酸蚀蚓孔效应的酸压滤失模型及应用课件.ppt

1、1 1 引引 言言2 2 酸蚀蚓孔溶蚀扩展模型及水动力学行为研究酸蚀蚓孔溶蚀扩展模型及水动力学行为研究 3 3 酸蚀蚓孔实验研究酸蚀蚓孔实验研究4 4 考虑酸蚀蚓孔滤失的碳酸盐岩酸压设计考虑酸蚀蚓孔滤失的碳酸盐岩酸压设计 5 5 软件研制及实例分析软件研制及实例分析 6 6 结论与建议结论与建议 1 1 引引 言言天然裂缝和溶洞发育、非均天然裂缝和溶洞发育、非均质性严重，缝洞系统是油气质性严重，缝洞系统是油气储集和渗流的主要介质。储集和渗流的主要介质。作用范围有作用范围有限，难以有限，难以有效解除污染效解除污染能较好沟通能较好沟通远井地带裂远井地带裂缝溶洞系统缝溶洞系统酸压酸压效果效果酸蚀有效

2、作用距离酸蚀有效作用距离酸蚀裂缝导流能力酸蚀裂缝导流能力1.1 酸压中的酸液滤失机理酸压中的酸液滤失机理酸液酸液滤失滤失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，从而会导致更多的酸液进入这些更大的孔隙和裂缝，这被消耗而扩大孔隙和裂缝，从而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，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，故形象地称为故形象地称为滤失和扩散酸液酸液滤失滤失地

3、层地层裂缝壁面滤失和扩散传统酸压酸液滤失示意图传统酸压酸液滤失示意图酸液酸液滤失所产生的蚓孔扩散地层地层滤失酸液滤失所产生的蚓孔扩散裂缝壁面地层地层酸液酸压中实际酸液滤失示意图酸压中实际酸液滤失示意图1.21.2 酸压中的酸液滤失机理酸压中的酸液滤失机理 酸液通过裂缝壁面向地层呈一维酸液通过裂缝壁面向地层呈一维径向滤失径向滤失酸液滤失裂缝壁面基质滤失酸液滤失裂缝壁面基质滤失蚓孔滤失蚓孔滤失蚓孔滤失蚓孔壁面滤失蚓孔体积扩展蚓孔滤失蚓孔壁面滤失蚓孔体积扩展蚓孔端部滤失蚓孔端部滤失1.3 1.3 研究现状研究现状国国 外外 理论模型研究理论模型研究 实验研究实验研究 相比之下，国内研究人员已注意到酸

4、蚀蚓孔的重要性，并进行了一相比之下，国内研究人员已注意到酸蚀蚓孔的重要性，并进行了一些酸液滤失实验，但却没有专门针对些酸液滤失实验，但却没有专门针对进行实验进行实验研究。研究。 理论研究方面，西南石油学院理论研究方面，西南石油学院对酸蚀蚓孔理论也进行了一些有益的对酸蚀蚓孔理论也进行了一些有益的探索，取得了一些成果，但这些研究大都是基于探索，取得了一些成果，但这些研究大都是基于A.D.Hill提出的一维线性提出的一维线性流动模型的推广及改进。但该模型忽略酸液在蚓孔内流动的压降，侵入流动模型的推广及改进。但该模型忽略酸液在蚓孔内流动的压降，侵入区域的酸液呈线性流动。然而，伴随蚓孔的发育，酸液由蚓孔

5、的尖端和区域的酸液呈线性流动。然而，伴随蚓孔的发育，酸液由蚓孔的尖端和蚓孔壁面滤失进入地层，即存在沿蚓孔长度和宽度两个方向的流动。这蚓孔壁面滤失进入地层，即存在沿蚓孔长度和宽度两个方向的流动。这一些缺陷使得一些缺陷使得Hill模型受到一定的应用限制。模型受到一定的应用限制。 国内国内1.3 研究现状研究现状1.资料调研，分析影响酸蚀蚓孔溶蚀扩展因素；资料调研，分析影响酸蚀蚓孔溶蚀扩展因素；2.理论模型研究理论模型研究研究和建立酸压中酸蚀单蚓溶蚀扩展数学模型；研究和建立酸压中酸蚀单蚓溶蚀扩展数学模型；研究单个酸蚀蚓孔水动力学行为；研究单个酸蚀蚓孔水动力学行为；3.实验研究实验研究研究酸压中酸蚀蚓

6、孔室内实验设计方法；研究酸压中酸蚀蚓孔室内实验设计方法； （针对不同物性的碳酸盐岩储层设计酸蚀蚓孔实验测试方法。）酸压中酸蚀蚓孔室内实验；酸压中酸蚀蚓孔室内实验； （根据设计的实验方法进行室内实验，找出酸压中酸蚀蚓孔形成规律，再根据实验测试数据进行处理，验证理论模型。）4.研究考虑蚓孔滤失的酸压计算方法；研究考虑蚓孔滤失的酸压计算方法；5.研制考虑酸蚀蚓孔滤失的酸压模拟设计软件及应用分析。研制考虑酸蚀蚓孔滤失的酸压模拟设计软件及应用分析。本文研究的重点及创新点本文研究的重点及创新点研究思路及主要内容研究思路及主要内容2 2 酸蚀蚓孔溶蚀扩展模型及水动力学行为研究酸蚀蚓孔溶蚀扩展模型及水动力学行

7、为研究思路思路：1.1.将储层裂缝和孔隙假设为圆柱形结构将储层裂缝和孔隙假设为圆柱形结构 2.2.复杂弯曲结构形态对流动无影响复杂弯曲结构形态对流动无影响 3.3.酸岩反应受传质控制酸岩反应受传质控制 4.4.蚓孔壁面存在滤失蚓孔壁面存在滤失 5.5.蚓孔的延伸受壁面滤失及蚓孔端部酸反应活性控制蚓孔的延伸受壁面滤失及蚓孔端部酸反应活性控制 6.6.蚓孔内酸液流动存在流动摩阻（即存在压降）蚓孔内酸液流动存在流动摩阻（即存在压降）L图图2.1 在周缘壁上有化学反应在周缘壁上有化学反应发生的圆柱形孔隙中酸流动发生的圆柱形孔隙中酸流动酸在周缘壁上的浓度酸平均浓度RC平均流速v 将天然裂缝或孔隙简化等效

8、为圆柱形孔隙结构，利用天然裂缝当量水力半径代替圆柱形孔径。下图给出了圆柱形孔隙中酸流动示意图。孔隙中酸液浓度由对流扩散作用通式决定： AAAACDCvtC（2.1）2.1 2.1 蚓孔溶蚀扩展模型蚓孔溶蚀扩展模型酸液扩散圆柱形孔隙中任一轴向位置处的酸平均浓度为)(22wAAMACCRKzCvR （2.2） )(wAAMCCK近似地表示酸向孔隙壁的传递速率；MK是以312)2/3(RlvDA近似表示层流条件下的酸向孔隙壁的传递速率；WAC 酸岩反应受传质控制，故传递到孔隙表面的酸传递速率等于酸反应速率，则一阶化学反应动力学方程式为：表示孔壁处的浓度。wAfwAAMCECCK)(（2.3） 由质量

9、守衡可得，00)(ClCCvAXdtdAlA代入到（4）式得孔隙增长速率为：)(2exp(1 fMfMEKvRlEKlvAXdtdA （2.6） （2.5）将wAC代入（2）并积分得)(2exp()(0fMfMAEKvRlEKClC （2.4） 由于酸与灰岩反应属于快反应，所以fE3/12)2/3(RlvDKeM又RD/2，从而得到蚓孔半径随时间增长表达式：32228 .23exp164PRlDlPRdtdRe求解式求解式(7)即可求出一定长度、任意时刻酸蚀蚓孔孔径的变化量。即可求出一定长度、任意时刻酸蚀蚓孔孔径的变化量。 （2.7）2.2 2.2 单个酸蚀蚓孔水动力学模型单个酸蚀蚓孔水动力学

10、模型 做如下假设：裂缝或孔隙简化为长单圆管；储层存在天然裂缝；天然裂缝垂直于酸压形成的人工裂缝壁面；酸液未进入裂缝或孔隙空间前，裂缝和孔隙空间由地层流体占据。图图2.2 裂缝、孔隙简化示意图裂缝、孔隙简化示意图yx初始酸液进入裂缝或孔隙时，流体流动应遵循哈根泊肃叶方程：LPDQ）出入P(12840(2.8) 根据流体力学原理，蚓孔内动量守恒方程为：niiiinnniiilKqlKqlKqlKqlKqlKqgPP1222222222232323222222212121末端入(2.9)K为流量模数82sdgK 为沿程损失系数，f(Re)。 qiqi1 qi1c Vwhi-1对任意网格P末端P入入口

11、入口123n末末端端i+1i图图2.3 蚓孔网格划分示意图蚓孔网格划分示意图每段压降方程为：4128iiiDqxp(2.10)(2.11)2.3 2.3 酸蚀蚓孔壁面滤失酸蚀蚓孔壁面滤失单位长度上流体的滤失量为：tRCqRci/2式中)(2RwoiloilRppKCC(2.12)z侵入带侵入带侵入带侵入带RrL酸蚀蚓孔 PPwPPL地层流体PPR酸岩反应扩大了蚓孔r 采用与描述水力裂缝的流体滤失特性相近的方法。酸液在蚓孔中的滤失为通过裂缝壁面呈径向向地层。流体滤失总系数CR可按下式加以计算（R指径向坐标系），即tCuRr2.4 酸蚀蚓孔引起的酸液滤失酸蚀蚓孔引起的酸液滤失 酸蚀蚓孔的滤失是由酸

12、蚀蚓孔形成引起的蚓孔体积扩展蚓孔体积扩展和酸液向酸蚀酸液向酸蚀蚓孔壁面滤失蚓孔壁面滤失以及蚓孔端部滤失蚓孔端部滤失三部分组成。 蚓孔末端长度Le液体滤失ql注入压力Pinj蚓孔蚓孔末端流动qe蚓孔半径rwh2ededctrvq ciwiaiqVVqct 蚓孔总滤失端部滤失定义为单位人工裂缝面积上形成的酸蚀蚓孔数量(条/m2)。在酸压施工中，酸液的滤失量不仅与蚓孔延伸速度有关，同时受蚓孔密度大小控制。求解酸蚀蚓孔的滤失量，必须先预测酸蚀蚓孔的密度。 2.5 酸蚀蚓孔的密度预测酸蚀蚓孔的密度预测1）多孔介质碳酸盐岩储层）多孔介质碳酸盐岩储层 当某一蚓孔开始形成时，在其周围的压力重新分布，使得蚓孔附

13、近区域的压力梯度降低(图2.4)。在某一蚓孔附近压力梯度下降的区域，酸液流量减少，其它蚓孔的形成受到抑制；只有在离初始形成的蚓孔足够远的地方，也即压力场未受到影响的区域，才能形成新的蚓孔。在假定初始蚓孔的长度和宽度时，可由(13)式模拟蚓孔周围的压力分布，预测蚓孔的密度。 图图2.4 2.4 含两蚓孔的酸液流动模拟坐标系统含两蚓孔的酸液流动模拟坐标系统dwhPfyPeP(x,y)x0 x)2(0)(0) 10 , 1(1)0(1whwhDDDDDDDDDDdtDfdDfdrdyyPxPxyPxPtPCyPKyxPKx(2.13)2) 天然裂缝发育储层天然裂缝发育储层 对于天然裂缝油藏酸压中的蚓

14、孔问题，由于沿天然裂缝的渗流阻力小，酸蚀蚓孔首先沿天然裂缝开始形成；考虑到多数酸压设计前缺乏酸蚀蚓孔实验数据的实际情况，建议借用统计的天然裂缝的密度来近似表征酸蚀蚓孔的密度。储层天然裂缝密度可以从储层岩石薄片分析、现代测井等手段得到。NoYesYesNo裂缝酸浓度分布、裂缝酸浓度分布、压降计算压降计算i=i+1蚓孔入口压力蚓孔入口压力P0，i，酸浓度酸浓度C0，i赋值赋值蚓孔反应扩展计算蚓孔反应扩展计算蚓孔引起的滤失计算蚓孔引起的滤失计算Cwh，iCw，i+Cv,ii = Xfi酸液段总滤失计算酸液段总滤失计算施 工 结施 工 结束束计算完毕计算完毕酸液段计算酸液段计算2.6 酸酸蚀蚀蚓蚓孔孔

15、的的计计算算流流程程图图 2.7 单蚓孔计算分析单蚓孔计算分析基本输入参数基本输入参数图图2.6 不同粘度下孔径变化曲线不同粘度下孔径变化曲线 图图2.7 不同粘度下单蚓孔滤失量变化曲线不同粘度下单蚓孔滤失量变化曲线 如图2.6与图2.7所示，在裂缝净压为4MPa下，酸蚀蚓孔孔径和酸蚀蚓孔引起的滤失量都随酸液粘度升高而大大降低。要想获得理想的滤失控制效果，酸液粘度应至少保持在15mPa.s以上。粘粘 度度图图2.9 不同净压下蚓孔长度增长曲线不同净压下蚓孔长度增长曲线图图2.8 不同裂缝净压下孔径增长曲线不同裂缝净压下孔径增长曲线裂缝净压裂缝净压 高裂缝净压产生大的酸蚀蚓孔和长的酸蚀裂缝。 从

16、图2.8、图2.9和图2.10对比来看，酸液的滤失在前期主要是受蚓孔孔径的影响较大，随着孔径的变大，滤失主要变成由蚓孔长度控制。图图2.10 不同不同净压净压下蚓下蚓孔滤孔滤失量失量3 3 酸蚀蚓孔实验研究酸蚀蚓孔实验研究实验研究实验研究验证理论模型验证理论模型酸液滤失定性认识酸液滤失定性认识3.1 酸蚀蚓孔实验设计酸蚀蚓孔实验设计 针对孔隙性碳酸盐岩孔隙性碳酸盐岩和天然裂缝发育碳酸盐天然裂缝发育碳酸盐岩两种不同储层性质，实验应采用不同实验方法研究酸液的滤失作用机理。3.1.1 酸液滤失实验设备酸液滤失实验设备 图图3.1 压裂酸化工作压裂酸化工作液长岩心动态滤失仪液长岩心动态滤失仪 1 孔隙

17、性碳酸盐岩地层酸压酸液滤失实验研究孔隙性碳酸盐岩地层酸压酸液滤失实验研究图图3.2 酸液滤失钻孔岩心示意图酸液滤失钻孔岩心示意图3.1.2 实验方法的建立实验方法的建立 实验方式为：在圆柱形岩心一端中部钻一定深度的诱导孔，用人工孔洞代替大的天然孔隙（如图3.2）。在岩心端面利用搅拌泵模拟压裂裂缝壁面岩心剪切速率，以一定入口压力驱替岩心。 针对研究这类储层酸压形成的酸蚀蚓孔，可以根据其特性假设酸流经裂缝壁面时，裂缝壁面已存在一个较周围其他孔隙大得多的孔隙。我们认为酸液将首先进入该孔隙，溶蚀其壁面并扩大它。 2 天然裂缝发育地层酸压酸液滤失实验研究天然裂缝发育地层酸压酸液滤失实验研究 图图3.3

18、岩心剖缝人工引槽示意图岩心剖缝人工引槽示意图 研究表明，无论是天然裂缝宽度在何数量级，裂缝在酸液进入后都会与其作用，发生溶蚀扩大现象。这种现象在酸压时的高水力压力作用下，随天然裂缝张开而变得更加明显，造成酸液大量滤失。 实验方式：将岩心利用人工剖缝（岩心重新合上时能较好闭合），在剖开的岩心正中沿长度方向用工具划槽。在一定围压下，基本可以认为岩心将会重新完全闭合。 3 3 长岩心平板流动蚓孔滤失实验研究长岩心平板流动蚓孔滤失实验研究 利用长岩心平板流动实验可以更真实地模拟酸液在人工裂缝中的流动及酸岩反应，研究沿平板侧面形成蚓孔的微观渗流机理和酸岩反应机理，测量酸液穿透平板两侧的酸量以及酸浓度的变

19、化。增压泵增压泵驱替泵驱替泵1.91cm 1.91cm 回路回路0.64cm 0.64cm 回路回路1.27cm 1.27cm 回路回路阀阀6 6阀阀5 5阀阀4 4压差传感器压差传感器3 3压差传感器压差传感器2 2压差传感器压差传感器1 1阀阀9 9阀阀8 8阀阀7 7阀阀1 1阀阀2 2阀阀3 3盘管加热器盘管加热器循环泵循环泵温度传感器温度传感器流量计流量计压力传感器压力传感器进液端进液端出液端出液端1） 实验主体装置实验主体装置图图3.4 酸液环流实验设备示意图酸液环流实验设备示意图3） 实验参数的确定实验参数的确定 室内实验研究采用酸蚀裂缝导流能力实验模拟装置（酸液环流实验装置）完

20、成(见设备示意图)。该实验装置由稳压系统、供液系统、酸岩反应槽、滤失测量系统、数据自动采集系统几个部分组成。 岩心采用平板模型，岩样固定尺寸为：152.4mm长50.8mm宽25.4mm厚的岩心两块。酸液滤失回压2P3回压1P2酸液滤失酸液出口出口压力P4酸液入口P1密封胶人工钻孔2） 酸蚀蚓孔平板模型实验示意图酸蚀蚓孔平板模型实验示意图tteeteHHQQ 实验室排量计算表达式（3.1）1CCCCwu采用相似准则，缩放现场实际施工参数，确定实验参数的基本范围，再将实验结果数据利用相似准则放大，分析对现场实际施工效果的影响。1etetetwwuu由雷诺准则可得带入相应参数将ttttwHQu ，

21、eeeewHQu 代入上式，整理可得：（3.2）（3.3）酸蚀孔洞横截面积与时间关系：00)(ClCCvAXdtdAlA（3.2）根据流体力学原理，蚓孔的横截面积也可表示为：21410586. 1PLQA（3.6）4 实验数据处理方法实验数据处理方法又流量公式为LPDdldpDQ464610487. 210487. 2（3.3）则酸蚀蚓孔的直径可表示为：417 .391PLQD（3.4）所以蚓孔的横截面积也可表示为：21410586. 1PLQA （3.5）岩样岩样1 1岩样岩样2 2岩样尺寸岩样尺寸2.52cmL3.96cmKs1.87cm2.53cmL3.76cmKs1.77cm温温 度度

22、9090驱替压力驱替压力35MPa35MPa酸酸 型型15HCl（普通盐酸）15HCl（胶凝酸，约10mPa.s）围围 压压自动补偿平衡高于驱替压力24MPa Ks为钻孔深度表表3.1 实验条件实验条件 3.3 实验实例分析实验实例分析实验实验 1（孔隙性碳酸盐岩）（孔隙性碳酸盐岩）1过酸前 1 1# #岩心实验前后对比岩心实验前后对比1过酸后 图图3.8 岩样岩样1实验流压流量曲线实验流压流量曲线 岩样1注酸约150分钟，压力升高到11.58MPa，出口端一直未见液体流出，注酸未将岩心穿透。除岩心端面被严重剥蚀外，整个岩心没有明显变化。2 2# #岩心实验前后对比岩心实验前后对比2过酸前 2

23、过酸后 图图3.9 岩样岩样2时间时间VS流量、流压曲线流量、流压曲线 岩样2注酸约55分钟后出口端开始出液。流压在出液前升至4.16MPa，液体突破后开始下降。岩心端面严重腐蚀，孔未穿透，略有扩大，但出口一端明显基质孔隙增大，有多个针形孔。 表表3.2 实验条件实验条件 实验实验 2（裂缝性碳酸盐岩）（裂缝性碳酸盐岩）岩样岩样3 3岩样尺寸岩样尺寸2.54cmL7.2cm 槽槽宽0.4mm，长2.6cm温温 度度90驱替压力驱替压力35MPa酸酸 型型15HCl（胶凝HCl）围围 压压自动补偿平衡高于驱替压力24MPa3过酸前 3过酸后 3 3# #岩心实验前后对比岩心实验前后对比图图3.1

24、1 岩样岩样3#时间时间VS流压、流量曲线图流压、流量曲线图 图图3.12 蚓孔孔径随时间变化曲线蚓孔孔径随时间变化曲线 岩样3在注酸20分钟时酸液得到突破，但流压并未随之马上下降，而是继续上升，到注酸53分钟后，流压逐渐开始下降至注酸结束时的3.2MPa。 图3.12显示为处理计算后得到的孔径随时间变化曲线。如前面所述，实验结果令人较为满意，得到了如下认识：如前面所述，实验结果令人较为满意，得到了如下认识： 碳酸盐岩中酸液滤失主要是酸蚀蚓孔造成的，酸压滤失碳酸盐岩中酸液滤失主要是酸蚀蚓孔造成的，酸压滤失计算必须考虑酸蚀蚓孔效应的影响；计算必须考虑酸蚀蚓孔效应的影响；由于碳酸盐岩储层储渗形态具

25、有多样性，因此碳酸盐岩由于碳酸盐岩储层储渗形态具有多样性，因此碳酸盐岩储层酸压室内滤失实验研究应根据不同储层性质分别利用储层酸压室内滤失实验研究应根据不同储层性质分别利用不同的实验方法进行；不同的实验方法进行；采用缓速酸能明显增加酸液在基岩中的穿透效果采用缓速酸能明显增加酸液在基岩中的穿透效果，普通，普通酸与基岩的作用范围有限酸与基岩的作用范围有限；3.4 3.4 实验结果分析实验结果分析4 4 考虑酸蚀蚓孔滤失的碳酸盐岩酸压设计考虑酸蚀蚓孔滤失的碳酸盐岩酸压设计 合理选择酸压计算模型和恰当的参数设置是确保酸压施工前模拟计算成功的前提条件。 本文研究过程中由于时间有限，故裂缝延伸和裂缝酸岩反应

26、模型借用前人研究成果，而对于考虑酸蚀蚓孔效应的酸压后储层综合渗透率的计算，推导了新的计算方法。wfA2axfA1pL酸液前置液图图4.1 计算裂缝几何尺寸示意图计算裂缝几何尺寸示意图4.1 裂缝几何尺寸计算方法裂缝几何尺寸计算方法1）垂直缝，缝高为常数；2）裂缝延伸过程中，裂缝前缘始终充满液体。在裂缝端部缝内液体压力作用在缝壁面上的地层最小水平主应力，即当x=L时，p=；3）计算前置液在缝中的压力分布时，采用了各小段的粘度平均值；4）酸液的粘度处理为有效粘度形式进行计算；5）前置液与酸液间存在完整的界面，在注入过程中界面向缝端部移动；6）滤失量应包括酸液向裂缝壁面滤失、酸液向蚓孔壁面滤失和酸蚀

27、蚓孔体积增长三部分。 1 假设条件假设条件pttffffpffpfaoLLXddtdLadtdXaddtdLadtdXaXLWXLXW002222111211414102 裂缝延伸数值模型裂缝延伸数值模型缝长和缝缝长和缝宽的求取宽的求取pttfLLX000边界条件边界条件（4.1）（4.2） 43434141114148fppfpafpfaffpfafpXLXXLXXXLXXLHa43431241418fppffpfapfXLXXLXXHa4324322216642fpfpfpspXLHXLXLHHVafXHvQd12122pQd12方程中参数求取方程中参数求取412432211664fpfp

28、fpXLHXLXLHa（4.3）（4.4）（4.5）（4.6）（4.7）（4.8）4.2 裂缝酸岩反应数学模型裂缝酸岩反应数学模型tUHRCkTTkCkCCkTTCkudxdTuWCCkudtCduWudxudWhnwRwTnwRwgwffTcwgcc,)(22021）液体密度、比热等性质不随温度变化；2）液体不可压缩，呈稳定流动；3）液体沿缝长方向上的滤失取其平均滤失；4）酸液浓度及液体温度不沿缝高方向变化；5）地层向裂缝传热遵循WhitsittDysart传热规律。1 假设条件假设条件缝内酸岩缝内酸岩反应求解反应求解常微分方常微分方程组程组 （4.9）4.3 酸压增产效果计算酸压增产效果计

29、算 在考虑酸蚀蚓孔存在的情况下，酸蚀蚓孔在较短时间里溶蚀体积迅速扩展，孔径可能高达几毫米，长度长达几米甚至十几米。这种情况下对地层的渗流能力的估计如果只考虑人工裂缝的作用，显然是不合理的。人 工裂缝蚓孔缝宽wb.考虑蚓孔缝宽wa传统导流计算图图4.3 酸压后储层改造效果示意图酸压后储层改造效果示意图蚓孔裂缝系统综合渗透率+xx+x xuA( x )蚓孔滤失蚓孔滤失hLxVhLitcwfAi12120hLVVxwawhi12)(4.3.1 酸蚀缝宽的计算酸蚀缝宽的计算图图4.2 裂缝体积微元裂缝体积微元x和和x+x之间所含的反应酸质量传递过程示意图之间所含的反应酸质量传递过程示意图 裂缝平均宽度

30、计算式 考虑酸蚀蚓孔时，裂缝平均宽度计算式 （4.10）（4.11）4.3.2 酸蚀裂缝导流能力酸蚀裂缝导流能力 Nierodo和Kruk（1973）推导了导流能力的经验方程：21expCCwKeff822. 01256. 0fiwkC MPaSMPaSMPaSMPaSCRERERERE345013810)ln406. 01 . 9(138010)ln885. 182.36(332有效应力，单位 psi；RES岩石嵌入强度，单位 psi；fiwk导流能力，单位 mD.in。 （4.12）（4.13）（4.14）在裂缝总长度为L情况下，岩石渗滤面积内流过全部裂缝的流体流量为：dxdplbqlQ1

31、23由等效渗流阻力原理 (4.16)与（4.15）式应相等，即可得AlbKf123又因为该岩石的裂缝孔隙度为：AblALblLVVbpff采用达西定律表示该岩样的流量，则LpAKQf（4.15）（4.16）（4.17）（4.18）裂缝渗透率的计算裂缝渗透率的计算 布辛斯克方程 4.3.3 考虑酸蚀蚓孔的酸压储层综合渗透率考虑酸蚀蚓孔的酸压储层综合渗透率将（4.18）代入（4.17）可得：122bKff（4.19）酸蚀蚓孔造成的渗透率的计算酸蚀蚓孔造成的渗透率的计算 假设酸蚀蚓孔形成垂直于人工裂缝壁面，酸蚀有效缝长为Lfe，缝高Hf，在人工裂缝i处形成蚓孔。则该蚓孔对于整个酸蚀壁面的渗透率由等效

32、渗流阻力原理可得：ADki1284（4.20）其中A为酸蚀有效作用面积，ffeH*LA 。则上式可以改写为 ffeiHLDk1284（4.21） 又酸蚀壁面所有蚓孔对岩体的总渗透滤为 ikk。故，酸蚀蚓孔造成的渗透滤应为：4128iffewDHLk（4.22） 因此，裂缝因此，裂缝蚓孔系统的渗透率可用基质渗透率蚓孔系统的渗透率可用基质渗透率Km和裂缝渗透率和裂缝渗透率Kf的简单叠加来表示。即的简单叠加来表示。即fmwtKKK（4.23）5 5 程序编制及计算实例及分析程序编制及计算实例及分析 基于前述考虑酸蚀蚓孔的酸压滤失计算模型及其求解方法，本论文遵循以数据为中心、可视化操作，模块化设计，数

33、据共享为主体的原则，研制了酸化压裂设计软件，应用该软件进行了大量分析计算，并根据现场应用情况进行了调整和完善。5.1 软件结构图 参参数数录录入入实实验验数数据据处处理理 计计算算处处理理输输 出出图图像像输输出出数数据据输输出出酸压现场施工数据酸压现场施工数据5.2 软件主要界面 5.3 考虑酸蚀蚓孔的酸压模拟计算分析考虑酸蚀蚓孔的酸压模拟计算分析目的层厚目的层厚20m基质孔隙度基质孔隙度0.03泊松比泊松比0.27油层中深油层中深4126m基质渗透率基质渗透率0.09mD杨氏模量杨氏模量41700MPa储层温度储层温度90微裂缝当量半径微裂缝当量半径0.01mm岩石抗嵌入强度岩石抗嵌入强度

34、310MPa油管尺寸油管尺寸73mm微裂缝密度微裂缝密度25/m2破裂压力梯度破裂压力梯度1.8MPa/100m基本输入参数基本输入参数图图5.5 蚓孔对滤失量的影响图蚓孔对滤失量的影响图 5.6 蚓孔对裂缝酸浓度分布的影响蚓孔对裂缝酸浓度分布的影响前置液：粘度140mPa.s，排量2m3/min，液量120m3酸液：粘度5mPa.s，排量3m3/min，液量120m3;酸浓度28 图图5.8 酸液粘度对裂缝酸浓度分布的影响酸液粘度对裂缝酸浓度分布的影响图图5.7 酸液粘度对滤失量的影响酸液粘度对滤失量的影响 酸液在酸液在1mPa.s下的滤失总量为下的滤失总量为152m3，而其中由蚓孔引起的滤

35、失就达，而其中由蚓孔引起的滤失就达91m3。但随。但随着粘度的增加，酸液滤失得到了有效控制，当粘度大于着粘度的增加，酸液滤失得到了有效控制，当粘度大于20mPa.s时，酸液滤失基本得时，酸液滤失基本得到了控制，蚓孔滤失降到了到了控制，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到了进一步体现 。图图5.9 酸浓度对滤失量的影响酸浓度对滤失量的影响 图图5.10 酸浓度酸浓度VS界面、有效酸蚀距离界面、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

36、对滤失影响不大。但浓度在浓度在1520范围时，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时，酸蚀蚓孔引起的滤失几乎为酸浓度为15时的时的2倍。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。 图图5.11 排量对有效酸蚀距离的影响排量对有效酸蚀距离的影响 图图5.12 酸排量对滤失的影响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酸

37、排量对最终酸蚀有效作用距离的影响在排量为14m3/min时表现为随排量的时表现为随排量的增加而酸蚀距离增加。酸排量在增加而酸蚀距离增加。酸排量在5m3/min的穿透距离几乎为在的穿透距离几乎为在1m3/min时的时的4倍（图倍（图5.19)。当排量大于。当排量大于4m3/min时，这种趋势并不明显。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。图图5.13 用酸量对酸蚀距离的影响用酸量对酸蚀

38、距离的影响图图5.14 用酸量对滤失的影响用酸量对滤失的影响 图图5.13显示：随着用酸量在显示：随着用酸量在100250m3范围的增加，酸蚀有效距离增长较快，但范围的增加，酸蚀有效距离增长较快，但超过超过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增加而后，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增加而增加，但超过增加，但超过250m3后增量将放缓。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

39、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。时间时间作业内容作业内容排排 量量泵泵 压压液液 量量备备 注注（m3/min）（MPa）（m3）17：4718：07低替清除液0.723.0101818：07071818：2727高挤压裂液冻胶高挤压裂液冻胶2.92.984.784.761.561.51818：27271818：5353高挤胶凝酸高挤胶凝酸(25)4.04.070.570.5100.7100.7混注液氮30m31818：53531919：0303高挤压裂液冻胶高挤压裂液冻胶4.04.070704

40、2421919：03031919：2727高挤胶凝酸高挤胶凝酸(20%)(20%)4.34.36868100.5100.519：2719：37顶替滑溜水3-1.554.32519:3719:52 测压降15min，油压从32MPa降至15MPa 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： 该井酸压施工井段为测井解释的该井酸压施工井段为测井解释的、类储层（类储层（5518.05518.05534.55534.5，5548.05548.05567.5m5567

41、.5m）36m36m，以解除近井地带堵塞，改善储层渗透性，同时压，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。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。对测井解释的对测井解释的、类储层（类储层（5431-54435431-5443、5482-54985482-5498）28m28m，进行裸眼酸，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。裂缝，沟通高渗的天然裂缝、溶洞发育带。时间时间作

42、业内容作业内容排排 量量泵泵 压压液液 量量（m3/min）（MPa）（m3）13:56-14:16低替滑溜水0.57.01014:16-14:43投球，关闭常开阀14:43-14:49试压7914:49-15:19低替滑溜水0.5311515:19-15:28停泵，候球入座15:28-15:54高挤压裂液冻胶3.580.99015:54-16:2015:54-16:20高挤胶凝酸高挤胶凝酸(25(25) )4.44.4717111011016:20-16:4516:20-16:45高挤胶凝酸高挤胶凝酸(20%)(20%)4.44.458.458.411011016:45-16:53顶替滑溜水

43、3.75583016:53-17:08 测压降15min，油压从58MPa降至21.2MPaFrac PT10.1分析结果的对比分析结果的对比井井 名名考虑酸蚀蚓孔考虑酸蚀蚓孔Frac PT10.1分析结果分析结果酸酸 蚀蚀有效缝长有效缝长平平 均均酸蚀缝宽酸蚀缝宽平平 均均导流能力导流能力酸酸 蚀蚀有效缝长有效缝长平平 均均酸蚀缝宽酸蚀缝宽平平 均均导流能力导流能力(m)(mm)(mdcm)(m)(mm)(mdcm)TK426547.61467.977.73.53273.6TK315348.77663.857.73.13253.6 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

44、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. 6. 结论与建议结论与建议 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： 酸蚀蚓孔复杂的分支形态结构描述困难，本文利用迂曲

45、度方式描述复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。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。 碳酸盐岩储层天然裂缝形态、分布对酸蚀蚓孔的形成和酸液滤失量有碳酸盐岩储层天然裂缝形态、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。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让人完全满意，期待以后有

46、研究人员能在更深入的实验研究上做得更加完善。善。序号序号发表时间发表时间论文专著名称论文专著名称发表刊物及出版社发表刊物及出版社12004.12碳酸盐岩基质酸化过程中蚓孔形成的模型研究试采技术22004.12酸化工作液发展现状河南石油32004.10基质酸化施工存在的问题及处理断块油气田42005.4低渗透水锁效应的解除国外油田工程通过评审，待发表文章通过评审，待发表文章5A Novel Calculation Model of the Acid Leak-off in the Acid FracturingSPE-98133(PP)6考虑酸蚀蚓孔效应的酸液滤失模型及应用石油勘探与开发7考虑酸

47、蚀蚓孔效应的酸压设计软件研制天然气工业8改进的砂岩基质酸化模型江汉石油学报9碳酸盐岩油藏酸化施工中酸蚀蚓孔滤失机理及对酸化工艺的启示钻采工艺10酸蚀蚓孔效应引起的酸液动态滤失实验方法研究天然气工业 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：号：20040615003 “20040615003 “酸蚀蚓孔扩展及酸液滤失机理研究酸蚀蚓孔扩展及酸液滤失机理研究”）主要研究内容。）主要研究内容。 另外，论文研究主要成果参加西南石油学院另外，论文研究主要成果参加西南石油学院“康菲杯康菲杯”竞赛获得一等奖，竞赛获得一

48、等奖，并被报送参加四川省第九届大学生并被报送参加四川省第九届大学生“挑战杯挑战杯”竞赛。竞赛。 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！谢谢各位评审老师！2022年年6月月6日日酸液： 粘度：15mPa.s 浓度：25 前置液：酸量：120m3 排量：2m3/min 粘度140mPa.s酸量酸量120m3时不同排量下渗透率改善情况时不同排量下渗透率改善情况排量排量4m3/min时不同酸量下渗透率改善情况时不同酸量下渗透率改善情况基质酸化基质酸化酸酸 压压图图3.1 酸压与基质酸化酸蚀蚓孔形成机理的区分酸压与基质酸化酸蚀蚓孔形成机理的区分创新点创新点