碳酸盐岩储层闭合酸化模拟研究

酸压裂缝生产一段时间后导流能力会逐渐降低,常采用闭合酸化来提高已酸压裂缝的导流能力,闭合酸化模拟对闭合酸化设计意义重大,因此,针对该问题进行闭合酸化建模及数值模拟。首先,基于达西定理、物质平衡原理、酸岩反应动力学建立闭合酸化数学模型;然后通过地质统计学中的序贯高斯模拟算法生成具有非均质性和空间关联性的初始裂缝宽度空间分布和裂缝表面基质渗透率分布;利用有限体积法对模型进行数值求解,用C++编制模拟计算程序;最后基于该模型进行广泛的数值模拟研究,分析酸液分布规律、裂缝表面溶蚀规律、酸液作用距离的影响因素及规律,并形成各种条件下的酸液作用距离图版。研究表明,初始裂缝宽度和裂缝表面粗糙度对裂缝表面溶蚀形态起主导作用,裂缝面溶蚀形态有均匀推进、指进溶蚀和沟槽溶蚀;裂缝宽度越小、粗糙度越大,裂缝表面溶蚀竞争越强烈,越容易形成沟槽,酸液作用距离越远;排量、注酸量正相关于活酸作用距离,酸液传质系数负相关于活酸作用距离;典型的施工排量、酸液用量、常用的酸液类型下,闭合酸化中酸液作用距离为20~60 m。此模型可以预测不同条件下酸液作用距离和酸蚀裂缝表面溶蚀形态,优化闭合酸化参数,为现场闭合酸化施工设计提供理论依据和指导。

缝洞型储层酸压暂堵剂封堵性能研究

针对塔河油田缝洞型碳酸盐岩大型复合酸压过程中液体滤失严重的现象,利用高温高压酸岩反应流动仪对粉陶、可降解纤维、油溶性树脂3种暂堵剂进行了室内实验,测得这3种暂堵剂在不同加量下的最大驱替压差和暂堵时间,并从暂堵效果、对地层伤害、价格和施工等方面评价了这3种暂堵剂。结果表明:加量越大,3种暂堵剂的最大驱替压差越大,暂堵时间越长;暂堵剂加量为1g时,油溶性树脂的最高驱替压差分别是可降解纤维和粉陶的10.67倍和14.38倍,暂堵时间分别为可降解纤维和粉陶的6.73倍和10.57倍,油溶性树脂的暂堵性能远优于可降解纤维和粉陶;但可降解纤维和油溶性树脂在高温下可降解,随返排液体流出地层,对储层造成的伤害较小。实验结果为塔河缝洞型碳酸盐岩储层酸压改造暂堵剂的选择提供一定的参考。

酸压裂缝导流能力影响因素分析

酸压是碳酸盐岩油气田大型增产改造的重要措施,酸压裂缝导流能力与酸蚀后裂缝表面的粗糙程度有关,不规则裂缝表面使酸压导流能力预测变得较为困难。酸压裂缝导流能力由裂缝表面形状、闭合应力和岩石力学性质决定,因而从裂缝粗糙表面形成机理角度研究了裂缝表面渗透率分布、岩性分布、温度和氢离子扩散系数对酸蚀裂缝导流能力的影响。通过建立中尺度酸压模型,模拟酸液在碳酸盐岩裂缝中的流动,分析酸液在裂缝表面与岩石的反应和裂缝表面形状随岩石溶解的变化,得到酸蚀裂缝的表面形状,然后计算裂缝导流能力。研究结果表明,酸蚀裂缝表面形状主要由油藏属性(渗透率和岩性在裂缝表面的空间分布)决定;闭合应力和岩石强度对酸压裂缝导流能力的影响与裂缝形状相关;酸蚀沟槽较宽时,较小的闭合应力能使沟槽闭合;局部非均质性使酸蚀沟槽在较高应力下保持张开,宏观非均质性使沟槽相互连接形成贯穿裂缝的沟槽。

基于真实孔隙空间分布的酸蚀蚓孔扩展规律数值模拟研究

碳酸盐岩储层酸化、酸压改造中会形成酸蚀蚓孔,蚓孔扩展规律决定储层改造效果,孔隙空间分布对蚓孔扩展影响较大,很多学者进行了酸蚀蚓孔扩展数值模拟研究,都使用人工生成的随机孔隙度空间分布;其分布与真实的孔隙分布有较大差异,特别是有孔洞存在时。基于普光气田岩心真实孔隙空间分布,用数值模拟方法进行了酸蚀蚓孔扩展规律研究。首先通过岩心CT扫描获取岩心孔隙空间分布,用于蚓孔扩展数值模拟;然后建立双尺度蚓孔扩展数学、数值模型,基于该模型和岩心的实际孔隙空间分布进行了蚓孔扩展数值模拟,分析对比了真实孔隙分布下和人工合成孔隙度分布下的酸蚀蚓孔扩展规律。还研究了普光气田岩心注入速度与蚓孔突破孔隙体积倍数间的关系,优化了注入速度及对应的孔隙体积倍数,分析了孔隙度和孔隙空间分布与蚓孔形态和突破孔隙体积倍数间的关系,该研究为普光气田酸化或酸压设计提供了理论依据。

碳酸盐岩储层缝内暂堵转向压裂实验研究

顺北油气田碳酸盐岩储层非均质性强、连通性差,采用暂堵转向压裂技术可提高裂缝复杂程度,改善开发效果,但碳酸盐岩储层暂堵条件下的裂缝起裂扩展规律尚不明确。为此,采用改进后的三轴压裂物模模拟实验装置,进行了碳酸盐岩暂堵转向压裂实验研究。依次注入压裂液和加有暂堵剂的压裂液,分析了注入暂堵剂前后的施工压力曲线变化情况和暂堵转向压裂后的裂缝形态,从而明确了裂缝暂堵转向规律和实现缝内暂堵转向压裂的条件。研究表明,暂堵可增大裂缝复杂程度;为了实现缝内暂堵转向压裂,岩样内要发育有天然裂缝或层理面,同时暂堵剂能够进入裂缝内并实现封堵,使施工压力升高,从而实现新缝开启或转向。碳酸盐岩缝内暂堵转向规律研究结果为顺北油气田碳酸盐岩储层压裂改造提供了理论依据。

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。

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。

一种新型耐高温交联酸的研制及性能评价

顺南地区碳酸盐岩油藏埋藏深、温度高,酸化压裂改造需要一种耐高温的酸液体系。针对该问题,研制了新型耐高温的稠化剂、交联剂,优化了交联酸体系,并进行了综合性能评价。以丙烯酰胺、丙烯酸、乙烯基吡咯烷酮和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等为原料,合成了稠化剂LG-1;以氧氯化锆、异丙醇、多元醇PA和多羟基羧酸钠等为原料,合成了有机锆交联剂LC-1;优选了缓蚀剂、助排剂及铁离子稳定剂,并优化了其质量分数。最终获得耐高温交联酸体系的配方:(5%～20%)盐酸+1.25%LG-1+1.5%LC-1+2.0%SH-1+2.0%HY-207+2.5%SL-SIC150。该体系耐温达160℃,在170 s-1的剪切速率下连续剪切90 min,黏度稳定在100 mPa·s以上;该体系具有良好的破胶性能,采用0.3%过硫酸铵溶液破胶后,黏度小于5 mPa·s。新型交联酸体系具有良好的耐温抗剪切性能,能满足顺南地区高温储层酸化压裂改造对酸液耐温性能的要求。

塔河碳酸盐岩储层地应力实验研究

对常规差应变实验进行改进,结合波速各向异性和古地磁定向实验,形成一套针对小直径圆柱体岩芯的地应力实验方案。利用新实验方案对塔河油田碳酸盐岩储层进行地应力大小和方向测试,塔河碳酸盐岩储层水平最大主应力方向主要分布为NE45°～90°;垂向主应力梯度为0.025 MPa/m,水平最大主应力梯度为0.020 2 MPa/m,水平最小主应力梯度为0.015 2 MPa/m。室内实验结果与现场监测结果具有很好的一致性,间接印证了新实验方案的可靠性和实用性。

缝洞型储层酸压改造纤维暂堵规律研究

针对塔河油田缝洞型碳酸盐岩大型复合酸压过程中液体滤失严重的现象,现场提出了纤维暂堵技术。实验利用高温高压酸岩反应流动仪,进行裂缝型储层纤维暂堵性能室内评价。测得不同纤维浓度、长度和不同温度下的定排量最大驱替压差和暂堵时间,研究了温度对纤维降解率的影响。实验结果表明:纤维浓度越大,形成滤饼的承压能力越强,最大驱替压差和暂堵时间越大;较长纤维易缠绕架桥形成滤网,增大渗流阻力,从而增大最大驱替压差和暂堵时间;温度升高,纤维降解速率增快,滤饼致密性降低,最大驱替压差和暂堵时间减小。实验结果对塔河缝洞型油田酸压改造、酸压设计及现场施工都有积极的指导意义。

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。

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。

超临界CO_2压裂液增黏剂设计及性能测试

针对超临界CO_2压裂液黏度低、携砂性能差等缺点,进行了CO_2压裂液的增黏剂ZNJ分子设计和助溶剂优选及性能测试,对优选后的CO_2压裂液体系的流变性、携砂性、摩阻进行了测试。结果表明:在-10～60℃,10～20 MPa条件下,加1.0%～2.0%增黏剂的CO_2压裂液黏度是纯CO_2压裂液的5～61倍;增黏剂质量分数对CO_2压裂液黏度影响最大,其次是温度和压力;支撑剂在加有2.0%增黏剂的CO_2压裂液中的沉降速度比在纯CO_2压裂液中慢14.5%～37.4%,加增黏剂的CO_2压裂液携砂性能较好;在40℃,20 MPa条件下,ZNJ可有效降低超临界CO_2压裂液的摩阻;随着压裂液流速的增加,管柱摩阻急剧增加,故压裂时应选择合适的排量以降低摩阻。

完井方式对酸蚀蚓孔扩展的影响

在碳酸盐岩油藏酸化中,裸眼完井和射孔完井对酸蚀溶解形态特征的影响不同。酸液在裸眼完井的井筒中与岩石接触面积远大于射孔完井,酸液受地层非均质性的影响选择性地进入地层,这与射孔完井时酸液针对性地进入地层不同,有必要对不同完井方式的酸蚀溶解形态进行研究。通过一种达西–孔隙双重尺度模型,创新性地利用正态分布函数生成模拟区域初始孔隙度值,研究了射孔完井对酸蚀溶解形态的影响,并分析了孔眼沿程滤失的影响。结果表明:由于射孔在孔眼区产生局部高导流能力的通道,酸液通过孔眼进入地层,溶解形态与裸眼完井不同,且射孔越短蚓孔分支越多,射孔越长蚓孔分支越少;同一注入速度下,孔眼沿程无滤失的突破体积最小,裸眼完井的突破体积最大;完井方式和滤失对蚓孔形成的最优注入速度没有影响;当注入速度较小时,由于反应前缘与残酸前缘距离很小,在酸液临近突破时压力骤然下降,当注入速度较大时,由于反应前缘较宽,压降比较平缓。

裂缝型储层酸压暂堵材料实验研究

在裂缝型碳酸盐岩储层酸压中酸液滤失严重,导致酸蚀缝长较短,不能沟通远端储集体,以致达不到压后配产要求。控制酸液滤失是裂缝型储层酸压成功的一个关键因素,于是提出了在前置液、酸液中加入暂堵剂来实现暂堵降滤的方法。分别对100目粒径粉陶、粉砂、可降解纤维3种常用暂堵剂进行了室内实验评价,降滤失效果都较好。实验结果如下：加入粉陶后,岩心两端的压差能保持3~4 MPa压差约40 min,降滤失效果随着粉陶用量的增加而增加;覆膜粉砂能够维持在10 MPa差压以上约60 min,但是粉砂在高压下会封堵天然裂缝,对生产不利;10 mm纤维能保持2~4 MPa压差约40 min,驱替压差与粉陶较近,2 mm纤维能保持15 MPa压差约40 min,效果仅次于粉砂,纤维现场操作性较差。还对实验条件下的粉陶用量、纤维用量进行了优化,研究结果为裂缝型碳酸盐岩酸压中暂堵剂的选取提供理论依据,具有重要的现实意义。

大牛地马家沟组储层酸压残酸规律

酸压施工中经过酸岩反应后残留在地层的酸液,破胶后仍能吸附、滞留和堵塞岩石孔隙,对储层造成伤害,影响储层渗流能力,导致单井产能和经济效益降低。为明确大牛地马家沟组碳酸盐岩储层残酸伤害的影响,通过配制施工酸液体系,开展了对基质、微裂缝和酸蚀裂缝三种形态的残酸伤害实验,且从微观和宏观角度分析其伤害规律。研究结果表明:残酸对基质伤害较高,残酸进入基质,以堵塞孔隙形式污染岩心,残酸伤害率30%左右;微裂缝次之,残酸滞留微裂缝表面,且渗透率越大,伤害越小,残酸伤害率为10%~20%;酸蚀裂缝几乎没有受到残酸伤害影响。因此,残酸伤害主要以堵塞伤害为主,吸附伤害较低,影响较小。

碳酸盐岩油藏近井筒区域温度场的模拟

在碳酸盐岩油藏酸化中,近井筒附近的温度场对酸化效果影响很大。通过一种双重尺度模型对这一问题进行了研究,模型考虑了孔隙中的对流传质、传热和液固表面的酸岩反应。结果表明:与实验室常温条件相比,地层高温条件下的酸岩反应速率增快,形成主蚓孔的注酸速度增大(Damkhler数减小),且当注酸速度较大时,突破体积明显下降;当模拟区与外界不发生热交换时(绝热边界),由反应放出的热量使得模拟区的温度上升,造成突破体积比等温边界时的小;若酸液在井筒中不与地层发生热交换,则注酸速度较低时不同地层温度的突破体积几乎没有差别;反之,注酸速度较低时突破体积随着地层温度的上升而增加。

裂缝型碳酸盐岩气藏酸压滤失影响因素研究

酸压中,严重的酸液滤失是限制裂缝扩展和酸液作用距离的主要因素.针对天然裂缝发育的碳酸盐岩储层特征,综合考虑酸岩反应,裂缝表面溶蚀导致的缝宽变化,流体在天然裂缝地层的流动,建立了裂缝型碳酸盐岩气藏酸压滤失计算模型.结果显示:与不考虑酸岩反应相比,考虑酸岩反应后的酸液滤失量是非反应性液体滤失量的4倍;酸液由于酸扩大了天然裂缝,滤失速度随时间先增加后降低,而非反应性液体的滤失速度不断下降;主裂缝(宽度>10μm)主导滤失,微裂缝(宽度<5μm)对滤失贡献与主裂缝相比可以忽略.该模型解释了在天然裂缝地层酸液滤失的机理,提供了一种更准确计算滤失量的方法.

有效闭合应力对支撑剂回流影响实验研究

支撑剂回流是影响油气井压后效果的重要因素。为研究有效闭合应力对支撑剂回流的影响,运用自主研发的裂缝模拟实验装置,进行不同有效闭合应力条件下支撑剂回流实验测试。实验过程中针对每一个有效闭合应力,测试不同返排阶段支撑剂的回流量。实验结果表明,随着有效闭合应力降低支撑剂回流量逐渐增加,当有效闭合压力降低到6 MPa后,回流量增加速度明显增快,因此压裂施工返排时应关井至有效闭合压力增加到6 MPa后再开井返排。支撑剂回流主要集中在压裂液返排初期,压裂液累计返排量达到总返排液量33.33%后,支撑剂阶段回流量明显减少,因此对支撑剂回流的控制应主要集中在返排初期。

高温高压碳酸盐岩油藏酸蚀裂缝导流能力实验研究

结合塔河油田托普台区块高温高压纯灰岩储层特点,应用高温高压酸岩反应仪、FCES-100导流仪研究酸蚀裂缝导流能力变化规律。短期导流能力实验结果表明:相同酸-岩接触时间下,稠化酸导流能力高于交联酸;闭合压力低于50 MPa,加砂酸蚀裂缝导流能力低于酸蚀裂缝导流能力,闭合压力高于50 MPa,加砂酸蚀裂缝导流能力高于酸蚀裂缝导流能力。加砂酸蚀裂缝导流能力实验结果表明:40/70目陶粒和1.5~2.5 kg/m2铺砂浓度酸蚀裂缝复合导流能力高。长期导流能力实验表明:48 h内导流能力快速降低,然后逐渐下降,120 h后趋于稳定。