碳酸盐岩储层基质酸化酸蚀蚓孔模拟研究

在双尺度模型基础上,推导出三维酸蚀蚓孔扩展模型,并对比分析了二维和三维酸蚀蚓孔模拟结果。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。      

孔隙性碳酸盐岩酸蚀蚓孔延伸三维模拟及分析

本文通过控制单一变量法对蚓孔的生长情况进行分析,从而对酸化、酸压领域关于蚓孔扩展方面提供了一种有效正确的工具。     

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。     

考虑酸蚀蚓孔的碳酸盐岩储层酸压产能预测

碳酸盐岩酸压施工中在裂缝壁面产生按一定密度排列的蚓孔,会对产能有一定影响,但是以往酸压直井产能预测模型很少考虑蚓孔的影响,且忽略了酸压裂缝和蚓孔之间的相互干扰,这和实际不相符。在前人研究的基础上,考虑酸压主裂缝上蚓孔的分布对于产能的影响,将蚓孔与人工裂缝做同样的离散化处理并根据复位势理论、势的叠加原理以及数值分析理论,建立了考虑蚓孔的直井产能预测模型。对比不考虑蚓孔和考虑蚓孔情况下的产能,同时对油藏中酸压裂缝长度、蚓孔分布密度以及蚓孔平均长度等影响产能的因素进行了模拟分析,得出其对产能的影响规律,为合理预测酸压井产能提供更科学的预测方法。     

碳酸盐岩基质酸化/酸压裂中形成虫孔研究新进展

本综述基于1997~2000年发表的12篇美国SPE论文。前言中指出本论题的意义、目前尚未解决的问题及国外领先研究机构。第一大节中指出虫孔生长判据为Damkohler数,其表达式含有虫孔中酸流通量,最佳值主要决定于最大孔隙直径,最佳酸流通量与温度倒数间关系对酸液选择和现场施工有指导意义。第二大节中指出,非裂缝性碳酸盐岩油气藏基质酸化中只生成虫孔,酸压裂中只产生表面粗糙的裂缝,裂缝性碳酸盐岩油气藏中酸蚀虫孔的生成与裂缝宽度有关。第三大节简介了虫孔几何分布的实验研究结果,指出用计算机模拟法得到了按不同模型生长的虫孔三维图象。参12。     

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。     

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。     

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.     

酸蚀蚓孔参数对油井酸化增产效果的影响规律研究

碳酸盐岩基质酸化过程中形成的蚓孔对增产效果有明显影响,分析蚓孔参数及对产量的影响规律可以为酸化优化设计提供依据。中东某油田基质孔隙型碳酸盐岩储层,孔隙度、渗透率较高,钻、完井过程中造成地层污染,降低了油井产能,基质酸化是这类地层解堵、增产的常用手段。针对中东孔隙型碳酸盐岩储层特点,运用油藏数值模拟方法,在单井径向模型基础上研究了酸蚀蚓孔参数对酸化增产效果的影响规律。研究表明,蚓孔长度对增产效果影响最大,当蚓孔穿过伤害带后,产能增幅随蚓孔长度增加而减弱;蚓孔数量对增产效果影响较明显,但蚓孔数量大于3条后影响不明显,径向条件下的酸蚀蚓孔扩展模拟表明,酸化改造形成的蚓孔基本在3条以上;室内实验观测到蚓孔为岩心级蚓孔,蚓孔直径对产能无明显影响。该研究成果可以为碳酸盐岩酸化优化设计提供依据。     

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。