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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

非均质孔隙型砂岩油藏酸化模拟

酸化是油气藏增产改造的重要措施之一。为了真实模拟砂岩基质酸化条件下类蚓孔溶蚀结构特征,开展了地层尺度下的酸化模拟研究,并推导了径向砂岩油藏酸化精细化数学模型。采用SGe MS地质建模软件构建了符合正态分布的孔隙度模型,并结合Matlab软件进行了编程求解。计算结果表明,在均质孔隙型介质中,该模型与常规模型计算结果相同;在非均质孔隙型介质中,标准偏差系数越大,类蚓孔结构越明显;表皮因数下降值越大,注液时间对标准偏差系数越敏感。虽然标准偏差系数对酸化后的孔隙度分布影响程度有限,但是确定适当的标准偏差系数对指导施工优化有重要意义。     

碳酸盐岩油藏酸压模型研究及应用

现有的酸压设计存在以下问题:压裂液滤失多采用针对均质储层的经典滤失理论,酸液的滤失没有考虑酸蚀蚓孔的影响,酸岩反应模拟中未考虑裂缝高度方向酸液的传质。针对这一问题,在有关酸压模型最新研究成果的基础上,对碳酸盐岩油藏多级酸压设计计算的核心模型作了较为深入的研究,建立了碳酸盐岩油藏多级酸压时压裂液滤失计算模型,给出了模型的解析解;基于碳酸盐岩油藏酸压中酸液的流动反应特性,建立了酸蚀蚓孔的增长模型、酸液在蚓孔内流动反应模型和滤失的酸液在地层中流动模型,提出了便于现场应用的碳酸盐岩油藏酸液滤失计算方法;推导了考虑酸液沿缝长、缝高方向的运移以及酸液在裂缝宽度方向对流扩散的三维流动反应数值计算模型,为碳酸盐岩油藏的酸压设计提供基础理论依据。     

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。     

碳酸盐岩储层多级交替酸压技术研究

为扩大酸液在碳酸盐岩储层压裂裂缝中的波及范围及作用距离,实现酸液对裂缝中岩面的非均匀刻蚀,提高酸蚀导流能力,提出了碳酸盐岩多级交替酸压技术。在分析多级交替酸压机理的基础上,采用压裂裂缝模拟软件,对前置液造缝阶段裂缝参数变化规律、造缝液体类型及交替注酸阶段交替注入参数进行了模拟优化,并进行了流态模拟与酸液腐蚀试验,优化了交替注入液体体系。模拟及试验结果表明:设计压裂缝长的70%是在裂缝快速增加阶段形成的,裂缝快速增加阶段可作为最佳的前置液造缝阶段,该阶段结束后即是多级交替注入酸液的最佳时机。多级交替泵注胶凝酸+压裂液及胶凝酸+交联酸段塞过程中,每级顶替液排量以阶梯递增方式注入、每级顶替液液量按递减方式注入、提高顶替液黏度和增加交替注入级数都有利于提高酸液在裂缝中的波及范围及均匀分布。研究结果可为碳酸盐岩储层的高效酸压提供理论依据。      

水平井精细分段深度酸化压裂技术研究与应用

四川盆地高石梯-磨溪地区震旦系灯影组碳酸盐岩气藏储层具有超深、高温、低孔低渗且非均质性强的地质特征,为储层改造带来新挑战,当前的改造工艺需进一步优化.通过室内实验和理论研究,对储层可压裂改造性进行量化评价,优选酸液体系和酸化压裂工艺,优化注酸排量和注酸强度等参数,形成了水平井精细分段深度酸化压裂工艺,并进行了现场应用....     

考虑岩矿非均质性的前置液酸压模拟研究

前置液酸压工艺采用高黏非反应性前置压裂液压开储层形成水力裂缝,然后高压挤入酸液刻蚀裂缝表面,形成非均匀溶蚀缝面以此来增强裂缝的导流能力。为了给深部碳酸盐岩储层的前置液酸压改造提供理论依据,在建立多种矿物存在的裂缝酸化数学模型的基础上,结合裂缝拟三维延伸模型,构建了能够正确描述前置液酸压物理、化学过程的综合控制方程组;基于控制方程,模拟分析了岩矿层理、岩矿组分占比和排量等关键因素对前置液酸压改造效果的影响。结果表明:(1)岩矿层理对酸蚀裂缝形态起主导作用,且水平层理有助于提高酸液的有效作用距离;(2)石灰岩在碳酸盐岩矿物中所占比例越大,酸液有效作用距离越短;(3)在考虑岩矿非均质性的前置液酸压改造中,大排量能增加酸液的有效作用距离,但酸蚀缝宽相应变窄。结论认为:(1)与常规酸压模拟方法相比,该方法充分考虑了受地质沉积影响的岩矿分布特点,较真实地模拟了岩矿非均质性所引起的裂缝非均匀刻蚀形态;(2)该研究成果为碳酸盐岩储层前置液酸压改造优化设计提供了新的方法和手段,丰富了碳酸盐岩储层改造理论。     

裂缝型储层酸液滤失可视化研究与应用

为了研究酸液在塔河裂缝型储层中的滤失机理,提高酸压过程中液体效率,利用自主研制的酸蚀裂缝可视化滤失模拟评价仪,基于网状裂缝模型,对酸液类型、交替注入级数、前置液比例和注酸排量这4种酸液滤失关键因素进行评价。试验结果表明,胶凝酸入口端效应明显,入口端裂缝宽度明显大于远端裂缝,地面交联酸酸蚀缝宽较平均,深部刻蚀效果好;交替注入级数越多,酸液滤失越小,塔河多级交替注入酸压最优级数为3~5级;前置液比例的增加,远端裂缝酸蚀宽度和深度明显增加。YJX井现场应用采用3级交替注入酸压工艺,提高注酸排量至7 m3/min,酸压液体效率和酸蚀缝长较邻井大幅增加,酸液滤失明显降低,压后累产油1.5×104 t,增油效果显著。     

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。     

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对于天然微裂缝比较发育,液体漏失严惩的低渗透碳酸盐岩储层,酸液有效作用有效距离主要是受酸液滤失控制,但是由于酸的反应特性,酸液滤失相对于压裂液来说复杂得多,迄今为止尚未建立完善的酸液滤失模型,使得在制定施工方案时,难以科学确定酸压施工酸液用量。文章介绍了一种酸液动态滤失实验研究方法,分析了酸液滤失特征,通过对滤失实验数据的分析与处理,确定出“酸蚀蚓孔”形成时间,将其作为酸压施工注酸时间的参考值,从而避开复杂的酸液滤失计算,合理确定实施酸压作业的用酸量。将实验研究结果与现场酸压施工分析对比,结果证明具有较好的吻合性。