酸压裂缝导流能力影响因素分析VIP专享VIP免费

第18卷第2期2011年3月油气地质与采收率Peh‘oleumGeologyandRecoveryEfficiencyⅥ1l_18．NO．2Mar．2011酸压裂缝导流能力影响因素分析牟建业，张士诚(中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室，北京102249)摘要：酸压是碳酸盐岩油气田大型增产改造的重要措施，酸压裂缝导流能力与酸蚀后裂缝表面的粗糙程度有关，不规则裂缝表面使酸压导流能力预测变得较为困难。酸压裂缝导流能力由裂缝表面形状、闭合应力和岩石力学性质决定，因而从裂缝粗糙表面形成机理角度研究了裂缝表面渗透率分布、岩性分布、温度和氢离子扩散系数对酸蚀裂缝导流能力的影响。通过建立中尺度酸压模型，模拟酸液在碳酸盐岩裂缝中的流动，分析酸液在裂缝表面与岩石的反应和裂缝表面形状随岩石溶解的变化，得到酸蚀裂缝的表面形状，然后计算裂缝导流能力。研究结果表明，酸蚀裂缝表面形状主要由油藏属性(渗透率和岩性在裂缝表面的空间分布)决定；闭合应力和岩石强度对酸压裂缝导流能力的影响与裂缝形状相关；酸蚀沟槽较宽时，较小的闭合应力能使沟槽闭合；局部非均质性使酸蚀沟槽在较高应力下保持张开，宏观非均质性使沟槽相互连接形成贯穿裂缝的沟槽。关键词：酸压裂缝导流能力裂缝表面形状岩石力学性质闭合应力中图分类号：TE357．2文献标识码：A文章编号：1009—9603(2011)02—0069—03酸压是碳酸盐岩油气田增产改造的一项重要措施，裂缝表面的粗糙程度影响酸压裂缝的导流能力。粗糙的裂缝表面使得准确计算酸压导流能力极其困难，通常用经验公式来计算导流能力_1J。为深入分析酸压导流能力，龚明考虑了粗糙裂缝表面对导流能力的影响并推导了新的导流能力经验公式；李年银等通过实验方法研究了嵌入强度、闭合压力、酸类型、酸注入速度和酸注入量等因素对导流能力的影响；温海飞等则研究了酸性压裂液对导流能力的影响。前人主要在实验基础上定性地研究了酸压裂缝导流能力的影响因素，笔者从粗糙裂缝表面形成机理出发，通过建立数学模型，研究了裂缝表面形状等因素对酸压裂缝导流能力的影响，以期为油气藏酸压设计提供参考。1数学模型为模拟酸蚀裂缝表面形状随注入酸液的变化，建立了中尺度酸压模型。假设条件为：①流体为不可压缩的牛顿流体；②忽略重力影响；③忽略酸一岩反应生热对温度的影响。该模型模拟了酸液注入碳酸盐岩裂缝的过程，包括3部分：①模拟裂缝中的流体流动得到压力和速度场；②模拟酸流动得到酸液浓度的分布；③计算酸、岩反应，得到裂缝表面形状。这几个过程是同时发生的，应耦合求解，但考虑到可行性，采用了顺序求解方式，先求解压力和速度场，然后求解酸液浓度分布，再通过酸岩反应计算裂缝宽度分布。1．1流体流动方程基于假设，在每个时间步长里，通过求解稳态不可压缩Navier—Stokes方程得到压力和速度场。在数值计算中采用较小时间步长，每个时间步长内更新裂缝边界，然后用更新的边界条件重新计算压力和速度场，即该过程是一个拟稳态过程。其动量方程为p(u+詈+警)一+(+O2_uu+)p(u尝+考+詈)一雾+(窘++)c2p(O。w+)=一+(+0。2w+)c3式中：p为流体密度，kg／m；“，，W分别为，Y，Z方向上流体的速度，m／s；p为压力，Pa；为粘度，mPa·S。质量守恒方程为++0w：0r41收稿¨期：2011—01—11。作=者简介：牟建业，男，讲帅，博士，从事油气羽增产方面的研究：[作联系电活：(010)89734593，E-mail：moujianye@∞I．educn。基金项目：国家科技霞大专项“大犁油气田及煤气开发”(2008ZX05017-003)·70·油气地质与采收率2011年3月边界条件包括：入口定量注入、出口定回压和垂直于裂缝表面的速度为滤失速度。其他方向为非流动边界。1．2酸液浓度分布方程酸液浓度分布方程为鲁++鲁+WOz=(。eft鲁)c5——+——+——+——=——ln—I()aaayay、v，、其中C．C。=(6)式中：CD为无因次酸液浓度；t为时间，S；D。Ⅱ为有效扩散系数，m／s；C为酸液浓度，kmoL／m；Ci为人口处酸液浓度，kmol／m。在和z方向，由于与对流相比，扩散很小，因此由浓度梯度产生的酸扩散可以忽略。边界条件包括：人口处酸液浓度恒定，裂缝表面上酸液浓度由酸和岩石反应速度隐式给定；初始条件是各处酸液浓度为0。1．3裂缝宽度变化...