CN105156081A - 一种碳酸盐岩稠油油藏酸化模拟评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳酸盐岩稠油油藏酸化模拟评价方法，包括：i)样品制备和参数测定：取油藏储层岩心样品，对岩芯样品进行洗油，再用原油驱替岩心制得酸化模拟实验岩心；ii)线性流酸蚀孔洞模拟及酸化评价：利用酸液对步骤i)中所述酸化模拟实验岩心进行线性酸化，测量各项参数，然后利用三维成像分析系统对所述岩心进行扫描，得到酸化孔洞的三维数字图，最后通过分析得到迂曲因子；iii)径向流酸蚀孔洞模拟及酸化评价：利用酸液对步骤i)中所述酸化模拟实验岩心进行径向酸化，待径向突破后结束，利用三维成像分析系统对岩心横截面进行扫描，对得到的酸蚀图像进行分析得到分形维数。

Description

一种碳酸盐岩稠油油藏酸化模拟评价方法

技术领域

本发明属于油气田开发技术领域，本发明涉及一种碳酸盐岩稠油油藏酸化模拟评价方法。

背景技术

酸化是碳酸盐岩储层增产的有效措施之一，由于酸与碳酸盐岩反应机理复杂，影响因素众多，并且由于酸化过程中存在不稳定的溶蚀现象即酸蚀蚓孔，使碳酸盐岩酸化过程中酸液有效作用深度等参数难以用纯理论计算的方法进行预测，施工参数优化和效果预测也必须借助于室内模拟方法。

目前对于碳酸盐岩酸化模拟评价还没有统一的标准，通常是应用线性驱替实验测定酸液的突破时间和突破体积等参数，可在一定程度上反映岩芯矿物分布和孔喉结构对于酸溶蚀形态的影响，但不能确定酸液径向流动的酸蚀孔洞形态特征，只能采用近似方法处理，也不能反映地层流体性质对于酸蚀孔洞形成和扩展的影响，这对于常规稀油油藏和气藏影响不大，但对于稠油油藏，由于原油中含有胶质沥青质，在地层条件下酸液难以接触岩石壁面，影响到酸岩反应,从而影响酸蚀孔洞形成和扩展，如果沿用常规的室内酸化模拟评价方法，其预测结果与实际必然产生较大差异。因此，对于碳酸盐岩稠油油藏，需要改进模拟评价方法，使其能够反映高粘度流体及胶质沥青质对于酸蚀孔洞的形成及扩展的影响，并且可准确反映径向流条件下酸蚀孔洞的形态特征，为施工优化设计提供指导。

发明内容

为了模拟碳酸盐岩储层酸化过程中稠油中胶质、沥青质对溶解过程及酸蚀孔洞形成和扩展的影响，确定酸蚀孔洞形态特征参数，提出了本模拟评价方法，包括：

i)样品制备和参数测定：取油藏储层岩心样品，对岩芯样品进行洗油，然后采用盐溶液驱替岩心，以测定和计算岩心样品的第一参数，再用原油驱替岩心制得酸化模拟实验岩心；

ii)线性流酸蚀孔洞模拟及酸化评价：利用酸液对步骤i)中所述酸化模拟实验岩心进行线性酸化，测量第二参数，然后利用三维成像分析系统对所述岩心进行扫描，得到酸化孔洞的三维数字图，最后通过分析得到迂曲因子；

iii)径向流酸蚀孔洞模拟及酸化评价：利用酸液对步骤i)中所述酸化模拟实验岩心进行径向酸化，待径向突破后结束，利用三维成像分析系统对岩心横截面进行扫描，对得到的酸蚀图像进行分析得到分形维数。

上述步骤i)中所述的岩心样品的第一参数包括渗透率、孔隙度。

上述步骤i)中所述的酸化模拟实验岩心为饱和稠油的岩心。

上述步骤ii)中所述的第二参数选自氢离子有效传质系数、酸岩反应速度常数、酸液密度、酸液浓度、酸液流动速度、岩石密度、流动速度，以及酸液突破时的PV数和注入压力。

上述步骤ii)和iii)中所述的酸液为盐酸和/或缓速酸，所述缓速酸选自泡沫酸、稠化酸、胶凝酸和乳化酸中的至少一种。

上述步骤ii)和iii)中所述的三维成像分析系统为CT机和计算机分析软件。

上述步骤iii)中所述的径向酸化中包括对岩心进行钻孔处理，并通过金属管以与线性实验相同的注入速度将酸液注入孔内，以驱替岩心。

上述步骤i)中所述的盐溶液选自KCl溶液、NaCl溶液、MgCl₂溶液、ZnCl₂溶液和CaCl₂溶液中的至少一种。

上述步骤i)中所述的稠油选自普通稠油、特稠油和超稠油，优选普通稠油。

以下分别具体说明本发明的酸化模拟评价方法：

(1)样品制取

a.首先取稠油油藏储层的岩芯，加工成岩芯样品若干，然后对实验岩芯进行洗油；

b.用盐溶液测定岩芯样品渗透率和压力流量数据，计算孔隙体积等基本参数；

c.加热稠油，使其粘度下降，最后用所述稠油饱和驱替岩芯。

(2)线性流酸蚀孔洞模拟及酸化评价

a.先测定氢离子有效传质系数、酸岩反应速度常数、酸液密度、酸液浓度、岩石密度等相关参数，

然后取饱和稠油的岩芯，采用缓速酸对岩心进行线性驱替，平流泵为驱替动力，保证流量恒定，闭合压力由环压泵提供，通过计算机自动记录得到的稠油存在下酸液突破时所消耗的酸液体积，岩芯突破时的PV数以及注入酸液的压力，其中PV值初步反映了在对稠油油藏现场进行模拟时稠油对于酸化效果的影响。对于灰岩地层：

$\mathrm{PV}=c_1\frac{k^{\frac{1}{2}}{D}^{\frac{5}{3}}{E}_f{C}^{m-1}}{{(u/{\mathrm{\ρ}}_a)}^{\frac{2}{3}}{q}^2}+c_2\frac{(1-\mathrm{\φ}){\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{rock}}}{u^{\frac{1}{2}}\mathrm{\φ}{C}_a{\mathrm{\ρ}}_a}\·{\left|\frac{q\sqrt{k}}{D}\right|}^{\frac{1}{3}}$

PV＝A1.c₁+A2.c₂

其中： $A1=\frac{k^{\frac{1}{2}}{D}^{\frac{5}{3}}{E}_f{C_a}^{m-1}}{{(u/{\mathrm{\ρ}}_a)}^{\frac{2}{3}}{q}^2},A2=\frac{(1-\mathrm{\φ}){\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{rock}}}{u^{\frac{1}{2}}\mathrm{\φ}{C}_a{\mathrm{\ρ}}_a}\·{\left|\frac{q\sqrt{k}}{D}\right|}^{\frac{1}{3}}$

通过酸液流动实验，得到若干组岩芯的酸液突破体积值，并计算相应的A1和A2值，进行线性回归，得到c₁和c₂的值。通过线性回归可以比较客观地反映PV数，而使得PV数的结果不受某一次实验数据的影响。

其中：u是酸液流动速度，mL/s；k是渗透率，10^-3um²；D是氢离子有效传质系数，cm²/s；Φ是岩石孔隙度，％，ρ_a是酸液密度，g/cm³；ρ_rock是岩石密度，g/cm³；q是流动速度，mL/s，E_f是酸岩反应速度常数，C_a是酸液浓度，m是反应级数。

b.模拟结束后，对实验岩芯进行CT扫描，岩芯经过CT扫描后，应用计算机软件进行三维数字重建，得到酸蚀孔洞的三维立体图为了描述酸蚀孔洞延伸方式，将酸蚀孔洞考虑为毛细管模型，为了修正由于迂曲效应产生的误差，引入迂曲度因子。根据Garman的研究，迂曲度因子或“迂曲度”T定义为酸蚀孔洞有效长度Le与测量距离L之比，即：

T≡(Le/L)²

其比值反应了酸蚀孔洞的曲折程度，通过对迂曲度的分析可以有效反映酸蚀孔洞对于酸液注入流量的影响。

(3)径向流酸蚀孔洞模拟及酸化评价

a.取经过饱和稠油的圆柱形岩芯样品，在岩心一端面中部钻一定深度的诱导孔，然后通过诱导孔对岩心进行注酸，注酸速度与线性实验相同。注入端接平流泵和酸液储罐，岩芯出口端和中间设有压力监测点。以与线性实验相同的注入速度用酸液驱替岩心，采集相关数据，待酸液径向突破后结束。

b.对实验后的岩芯的横截面进行CT扫描，得到岩芯的横截面的数字输出图，采用面积法对数字输出图进行分析得到酸蚀孔洞的分形维数。分形维数可以看作是欧氏空间中经验维数的直接推广，对于欧氏空间的线段、正方形和立方体存在关系：

$N={\left(\frac{L}{\mathrm{\ϵ}}\right)}^d$ 或 $d=\frac{\ln N}{\ln \left(\frac{L}{\mathrm{\ϵ}}\right)}$

式中N是图形所等分成的局部的个数；ε是缩放因子；d是欧氏空间经验维数；L是单位尺度。根据分形所具有的自相似特性，可以把上式推广到分形体上，设分形整体S由N个同等大小的非重叠的部分组成，每一部分经过1/ε倍后与整体S全等，则S的相似维数为：

$D_s=\frac{\ln N}{\ln \frac{1}{\mathrm{\ϵ}}}---\left(\mathrm{2.2.3}\right)$

采用同心圆盒子法来分析表示酸蚀孔洞的结构图片。对于每一点阵，均可以假想为L×L的方格。在该方格中的酸蚀孔洞点数N_(L)就可以被计数出来且按所有可能位于中心的点阵点数加以平均。N_(L)与L之间的双对数曲线斜率为d_f，即为分形维数。对于二维径向流，在一定时间内，酸蚀孔洞的扩展长度：

$l={\left|\frac{q}{\mathrm{\φ\πL}}{(\mathrm{ls}\%{\mathrm{PV}}_{\mathrm{ls}}+\mathrm{dl}\%P{V}_{\mathrm{dl}})}^{-1}t\right|}^{\frac{1}{d_f}}$

其中q是酸液注入流量，PV_ls是100％灰岩的突破体积，PV_dl是100％白云岩的突破体积，t是注酸时间。

基于上述酸蚀孔洞的计算，得到考虑到胶质沥青质影响的酸液有效作用距离的预测结果。与目前常用的商业软件和理论计算结果相比，本发明所计算得到的结果能够反映胶质沥青对酸蚀孔洞长度的影响，模拟评价结果可用于稠油油藏酸化优化设计。

发明的效果

本发明提出了碳酸盐岩稠油油藏酸化模拟评价方法，可真实反映地层条件下稠油中胶质沥青质等有机质对酸化效果的影响，解决了稠油油藏酸化模拟问题；能够反映地层流体对酸化过程中酸蚀孔洞在平面上扩展形态的影响，定量分析碳酸盐岩稠油油藏酸化过程中的酸蚀孔洞的分形特征。解决了碳酸盐岩稠油油藏酸化的模拟和定量分析，反映稠油中胶质沥青质对酸化过程中酸液前沿及酸蚀孔洞扩展速度和长度的影响；能够利用酸化模拟评价结果，指导稠油油藏酸化的现场施工优化设计，提高酸化的有效率。

附图说明

图1压力与突破PV数曲线

图2为酸蚀孔洞形态数字化图。

图3为径向酸化岩芯加工示意图。

具体实施方式

下面将通过具体的实施例对本发明进行详细描述，但其仅仅是解释而不是限定本发明。

实施例中相关参数的测定依照：(1)文献：赵立强.陈冀眉.任书泉.酸岩反应动力学实验研究.西南石油学院学报.1984；(2)标准：SY6526-2002盐酸与碳酸盐岩动态反应速率测定方法(SY-T)；(3)书籍：《罗英俊.万仁溥等.采油技术手册.石油工业出版社.北京2005》。

实施例中的洗油过程依照国家标准GB/T24217-2009执行。

实施例中对岩心进行扫描的仪器为Skyscan1173highenergyMicro_CT。

实施例中对得到的三维立体图进行分析的软件为MatLab7.0。

实施例中的同心圆盒子法依照书籍《分形几何与分形插值》.孙洪泉.科学出版社.北京.2011中所述的该方法执行。

实施例：

实验对象为中东Zagros构造带Shirinish稠油油藏的岩芯，油藏温度为50℃，地层条件下稠油粘度为500-2000mPa.s，取Shirinish层段的岩芯，加工成若干块圆柱状岩芯样品，按照本专利方法模拟过程进行如下操作：

(1)测定相关相关参数，结果如下表1所示：

表1

(2)对岩芯进行洗油，并测定孔隙体积，计算孔隙度，然后注入速度注入2％的KCl溶液测定渗透率，结果如表2所示。加热稠油，使其粘度低于10mpa.s，用所述稠油驱替岩芯，待出口返出稠油，流量稳定后结束，降低温度到地层温度，静置。

表2

(3)用普通盐酸和添加剂配置浓度为20％的酸液，然后将饱和稠油岩芯放入岩芯夹持器中，夹持器上设有压力传感器。将系统温度调整到地层温度50℃进行线性酸化模拟实验，在压力泵作用下使酸液以一定压力线性驱替岩心，利用压力传感器和流量计分别测定注入压力和注入流量，然后通过计算得到岩芯突破时的PV数，结果如表3所示；典型的压力与突破PV数的相关曲线如图1所示。

表3

由酸岩反应动力学实验，测得在50℃时酸岩反应速度常数为9.41456E-06(mol/L)^0.574·mol/s·cm²，反应级数为0.574，通过线性回归得到c₁＝1.683，c₂＝0.0473。

应用CT扫描线性酸蚀突破后的岩芯，可以得到酸蚀孔洞的空间形态(如图2所示)，由通过计算机分析软件分析酸蚀孔洞，得到有效长度Le＝4.24cm，岩芯长度(即测量长度)＝3.95cm，进而计算机根据公式T≡(Le/L)²计算得到迂曲因子T＝1.15；

(4)取经过饱和稠油的直径38mm岩芯，在圆柱形岩心一端中部钻一定深度的诱导孔，将预备的金属管插入小孔内，用强力胶密封金属管与钻孔间隙，通过金属管进行注酸，注入端接平流泵和酸液储罐，岩芯出口端和中间设有压力监测点。以与线性实验相同的注入速度用酸液驱替岩心，采集相关数据，待酸液径向突破后结束。对实验后的岩芯的横截面进行CT扫描，得到径向酸化实验的酸蚀孔洞横截面图图3，采用同心圆盒子法分析得到分形维数d_f＝1.63。

Claims (9)

1.一种碳酸盐岩稠油油藏酸化模拟评价方法，包括：

i)样品制备和参数测定：取油藏储层岩心样品，对岩芯样品进行洗油，然后采用盐溶液驱替岩心，以测定和计算岩心样品的第一参数，再用稠油驱替岩心制得酸化模拟实验岩心；

ii)线性流酸蚀孔洞模拟及酸化评价：利用酸液对步骤i)中所述酸化模拟实验岩心进行线性酸化，测量第二参数，然后利用三维成像分析系统对所述岩心进行扫描，得到酸化孔洞的三维数字图，最后通过分析得到迂曲因子；

iii)径向流酸蚀孔洞模拟及酸化评价：利用酸液对步骤i)中所述酸化模拟实验岩心进行径向酸化，待径向突破后结束，利用三维成像分析系统对岩心横截面进行扫描，对得到的酸蚀图像进行分析得到分形维数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤i)中所述的岩心样品的第一参数包括渗透率、孔隙度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤i)中所述的酸化模拟实验岩心为饱和稠油的岩心。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤ii)中所述的第二参数选自氢离子有效传质系数、酸岩反应速度常数、酸液密度、酸液浓度、酸液流动速度、岩石密度、流动速度，以及酸液突破时的PV数和注入压力。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤ii)和iii)中所述的酸液包括缓速酸，所述缓速酸选自泡沫酸、稠化酸、胶凝酸和乳化酸中的至少一种。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤ii)和iii)中所述的三维成像分析系统为CT机和计算机分析软件。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤iii)中所述的径向酸化中包括对岩心进行钻孔处理，并通过金属管以与线性实验相同的注入速度将酸液注入孔内，以驱替岩心。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤i)中所述的盐溶液选自KCl溶液、NaCl溶液、MgCl₂溶液、ZnCl₂溶液和CaCl₂溶液中的至少一种。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤i)中所述的稠油选自普通稠油、特稠油和超稠油，优选普通稠油。