CN103792334B

CN103792334B - 一种预测缝洞型碳酸盐岩酸蚀蚓孔宽度的方法

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Publication number: CN103792334B
Application number: CN201310739801.5A
Authority: CN
Inventors: 李勇明; 刘作磊; 赵金洲; 张烈辉; 刘鹏
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2033-12-27
Also published as: CN103792334A

Abstract

本发明公开了一种预测缝洞型碳酸盐岩酸蚀蚓孔宽度的方法，依次包括以下步骤：（1）实验岩样的加工处理；（2）将实验岩样进行酸液滤失实验，测量一分钟后的酸液滤失量和酸蚀蚓孔宽度，以其作为初始酸液流量Q₀和初始酸蚀蚓孔宽度d₀；（3）将实验岩样继续进行酸液滤失实验，记录酸液滤失过程中X时刻流量Q_x随时间X的变化曲线，并测量酸液滤失结束时的流量Q_T和酸蚀蚓孔宽度d_T；（4）计算酸液滤失过程中X时刻的酸蚀蚓孔宽度d_x。本发明原理可靠，操作简便，通过推导缝洞型碳酸盐岩酸液流量与酸蚀蚓孔宽度的关系式，可预测缝洞型碳酸盐岩储层酸液滤失过程中的酸蚀蚓孔宽度，为缝洞型碳酸盐岩储层开发工艺参数的优化提供科学依据，具有良好的市场前景。

Description

一种预测缝洞型碳酸盐岩酸蚀蚓孔宽度的方法

技术领域

本发明涉及一种用于缝洞型碳酸盐岩储层开发过程中酸蚀蚓孔宽度的预测方法。

背景技术

酸化（酸压）是提高碳酸盐岩产量和最终采收率的一种有效措施，在全世界范围内已得到了充分证明。

碳酸盐岩储层不仅容易产生裂缝，而且溶洞也发育的非常普遍。酸化（酸压）过程中，酸液与裂缝壁面的碳酸盐岩反应，同时也将发生酸液滤失。裂缝—溶洞型储层的流体滤失与普通均质储层的滤失存在明显的差异。均质储层滤失主要由基质和流体性能参数确定，而缝洞型储层滤失受裂缝和溶洞控制。由于在缝洞型碳酸盐岩油气藏进行酸化（酸压）改造过程中，岩体内部裂缝宽度的变化直接影响酸化（酸压）工艺，目前亟需一种简单可靠的缝洞型碳酸盐岩酸蚀蚓孔宽度预测技术，为改造工艺提供数据支持，从而更加有效地指导碳酸盐岩储层酸化（酸压）技术措施决策和优化设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预测缝洞型碳酸盐岩酸蚀蚓孔宽度的方法，该方法原理可靠，操作简便，通过推导缝洞型碳酸盐岩酸液流量与酸蚀蚓孔宽度的关系式，可预测缝洞型碳酸盐岩储层酸液滤失过程中的酸蚀蚓孔宽度，为缝洞型碳酸盐岩储层开发工艺参数的优化提供科学依据，具有良好的市场前景。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

本发明基于实验物理过程建立数学模型，根据压裂液滤失理论和酸岩反应原理（李颖川，采油工程[M],石油工业出版社，2009），结合流量变化与酸液滤失前后裂缝宽度，推导出缝洞型碳酸盐岩酸液流量与酸蚀蚓孔宽度的关系。

渗透率和孔隙度的关系（李颖川，采油工程[M],石油工业出版社，2009）：

\frac{K}{K_{0}} = {(\frac{φ}{φ_{0}})}^{3}

①

n条裂缝的孔隙度：

φ = \frac{n \cdot (\frac{{πd}^{2}}{4}) \cdot L}{V}

②

φ_{0} = \frac{n \cdot (\frac{{πd}_{0}^{2}}{4}) \cdot L}{V}

③

结合式①、式②和式③，得：

K = {(\frac{d}{d_{0}})}^{6} K_{0}

④

根据达西定律（何更生，油层物理[M],石油工业出版社，2011）：

Q = A \cdot \frac{KΔP}{μL}

⑤

A = \frac{{πd}^{2}}{4}

⑥

考虑缝洞型碳酸盐岩在酸液滤失过程中存在酸岩反应，故在达西定律公式中引入修正系数得：

⑦

结合式④、式⑥和式⑦，得：

⑧

令得：

Q＝f·d⁸ ⑨

同理：

Q₀＝f·d₀ ⁸ ⑩

Q_T＝f·d_T ⁸

结合式⑩和式得：

f = \frac{Q_{T} - Q_{0}}{d_{T}^{8} - d_{0}^{8}}

X时刻的流量为Q_x，得：

Q_x＝f·d_x ⁸

结合式⑩和式得X时刻酸蚀蚓孔宽度d_x为：

d_{x} = \sqrt[8]{\frac{Q_{x} - Q_{0}}{f} + d_{0}^{8}}

式中：

K、K₀——分别为酸化后的渗透率和初始渗透率，D；

φ、φ₀——分别为酸化后的孔隙度和初始孔隙度，%；

V——为岩样的总体积，cm³；

A——为裂缝截面积，mm²；

d、d₀、d_T、d_x——分别为裂缝直径、初始酸蚀蚓孔宽度、酸液滤失结束时（T时）酸蚀蚓孔宽度和酸液滤失过程中X时刻酸蚀蚓孔宽度，mm；

Q、Q₀、Q_T、Q_x——分别为流量、初始酸液流量、酸液滤失结束时（T时）的流量和酸液滤失过程中X时刻流量，cm³；

L——裂缝长度，mm；

——修正系数，无量纲；

μ——流体粘度，mPa·s；

ΔP——流体流入和流出时的压差，MPa。

一种预测缝洞型碳酸盐岩酸蚀蚓孔宽度的方法，依次包括以下步骤：

（1）实验岩样的加工处理：人工模拟一条天然裂缝岩样、人工模拟两条天然裂缝岩样或人工模拟一条天然裂缝+溶洞岩样，然后将岩样抽真空后饱和标准盐水；

（2）将实验岩样进行酸液滤失实验，测量一分钟后的酸液滤失量和酸蚀蚓孔宽度，以其作为初始酸液流量Q₀和初始酸蚀蚓孔宽度d₀；

（3）将实验岩样继续进行酸液滤失实验，记录酸液滤失过程中X时刻流量Q_x随时间X的变化曲线，并测量酸液滤失结束时的流量Q_T和酸蚀蚓孔宽度d_T；

（4）按照下式计算酸液滤失过程中X时刻的酸蚀蚓孔宽度d_x：

d_{x} = \sqrt[8]{\frac{Q_{x} - Q_{0}}{f} + d_{0}^{8}}

f = \frac{Q_{T} - Q_{0}}{d_{T}^{8} - d_{0}^{8}} .

所述实验岩样的加工处理过程如下：利用油压机剪切剖开碳酸盐岩地层岩心，在其中一半岩心沿长度方向刻出一条宽度为模拟宽度的裂缝，或在其中一半岩心沿长度方向刻出两条近似平行的宽度为模拟宽度的裂缝，或在其中一半岩心沿长度方向刻出一条宽度为模拟宽度的裂缝并在缝中加工出一个直径为模拟直径的孔，且孔不穿过岩心的边缘和断面，而另一半岩心则用胶封住，再将两个半块岩心侧面包裹固定，然后将岩样抽真空后饱和标准盐水。

所述酸液滤失实验过程如下：

1）将加工处理后的岩样放入岩心夹持器，且酸液注入方向平行于岩样内裂缝方向；

2）打开环压泵给岩样缓慢加上2MPa的环压；

3）打开盛有标准盐水中间容器的流出阀，打开岩心夹持器进出口端，通过驱替泵驱替标准盐水，当标准盐水从岩心夹持器出口端流出时，关闭中间容器流出阀和驱替泵；

4）将驱替液转换为实验酸液，保持压差在8KPa左右下，进行实验酸液的驱替，测量酸液滤失量随时间的变化；

5）酸液驱替结束后，再采用标准盐水进行驱替，直至标准盐水从岩心夹持器出口端流出；

6）关闭驱替泵，缓慢卸载环压，取出实验岩样；

7）将实验岩样进行干燥后，沿岩样酸蚀蚓孔方向，每间隔5mm测试蚓孔宽度，其平均值作为酸蚀蚓孔宽度。

所述酸液滤失实验中，实验酸液为5～25质量%的盐酸或5～25质量%的凝胶酸中的一种或两种。

与现有技术相比，本发明建立一种预测缝洞型碳酸盐岩酸蚀蚓孔宽度的方法，具有方法简单、预测准确的特点，有利于缝洞型碳酸盐岩储层开发的优化。

附图说明：

图1是采用浓度为20%的盐酸滤失45分钟人工模拟一条天然裂缝碳酸盐岩样的情况对

比（a图为酸液滤失前岩样，b图为酸液滤失后岩样）

图2是酸液流量随时间变化的测试结果

图3是用本发明提供方法预测酸蚀蚓孔宽度的结果和实测结果对比

具体实施方法：

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

实施例1

岩样处理包括：人工模拟一条天然裂缝岩样、人工模拟两条天然裂缝岩样或人工模拟一条天然裂缝+溶洞岩样。

人工模拟一条天然裂缝岩样，其处理过程为利用油压机剪切剖开直径为2.5cm左右，长度为5cm左右的碳酸盐岩地层岩心，在其中一半岩心沿长度方向刻出一条宽度为模拟宽度的裂缝，另一半岩心则用胶封住，再将两个半块岩心侧面包裹固定，然后将岩样抽真空后饱和标准盐水。

人工模拟两条天然裂缝岩样，其处理过程为利用油压机剪切剖开直径为2.5cm左右，长度为5cm左右的碳酸盐岩地层岩心，在其中一半岩心沿长度方向刻出两条宽度为模拟宽度，间距为模拟间距的平行裂缝，另一半岩心则用胶封住，再将两个半块岩心侧面包裹固定，然后将岩样抽真空后饱和标准盐水。

人工模拟一条天然裂缝+溶洞岩样，其处理过程为利用油压机剪切剖开直径为2.5cm左右，长度为5cm左右的碳酸盐岩地层岩心，在其中一半岩心沿长度方向刻出一条宽度为模拟宽度的裂缝来模拟天然裂缝，并在缝中加工出一个直径为模拟直径的孔，且孔不穿过岩心的边缘和断面，另一半岩心则用胶封住，再将两个半块岩心侧面包裹固定，然后将岩样抽真空后饱和标准盐水。

（1）人工模拟一条天然裂缝碳酸盐岩样：利用油压机剪切剖开直径为2.531cm，长度为5.465cm的碳酸盐岩地层岩心，在其中一半岩心沿长度方向刻出一条裂缝，另一半岩心则用胶封住，再将两个半块岩心侧面包裹固定，然后将岩样抽真空后饱和标准盐水。

（2）初始滤失量和初始酸蚀蚓孔宽度测试：采用质量浓度20%的盐酸作为酸液，在测试压差为8.3KPa，恒定温度为23℃，环压为2MPa下进行酸液滤失实验，记录第一分钟酸液的滤失情况，经测试，初始酸液流量为0.33ml/s,初始酸蚀蚓孔宽度为0.97mm。

（3）后续酸液滤失测试：将步骤（2）结束后的岩样抽真空饱和标准盐水后，在与步骤（2）相同的实验条件下进行酸液滤失实验，记录44分钟内的酸液流量变化（其结果见图2），并测试酸液滤失实验结束后的酸蚀裂缝宽度为7.11mm。

（4）将步骤（2）测得的初始酸液流量和初始酸蚀蚓孔宽度以及步骤（3）测得的酸液滤失实验结束时的流量和酸蚀蚓孔宽度代入式（6），求得f值，再将步骤（3）所测得的酸液流量代入式（7），求得酸蚀过程中酸蚀蚓孔宽度（其结果见图3），图3表明，本发明预测结果与相同岩样实际测试结果具有良好的拟合效果。

Claims

1.一种预测缝洞型碳酸盐岩酸蚀蚓孔宽度的方法，依次包括以下步骤：

(1)实验岩样的加工处理：人工模拟一条天然裂缝岩样、人工模拟两条天然裂缝岩样或人工模拟一条天然裂缝+溶洞岩样，然后将岩样抽真空后饱和标准盐水；

(2)将实验岩样进行酸液滤失实验，测量一分钟后的酸液滤失量和酸蚀蚓孔宽度，以其作为初始酸液流量Q₀和初始酸蚀蚓孔宽度d₀；

(3)将实验岩样继续进行酸液滤失实验，记录酸液滤失过程中X时刻流量Q_x随时间的变化曲线，并测量酸液滤失结束时的流量Q_T和酸蚀蚓孔宽度d_T；

(4)按照下式计算酸液滤失过程中X时刻的酸蚀蚓孔宽度d_x：

d_{x} = \sqrt[8]{\frac{Q_{x} - Q_{0}}{f} + d_{0}^{8}}

f = \frac{Q_{T} - Q_{0}}{d_{T}^{8} - d_{0}^{8}} .

2.如权利要求1所述的预测缝洞型碳酸盐岩酸蚀蚓孔宽度的方法，其特征在于，所述实验岩样的加工处理过程如下：利用油压机剪切剖开碳酸盐岩地层岩心，在其中一半岩心沿长度方向刻出一条宽度为模拟宽度的裂缝，或在其中一半岩心沿长度方向刻出两条近似平行的宽度为模拟宽度的裂缝，或在其中一半岩心沿长度方向刻出一条宽度为模拟宽度的裂缝并在缝中加工出一个直径为模拟直径的孔，且孔不穿过岩心的边缘和断面，而另一半岩心则用胶封住，再将两个半块岩心侧面包裹固定，然后将岩样抽真空后饱和标准盐水。

3.如权利要求1所述的预测缝洞型碳酸盐岩酸蚀蚓孔宽度的方法，其特征在于，所述步骤(2)、(3)中酸液滤失实验过程如下：

1)将加工处理后的岩样放入岩心夹持器，且酸液注入方向平行于岩样内裂缝方向；

2)打开环压泵给岩样缓慢加上2MPa的环压；

3)打开盛有标准盐水中间容器的流出阀，打开岩心夹持器进出口端，通过驱替泵驱替标准盐水，当标准盐水从岩心夹持器出口端流出时，关闭中间容器流出阀和驱替泵；

4)将驱替液转换为实验酸液，保持压差在8KPa左右下，进行实验酸液的驱替，测量酸液滤失量随时间的变化；

5)酸液驱替结束后，再采用标准盐水进行驱替，直至标准盐水从岩心夹持器出口端流出；

6)关闭驱替泵，缓慢卸载环压，取出实验岩样；

7)将实验岩样进行干燥后，沿岩样酸蚀蚓孔方向，每间隔5mm测试蚓孔宽度，其平均值作为酸蚀蚓孔宽度。

4.如权利要求3所述的预测缝洞型碳酸盐岩酸蚀蚓孔宽度的方法，其特征在于，所述酸液滤失实验中，实验酸液为5～25质量％的盐酸或5～25质量％的凝胶酸中的一种或两种。