裂缝性致密碳酸盐岩储层酸压多场耦合数值模拟与应用

深层高温致密裂缝性碳酸盐岩储层中，酸液在天然裂缝中的动态滤失减弱了酸液对水力裂缝的刻蚀，影响了酸压改造效果。为了提高此类储层酸压设计的准确性及有效性，建立了耦合裂缝扩展与天然裂缝动态滤失的"流场-温度场-化学场"三场耦合前置液酸压模型。以磨溪气田龙王庙组X井为例，采用所建立的酸压模型，基于酸压施工压力数据拟合获取了储层天然裂缝特征参数，分析了天然裂缝动态滤失特征及其对酸压裂缝参数的影响；基于无因次产能指数综合评价了不同施工参数下的酸压改造效果。研究结果表明：①酸液在天然裂缝的动态滤失对缝内流动、温度均存在较大影响，天然裂缝滤失的精确计算是准确模拟预测酸压效果的关键；②裂缝性储层中的酸液滤失量并不随注酸时间的增加而降低，而是随着沟通天然裂缝数量的增加呈现出锯齿状的动态平衡；③在裂缝性致密碳酸盐岩储层中，最优注酸排量随注酸量的增加而提高，天然裂缝滤失是施工参数优化最重要的影响因素；④综合考虑施工条件及经济因素，X井的最优注酸参数中注酸量为500~600 m³、注酸排量为6 m³/min，优化后计算得到的无因次产能指数为拟合所得的2.5倍。     

裂缝性致密碳酸盐岩储层酸压多场耦合数值模拟与应用

深层高温致密裂缝性碳酸盐岩储层中，酸液在天然裂缝中的动态滤失减弱了酸液对水力裂缝的刻蚀，影响了酸压改造效果。为了提高此类储层酸压设计的准确性及有效性，建立了耦合裂缝扩展与天然裂缝动态滤失的"流场-温度场-化学场"三场耦合前置液酸压模型。以磨溪气田龙王庙组X井为例，采用所建立的酸压模型，基于酸压施工压力数据拟合获取了储层天然裂缝特征参数，分析了天然裂缝动态滤失特征及其对酸压裂缝参数的影响；基于无因次产能指数综合评价了不同施工参数下的酸压改造效果。研究结果表明：①酸液在天然裂缝的动态滤失对缝内流动、温度均存在较大影响，天然裂缝滤失的精确计算是准确模拟预测酸压效果的关键；②裂缝性储层中的酸液滤失量并不随注酸时间的增加而降低，而是随着沟通天然裂缝数量的增加呈现出锯齿状的动态平衡；③在裂缝性致密碳酸盐岩储层中，最优注酸排量随注酸量的增加而提高，天然裂缝滤失是施工参数优化最重要的影响因素；④综合考虑施工条件及经济因素，X井的最优注酸参数中注酸量为500~600 m³、注酸排量为6 m³/min，优化后计算得到的无因次产能指数为拟合所得的2.5倍。     

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。     

大牛地气田下古生界气藏裸眼水平井分段酸压效果影响因素分析

大牛地气田下古生界碳酸盐岩储层低孔、低渗,自然产能低。前期采用水平井多级管外封隔分段酸压改造,压后产气量递减速率较快,稳产效果差,严重制约着气藏的高效开发。结合水平井分段酸压工艺,考虑酸液在裸眼井段中的径向滤失,采用Willianms-Nierode酸液有效作用距离计算图版,分析酸液的有效作用距离。结果表明:酸液在水平井段内的径向滤失严重,滤失速率高达1.9 m/min,而酸液的有效作用距离仅为动态缝长的20%左右,酸液在裸眼井壁的径向大量滤失导致酸蚀主裂缝缝长过短是影响酸压效果的主要因素。     

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。     

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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。     

酸液滤失对酸化施工的影响研究

碳酸盐岩酸化过程中酸液滤失较严重，这将直接影响施工效果。一方面在碳酸盐岩基质酸化时，由于酸蚀孔洞的形成将增加基质的孔隙度，同时地层流体可经酸蚀孔洞流入井筒，降低近井带的渗流阻力；但是，在酸压过程中，酸蚀孔洞的形成将导致酸液大量的滤失，严重降低酸液有效穿透距离，影响酸压增产效果，使得现场施工很难达到设计施工效果。从酸蚀孔洞的成因、酸液滤失机理、酸液滤失的控制等多方面进行了论述，讨论了控制酸液滤失的方法和有效的工艺措施，并对碳酸盐岩油藏酸化施工提出了切实可行的施工建议。     

酸液有效作用距离预测及影响因素分析

酸液有效作用距离是酸压设计计算中的主要参数,也是影响酸压效果的主要因素.因此,酸液有效作用距离的准确预测就显得相当重要.文章提出了一种计算缝中酸液质量分数分布的数学模型,该模型考虑了酸液在缝中沿长、高方向的流动及沿缝宽方向的对流扩散,能预测酸液质量分数沿裂缝长度和宽度方向的变化,模拟计算结果显示其比传统酸质量分数计算模型具有更好的适应性.最后分析了酸液质量分数、温度、同离子效应、注入排量、酸液用量和天然裂缝等因素对酸液有效作用距离的影响,从而能为碳酸盐岩储层酸压设计及施工效果预测提供依据.     

碳酸盐岩储层酸压措施滤失控制方法新进展

酸压是碳酸盐岩储层一种增产增注措施,酸压施工获得的最大有效作用距离主要受酸液用量和液体滤失限制。酸液滤失控制方法已经成为酸压设计所考虑一项重要内容,本文主要从现场应用的角度总结近些年国外油田碳酸盐岩储层酸液滤失控制方法的发展现状。     

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。     

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。     

全三维酸液流动反应模型在酸压中的应用

酸液浓度分布计算是酸压模拟计算中的重要内容，传统的酸岩反应模型都是基于酸液的一维流动，忽略了裂缝高度方向酸液流动及酸岩纵向反应速度的变化，不考虑缝中酸液浓度随时间的变化。酸压裂缝在缝高方向延伸过程中必然引起酸液的纵向流动，酸液在缝高方向的流动必然导致缝高方向存在酸液浓度差。考虑酸液在缝高方向的流动、缝中酸液浓度随时间的变化以及同离子效应的基础上，建立了酸压过程中全三维缝中酸液流动反应模型，并给出数值求解方法。计算结果表明，缝高方向的酸液浓度和酸液流速都呈抛物线分布，越靠近裂缝中部酸浓度越高，在裂缝中部达到最大值；酸液在缝高方向的流动影响酸液有效作用距离的大小，全三维模型计算的酸液有效作用距离比二维模型计算的要小。     

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文章针对塔里木和田河气田石炭系和奥陶系碳酸盐岩储层的渗流能力、伤害程度、天然裂缝发育状况等资料的分析以及目前国内现有酸化技术能力和酸液体的综合考虑,对适合该气田的深度酸压工艺技术进行了优选,对常规酸蚀导流试验、闭合裂缝酸蚀导流能力试验、闭合压力对酸蚀导流能力的影响、施工排量对有效酸蚀作用距离与酸液浓度分布的影响、砂岩酸化优化与施工工艺参数优选、和田河气田酸处理效果预测分析等进行了研究。     

中东M油田碳酸盐岩储层酸液体系研究及应用

中东地区M油田主力开发层系为中高孔中低渗的孔隙-裂缝型碳酸盐岩油藏,酸化是储层改造的主要技术手段。由于储层裂缝溶洞发育,非均质性强,酸液滤失量大,作用距离有限,需要结合缓速及暂堵转向技术,实现对非均质储层的深度处理。针对该油田储层特征,对目前碳酸盐岩主要缓速酸液体系（胶凝酸、转向酸、交联酸、乳化酸和螯合酸）性能进行了综合评价对比,优选转向酸体系。转向酸体系在现场累计应用30余井次,作业后单井平均增油量逾200 m3/d,增产效果显著。     

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。     

高粘度酸液在人工裂缝中流态规律研究

随着油气田勘探开发应用技术的不断深入,高粘度酸液越来越多地应用到不同类型的复杂致密油气藏的储层改造中。高粘度酸液可以降低滤失量、减缓反应速率,实现酸液的深度穿透。研究高粘度酸液在人工裂缝中的流动状态对模拟其滤失和酸岩反应过程具有重要意义。运用幂律流体的雷诺数分析法和稳定性Z值法,对高粘度酸液在地层裂缝中的流动状态进行了研究。分析发现影响高粘度酸液流态的主要因素有酸液排量、裂缝高度、裂缝宽度、酸液稠度系数、流态指数。其中酸液的稠度系数为主控因素。当稠度系数小于0.015Pa.sn时,常规施工中的地层酸液为紊流状态。因此普通酸酸化时的地层酸液为紊流状态,而常规酸压中高粘度的稠化酸和交联酸在地层中一般为线性层流状态。研究认为增加排量对酸液的流态影响不大。     

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基质酸化是油气井增产和增注的重要措施,而储层孔隙和裂缝是两个彼此独立且又相互联系的水动力学系统。文章针对碳酸盐岩储层基质酸化时酸在裂缝性－孔隙系统中的流动反应特点,建立燕完善了裂缝性碳酸盐基质酸化设计计算模型,模型中考虑了酸液的非稳态渗流、地层温度、反应热和天然裂缝分布等多种因素的影响。在计算方法处理上改变原来采用积分方法计算一阶Bessel函数的方法,提出了一种全新的计算一阶Bessel函数的经验计算公式,该方法能保证高的计算精度和计算速度。并在此基础上研制了基质酸化设计软件,模拟计算结果表明,模型可靠,计算方法合理,能较好地模拟裂缝性碳酸盐岩储层基质酸化过程,可用于基质酸化设计和优化施工参数。