酸化培训班砂岩酸化设计课件.ppt

1、1(一) 井筒温度场模拟(二) 地层温度场模拟(三) 酸浓度和矿物浓度分布模拟(四) 酸化后地层孔隙度和渗透率计算(五) 多层酸化时，各层分流量计算(六) 多层酸化加入暂堵剂后，各层分流量计算 (七) 酸化效果预测(八) 酸化解堵最优目标的确定及施工参数模拟2经验方法的局限性 Williams方法利用试验确定有效反应系数求解酸浓度分布模型酸穿距离与酸浓度，注入速度、注酸量的关系 局限性：局限性：试验难度大，未考虑实际酸化过程的变温度、变矿物浓度及径向和垂向非均质的影响，未进行酸化效果预测。3未考虑土酸中盐酸的作用未考虑注酸过程中从井口到地层的温度变化，地层伤害带浓度变化及多层影响无效果预测方法

2、4优化设计优化设计:选择最佳方案以达到最优目标的设计。主要工作：主要工作： 优选适合本油田、本地区的酸液及添加剂； 了解储层特性及其伤害情况，明确处理任务； 进行数学模拟计算，全面考虑影响砂岩酸化的因素； 进行完整的酸化设计，将先进的数学模型和现场经验紧密结合起来； 优选施工方案分析影响酸化效果的诸因素及提高酸化效果的工艺途径，确定最佳施工方案5优化设计的主要内容优化设计的主要内容: :(1)最优目标的确定(2)计算模型的建立和选择(3)施工参数的优选(4)方程的求解及编程6井筒温度、地层温度分布数据及曲线。井筒温度、地层温度分布数据及曲线。地层矿物及酸浓度分布的数据及曲线。地层矿物及酸浓度分

3、布的数据及曲线。地层酸化后孔隙度、渗透率分布曲线。地层酸化后孔隙度、渗透率分布曲线。酸化增产效果预测。酸化增产效果预测。暂堵酸化加入暂堵剂后，各段的流量分布及注入各段暂堵酸化加入暂堵剂后，各段的流量分布及注入各段的累计流量分布。的累计流量分布。酸化施工参数、包括地面设备选择、施工泵压、排量酸化施工参数、包括地面设备选择、施工泵压、排量、使用的各级液体、使用的各级液体(洗井液、前置液、处理液、后置液洗井液、前置液、处理液、后置液、顶替液、顶替液)配方，浓度、用量及施工时间监测。配方，浓度、用量及施工时间监测。优化设计能够提供的信息优化设计能够提供的信息: :7井筒温度场模型储层温度场模型酸沿储层

4、径向的浓度分布模型储层孔隙度及渗透率分布模型分段、暂堵酸化时暂堵分流量模型增产效果预测模型及酸化解堵的最优目标施工参数和规模的确定方法主要模型8(一) 井筒温度场模拟1. 井筒温度模拟的意义温度酸岩反应速度工作液粘度、流变性酸液的腐蚀性酸化有效作用范围和酸化效果9稳态解析模型非稳态（或称瞬态）换热模型Moss，Lessem模型Ramay模型Suquier模型Eeickmier模型等10基于稳态衡线热源假设的解析计算方法基于稳态衡线热源假设的解析计算方法AZZATTAZZTtZThbTbfTbHTbHexp)(),(114 4、 数值计算方法数值计算方法1)假设条件注液前，井筒内充满液体并与地层

5、达到热平衡；忽略井筒及地层内沿井深方向的热交换；所有传热参数不随温度和时间变化，各向同性、均质地层；地面排量及注液温度不变；液体温度与其接触的管壁温度相同；油套管和井径尺寸不随井深变化；温度沿井深呈线性分布。符合关系TbbzZZTT12qinjqT0,j-1/2T1,jT2,j-1/2T3,jT4,jT5,j r0 r1 r2 r3 r4 r5 T6,j2)2)单元体单元体( (网格系统网格系统) )的划分的划分从里到外依次划分单元体为油管内单元体、油管单元体、环空从里到外依次划分单元体为油管内单元体、油管单元体、环空液体单元、套管体单元、水泥环单元体及若干油藏单元体液体单元、套管体单元、水泥

6、环单元体及若干油藏单元体132)单元体(网格系统)的划分径向单元体划分示意图 r0 r1 r2 r3 r4 r5 rN2-3 rN2-2 rN2-1 rN2T0,j T1,j T2,j T3,j T4,j T5,j TN2-3 TN2-2 TN2-1 TN214 地面 r0 r1 r2 r3 r4 r5 r6 rN-3 rN-2 rN-1 rNZ1Z2ZjZj+1Zm-1Zm纵向上单元体划分示意图纵向上单元体划分示意图153)模型的建立及求解据热平衡方程式：单位时间内流入单元体的热量单位时间流出单元体的热量单位时间内单元体内热量的变化0非稳态模型jNnjNjNnjNjNjinjijinjiji

7、njijijnjjnjjFTbTaFTdTbTaFTdTb, 11, 1, 11, 2, 1,1, 1,1,1, 1, 11, 2, 11, 1, 116bjjbjijZZZaTTT5 . 00,021, 0初始条件初始条件上面公式迭代求出上面公式迭代求出tn+1时刻整个油管内液体温度分布时刻整个油管内液体温度分布以及井筒地层径向温度分布，从而求得任意时刻、以及井筒地层径向温度分布，从而求得任意时刻、任意深度处的井筒温度分布。任意深度处的井筒温度分布。171. 地层温度模拟的意义 处理液由井筒进入地层(裂缝)中流动时以及处理液在地层中与岩石反应时都要与地层发生显著的热交换，因而温度变化很大。2

8、. 储层温度场模型(1)假设条件 1)酸液在地层孔隙中流动，壁面温度与酸液温度相同； 2)所有传热参数不随温度和时间变化，地层各向同性、均质； 3)不计纵向热传导； 4)液体在孔隙介质中作流动反应时质量守恒。18(2)地层温度场模型的建立径向单元体划分示意图径向单元体划分示意图 r0 r1 r2 r3 r4 r5 rN2-3 rN2-2 rN2-1 rN2T0,j T1,j T2,j T3,j T4,j T5,j TN2-3 TN2-2 TN2-1 TN219微元体划分示意图20 流入、流出及传入、传出该微元体的热量，应流入、流出及传入、传出该微元体的热量，应用热平衡等式建立了储层温度分布的偏

9、微分方程：用热平衡等式建立了储层温度分布的偏微分方程：tTBBrTrAArT220tTTwrrwRRrTTeRtTT 0 边界条件初始条件21 酸液与储层矿物的反应是放热反应，放出的热酸液与储层矿物的反应是放热反应，放出的热量必然改变酸液的温度量必然改变酸液的温度径向径向ri,ri+1的环形带内，酸浓度的变化为的环形带内，酸浓度的变化为 CAi2, 11jnmjnmjjACCC酸岩反应放出的热量酸岩反应放出的热量HHCxrrqAnkikiire,322110ri,ri+1的环形带内放出的热量被该单元体内的岩石及孔隙的环形带内放出的热量被该单元体内的岩石及孔隙中的酸液所吸收中的酸液所吸收 1,2

10、211,1,1nkikiinkirrnkiLLinTxrrccq22100011njmmnjLLnjnjnjjCCCCHTjnjnjTTTT任意tn时刻，rj处的地层温度TTj可表示为：热量平衡方程式热量平衡方程式inreqq23(3) 储层温度场数值计算模型的建立WRWDTTTTTwwDrVtt0wDrrrDDDDDDDtTBBBrTrAAArT22引入无因次量引入无因次量初始条件外边界条件内边界条件1100Re1DwDDtDrrDrDTTT2411rLLLwwcVrAAA011wwrLLLVrcBBBDnDinDiiDinDinDiDiiDinDinDinDitTTBBBrTTrAAArT

11、TT11112111112隐式差分构造数值模型隐式差分构造数值模型)(1)(10000,11111111初始条件边界条件iDirrrnDrnDinDiinDiinDiiTTTFTBTATCweDD数值模型25(4)储层温度场数值模型的求解2, 2 , 1211111111111111121111222222NiBFTATCFTBTATCFTBTANNnDNNnDNNinDiinDiinDiinDnD矩阵形式矩阵形式1121111121!112221122222NNinDNnDinDnDNNiiiBFFFFTTTTACBACBACAC26求解步骤：求解步骤：1)不考虑酸岩反应热时的储层温度分布计

12、算whFnDIwhniTTTTT112)2)酸岩反应热的计算酸岩反应热的计算1,1,31,11,110nkirrnkiLLnkiAnkiccHHCT3)3)考虑酸岩反应热后的储层温度分布计算考虑酸岩反应热后的储层温度分布计算1,1,1,nkinkinkiTTTT271.1.集总参数模型集总参数模型( (解析模型解析模型) )11(11DjDiAcAcDaDijtANNNEXPC)(expDjDiAcDatANN酸浓度分布酸浓度分布矿物浓度分布矿物浓度分布DjjDaiDjDiAcAcjDaijmDiANtANNNC,exp11exp11280,CCCDijjHFimrmrmjmDijmiCCCC

13、C)(0,2/)1(A2DiDir)(KRoijoaroTTRTTEEXPKoijCCDijCwwmrmoRdaVwrCCKN.)(rDi=ri/rw其中无因次参数其中无因次参数292.2.分布参数模型分布参数模型( (数值计算模型数值计算模型) )全面考虑温度多组分矿物多层及地层伤害等因素的影响单层或多层同时酸化、各层存在不同污染区时的酸浓度分布计算模型30(1)(1)假设条件假设条件 1)1)忽略分子扩散作用；忽略分子扩散作用； 2)2)孔隙中酸浓度与孔隙壁面酸浓度相同；孔隙中酸浓度与孔隙壁面酸浓度相同； 3)3)储层岩石可分为有限的几种矿物成分，酸与储层岩石可分为有限的几种矿物成分，酸与

14、不同矿物的反应分别按各自的动力学方程进行；不同矿物的反应分别按各自的动力学方程进行； 4)4)酸在储层孔隙中呈单相径向流动；酸在储层孔隙中呈单相径向流动； 5)5)注处理液时，假定储层中的碳酸盐类已由前注处理液时，假定储层中的碳酸盐类已由前置液中置液中HCLHCL溶解，处理液中溶解，处理液中HCLHCL不再参加反应。不再参加反应。31(2)单元体的划分块中心网格示意图32 微元体选取示意图微元体选取示意图33(3)酸浓度、矿物浓度分布模型q)s,=(j t)C-(1 r C tC)( jjrRu酸岩反应摩尔平衡式，导出酸沿地层径向流酸岩反应摩尔平衡式，导出酸沿地层径向流动反应的偏微分方程动反应

15、的偏微分方程:氢氟酸反应速度氢氟酸反应速度RJjjR1 jr q)s,=(J )(jr ij CCCkrjrj硅质矿物溶解速度硅质矿物溶解速度34初始条件和边界条件初始条件和边界条件j 0f ejf ej 0ejej viwjj 0jC=t), R(rC 0,=t),RC(rC=t),(RC 0,=t),C(RC=t),(rC , 0) 0 ,() 0 ,(C , 0) 0 ,(wrCCrrC35在井深方向上非均质的砂岩油藏，按渗透率的差在井深方向上非均质的砂岩油藏，按渗透率的差异可在垂向上划分为异可在垂向上划分为N个互不连通的小层个互不连通的小层36定义无因次参数定义无因次参数0CCCDLj

16、irKjLjirKjDjCCCCC,0,wDrrrwKwDrVtt00,0 ,01,wjwKirjKjKnrjiKDAjVrCCKNirjjjkACjCCCN0001矿物矿物j的的Damkohler数数矿物矿物j的酸溶的酸溶量数量数37KKniKnDiKD01,1,KnKKnDiKDVV1, 101,11KnDiDiDKnDiKnirtuA1,1,1,2KnDjiJjKnDAjiKnDiDKniCNtB1,11,1,1,DKnDiKnDiACjKnDajiKnitVCNND1,1,1,1,38无因次化酸浓度、矿物浓度分布模型JjKDjKDAjKDDkDDKDDkDCNCrCrUtC1KDKDj

17、KDKACjKDAjDKDjVCCNNtC酸浓度分布酸浓度分布矿物浓度分布矿物浓度分布j=qj=q快反应矿物快反应矿物j=sj=s慢反应矿物慢反应矿物39边界条件0, 11, 1DKDjDKDtCtC1,0,DwefnKDjDwefnKDtrrCtrrC1,0,DwefnDKDjDwefnDKDtrRrCtrRrC初始条件10 ,00 ,DKDjDKDrCrC400,0,expTRTTTTTEKKKniKniajrojKnrjiArrhenius方程方程(温度影响温度影响)41(4)有效作用半径的确定数值计算方法求解酸浓度分布方程KnDiC,iKefnrR=KnDiC,100md 粘土含量20

18、% 用15%HCl 粘土含量10% 用5%HCl+络合剂 绿泥石含量高 用5%HCl+络合剂 (2)低渗透储层低渗透储层K10md 粘土含量5% 用7.5%HCl或10%乙酸 绿泥石含量高 用5%乙酸 56122%0)()1 (77.3HCLwdmprrCV用量计算：碳酸盐岩含量(%)盐酸浓度(%)812-15方法一：方法一：方法二：方法二： 溶解Rd范围内的方解石体积： Vcaco3=(Rd2-rw2)(1-0)Cm%溶解Vcaco3所需的盐酸体积为： V1Vcaco3/X井筒酸化半径(等于伤害带半径)内的孔隙体积为： Vp=Vo+Vcaco3=(Rd2-rw2)0+ Cm% (1-0)所需

19、注入的盐酸的总体积为： VHCl =V1+Vp 西南石油学院572)处理液一般配方：一般配方：(3-6)%HF+(1015)%HCl CaCO3含量高时，取3HF%+(1215%)HCl 泥质含量高时， 取4-6%HF+(10-12)%HCl Exxon推荐： 3%HF+12%HCl Willims推荐： 3%HF+12%HCl (1)HCl可溶物含量可溶物含量20%，只用，只用HCl，浓度，浓度15% (2)HCl可溶物含量可溶物含量100md 石英含量高(80%)，粘土含量(20%) 用13.5%HCl+1%HF 粘土含量高(10%) 用6.5%HCl+1%HF 铁质绿泥石含量高， 用3%

20、HCl+0.5%HF (3)HCl可溶物含量可溶物含量20%，低渗透层，低渗透层K10md 低粘土含量(5%) 用6%HCl+1.5%HF 绿泥石含量高 用3%HCl+0.5%HF 58西南石油学院污染程度粘土含量HF 浓度，轻微14.534土酸用量确定方法：土酸用量确定方法：经验方法 3.28193322 2dwdwHFarrrrCVV593726524321140 xcycxycxcycxccVa2141312113102928zxczyczxczcycxycyxc32021921831721615zyczxycyzxczxczycxyzc设计计算方法Va=tfQ 估算法每米地层用酸量1.

21、22 m3/m3)后置液：选用方法同前置液4)顶替液（4NH4Cl水溶液或活性水）60YESYESYES注入液到达处理段？NO注完前置液？NOYES计算各小段参数：液量、流速、温度分布、反应热、HF酸浓度、孔隙度、渗透率及增产倍比等ref,krd,kNOYES处理液到达处理段？NO 计算各小段参数：液量、流速、温度分布、反应热、酸浓度、碳酸盐浓度、孔隙度、渗透率分布等。注完处理液？记录各级液量及其他数据还计算否？YESref,krd,kNO计算结果存盘，打印输出NO调整参数计算吗？结 束YES显示方案并非最佳原始数据输入伤害资料处理计算、选择施工参数计算低压替酸时井筒温度分布计算tn+1时井筒温度分布开始经济评价YES图1.8 砂岩储层酸化模拟程序流程图三、砂岩储层优化设计计算与模拟程序逻辑三、砂岩储层优化设计计算与模拟程序逻辑61砂岩储层酸化设计程序主 控 模 块打印模块计算模块输入模块屏幕输出模块使用帮助和辅助功能施工压力设计参数主要温度参数酸浓度分布矿物浓度分布渗透率孔隙度分布原始数据打印计算数据及曲线打印施工方案输出原始数据输入创建数据库井筒温度场模拟地层温度分布模拟盐酸浓度分布模拟孔隙度渗透率模拟增产效果预测施工参数模拟氢氟酸浓度分布模拟矿物浓度分布模拟井筒温度分布地层温度分布施工规模及液体配方酸化效果综合预测资料砂岩储层酸化酸化设计程序结构图62