形结构、主蚓孔、分支结构和均匀溶蚀5类。当扩散速度与对流速度相当时会产生主蚓孔通道,越靠近注入端口的蚓孔越粗,而越接近出口端的蚓孔越细。主蚓孔在延伸过程中大致会经历以下4个阶段：蚓孔竞争发育、形成优势通道、主蚓孔突破岩心和蚓孔内径扩宽。其次,孔隙空间联通性是蚓孔扩展路径的决定因素,蚓孔最终沿初始高孔渗分布轨迹突破岩心。最后,通过现场算例验证了该模型及方法用于模拟碳酸盐岩储层酸化、酸压中蚓孔扩展的可行性与正确性,并为该研究领域的精细化模拟预测提供了新的手段。     

白云岩储层酸压过程中酸液的滤失控制

白云岩储集层酸压改造中的酸液滤失是影响施工效果的关键,常规室内测试结果不能反映入地酸液流体的真实滤失行为。从酸液滤失模式分析入手,结合酸与白云岩石反应动力学特征,探讨了白云岩储层的点蚀密集型、溶蚀孔洞型、溶蚀穿透型酸液滤失行为,认为储集层天然裂缝、白云岩自身物性特征、H+传质系数和反应速度的影响是主要控制酸液滤失的内在因素,并以此为依据提出了现场酸压控制酸液滤失的对策：对于天然裂缝较发育的白云岩储集层,实际酸液滤失程度不及石灰岩,但总体上建议采用黏滞性前置液诱发裂缝（必要时可考虑追加少量粉陶）,尽可能地采用低H+传质系数和低反应速率的高黏酸液体系,交替注酸和附加前置液段塞也能很好地控制地层中酸液的滤失。     

白云岩储集层酸液滤失机理研究

在白云岩储集层中,酸液滤失是影响酸化压裂效果的关键参数之一。文中在研究酸液滤失机理方面,开展了大量的白云岩酸液滤失试验,进行了酸型、酸液流速和温度对酸液滤失影响因素分析,从而提出了选择适当的酸液体系和酸化工艺等控制酸液滤失的方法,为酸压施工,提高储集层产量对酸起到一定指导作用。     

白云岩气藏基质酸化后产能预测方法研究

解堵酸化是白云岩储层广泛采用的油气层改造措施,在评价白云岩气藏酸化效果和经济效益时必须进行气井酸化后产能预测.白云岩储层基质酸化过程中会形成酸蚀蚓孔,酸蚀蚓孔的穿透距离直接影响到气井的酸化效果,即气井的酸化后产量.由于气体渗流的特殊性和酸蚀蚓孔的复杂性,使得气井酸化后产能的预测更加复杂.在对酸蚀蚓孔穿透距离和表皮系数研究的基础上,将其与气体渗流结合起来,导出了一种考虑酸蚀蚓孔效应的预测白云岩气藏酸化后气井产能的新方法.通过实际生产数据的对比,符合程度较高,可以应用于现场生产.