酸蚀蚓孔效应的酸压滤失模型及应用.ppt

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1、,考虑酸蚀蚓孔效应的酸压滤失模型及应用,1 引 言 2 酸蚀蚓孔溶蚀扩展模型及水动力学行为研究 3 酸蚀蚓孔实验研究 4 考虑酸蚀蚓孔滤失的碳酸盐岩酸压设计 5 软件研制及实例分析 6 结论与建议,主要汇报内容,1 引 言,碳酸盐岩储层,酸压,储层改造,酸化,天然裂缝和溶洞发育、非均质性严重，缝洞系统是油气储集和渗流的主要介质。,作用范围有限，难以有效解除污染,能较好沟通远井地带裂缝溶洞系统,酸压效果,酸蚀有效作用距离酸蚀裂缝导流能力,1.1 酸压中的酸液滤失机理,酸蚀蚓孔效应,酸液滤失,酸蚀蚓孔,酸液在储层中流动时，由于较大孔隙和裂缝趋于吸收更多的酸液，酸液将很快被消耗而扩大孔隙和裂缝，从而

2、会导致更多的酸液进入这些更大的孔隙和裂缝，这种不稳定的化学反应过程将产生单一的较大的孔洞，因其复杂的形态而类似蚯蚓状，故形象地称为酸蚀蚓孔。,裂缝中形成的酸蚀蚓孔形态,滤失和扩散,传统酸压酸液滤失示意图,酸压中实际酸液滤失示意图,1.2 酸压中的酸液滤失机理,酸液通过裂缝壁面向地层呈一维径向滤失,酸液滤失裂缝壁面基质滤失蚓孔滤失 蚓孔滤失蚓孔壁面滤失蚓孔体积扩展蚓孔端部滤失,1.3 研究现状,国 外,针对酸蚀蚓孔问题，北美和欧洲等著名大学和研究中心如：德克萨斯州（奥斯丁）大学、密歇根州大学、哈里伯顿欧洲研究中心等，近年来开展了一些酸蚀蚓孔的滤失研究，但主要集中于基质酸化的蚓孔问题，在酸压中酸蚀

3、蚓孔的扩展机理和酸液动态滤失研究方面也未取得突破。,理论模型研究 1 圆柱形模型 （Hung,Hill1989;Buijse 1997;Huang,ZhuFredd酸浓度28,2.各参数对考虑酸蚀蚓孔效应的酸压设计结果的影响,图5.8 酸液粘度对裂缝酸浓度分布的影响,酸液粘度,图5.7 酸液粘度对滤失量的影响,酸液在1mPa.s下的滤失总量为152m3，而其中由蚓孔引起的滤失就达91m3。但随着粘度的增加，酸液滤失得到了有效控制，当粘度大于20mPa.s时，酸液滤失基本得到了控制，蚓孔滤失降到了10m3左右。这在酸压结束时裂缝中酸浓度分布曲线上得到了进一步体现 。,图5.9 酸浓度对滤失量的影

4、响,酸液浓度,图5.10 酸浓度VS界面、有效酸蚀距离,酸液在低浓度（1015）条件下，在该范围内酸岩反应速率差别不大，酸蚀蚓孔的扩展速度差别并不明显，酸浓度对滤失影响不大。但浓度在1520范围时，酸岩反应随浓度增加而加快，酸蚀蚓孔的扩展随之而加快，反应在滤失量上的表现为滤失量急剧增加。在酸浓度为20时，酸蚀蚓孔引起的滤失几乎为酸浓度为15时的2倍。当酸浓度大于20后，由于同离子效应的影响，酸岩反应并不随酸浓度的增加而变快，略有下降。,施工排量,图5.11 排量对有效酸蚀距离的影响,图5.12 酸排量对滤失的影响,酸排量对最终酸蚀有效作用距离的影响在排量为14m3/min时表现为随排量的增加而

5、酸蚀距离增加。酸排量在5m3/min的穿透距离几乎为在1m3/min时的4倍（图5.19)。当排量大于4m3/min时，这种趋势并不明显。 造成这种现象的主要原因是酸蚀蚓孔的扩展变缓。酸液滤失到裂缝或基质中形成并扩大了蚓孔，由于同离子效应和扩大的酸蚀孔道内酸浓度扩散不能满足酸蚀蚓孔的急剧扩展而导致蚓孔中的酸岩反应变缓。因此，一味追求大排量并不一定能加大酸蚀作用距离。,用 酸 量,图5.13 用酸量对酸蚀距离的影响,图5.14 用酸量对滤失的影响,图5.13显示：随着用酸量在100250m3范围的增加，酸蚀有效距离增长较快，但超过250m3后，酸蚀距离不再增长。酸液界面和酸压裂缝总长随着用酸量的

6、增加而增加，但超过250m3后增量将放缓。 随着用酸量的增加，酸岩反应得到酸液补充，酸蚀蚓孔也将继续得以扩展，酸蚀蚓孔引起的滤失量大大增加。但随着酸量的进一步增加（用酸量大于250m3），由于同离子效应和蚓孔内酸扩散速率的影响，酸岩反应速度变缓，表现为酸液滤失增量斜率平缓（如图5.14）。这意味着增加用酸量将也不一定能取得较长的有效酸蚀缝长，酸液大部分通过蚓孔滤失掉了。,现场实例分析,分别对塔河油田两口井TK426井和TK315井进行酸压设计模拟，将模拟结果与Frac PT10.1酸压设计和压降分析结果进行对比，以分析本软件的科学性和创新性。两口井的基本情况如下：,1、TK426井 该井酸压施

7、工井段为测井解释的、类储层（5518.05534.5，5548.05567.5m）36m，以解除近井地带堵塞，改善储层渗透性，同时压开并形成一定规模的酸蚀裂缝，沟通高渗的天然裂缝、溶洞发育带。,2、TK315井,对测井解释的、类储层（5431-5443、5482-5498）28m，进行裸眼酸压已解除近井地带堵塞，改善储层渗透性，同时压开并形成一定规模的酸蚀裂缝，沟通高渗的天然裂缝、溶洞发育带。,利用本软件进行酸压模拟计算结果与Frac PT10.1分析结果的对比,本软件在考虑酸蚀蚓孔对滤失的影响下计算出的酸蚀裂缝长度与PT软件计算的结果小得多。实际酸压矿场测试表明：酸压形成的有效酸蚀裂缝长度远

8、比PT软件计算的小得多（为3040m），因为Frac PT软件将酸液滤失系数定为基质滤失常数，而本软件是在考虑了酸蚀蚓孔滤失的基础上形成的，计算结果更接近酸压实际情况。 平均酸蚀缝宽明显大于后者计算结果，考虑酸蚀蚓孔滤失的情况下，酸蚀蚓孔滤失的影响使得施工过程中酸蚀动态缝宽变窄，使得酸岩反应加快，酸蚀动态缝宽变宽，从而计算的导流能力也要大。,6. 结论与建议,1.本文所建立的考虑酸蚀蚓孔效应的酸压计算更加适用于现场酸压施工酸液动态滤失实际情况。 常规酸压设计软件模拟计算的酸蚀有效距离大大高于本软件考虑蚓孔滤失的酸压计算，而根据现场实际酸压施工效果测试分析表明：前者计算出的有效距离明显大于实际测

9、试有效缝长，本文考虑酸蚀蚓孔滤失的酸压计算更具合理性。 2.本文设计的三套实验方法可应用于针对不同碳酸盐岩储层特性的酸蚀蚓孔效应引起的酸液滤失室内实验。,结 论,本文建立了考虑酸蚀蚓孔效应的酸压滤失计算方法，进行了实验验证，并通过大量的计算分析得到如下几点结论：,3. 在本文所选用的储层参数下利用考虑酸蚀蚓孔效应计算模型模拟计算结果表明： 酸液粘度对酸压施工效果影响程度较大,尤其是粘度在低值范围。 低粘度(20mPa.s)液体能明显降低酸液在隙裂缝中的流动性能，能起到降低滤失的效果。 酸浓度在1520的范围对酸压结果影响较大，低浓度（20）影响不明显。 酸排量对酸压施工影响程度很大，但排量超过

10、某范围(4m3/min)时，酸蚀距离将随排量增加而变缓。即在选择施工排量时有必要进行排量优化，避免不必要的压裂施工车组，增加施工费用。 用酸量同样存在一个最优值，当相应酸排量下采用的用酸量高于某值时，酸蚀有效距离不再增长，大酸量在这时只能造成浪费，成为不必要的投资。,建 议,本文研究内容涉及面广，工作量大。虽然在以上各方面作了一些有益的探索，取得了一些成果和认识，当然还存在一些不足之处。由于碳酸盐岩油藏酸压理论问题的复杂性，还有许多方面的研究需进一步深化：,酸蚀蚓孔复杂的分支形态结构描述困难，本文利用迂曲度方式描述复杂形态的酸蚀蚓孔，关于高度分支结构的描述需要做更进一步的工作。 碳酸盐岩储层天

11、然裂缝形态、分布对酸蚀蚓孔的形成和酸液滤失量有直接影响，裂缝参数的录取应尽量精确。 本文实验研究部分由于重点实验室建设和新设备调试问题而做的并不让人完全满意，期待以后有研究人员能在更深入的实验研究上做得更加完善。,相关论文发表情况,本论文主要成果为教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目（基金编号：20040615003 “酸蚀蚓孔扩展及酸液滤失机理研究”）主要研究内容。 另外，论文研究主要成果参加西南石油学院“康菲杯”竞赛获得一等奖，并被报送参加四川省第九届大学生“挑战杯”竞赛。,致 谢,本论文是在导师郭建春教授的精心指导下完成的。从整个论文的选题、设计到研究，倾注了极大的精力和心血，导师所

12、给予的指导、帮助和教诲使我终身难忘，导师渊博的学识，严谨的治学态度以及敏捷的思维和创新意识都给我留下了深刻的印象，这将使我在今后的工作和生活中受益匪浅。在论文完成之际，我谨向导师致以最诚挚的敬意和衷心的感谢！ 在论文写作期间，还得到了压裂酸化实验室的李勇明老师和其他同学的指导和建议，得到了一些有益的启发，在此表示感谢！衷心感谢在本论文中引用到的众多学术论文、专著的学术前辈们。,谢谢各位评审老师！,谢谢大家！,2020年8月13日,考虑酸蚀蚓孔效应的储层渗透率计算分析,酸液： 粘度：15mPa.s 浓度：25 前置液：酸量：120m3 排量：2m3/min 粘度140mPa.s,酸量120m3时

13、不同排量下渗透率改善情况,排量4m3/min时不同酸量下渗透率改善情况,基质酸化,酸 压,图3.1 酸压与基质酸化酸蚀蚓孔形成机理的区分,本论文运用地下多孔介质物理化学、流体渗流力学、化学传质和反应动力学、数学建模等多学科理论，建立了酸蚀蚓孔溶蚀扩展的数学模型及考虑牛顿流体和非牛顿流体在层流和高排量酸压施工下导致的紊流状态的酸蚀蚓孔地下流体流动水动力学模型。 设计了3套反应不同碳酸盐岩储层性质的，以压裂酸化工作液长岩心动态滤失仪为依托的长岩心酸岩反应与滤失综合实验，有效分析了酸蚀蚓孔溶蚀扩展机理，验证酸蚀蚓孔扩展模型，并能较准确地为现场施工提供滤失特性参数。 建立了考虑酸蚀蚓孔滤失机理的酸压计

14、算模型，解决了长期以来酸压中酸液滤失计算难题。并编制了考虑酸蚀蚓孔滤失的酸压设计软件，进行了相应的酸压实例计算，能为酸压降滤措施的选择和酸压施工参数优化提供理论依据。,创新点,目前国内外现有的商业成品酸化压裂软件（如Meyer公司开发的MFrac三维酸压裂软件，Pinnacle公司的FracproPT软件和国产酸化压裂设计软件等）都不能定量模拟由于酸蚀蚓孔引起的酸液动态滤失，也未考虑CO2对酸压后停泵压力的影响，这使得酸化设计分析所确定的关键施工参数与实际差异较大，特别是在酸蚀蚓孔较发育的储层这种差异更为明显，致使酸压施工效果不理想，甚至失败。为使酸化设计更符合现场实际、提高酸化施工的成功率和有效性，在深入研究酸化设计分析理论模型的基础上，开发了这套考虑酸蚀蚓孔效应的酸压设计与分析软件系统。,