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。

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。

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。

考虑非达西效应的酸蚀裂缝流场数值模拟

酸压改造后的酸蚀裂缝是储层流体的主要流动通道,研究流体在酸蚀裂缝中的流动规律是十分必要的。本文介绍了目前裂隙流动研究中的4种常用控制方程及各自的适用条件,确定了Navier-Stokes方程为酸蚀裂缝流场数值模拟的控制方程。为了分析酸蚀裂缝流场分布规律以及非达西效应对裂缝导流能力的影响,利用逆向工程技术对两种不同刻蚀形态的酸蚀岩样壁面进行了实体重构,并采用有限元数值模拟方法进行了不同流量下的酸蚀裂缝流动试验。结果表明:酸刻蚀形态和裂缝接触关系对流场分布的影响较大。隙宽分布平滑的均匀刻蚀裂缝,其流态稳定、曲折度低,但由于裂缝开度较窄且比表面较高,边界层效应明显,流体流动时产生的黏滞阻力较高;沟槽裂缝曲面粗糙,隙宽分布复杂,流体流动时流态不稳定,曲折度高,在高流量下会产生明显的涡流流动,增大惯性阻力。裂缝通道存在缩颈现象会引起流体绕流和多次加减速,产生额外的压力损耗。随着模拟流量的增大,压降与流量会逐渐偏离线性关系而呈现出非达西流动现象。酸蚀裂缝壁面越粗糙,产生非达西效应时的临界流量和临界雷诺数就越小,在相同流量下非达西效应就越强烈,导流能力下降速率更快。

深层碳酸盐岩储层有机酸深穿透酸压工艺

利用常规酸液体系对深层碳酸盐岩储层进行酸压改造时面临着酸蚀缝长短、导流能力递减快等问题。为实现这类储层的高效改造,对有机酸、胶凝酸等不同的酸液体系获得的有效作用距离及长期导流能力进行实验研究。对比不同酸液体系的酸岩反应动力学方程,可知相较于胶凝酸,有机酸有效作用距离能提高10倍以上,但有机酸在低闭合应力(10 MPa)和高闭合应力(60 MPa)下长期导流能力均低于胶凝酸液体系。为在实现酸蚀裂缝长有效缝长及高导流能力,提出了"有机酸+胶凝酸"注入方式,先用有机酸进行远端刻蚀,再用胶凝酸提高近井导流能力。并对典型井优化,得到施工排量8~10 m^3/min,施工液量850~950 m^3,施工段塞在2~3段能取得较好的酸压施工效果。

酸岩反应热对裂缝温度场和酸液有效作用距离的影响

为了使酸压过程中裂缝内温度变化更接近实际情况,研究分析酸岩反应生成热对缝中温度变化的影响。根据裂缝内流体的能量守恒方程、连续性方程和滤失带能量守恒方程,建立起裂缝温度场模型,通过化学反应焓变计算给出酸岩反应热的具体计算方法,并将酸岩反应热的计算公式耦合进裂缝温度场模型中。计算实例表明,酸岩反应热对裂缝温度场和酸液有效作用距离有较大影响,在酸压过程中不能忽略。

砂岩储层酸压酸液有效作用距离数学模型研究

考虑盐酸对氢氟酸溶蚀砂岩矿物的催化作用,在碳酸盐岩酸压浓度模型的基础上,结合砂岩储层矿物酸岩反应的特点,建立了砂岩储层酸压酸液浓度分布模型,给出了求解酸浓度分布的全隐式数值计算方法。计算结果表明,该模型较为准确地模拟了裂缝中氢氟酸的浓度分布,为施工参数设计和施工效果预测提供了依据。

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。

关井效应对酸压裂缝刻蚀形貌与导流能力影响

为了揭示酸压关井时酸液在酸压裂缝中的滞留对酸刻蚀形态与导流能力的影响,选取鄂尔多斯盆地延安气田奥陶系马家沟组马五1亚段露头岩样,采用研发的装置“酸压裂缝导流能力测试系统”,用粗糙岩板模拟粗糙水力裂缝,研究不同注酸时间下,关井效应对酸刻蚀裂缝形态和导流能力的影响。结果表明马五1亚段储层存在使导流能力及保持水平最佳的注酸时间60 min;当注酸时间小于等于最佳注酸时间时,关井效应可增加酸蚀裂缝面迂曲度和平均酸蚀缝宽,导流能力也相应提高;当注酸时间大于最佳注酸时间时,关井效应使酸蚀裂缝面过度溶蚀,迂曲度和平均酸蚀缝宽减小,高闭合压力下导流能力削弱;马五1亚段储层酸压时,根据注酸时间确定关井和返排时间,发挥关井效应对酸蚀裂缝导流能力的有益作用,改善酸压效果。

酸岩反应有效作用距离确定新方法探讨

根据API行业标准,利用酸蚀裂缝导流装置开展了冻胶酸裂缝导流能力的测试,计算溶蚀速率来推导酸岩反应速率,并根据酸蚀前后导流能力计算残酸浓度,比传统的残酸浓度更精确,应用反应速率与残酸浓度值计算酸液有效作用距离。实验结果表明冻胶酸残酸浓度随着闭合应力的增大而增大,闭合应力越大越早失去效果,鲜酸浓度越高,残酸浓度越高。此法既能更精确预测酸液有效作用距离又能评价酸蚀导流能力,是一种经济适用的酸蚀效果评价方法。

Experimental study on influencing factors of acid-fracturing effect for carbonate reservoirs

Acid fracturing treatment is the key technique for stimulation and stable production in carbonate reservoirs.In order to improve the carbonate reservoirs acid fracturing effect,in this paper,with a large number of experiments as the main research methods,study on influencing factors of acidfracturing effect for carbonate reservoirs from increase the effective distance of living acid,increase acid corrosion eched fracture conductivity,reduce the acid fluid loss,etc.The effective distances of live acid calculated with reacted acid limitations measured in different acid systems are quite different from those calculated according to previous standard.Fracture conductivity is one of the key parameters that affects acid fracturing effects,but it's difficult to be predicted accurately due to the strong randomness of acid-rock reaction as well as various influence factors.Analyses of the impacts on fracture conductivity resulted from the rock embedment intensity,closure stress,acid dosage,rock-acid contact time,acid fluid loss,acid pumping rate through self-developed small-core fracture capacity test instrument.Fluid loss during acid fracture can be well controlled by thickened liquid as well as solid particles,but formation damage occurs inevitably.Foamed acid is a specific fluid with high viscosity,low fluid loss,small friction resistance,good retarding property,strong fracture making ability,easy flowback and low damage,which is an ideal acid system for low pressure and low permeability carbonate reservoirs.In this paper,the theoretical study on percolation mechanism and fluid-loss control mechanism of foam(acid)in porous medium are presented with the help of visual microscopic model fluid drive unit.

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。

江苏油田VES稠化酸缓速性能及酸蚀裂缝导流能力优化研究

常规酸酸压时,由于酸岩反应剧烈,酸液主要消耗在近井地带,难以形成长缝。为提高储层酸压效果,江苏油田自主合成了一种VES (黏弹性表面活性)稠化酸。通过室内试验研究了该VES稠化酸对裂缝壁面的酸蚀效果及酸蚀裂缝导流能力,并进一步研究了注入排量、注入工艺对酸蚀效果及酸蚀裂缝导流能力的影响。结果表明,VES稠化酸具有一定的缓速性能,应用于深度酸压中可以增加裂缝的有效长度,减少近井地带的溶蚀;注酸排量的增加有利于提高裂缝有效长度,注酸排量的降低有利于提高裂缝导流能力;相比于单级注入,多级交替注入酸压工艺可以改善裂缝壁面的酸蚀效果,有利于酸蚀裂缝导流能力的提高和有效缝长的增加。研究结果可为酸压方案的优化提供理论依据。