碳酸盐岩基质酸化过程中蚓孔形成的模型研究

碳酸盐岩基质酸化的成功与否极大地依赖于蚓孔地层，蚓孔的形成是一个动态的过程，影响蚓孔形成和穿透的因素有：酸的注入速度、反应速度和分子扩散速度。引进几个无因次参数，考虑不同的酸化动态对蚓孔形成的影响，建立了一个新的蚓孔模型来预测碳酸盐岩基质酸化过程中蚓孔的形成。在岩石和酸的性质已知的情况下，模型利用相关的参数预测了蚓孔的长度与酸的注入速度的关系，预测了蚓孔的穿透时间，估计了最佳注酸速度，对碳酸盐岩基质酸化具有指导意义。通过引进分维数，可以将该模型推广到2D和3D径向流形态。     

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。     

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。     

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。     

二氧化碳酸化的井温计算及合理注入速度的确定

设计注液态二氧化碳酸化（或酸吐）方案时，需要确定井稠内温度的变化，井筒内液态二氧化碳的温度场是深度和时间的函，合理的注入速度也随深度和时间而变化，本文根据井筒传热过程的分析，建立起液态二氧化碳的温度分布规律的普遍表达式，提出了确定合理注入速度的方法，并讨论了不同的注入速度和注入量对温度分布规律的影响。     

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。     

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。     

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。     

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。     

碳酸盐岩酸蚀蚓孔的一个新的阐释

优化基质酸化对获得最有效的增产处理十分重要.找到最佳流速成为许多文章的主题,其中一些文章关注寻找一个最佳Damkohler数.该方法只有在已知线性岩心纵横比时才可找到一个独特的解决方案.此外,在不同的实验室,最佳Damkohler数的突破孔容不同,而且仅仅是调整到一标准曲线.本文弥补了不同实验室使用不同纵横比带来的数据间的差距.采用了最小化突破孔容的方法.孔容是孔隙速度的函数.要使用Damkohler数,需要知道所有岩石的反应速率,但在已经发表的文章中无法获得.因此,该模型使用了温度而非反应速率.本文分析了许多常规盐酸的测试结果,并考虑了温度、酸液浓度、岩心的纵横比、孔隙度及渗透率的差异.所得的全局函数可描述全部数据,数据急剧减小,形成一条标准曲线.从该标准曲线中可以预测在不考虑纵横比的情况下对给定岩石进行的一系列实验所得的最佳泵注速度.新方法通过考虑单一数学描述中酸液浓度、岩心的纵横比、测试温度和岩石形态的不同实验室的线性岩心测试数据,使酸蚀蚓孔得到优化和改进.     

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。     

川东北超深井碳酸盐岩储层酸化工艺研究

川东北地区的天然气气藏为碳酸盐岩高含硫气藏,井深在4000m-7000m,属高含硫超深井。其中部分超深井的试气层段储层埋藏深（〉6000m）,储层的破裂压力高,由于地面设备条件的限制,很难对其实施酸压作业,酸化施工成为勘探评价的重要手段。通过研究蚓孔的扩展规律,确定了以最大穿透距离作为酸化规模优化的指标,形成了深井碳酸盐岩酸化工艺及其配套工艺,并在YB2井长兴组储层实施取得了明显的增产效果。图4表1参6     

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。     

多级注入闭合酸化工艺技术研究

多级注入闭合酸化工艺是深度酸压工艺的一种,它是通过降低酸液的滤失、减缓酸岩反应速度和利用酸液的指进效应提高酸液有效作用距离,通过闭合酸化提高酸蚀裂缝导流能力,以提高酸压井的增产效果,很适合酸溶成分较多的储层增产.准东采油厂北403井和北404井目的层渗透率低,但地层压力高,属石炭系构造,酸蚀矿物含量较高,适合多级注入闭合酸化工艺.采取闭合酸化工艺施工后,北404井初期产量接近100 t/d,稳定产量15 t/d,北403井稳定产量8 t/d,两口井累计产油4 730 t,取得了良好的经济效益.     

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。     

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。     

微粒运移临界速度及伤害半径定量计算方法

油田注采过程中,由于储层微粒的物理、化学性质不同,流体流动会引起油气层中微粒运移并堵塞孔喉,造成储层伤害,影响采收率。将室内实验结果与实际生产开发相结合,从岩心的速敏实验临界流量入手,通过与裸眼井混相径向流临界流量转换,反推出生产中射孔井的临界产量,根据与实际生产对比结果,评价各井储层伤害程度,进而调整油井生产状况,最终达到增产目的。