CN108691526A - 实验确定碳酸盐岩油气藏粗糙裂缝酸刻蚀导流能力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了实验确定碳酸盐岩油气藏粗糙裂缝酸刻蚀导流能力的方法，依次包括下列步骤：（1）将制备好的符合API标准的一对粗糙岩板封胶、固化后装入标准导流室，测试等效水力缝宽；（2）基于步骤（1）等效水力缝宽测试结果，计算实验尺度的雷诺数和油田工程尺度的雷诺数，根据雷诺数相似准则将油田工程尺度的注酸排量转化为实验条件注酸排量；（3）选用步骤（2）中的注酸排量，将步骤（1）组装好的导流室在酸刻蚀装置中开展酸刻蚀物理模拟实验，得到裂缝导流能力。本发明操作简便、原理可靠，能真实评价储层条件下碳酸盐岩油气藏粗糙裂缝酸刻蚀导流能力，提高酸刻蚀实验对酸压工程方案设计的指导性作用，进而提高酸压效果。
Description
技术领域
本发明涉及石油工程领域，尤其是碳酸盐岩油气藏酸压增产过程中一种实验确定碳酸盐岩油气藏粗糙裂缝酸刻蚀导流能力的方法。
背景技术
酸压是碳酸盐岩油气藏建产、增产的杀手锏技术之一，现场施工时通常先用黏性前置液(如压裂液)造缝，即形成水力裂缝，然后注入酸液；酸液沿水力裂缝流动，由于流道的曲折和碳酸盐岩较强的非均质性，酸液与裂缝壁面岩石发生非均匀化学反应；施工结束后，在闭合压力作用下，未溶解区域作为支撑点，形成具备一定几何尺寸和导流能力的酸蚀裂缝，从而大大提高了储层的渗流能力，实现油气井建产、增产。(MJ Economides，AD Hill，C Ehlig-Economides，Ding Zhu.Petroleum production systems[M].New York:PearsonEducation International,p553-554)。
酸压施工结束后，酸蚀裂缝能否提供合适的导流能力决定了油气井能否实现建产、增产，因此准确评价储层条件下酸蚀裂缝导流能力是酸压工程方案设计的核心内容之一。实验测试是评价酸蚀裂缝导流能力最直接的手段，它常用目标储层岩板模拟酸压时酸液在水力裂缝中的流动反应和刻蚀裂缝壁面岩石的过程，然后测试酸刻蚀后岩板的导流能力。目前酸刻蚀实验常用光滑岩板模拟前置液造缝形成的水力裂缝，然而大量的实验和理论研究证实，由于碳酸盐岩较强的非均质性，形成的水力裂缝壁面非常粗糙(Liu Z,ChenM,Zhang G.Analysis of the Influence of a Natural Fracture Network onHydraulic Fracture Propagation in Carbonate Formations[J].Rock Mechanics&RockEngineering,2014,47(2):575-587)，粗糙的裂缝表面直接会影响流体在水力裂缝中的流动行为(Tsang Y M,Witherspoon P A.The dependence of fracture mechanical andfluid flow properties on fracture roughness and simple size[J].Water ResourceResearch,1983,88(3):2359～2366)。因此目前光滑岩板酸刻蚀形成的裂缝导流能力难以真实反应储层条件下酸液在水力裂缝中的流动刻蚀过程以及形成的酸蚀裂缝导流能力。然而目前缺乏一种实验评价储层条件下粗糙裂缝酸刻蚀导流能力的实验方法，降低了酸刻蚀实验对酸压工程方案设计优化的准确性，直接影响酸压效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实验确定碳酸盐岩油气藏粗糙裂缝酸刻蚀导流能力的方法，该方法操作简便、原理可靠，能真实评价储层条件下碳酸盐岩油气藏粗糙裂缝酸刻蚀导流能力，克服了现有技术的缺陷和不足。
为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
本发明首先测试制备好的符合API标准的粗糙岩板的等效水力缝宽；然后基于等效水力缝宽修正雷诺数，根据雷诺数相似准则，将实验尺度的注酸排量转化为油田工程尺度的注酸排量；其次按照专利ZL201010203373.0所述流程开展酸刻蚀物理模拟实验并测试其导流能力。
实验确定碳酸盐岩油气藏粗糙裂缝酸刻蚀导流能力的方法，依次包括下列步骤：
(1)将制备好的符合API标准的一对粗糙岩板封胶、固化后装入标准导流室，测试等效水力缝宽；
(2)基于步骤(1)等效水力缝宽测试结果，计算实验尺度的雷诺数和油田工程尺度的雷诺数，根据雷诺数相似准则将油田工程尺度的注酸排量转化为实验条件注酸排量；
(3)选用步骤(2)中的注酸排量，将步骤(1)组装好的导流室在酸刻蚀装置中按照专利ZL201010203373.0所述流程开展酸刻蚀物理模拟实验，得到裂缝导流能力。
在本发明中，所述步骤(1)中将制备好的符合API标准的一对粗糙岩板封胶、固化后装入标准导流室，测试等效水力缝宽，包括下列步骤：
1)按照专利ZL201010203373.0所述流程将制备好的符合API标准的一对粗糙岩板组合封胶，封胶时在下岩板圆弧端4个角分别支垫厚度为2mm的垫片，然后将固化封胶后的岩板装入标准导流室，并取出垫片。
2)将1)中的标准导流室置于导流能力测试装置，闭合压力设置为0，调节好装置。以一定流量向导流室注入质量浓度为2wt％的KCl中性水溶液，并记录下注入压差和流量数据。流量测试范围为0-50ml/min，至少前10个测试点的流量按照2ml/min依次增加，后续测试点的流量按照5ml/min依次增加。
3)根据2)记录的流量、压差数据作流量(x坐标)-压差(y坐标)曲线图，取曲线直线部分的斜率B，并按照下式计算等效水力缝宽：
式中，eh为等效水力缝宽，m；μ为测试所用流体黏度，Pa·s；L为岩板长度，m；h为岩板宽度，m；B为流量-压差曲线直线段斜率，Pa·s/m3。
式(1)的推导过程如下：
流体在粗糙裂缝内的流动为非达西流动，满足Forchheimer公式(Whitaker S.TheForchheimer equation:A theoretical development[J].Transport in Porous Media,1996,25(1):27-61)：
式中：p为岩板裂缝中压力，Pa；x为岩板长度方向上任意一点到缝口的距离，m；Q为注入流体流量，m3/s；Ah为流体过流横截面积，m2；K为裂缝渗透率,m2；β为非达西效应系数，m-1；ρ为流体密度，kg/m3。
式(2)中水力裂缝渗透率由立方定律确定：
流体过流横截面积Ah由下式确定：
Ah＝heh (4)
将式(3)、式(4)代入式(2)有：
对式(5)在x方向上进行积分，则有：
当流速较低时，式(6)等号右边第二项(惯性阻力项)可以忽略，流动为线性流动(达西流动)，Δp-Q曲线为直线，其直线段斜率B为：
通过压差Δp与流量Q关系曲线拟合，取低流速下线性部分很容易求得斜率B，从而由(1)式求得等效水力缝宽eh。
在本发明中，所述步骤(2)中基于步骤(1)等效水力缝宽测试结果，计算实验尺度的雷诺数和油田工程尺度的雷诺数，根据雷诺数相似准则将油田工程尺度的注酸排量转化为实验条件注酸排量，包括下列步骤：
通过下式将油田工程尺度的注酸排量转化为实验条件注酸排量：
式中：ql，qf分别为实验条件注酸排量和油田工程尺度的注酸排量，m3/s；h，hf分别为岩板宽度和酸压裂缝高度，m；wf为酸压水力裂缝宽度，m；n为酸液幂律指数，无因次。
式(8)的推导过程如下：
酸液在地层水力裂缝中的流速为：
地层水力裂缝中的雷诺数为：
酸压常用的酸液为幂律流体，酸液黏度本构方程为：
μf＝kγn-1 (11)
式中：vf为裂缝中酸液流速，m/s；NRe,f为地层水力裂缝中雷诺数，无因次；μf为酸液黏度，Pa·s；k为稠度系数，Pa/sn，γ为剪切速率，1/s。
水力裂缝中酸液的剪切速率和稠度系数按照下式计算(Hill A D,Ehligeconomides C,Zhu D,et al.Petroleum Production Systems:InternationalVersion[M].Pearson,2012)：
式中，ko为实验室测得的酸液稠度系数，Pa/sn。
将式(9)、(11)-(13)代入式(10)，可得水力裂缝中的雷诺数为：
实验测试时，粗糙水力裂缝中的酸液流速为：
将式(11)-(13)、(15)代入式(10)，可得实验粗糙裂缝中的雷诺数为：
式中，NRe,l为实验粗糙裂缝中的雷诺数，无因次。
由流体力学中相似准则原理，实验中的粗糙裂缝中的雷诺数与储层条件下水力裂缝中的雷诺数相等，即可导出式(8)。
本发明中，所述步骤(3)中选用步骤(2)中的注酸排量，将步骤(1)组装好的导流室在酸刻蚀装置中按照专利ZL201010203373.0所述流程开展酸刻蚀物理模拟实验，得到裂缝导流能力，包括下列步骤：
1)将步骤(1)组装好的导流室按照专利ZL201010203373.0所述流程开展酸刻蚀实验，实验注酸排量选用步骤(2)中计算的注酸排量，注酸时间为酸压施工时的注酸时间，酸液体系选用油田现场使用的酸液体系，实验温度由储层温度确定；
2)将步骤1)中酸刻蚀的岩板仍置于导流室中且在恒温箱中烘干；
3)采用质量浓度为2％wt氯化钾中性水溶液，测试流量2mL/min-20mL/min，测试间隔2mL/min，测试不同闭合压力下至少5个不同流量测试点的流量与压差数据，绘制Δp-Q曲线，并计算曲线直线段部分的斜率B，导流能力由下式确定：
式中，Fc为裂缝导流能力，m3；μ为测试所用流体黏度，Pa·s；L为岩板长度，m；h为岩板宽度，m；B为流量-压差曲线直线段斜率，Pa·s/m3。
(说明：1μm2·cm＝10-14m3)
式(17)的推导过程如下。
由导流能力的定义式知(李颖川.采油工程[M].石油工业出版社,2009)：
Fc＝Keh (18)
将式(3)、(18)代入式(7)，则有：
由式(19)变形可得导流能力计算式(17)。
与现有技术相比，本发明提供了一种实验定量评价粗糙裂缝导流能力的方法，有利于真实评价储层条件下真实酸蚀裂缝的导流能力，提高酸刻蚀实验对酸压工程方案设计的指导性作用，进而提高酸压效果。
附图说明
图1为等效缝宽测试中的压差-流量关系曲线。
图2为样品导流能力-闭合压力关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图和应用实例进一步说明本发明，旨在对本发明进行示意性说明，并不限定本发明的范围。
应用实例
实验确定碳酸盐岩油气藏粗糙裂缝酸刻蚀导流能力的方法，具体过程如下：
(1)将制备好的符合API标准的粗糙岩板封胶、固化后装入标准导流室，测试等效水力缝宽。
本案例选择四川盆地某储层段符合API标准的粗糙岩板，岩板长177.5mm、宽35.0mm，两岩板厚度之和为50.0mm。将其封胶固化后装入标准导流室，采用质量浓度为2wt％的氯化钾中性水溶液测试15组流量、压差数据，绘制成曲线图(见图1)，按照式(1)计算得到等效水力缝宽eh为1.54mm(见表1)。
表1等效水力缝宽计算
| 斜率B，Pa/m3 | 流体黏度，Pa·s | 岩板宽度h，m | 岩板长度L，m | 等效水力缝宽eh，m |
| 1.6663×1010 | 10-3 | 0.035 | 0.1775 | 0.00154 |
(2)基于步骤(1)等效水力缝宽测试结果，计算实验尺度的雷诺数和油田工程尺度的雷诺数，根据雷诺数相似准则将油田工程尺度的注酸排量转化为实验条件注酸排量。
案例工区油田工程尺度酸压注酸排量为4.5m3/min，按照式(8)转化后的实验室条件注酸排量为335ml/min(见表2)。
表2实验室尺度排量计算
(3)选用步骤(2)中的注酸排量，将步骤(1)组装好的导流室在酸刻蚀装置中按照专利ZL201010203373.0所述流程开展酸刻蚀物理模拟实验和导流能力测试。实验测试并按照式(17)计算的导流能力与闭合压力的关系曲线见图2。
Claims (5)
1.实验确定碳酸盐岩油气藏粗糙裂缝酸刻蚀导流能力的方法，依次包括下列步骤：
(1)将符合API标准的一对粗糙岩板封胶、固化后装入标准导流室，测试等效水力缝宽；
(2)根据雷诺数相似准则将油田工程尺度的注酸排量转化为实验条件注酸排量；
(3)选用步骤(2)中的注酸排量，将步骤(1)的导流室在酸刻蚀装置中开展酸刻蚀物理模拟实验，得到裂缝导流能力。
2.如权利要求1所述的实验确定碳酸盐岩油气藏粗糙裂缝酸刻蚀导流能力的方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：
1)将制备好的符合API标准的一对粗糙岩板组合封胶，封胶时在下岩板圆弧端4个角分别支垫厚度为2mm的垫片，然后将固化封胶后的岩板装入导流室，取出垫片；
2)将所述导流室置于导流能力测试装置，闭合压力设置为0，以一定流量向导流室注入质量浓度为2wt％的KCl中性水溶液，并记录下注入压差和流量数据，流量测试范围为0-50ml/min，至少前10个测试点的流量按照2ml/min依次增加，后续测试点的流量按照5ml/min依次增加；
3)作流量(x坐标)-压差(y坐标)曲线图，取曲线直线部分的斜率B，按照下式计算等效水力缝宽：
式中，eh为等效水力缝宽，m；μ为测试所用流体黏度，Pa·s；L为岩板长度，m；h为岩板宽度，m；B为流量-压差曲线直线段斜率，Pa·s/m3。
3.如权利要求1所述的实验确定碳酸盐岩油气藏粗糙裂缝酸刻蚀导流能力的方法，其特征在于，所述步骤(2)是指基于步骤(1)等效水力缝宽测试结果，计算实验尺度的雷诺数和油田工程尺度的雷诺数，根据雷诺数相似准则，通过下式将油田工程尺度的注酸排量转化为实验条件注酸排量：
式中：ql，qf分别为实验条件注酸排量和油田工程尺度的注酸排量，m3/s；h，hf分别为岩板宽度和酸压裂缝高度，m；wf为酸压水力裂缝宽度，m；n为酸液幂律指数，无因次。
4.如权利要求1所述的实验确定碳酸盐岩油气藏粗糙裂缝酸刻蚀导流能力的方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：
1)将步骤(1)的导流室开展酸刻蚀实验，实验注酸排量选用步骤(2)中计算的注酸排量，注酸时间为酸压施工时的注酸时间，酸液体系选用油田现场使用的酸液体系，实验温度由储层温度确定；
2)将步骤1)中酸刻蚀的岩板仍置于导流室中且在恒温箱中烘干；
3)采用质量浓度为2％wt氯化钾中性水溶液，测试流量2mL/min-20mL/min，测试间隔2mL/min，测试不同闭合压力下不同流量测试点的流量与压差数据，绘制Δp-Q曲线，计算曲线直线段部分的斜率B，通过下式确定裂缝导流能力：
式中，Fc为裂缝导流能力，m3；μ为测试所用流体黏度，Pa·s；L为岩板长度，m；h为岩板宽度，m；B为流量-压差曲线直线段斜率，Pa·s/m3。
5.如权利要求3所述的实验确定碳酸盐岩油气藏粗糙裂缝酸刻蚀导流能力的方法，其特征在于，所述基于步骤(1)等效水力缝宽测试结果，计算实验尺度的雷诺数和油田工程尺度的雷诺数，过程如下：
水力裂缝中的雷诺数通过下式计算：
实验粗糙裂缝中的雷诺数通过下式计算：
式中，ql，qf分别为实验条件注酸排量和油田工程尺度的注酸排量，m3/s；h，hf分别为岩板宽度和酸压裂缝高度，m；wf为酸压水力裂缝宽度，m；n为酸液幂律指数，无因次；ρ为流体密度，kg/m3；eh为等效水力缝宽，m；ko为实验室测得的酸液稠度系数，Pa/sn。
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