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。     

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。     

酸在裂缝中流动有效作用距离的计算

酸在裂缝中流动的有效作用距离,是预测酸压增产效果和进行酸压设计的重要参数。本文应用数学物理模拟方法进行研究。采用平均滤失速度为常值的流动反应模式,建立了描述酸液沿裂缝流动时的对流扩散偏微分方程;并用有限差分法求解该方程,给出计算机数值解和确定灰岩酸液有效作用距离的实用图板。本文还通过预先在酸液中高压加入CaCO_3的方法,模拟酸压时酸液与岩石反应(下称酸岩反应)的同离子效应,作出有效传质系数和酸浓度的关系曲线De=f(C),使所计算的酸液有效作用距离更符合实际。在处理试验数据时,本文采用抛物线流的数值解,代替了文献〔1〕使用的柱塞流的解析解,因此,计算出的De值更准确。     

大尺寸岩板测定酸液有效传质系数新方法

H~+有效传质系数是酸岩反应动力学的关键参数之一,是碳酸盐岩储层酸压设计的基础参数。目前,通常采用旋转岩盘仪或常规尺寸平行板流动实验对该参数进行测定。但是,旋转岩盘仪测试不能模拟酸液在裂缝中流动条件下的反应,而且对高黏液体测试结果存在偏差。在平行板流动实验中,若岩板尺寸短小,采用岩板质量差或者酸液浓度差来计算H~+传质系数误差较大。针对现有测试方法的不足,设计了一种大尺寸岩板线性动态驱替方法测试裂缝中酸液流动反应的H~+有效传质系数。在过酸前后,对大尺寸岩板进行三维激光扫描,测量出岩板过酸后的酸蚀体积,进而计算酸液消耗速度和H~+有效传质系数。实验测量川西下二叠统栖霞组白云岩与胶凝酸和转向酸的H~+有效传质系数介于(1.50～2.31)×10~(-5)m/s之间。大尺寸岩板酸液H~+有效传质系数测定方法为酸压裂缝模拟、酸压设计及酸压效果评价提供了更可靠的关键动力学参数。     

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。     

裂缝性低渗透油藏酸岩反应理论模型研究及应用

建立了酸液在裂缝中流动的流速场数值计算模型，在考虑酸液纵向传质的基础上，推导了酸液浓度分布的数值模型，给出了模型求解方法；酸液在裂缝内流动反应过程中，缝高方向流速的变化导致其反应速度的变化，采用三维模拟方法计算的酸液浓度在缝高方向不再为一定值；由此可计算酸蚀裂缝导流能力沿缝高的变化，比仅考虑酸液沿缝长作一维流动的传统模型具有更好的适应性。研制和开发了三维酸化压裂模拟设计软件，以某气井为例进行单井施工参数的优化设计，推荐优化施工参数，设计思路对类似油田的酸化压裂方案优化设计具有重要的参考价值。     

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.     

压裂酸化时氢离子有效传质系数变化规律的试验研究

本文在系统试验研究的基础上,给出不同浓度盐酸与四川二迭系阳新灰岩反应时氢离子有效传质系数与余酸浓度的关系曲线。用数理统计方法给出了无因次氢离子传质系数与无因次余酸浓度及流动雷诺数函数关系的经验方程。将此经验方程代入,并求解变系数的对流扩散偏微分方程,即可获得考虑酸浓度变化和同离子效应时的酸液有效穿透距离的计算方法。也可用分段迭加计算法来近似计算这一距离。     

前置液酸压中影响酸液有效作用距离及增产效果的因素分析

前置液酸压是碳酸盐岩油气层重要的增产措施。酸液有效作用距离(记作Lef)是酸压设计中的主要参数,也是影响酸压效果的重要因素。本文从酸压设计的需要出发,用新的缝中酸岩流动反应模型,考察同离子效应、缝中温度分布、排量、前置液用量、酸液浓度及酸液用量等因素对酸液有效作用距离及酸压增产效果的影响。针对高温、低温灰岩,高温、低温白云岩等4种不同地层,根据正交试验原理,对设计方案进行了80种计算。分析计算结果,得到了上述诸因素对Lef及J/J0(酸压增产效果)影响的对     

不同酸液体系蚓孔发育实验研究

由酸蚀蚓孔造成的酸液滤失是影响酸压优化设计和压后增产效果的重要因素,而蚓孔发育状况的深入研究有助于酸液滤失的准确预测。分别用20%的盐酸和胶凝酸进行了酸岩反应控制因素实验,对比了两种酸液体系的反应速率和传质控制区与表面反应控制区的圆盘临界转速。针对碳酸盐岩储层孔隙性和裂缝性两种不同的孔隙类型,分别采用人工钻孔和人工剖缝方式模拟大孔隙和天然裂缝的酸液流动反应特征,研究了不同酸液作用下酸液滤失及酸蚀蚓孔发育机理。实验结果表明,盐酸的酸岩反应速率比胶凝酸快。盐酸和胶凝酸传质控制区与表面反应控制区的临界转速分别为800 r/min和600 r/min。胶凝酸较慢的反应速率更有利于酸蚀蚓孔的扩展。裂缝性碳酸盐岩储层中形成酸蚀蚓孔的机率要远远大于孔隙性碳酸盐岩储层。     

考虑裂缝壁面蚓孔区影响的酸压井产能预测

酸压施工时，酸液在裂缝中流动并沿裂缝壁面滤失形成蚓孔区，酸压后井的产能将受到蚓孔区的影响。因此，考虑裂缝壁面蚓孔区影响的酸压井产能预测研究对于提高酸压效果有着重要的意义。在分析了蚓孔的形成对产能造成的影响基础上，将蚓孔区考虑为双重介质系统，提出了一种新的考虑酸压蚓孔区对产能影响的模型。将地层分为裂缝线性流、改进的双线性流、地层线性流和拟径向流阶段等４个阶段，并建立了相应的渗流数学模型；基于有限导流垂直酸压裂缝井理论，采用 Laplace变换，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取了４种流动阶段的井底压力解；分析结果表明，蚓孔区对低渗透油气藏的酸压产能影响明显。采用所建立的二项式酸压产能预测模型分析了裂缝半长、裂缝导流能力、地层压力对产能的影响，并对塔里木油田的实例井进行了产能预测，结果与试井数据接近。     

一种油气藏裂缝网络模拟优化生成技术

裂缝油藏和非均质油藏的结构是很复杂的，往往难以描述尺度和几何形态。不同于地质统计学，强调裂缝网络模型的油藏动态反演检验，提出了一种油气藏天然裂缝网络的数值模拟优化生成技术，动态模拟不同尺度上的油藏非均质和天然裂缝网络的几何结构。主要思路为：裂缝网络的迭代生成，裂缝网络中流体流动的有限元模拟，模拟退火优化天然裂缝网络几何结构。实例表明，该技术用试井和优化的计算方法编程，在计算机上模拟生成油气藏天然裂缝网络是可行的。     

停泵后裂缝内液体温度恢复的研究

本文提出了一种新的计算停泵后裂缝内液体温度恢复的数学模型,在此基础上可对裂缝闭合过程进行比较详细的研究,使二维压裂设计更趋完善。     

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对高温油气层实施酸压时，由于酸岩反应速度过快，酸蚀裂缝长度有限，往往导致酸压效果不理想。文章提出了一种新型的酸压工艺技术——固体酸酸压工艺技术，其基本原理是将常规酸固化成颗粒，然后用非反应流体压开裂缝并将固体酸携带入裂缝中预定位置；并根据所设计裂缝的长度和导流能力确定布酸方式，最后注入释放液，使固体酸释放出酸并与岩石作用，从而实现对裂缝壁面的刻蚀并实现深部改造。借鉴水力压裂模拟思想，应用流体力学、线弹性断裂力学、渗流力学和输砂力学等理论，建立了一套包括裂缝拟三维延伸、固体酸的运移/沉降、酸岩反应和酸蚀裂缝参数模拟等模型在内的固体酸酸压优化设计计算模型和求解方法，模型能够较好地模拟裂缝延伸规律、固体酸在裂缝中分布和相关敏感性参数对酸压的影响。该技术具有较好应用前景，将较好地解决高温油气层酸压酸蚀裂缝长度受限的技术难题。     

压裂液在射孔眼处压力损失规律研究

压裂液流经射孔眼处的压力损失对压裂过程中的压力监测及解释有着重要影响。采用非牛顿流体力学理论和有限元法,建立了压裂液流经射孔井眼处的力学模型,对压裂过程中泵入流体在射孔孔眼中流动特性进行了数值模拟,得到了压裂液流经射孔眼后流体特性的变化规律。研究了不同压裂液流变性、含砂液的支撑剂浓度对孔眼处压降损失的影响,以及压裂液流体在孔眼处的压降损失与射孔密度、孔眼直径及射孔深度的关系,定量给出了压裂液流经射孔眼处的压力损失,为水力压裂工艺的设计及过程中的压力监测与诊断奠定基础。     

天然裂缝性储层压裂液滤失的数值模拟研究

针对目前压裂液滤失计算模型均假设压裂液活塞式地驱替油藏流体作一维流动的局限性,考虑压裂液在裂缝性储层中沿人工裂缝长度方向和宽度方向作二维流动,利用双重介质的相渗理论,建立了二维二相双重介质滤失数学模型,给出了数值求解方法,以模拟实验条件下难以测试的滤失过程,对于了解裂缝性储层的滤失性能具有重要的意义.实例计算表明,处理后的数值模型易于求解,可用于双重介质压裂液的滤失计算;压裂液滤失带中存在明显的两相流动区域,在压裂液滤失数值模拟时应考虑压裂液和油藏流体的两相流动;传统的一维模拟方法由于没有考虑压裂液沿裂缝侧向的流动,计算的滤失速度偏小.     

基于分形理论的粗糙裂缝钻井液漏失模型研究

当前的漏失模型均未充分考虑裂缝粗糙度对钻井液漏失的影响,对粗糙裂缝的漏失规律认识不清,反演得到的裂缝宽度误差大。为此,基于分形理论建立了二维粗糙裂缝模型,采用赫-巴模式描述了钻井液的非牛顿流变特性,采用指数方程描述了裂缝的非线性变形特征,建立了钻井液漏失模型,并采用中心差分方法对方程进行了数值求解,分析了网格尺寸、分形维数及标准差对钻井液漏失速率及累计漏失量的影响。研究结果表明,模拟网格尺寸足够大时,数值模拟结果的可靠度较高;随着标准差增大,微凸体数量增加、起伏程度提高,漏失速率及累计漏失量显著减小;分形维数对漏失的影响与裂缝面是否接触紧密相关,没有接触时影响较小,接触后随着接触面积增大影响增大。研究表明,建立的漏失模型可为认识漏失机理和反演裂缝宽度提供理论参考。