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.     

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。     

碳酸盐岩酸蚀蚓孔分形模型及酸化参数优化

碳酸盐岩基质酸化的主要特征是形成酸蚀蚓孔,蚓孔在欧氏空间上被认为是无序和杂乱无章的,采用经典数学方法对蚓孔进行实验模拟和数学描述难度较大,但准确描述酸蚀蚓孔的穿透深度对施工参数的优化和提高酸化效果具有重要意义。基于此目的,首先完成了多组岩芯酸化流动实验,采用CT扫描得到了蚓孔的真实形态,引入“盒维数”计算方法,对实验得到蚓孔的分形性进行了验证,并求取了不同蚓孔形态的Hausdorff分形维数。结果表明,实验得到的酸蚀蚓孔具有较好的分形性,且分形维随着溶蚀形态的变化而不同,范围在1.19~1.98,最优排量对应的分形维数在1.6左右。其次,将室内实验和分形几何数学方法相结合,建立了酸蚀蚓孔等效长度分形计算模型,并对影响蚓孔等效长度的因素进行了敏感性分析。     

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。     

水平井酸化井筒-地层温度场耦合解析新模型

水平井酸化温度场是影响酸岩反应速度的关键参数,更是进行酸化设计必需重点考虑的因素。现有酸化温度场模型忽略了热瞬变效应、热扩散效应等对温度场的影响。基于能量守恒原理、物质平衡定律和碳酸盐岩储层基质酸化易形成蚓孔现象。考虑热瞬变效应、热扩散效应和井筒与地层之间的酸液流动,建立了新的水平井酸化温度场模型,给出了便于应用的解析解。对比分析表明,新模型能够更细致地描述酸液进入地层后酸岩之间发生的热传递现象以及酸岩化学反应热在地层中的热扩散和热累积效应,更好地表征了水平井酸化过程中温度变化规律。通过实例验证,利用模型计算的井底温度与实际井底温度分布吻合较好,这对于提升水平井酸化设计水平具有重要意义。     

裂缝型碳酸盐岩储层酸压数值模拟

酸压是碳酸盐岩储层重要的大型增产改造措施,酸压中,准确预测酸液作用距离对酸压设计至关重要,其决定酸压改造范围、影响酸压目标缝长设定及酸压效果预测。裂缝型碳酸盐岩储层非均质性极强,基质较致密,天然裂缝所在区域渗透率很高,酸液滤失严重。目前各种酸压模型假设裂缝面上渗透率均匀分布,也不能考虑天然裂缝对滤失的影响,这些模型预测的酸液作用距离较长,酸压设计缺乏可靠的模拟模型。针对该问题,本文进行了裂缝型碳酸盐岩储层酸压数值模拟研究,首先基于地质统计规律建立人工裂缝面上渗透率分布模型、天然裂缝分布模型,并基于地质统计参数生成裂缝面上渗透率及天然裂缝分布;然后建立酸液流动、酸液滤失、酸岩反应数学、粗糙酸蚀裂缝表面形成过程模拟模型;再将以上模型耦合求解,形成酸压模拟模型。基于该模型,进行了广泛的数值模拟研究,分析了天然裂缝参数对酸液作用距离、酸蚀裂缝表面的影响。研究发现,天然裂缝对活酸作用距离和酸蚀裂缝表面影响显著,考虑天然裂缝时,其作用距离显著低于常规模型预测的距离,酸蚀裂缝表面更粗糙;裂缝型储层酸压设计中,天然裂缝是不可忽略的因素,新模型预测的酸液作用更合理。该研究为裂缝型碳酸盐岩储层酸压设计提供了更可靠模拟工具。     

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,影响了储层渗流能力,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,通过配置施工酸液体系,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10%~20%之间;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。     

碳酸盐岩储层水平井靶向酸化研究及应用

水平井极大增加了油层泄油面积，具有直井无法比拟的优势。但是，油藏强非均质性给有效布酸带来了巨大挑战。结合中东地区碳酸盐岩油藏的开发现状，系统梳理了水平井酸化所面临的关键技术难点。针对油田不同开发阶段，提出了水平井的靶向酸化技术思路，推导了水平井三维径向酸化数学模型，模拟分析了不同布酸方法对水平新、老井酸化效果的影响。研究表明，针对水平（新）井酸化，基于钻井伤害特征的靶向布酸效果优于均匀布酸、物性布酸和锥台布酸；当达到相同酸化效果下，靶向布酸至少能够节约10%酸量；5口新井采液指数分析表明，靶向布酸能够提高新井酸化投产效果。针对水平（老）井酸化，采用局部酸化能够有效实现均衡水平井产液剖面目的；对于局部低渗层段改造，采用1.5 in.（1 in.=2.54 cm）连续油管进行定点喷射酸化，能够形成深穿透酸蚀蚓孔；7口老井酸化前后对比分析表明，靶向布酸能够大幅提高水平井重复酸化效果。