基于Hausdroff分形维数的碳酸盐岩酸蚀蚓孔计算模型

在碳酸盐岩基质酸化过程中,一个主要特征是形成蚓孔。欧几里得空间认为蚓孔是无序的、杂乱无章的,采用经典数学的方法进行模拟难度极大。为了能够对酸蚓孔进行精确的定量分析、优化酸液用量、施工排量,以期获得最优酸化效果,需要建立蚓孔计算模型。由于蚓孔的整体与局部具有相似性以及标度不变性,因此利用分数维描述蚓孔,引入“数盒子”计算法对蚓孔的Hausdroff分形维数进行研究,推导了碳酸盐岩基质酸化蚓孔有效作用距离的分形模型。进行了影响参数敏感性分析及现场酸化实例计算,结果表明酸化后表皮系数与计算结果较为一致。对酸化优化设计具有较好的指导意义。     

考虑蚓孔的碳酸盐岩酸化产能计算新模型

针对碳酸盐岩基质酸化产能常规计算方法未能考虑酸蚀蚓孔数量和酸蚀蚓孔渗流特性影响这一问题,开展了 考虑蚓孔的碳酸盐岩酸化产能的研究,研究中采用了径向蚓孔生长理论模型和蚓孔区等效渗透率模型,建立了考虑蚓 孔的碳酸盐岩酸化产能计算新模型。由室内碳酸盐岩岩芯15% 盐酸驱替实验结果,优选了最优的注酸速度及蚓孔突 破时酸液注入的孔隙体积倍数,计算了有效主蚓孔的长度和直径、蚓孔区等效渗透率和酸化产能,结果表明新模型计 算的产能与真实定压求产的产能相当,为碳酸盐岩酸化产能预测提供了一种新的理论方法。     

基于碳酸盐岩酸化溶蚀形态的酸液最优注入速度界限

成功的碳酸盐岩基质酸化是在储层中形成几条主要的酸蚀孔道(蚓孔),穿过井筒附近污染带形成油气渗流的优势通道。储层中蚓孔的分布形态决定酸液的穿透距离及其酸化效果,而酸液的注入速度又会直接影响到酸蚀蚓孔的扩展。选取碳酸盐岩岩心,采用岩心驱替试验研究不同注入速度对蚓孔扩展的影响,通过计算突破体积比寻找碳酸盐岩酸化时酸液的最优注入速度,并通过压降曲线分析酸蚀蚓孔的生长过程。同时采用核磁共振成像技术分析酸化前后岩心端面及内部结构特征,用于判断酸液溶蚀类型,寻找到不同溶蚀形态所对应的酸液注入速度界限。结果表明,盐酸质量分数为20%时,开始形成酸蚀蚓孔时的注入速度为2 m L/min,注入速度为3~4 m L/min时酸化效果最佳。     

基于实验方法的酸压裂缝分形研究

酸压是提高碳酸盐岩储层渗透率的主要措施,酸压裂缝的形成和延伸直接影响到油气井产能。为此,采用分形方法研究酸压过程中裂缝的形成和延伸机理。首先推导出裂缝导流能力与裂缝分形维数之间的函数关系,然后采用造缝后的岩心进行一次酸压和重复酸压实验,测试酸压前后裂缝导流能力的变化,得到一次酸压和重复酸压前后裂缝的分形特征变化。研究表明:酸压裂缝的几何形态及分布具有明显的分形特征,其中一次酸压以酸蚀原始裂缝、促进原始裂缝延伸为主,酸压前后裂缝分形维数明显降低;重复酸压以造新裂缝为主,分形维数较一次酸压明显提高。     

无机微孔膜分形性及分形维数的测定

无机膜的结构在三维空间上相互交错，大小不一，处于一种无序状态，在统计上它们具有一定相似性，遵从分形规律。本文提出了利用CLSM共焦激光扫描显微镜测定膜孔分形维数的实验手段及计算方法；由CLSM测得膜断面形貌等高线，利用小岛法原理，回归分形维数Df。分形维数可作为衡量膜孔形态复杂程度的定量参数。     

碳酸盐岩缝洞型储层酸化的数值模拟研究

酸化是碳酸盐岩储层地质改造的主要施工工艺,厘清碳酸盐岩储层酸化机理对于提升酸化整体效果具有重要意义。限于缝洞在储层中的准确刻画,目前的研究集中于碳酸盐岩无缝洞型储层的酸化研究。为此,基于数值模拟手段,建立缝洞刻画算法,采用双尺度连续模型,研究了不同注入速度、酸浓度及表面化学反应速率等因素对酸化过程中蚓孔形成及发育的影响机理。发现：缝洞型油藏的酸蚀蚓孔过程受缝和洞共同影响,采用普通油藏进行酸化数值模拟的研究会高估缝洞型油藏酸化行为中的溶蚀量及溶蚀贯通储层的时间。随着酸浓度的增大,碳酸盐岩溶蚀量由5.7%增大为7%;注入速度的增大将影响碳酸盐岩酸蚀形态,且酸化影响范围和次生蚓孔发育数量均不断增多;酸的表面化学反应速率不是影响碳酸盐岩酸化行为的主要原因。     

碳酸盐岩油藏基质酸化水平井表皮因子模型研究（Ⅱ）模型实例分析

借助（Ⅰ）文中所建立的碳酸盐岩基质酸化水平井表皮因子综合模型，考察了来自酸液、油藏以及酸化过程中的一些主要因素对碳酸盐岩油藏水平井基质酸化效果的相对影响。经实例分析发现，当酸蚀孔洞径向等效半径小于或等于储层伤害径向半径时，影响其酸化效果的因素主要有酸液浓度、酸液排量、酸液用量、酸蚀孔洞分形维数、地层孔隙度、地层渗透率非均质变量、最大椭圆污染带水平轴长以及未污染与污染带渗透率比值；而当酸蚀孔洞径向等效半径大于储层伤害径向半径时，影响其酸化效果的主要因素则为酸液浓度、酸液排量、酸液用量、酸蚀孔洞分形维数、地层孔隙度。分析结果可为深入进行油井动态分析、评价水平井基质酸化技术有效性以及优化处理施工提供一定的依据和参考。     

碳酸盐岩酸压裂缝导流能力影响因素

酸化压裂是碳酸盐岩储层开发的重要技术手段,酸液注入方式、压裂裂缝开度与酸蚀蚓孔形态等直接影响酸蚀裂缝导流能力。以奥陶系岩下碳酸盐岩储层为研究目标,在建立裂缝开度表征方法基础上,开展不同酸液体系、不同注酸方式、不同裂缝开度及不同缝面形态对酸压裂缝导流能力的影响研究,明确影响酸压裂缝导流能力的主控因素。实验结果表明：主体酸加入稠化、清洁剂后对溶蚀率与酸蚀后裂缝导流能力影响不大;单一注酸与交替注酸方式对酸压裂缝导流能力影响较小,但对残酸返排影响较大,交替注酸方式可降低返排压力70%;裂缝开度越大,酸蚀后裂缝导流能力越大,但提高导流能力倍数越小;裂缝开度>12μm易形成“窜流”酸蚀蚓孔,利于酸蚀通道建立;微裂缝开度与裂缝发育联通是影响酸蚀蚓孔与导流能力的主控因素,次之为微孔发育与联通与储层矿物分布形态。综合酸压工艺推荐先压裂、后酸化、交替注酸的方式。     

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。     

用分段回归方法计算孔隙结构的分形维数

储层岩石的孔隙空间具有良好的分形特征,孔隙结构的分形维数可以用来定量描述孔隙结构的复杂程度。应用分形几何的原理,推导了储层岩石不同孔隙分布和毛细管压力曲线的分形几何模型。根据毛管压力曲线资料,用分段回归的方法计算了不同孔隙结构的分形维数。计算结果表明,用分段回归方法计算孔隙结构的分形维数能更好地反映孔隙结构的实际情况。若孔隙大小相差不大,孔隙结构的分形维数相等或比较接近;若孔隙大小相差较大、非均质性较强,得到的孔隙结构分形维数不同。     

孔隙空间分布规律对酸蚀蚓孔扩展规律的影响

酸蚀蚓孔发育扩展规律除了与注入条件、酸液类型、温度和岩石类型有关外,还与孔隙度大小和孔隙空间分布规律有关。本文研究了普光气田岩心孔隙空间分布规律对蚓孔扩展的影响。采用CT扫描岩心得到孔隙度的三维分布,分析孔隙空间分布规律,然后进行岩心酸化流动实验,得到蚓孔突破岩心需要的酸液孔隙体积倍数,实验完毕后再用CT扫描蚓孔形状。通过对比实验前的孔隙度分布和酸化后的蚓孔形状、分析岩心孔隙度和蚓孔突破岩心需要的酸液孔隙体积倍数间的关系,得到孔隙空间分布规律对蚓孔发育扩展的影响。研究发现,蚓孔趋于沿大孔道分布的地方扩展,蚓孔突破岩心需要的酸液孔隙体积倍数随孔隙度增加而降低,对于普光气田I和II类岩心,突破孔隙体积倍数高的约4,低的约0.4,大多在1左右,较致密的III类岩心在实验压差下没形成蚓孔。     

皖南地区水稻土的分形特征研究

在安徽土壤普查数据的基础上,对皖南地区水稻土的分形特征进行了研究,结果表明:(1)该地区水稻土的分形维数D介于2.6717-2.9117之间,D分别与国际制粗砂粒和细砂粒含量呈明显的负相关,与粉砂粒和粘粒含量呈显著的正相关,其中与粘粒的相关关系达到极显著水平.(2)用分形维数代替土壤颗粒组成来研究土壤肥力特性,结果表明它可以较好地作为水稻土肥力特性的定量化指标.     

碳酸盐岩油藏基质酸化水平井表皮因子模型研究(Ⅰ)理论模型建立

水平井开采技术是近年来广泛用于页岩薄层、低渗透等复杂油藏开采的一种主要方法.然而,如何全面考察来自油藏、酸液及酸化过程中的一些主要因素特别是难于用一般方法描述的酸蚀孔洞形成和生长的随机因素对酸化处理效果的影响,则是碳酸盐岩油藏水平井基质酸化技术设计和效果评价时所遇到的难题之一.通过首次综合考虑当代分形理论研究的新成果——酸蚀孔洞形成和生长过程中的分形与分维特征、水平井地层伤害沿水平井筒的椭圆柱体分布形态以及水平井油藏渗透率各向异性特性,提出了一种碳酸盐岩油藏水平井表皮因子综合模型,从而为上述问题的探讨在一定程度上提供了理论基础和可能途径.     

裂缝性稠油油藏水平井产能预测模型及分析

 基于分形理论, 用裂缝宽度分维和迂曲分维表征裂缝线密度和裂缝性储层等效渗透率。将储层水平井井筒周围流体流动状态划分为内外两个区域:内部渗流区为垂直于水平井段的平面径向流和水平井两端的球面向心流, 外部渗流区为平面椭圆渗流区。基于质量和动量守恒方程, 建立二区耦合稳态渗流数学模型, 推导出裂缝性稠油油藏水平井产能公式。计算结果表明, 缝宽分维越大, 裂缝线密度越大, 基质-裂缝等效渗透率越大;迂曲分维越大, 等效渗透率越低;水平井长度的增加, 会提高裂缝性稠油储层水平井的产能;幂律指数大于0.75 时, 对产能的影响逐渐增大, 且随着幂律指数的增大, 产能逐渐增大;启动压力越大, 水平井产能越低, 且随着启动压力梯度的增加, 产能降低的幅度也在增加。     

Koch曲线与分维测量

通过构造Ｋｏｃｈ曲线岛对剖面小岛法测得的分维的准确性和可靠性进行了研究,并研究了Ｋｏｃｈ曲线岛的初始边长,形状和嵌套层次等构造因素对分维测量的影响。结果表明,剖面小岛法不适合于作为纳米度域的分维测量方法。     

一种新的小波分维数及其在钻头磨损监测中的应用

根据小波变换与分形理论在认识事物的本质上都是基于从总体向局部、从宏观向微观的自相似原理,提出一种以小波作为标尺来定义分维数的思想,从而建立了一种以信号的绝对和作为度量参数的小波分维数。对钻头整个磨损历程中钻削力信号小波分维数变化规律的研究表明:运用小波分维数可更加有效地刻画信号的本质特征,钻削过程扭矩和轴向力信号小波分维数的变化与钻头磨损之间表现出密切的相关性,采用该方法可准确实现钻头磨损状态的监测。