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。     

改进的三维酸液流动反应模型及酸压方案优化设计

考虑酸液沿缝长、缝高方向的运移以及酸液在裂缝宽度、高度方向的对流扩散．建立了酸液三维流动反应数值计算模型．给出了模型的求解方法;利用开发的多级酸压模拟设计软件．对塔河油田4口井的酸压方案进行了优化设计．优化的主要参数为酸压施工中容易控制且与酸压效果及施工成本密切相关的参数,如施工排量、酸液用量、前置液量等;与实际施工对比说明了设计方法的可靠,设计思路对于指导油田的酸压方案优化设计具有一定的实用意义。     

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。     

酸化压裂井停泵压力三维分析模型和解释方法

为了对酸化压裂井压后裂缝参数进行准确的分析和解释，以模拟停泵前后裂缝内的物理、化学变化过程为思路，以停泵后缝内的物质平衡方程为主线，建立酸化压裂井停泵后的缝内压力递减模型，并提出了针对酸化压裂井裂缝参数解释、评估的“曲线拟合”法。该模型考虑了地层温度和流体（残酸和CO2）压缩性的影响，能有效模拟停泵后的压力降落，进而解释出酸蚀裂缝几何尺寸、闭合压力、酸液滤失系数及液体效率等参数，从而为酸化压裂施工评价和优化酸化压裂设计提供直接可靠的技术手段。图2表1参5     

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。     

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.     

非均匀酸蚀裂缝表面三维酸液浓度计算方法

酸化压裂是碳酸盐岩储层重要的改造措施,酸蚀裂缝的长度和导流能力是酸化压裂方案优化的重点,研究酸液在裂缝表面的反应过程及浓度分布描述对提高酸化压裂模拟精确度具有重要的作用。文章通过酸蚀裂缝表面酸岩反应数学模型推算,建立了非均匀酸蚀裂缝表面酸浓度分布方程、裂缝表面变化方程、酸液漏失方程,并进行了数值求解,得到了裂缝内三维酸液浓度分布特征。通过室内CT扫描酸蚀岩板与模拟得到的裂缝酸蚀深度结果进行对比,两者匹配度良好,误差仅7.4%,验证了该模拟方法具有良好的适用性和准确性。对山西奥陶系马家沟组灰质白云岩储层进行酸蚀模拟计算,从结果可知酸岩反应及酸蚀蚓孔的漏失会大量消耗酸液,导致端部裂缝处酸液浓度低、溶蚀效果差、导流能力低。在酸压改造时,应综合考虑酸液浓度分布、有效酸蚀裂缝长度和导流能力,进行酸压参数的优化。     

考虑人工裂缝影响的砂岩储层酸化模拟研究

以达西渗流方程为基础,综合考虑酸液在支撑裂缝中流动和沿裂缝壁面的滤失影响,引入储层伤害系数,建立了一套适用于砂岩油藏压裂投产井酸化模拟的简化模型。采用有限差分法对模型进行求解,实现了人工裂缝影响的酸化实时动态模拟,就影响酸作用范围的酸液粘度、施工排量和施工压力三个因素进行敏感性分析,对指导现场酸化施工和酸化方案优化设计具有重要意义。     

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酸液滤失量是压裂液滤失量的数倍，在裂缝中穿透的距离将对酸化效果产生重大影响，在碳酸盐岩酸压施工的模拟计算中，它是必须考虑的因素。对碳酸盐岩酸压中酸液有效作用距离的预测方法进行了改进，通过考虑酸液流动过程中裂缝横截面积随时间和空间的变化，采用输运公式建立了酸液在缝中的流速分布方程，引入了δ函数，考虑了注入点的影响。同时，根据实际情况提出了根据酸液滤失判断有效作用距离的新方法，采用反应与滤失双重标准予以判定，使得酸液有效作用距离的计算更合理。模型考虑了同离子效应、温度场、酸岩反应热等因素的影响，较以前的模型更为准确地预测了酸液有效作用距离，从而为施工参数设计和施工效果预测提供了依据。     

考虑缝高压降的裂缝三维延伸数值模拟

在分析国内外裂缝三维延伸模型的基础上,全面考虑压裂液缝高压降、液体重力、地应力梯度、地应力差等因素对裂缝延伸的综合影响,建立一套新的裂缝三维延伸数学模型,并给出相应数值求解方法。由于考虑了压裂液缝高方向流动,建立的模型对缝高预测更符合实际,对于指导压裂设计特别是控制缝高压裂有一定的实用意义。     

压裂气井产能模拟研究

非达西效应在压裂气井生产过程中必然存在 ,引入与气水流动速度相关的非达西流动校正系数 ,建立了一套压裂井气水两相数值模拟模型 ,考虑了地层非均质性以及裂缝导流能力随位置和时间变化 ,并研制了预测压裂气井生产动态的数值模拟软件。应用研制的软件对影响压裂气井产能的地层及裂缝参数进行了大量的实例对比计算 ,模拟结果对于气井压裂方案优化设计具有重要的指导意义     

爆燃压裂油井产能计算模型与增产效果分析

为了进一步提高爆燃压裂工艺设计与效果预测水平及工程应用效果,基于爆燃压裂原理和油藏渗流理论,利用保角变换方法,建立了爆燃压裂油井产能计算模型(包括流体从油藏边界渗流到爆燃裂缝的渗流外阻模型,和流体在裂缝中渗流入井的渗流内阻模型)并编制了计算软件。以低渗油藏油井F31-10井为例,计算、分析了油藏参数和爆燃裂缝参数对爆燃压裂油井增产效果的影响规律。研究结果表明:爆燃裂缝长度、裂缝数量和爆燃裂缝导流能力对油井增产效果有影响,影响程度由大到小依次是爆燃裂缝长度、裂缝数量和爆燃裂缝导流能力;在爆燃裂缝长度和裂缝数量一定的条件下,存在一个最佳的爆燃裂缝导流能力;爆燃压裂后油井增产倍数为1.365~2.115,且增加爆燃裂缝长度和爆燃裂缝数量比增加爆燃裂缝无因次导流能力对增产更有利。      

缝中酸液流动反应模拟研究

酸液在缝中的流动反应是酸压设计中的一项重要内容,大部分二维酸液流动反应模拟模型都假设了缝宽不变,并且在求解时引入传质系数将二维模型一维化来求解,影响了计算精度。为此,基于物质守恒原理建立了新的酸压缝中酸液流动反应模拟模型。该模型避免了缝宽为恒值的假设,在求解时直接沿缝长和缝宽方向差分化并采用"追赶法"求解,不需引入传质系数以减少模型维数。计算实例表明,所提出的酸岩反应模型能较真实地反映酸液在缝中的流动反应。     

有限厚度地层中水平缝滤失计算模型研究

压裂液向地层的滤失速度是压裂设计和压后评估分析时确定裂缝几何尺寸最关键的因素之一.现有的水平缝滤失计算模型是针对均质储层而建立的,不能用于裂缝性储层压裂液的滤失计算.基于裂缝性储层的流体渗滤理论,建立了有限厚度裂缝性地层中通过水平缝的压裂液滤失模型,采用付氏正交变换原理对模型进行求解,获得了便于实际应用的解析解.应用表明,裂缝性油藏水平缝滤失速度随滤失时间而降低,但等效的综合滤失系数却随滤失时间的增加而增加.采用滤失速度与滤失时间的平方根成反比的经典滤失理论计算水平缝中受净压力影响的压裂液滤失速度会带来较大误差.论文模型和计算结果对于水平缝的压裂设计具有一定指导意义.     

非均质碳酸盐岩油气藏酸压数值模拟研究进展与展望

要实现深层、超深层海相碳酸盐岩油气藏的高效开发,亟需相关酸化压裂技术理论的突破与创新。为了指导多种酸压工艺的现场实践,通过系统梳理和总结酸压数值模拟技术的已有研究成果,结合目前深层、超深层海相碳酸盐岩油气藏酸压工程的技术需求,探索研究了当前酸压数值模拟面临的新挑战和需要突破的方向。研究结果表明:①酸压三维数值模拟基于解耦思想,将酸压模型分为水力裂缝初始形态构建、酸刻蚀模拟及导流能力计算等3个模块,其中酸刻蚀模拟模块是酸压数值模拟的核心;②地质统计学参数方法在水力裂缝初始形态建模中的应用已较为成熟,酸刻蚀模拟通过N-S方程组、酸平衡方程、酸液滤失模型及酸岩反应溶蚀力方程耦合求解,已初步实现了精细化和油藏工程尺度的模拟,酸蚀裂缝导流能力的计算主要基于局部立方定律进行求解,并考虑了多重因素对导流能力的影响。结论认为,酸压数值模拟面临的新挑战包括酸液在复杂流动介质中的多场耦合高效计算、酸刻蚀过程的精细模拟、酸蚀裂缝导流能力的准确计算以及酸压数值模拟与酸压工程应用的匹配;需要突破的方向是实现多场、多尺度的酸压数值模拟。     

多次加砂压裂裂缝延伸模型研究与应用

在考虑多次加砂压裂时,加砂过程中砂堤高度变化对缝中流体流动及后续支撑剂沉降产生影响的基础上,建立了适用于多次加砂压裂的拟三维裂缝延伸模型,用数值模拟的方法对裂缝扩展进行预测。模型包括压裂液在缝中流动的连续性方程、压降方程、裂缝宽度方程及高度方程。其中压降方程是在平板流理论、力学平衡原理的基础上建立起来的,与常规压降方程不同的是方程考虑了砂堤高度变化对流体流动的影响。计算结果表明,多次压裂和常规压裂相比增产效果理想。现场试验表明多次压裂对储层改造效果好,对提高油气产量具有重要的意义。