CN108868753A - 一种孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法及应用，属于油气勘探技术领域。该方法包括：采集深部孔洞型碳酸盐岩储层对应的新鲜露头试样，加工成立方体试样；在立方体试样的端面预制人工钻孔；向人工钻孔中注入酸液，反应后形成酸化孔洞；制作模拟井筒，并在井筒内部钻取模拟射孔；对模拟井筒预填后放入模拟套管并进行环空封固；通过真三轴模型试验机泵入压裂液模拟酸化压裂；待充分反应后，注入可固化胶水并充分渗透；取出试样烘干后剔除碳酸盐岩，获得由可固化胶水形成的靶向酸压三维形态。本发明实现了室内对天然碳酸盐岩孔洞的模拟，并建立靶向酸压物理模拟方法实现人工裂缝的定向开裂，可用于靶向酸压效果评价。
Description
技术领域
本发明涉及油气勘探技术领域，特别涉及一种孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法及应用。
背景技术
随着世界范围内油气勘探的不断进展，碳酸盐岩大油气田逐渐成为油气资源发展的重要新领域，而且不断有新发现、新突破，在石油勘探开发历程中有着举足轻重的作用。从全球来看，碳酸盐岩储层以其展布广、厚度均一稳定、物性好而成为重要的产油气层，据不完全统计，截至2016年底，世界上共发现了1021个大型油气田，其中碳酸盐岩大油气田321个。从区域分布上看，中东地区石油产量约占全球产量的2/3,其中80％的含油层属于碳酸盐岩；北美的碳酸盐岩储层中的石油产量约占北美整个石油产量的1/2。由此可见碳酸盐岩油气田的地位和重要性。我国最近十几年来，在塔里木盆地、鄂尔多斯盆地、四川盆地相继发现了大型碳酸盐岩油气田，碳酸盐岩油气田在我国各类油藏中所占比例越来越大，显示出我国碳酸盐岩储层有着杰出的开采潜力。
但是，孔洞型碳酸盐岩凝析气藏储集体结构类型多样、流体性质十分复杂。该类储层的发育情况受沉积、构造、岩溶等多种地质作用的影响，非均质性强，形成的储集体类型包括大型溶洞、溶蚀孔洞、裂缝等，其中主要的储集空间为溶洞和孔洞。孔洞型碳酸盐岩油气藏因其复杂性和特殊性，单井生产具有巨大的差异性，导致开采难度较大。因此，深入研究天然孔洞对裂缝起裂与扩展的影响，对提高酸化压裂的效率，乃至碳酸盐岩储层油气的高效开发至关重要。然而，含有天然孔洞、裂缝的地下孔洞型碳酸盐岩取样困难，无法保证其结构的完整性，亦无法避免其孔洞、裂缝进一步发育，不利于展开室内物理模拟试验。
发明内容
本发明的目的是提供一种孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法及应用，实现了室内对天然碳酸盐岩孔洞的模拟，并建立一种靶向酸压物理模拟方法，通过靶向酸压实现人工裂缝的定向开裂。
一方面，为实现上述目的，本发明提供了一种孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法，所述方法包括：
采集深部孔洞型碳酸盐岩储层对应的新鲜露头试样，加工成立方体试样；
在所述立方体试样的端面预制具有一定深度的人工钻孔；
向所述人工钻孔中注入酸液，使其抵达人工钻孔的碳酸盐岩深部并充分反应，形成酸化孔洞；
制作模拟井筒，并在井筒内部钻取模拟射孔；
对所述模拟井筒预填后放入模拟套管并进行环空封固；
将真三轴模型试验机与所述模拟套管连接，施加模拟地层三向应力后泵入压裂液进行酸化压裂；
待所述压裂液与碳酸盐岩充分反应后，向所述模拟套管内注入可固化胶水，静置使胶水充分渗透到酸压裂缝后取出试样；
将试样烘干后剔除碳酸盐岩，获得由可固化胶水形成的靶向酸压三维形态。
进一步地，所述对所述模拟井筒预填后放入模拟套管并进行环空封固，包括：
在所述井筒内预填水溶性粉末材料，并使粉末材料进入模拟射孔孔眼内，在充填粉末材料上部放入一隔层；随后在井筒内放入模拟套管，套管下部下入到放置隔层处，采用树脂胶进行环空封固，并静置48h以上。
进一步地，所述人工钻孔的深度为45-55mm。
进一步地，所述人工钻孔的数量为一条或一条以上。
进一步地，所述酸液优选浓度为10％的盐酸。
进一步地，所述静置时间为1h以上。
进一步地，所述烘干的温度为80-85℃，时间为2-3h。
进一步地，还包括：采用三维CT对所述酸化孔洞进行扫描，准确定位所述酸化孔洞位置，生成三维立体模型。
进一步地，还包括：在所述泵入压裂液进行酸化压裂之前，对真三轴物理模型试验机与模拟套管连接的密封性进行测试。
另一方面，本发明还提供了所述方法在孔洞型碳酸盐岩靶向酸压效果评价及孔洞型碳酸盐岩储层油气勘探开发中的应用。
本申请实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例提供的孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法，包括：采集深部孔洞型碳酸盐岩储层对应的新鲜露头试样，加工成立方体试样；在所述立方体试样的端面预制具有一定深度的人工钻孔；向所述人工钻孔中注入酸液，使其抵达人工钻孔的碳酸盐岩深部并充分反应，形成酸化孔洞；制作模拟井筒，并在井筒内部钻取模拟射孔；对所述模拟井筒预填后放入模拟套管并进行环空封固；将真三轴模型试验机与所述模拟套管连接，施加模拟地层三向应力后泵入压裂液进行酸化压裂；待所述压裂液与碳酸盐岩充分反应后，向所述模拟套管内注入可固化胶水，静置使胶水充分渗透到酸压裂缝后取出试样；将试样烘干后剔除碳酸盐岩，获得由可固化胶水形成的靶向酸压三维形态。该方法通过人工造孔实现室内对天然碳酸盐岩孔洞的模拟，并建立了室内靶向酸压物理模拟方法，通过靶向酸压实现人工裂缝的定向开裂，可用于孔洞型碳酸盐岩靶向酸压效果评价，对孔洞型碳酸盐岩储层改造具有重要的意义。
附图说明
图1是本申请实施例孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法流程图；
图2是本申请实施例孔洞型碳酸盐岩室内人工造孔模拟示意图；
图3是本申请实施例孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法及应用，实现了室内对天然碳酸盐岩孔洞的模拟，使模拟的试样与深部孔洞型碳酸盐岩储层孔洞取得良好的一致性，并建立一种靶向酸压物理模拟方法，准确定位预制孔洞位置的基础上，通过靶向酸压实现人工裂缝的定向开裂。该方法可用于研究孔洞型碳酸盐岩定向裂缝起裂以及其扩展特征，和碳酸盐岩储层压裂改造效果评价，为碳酸盐岩储层油气勘探开发提供技术支撑。
为实现上述目的，本申请实施例总体思路如下：
本申请提供了一种孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法，所述方法包括：
采集深部孔洞型碳酸盐岩储层对应的新鲜露头试样，加工成立方体试样；
在所述立方体试样的端面预制具有一定深度的人工钻孔；
向所述人工钻孔中注入酸液，使其抵达人工钻孔的碳酸盐岩深部并充分反应，形成酸化孔洞；
制作模拟井筒，并在井筒内部钻取模拟射孔；
对所述模拟井筒预填后放入模拟套管并进行环空封固；
将真三轴模型试验机与所述模拟套管连接，施加模拟地层三向应力后泵入压裂液进行酸化压裂；
待所述压裂液与碳酸盐岩充分反应后，向所述模拟套管内注入可固化胶水，静置使胶水充分渗透到酸压裂缝后取出试样；
将试样烘干后剔除碳酸盐岩，获得由可固化胶水形成的靶向酸压三维形态。
上述技术方案，通过人工造孔实现室内对天然碳酸盐岩孔洞的模拟，使模拟的试样与深部孔洞型碳酸盐岩储层孔洞取得良好的一致性，并建立了室内靶向酸压物理模拟方法，准确定位预制孔洞位置的基础上，通过靶向酸压实现人工裂缝的定向开裂，可用于孔洞型碳酸盐岩靶向酸压效果评价，对孔洞型碳酸盐岩储层改造具有重要的意义。
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图和具体实施例对本申请技术方案做进一步详细说明。
实施例一
本申请实施例提供了一种孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S110：采集深部孔洞型碳酸盐岩储层对应的新鲜露头试样，加工成立方体试样；
具体而言，加工成立方体试样是为了保证在进行真三轴加载的时候，能够有效的施加三组不同方向的地应力参数。
步骤S120：在所述立方体试样的端面预制具有一定深度的人工钻孔；
具体而言，采用专业岩石切割机在立方体试样的一个端面，或两个及两个以上的端面进行人工钻孔。人工钻孔的深度为45-55mm，人工钻孔的数量为一条或一条以上。钻孔端面形状可以是圆形，方形，多边形等，视切割刀形状而定。优选的，钻孔直径为5-7mm。
步骤S130：向所述人工钻孔中注入酸液，使其抵达人工钻孔的碳酸盐岩深部并充分反应，形成酸化孔洞，如图2所示；
具体而言，在不影响人工钻孔的前提下，室温条件下缓慢注入酸液，直至抵达人工钻孔的碳酸盐岩深部，使其充分反应，待反应停止时结束试验；可以通过改变酸液量的多少，控制形成孔洞的大小。
本实施例中，所述酸液优选浓度为10％的盐酸。需要说明的是，酸液的选用不局限于盐酸，其它可与碳酸盐岩反应的酸性液体均可使用，例如泡沫酸等。
为了验证人工酸化形成的孔洞与天然碳酸盐岩孔洞的一致性，在该步骤后还包括：采用三维CT对所述酸化孔洞进行扫描，准确定位所述酸化孔洞位置，生成三维立体模型。
步骤S140：制作模拟井筒，并在井筒内部钻取模拟射孔，如图3所示；
具体的，可以采用金刚石钻头钻模拟井筒内，采用微侧钻设备在井筒内部钻取模拟射孔，射孔角度由真实算例而定。
步骤S150：对所述模拟井筒预填后放入模拟套管并进行环空封固；
具体的，在所述井筒内预填水溶性粉末材料，并使粉末材料进入射孔孔眼内，在充填粉末材料上部放入一隔层；随后在井筒内放入模拟套管，套管下入到放置隔层处，采用树脂胶进行环空封固，并静置48h以上，使树脂强度达到最高。
具体而言，水溶性粉末材料采用粉末状、可溶于水的材料均可，例如食盐等。采用能够起到封堵作用，同时又容易破坏掉的，强度不要太大的材料作为隔层，例如，橡皮泥、面团等类似材料。优选的，树脂胶采用环氧树脂胶。
其中，套管下部为开口，上部预制螺纹与酸液泵高压软管相连接。
步骤S160：将真三轴模型试验机与所述模拟套管连接，施加模拟地层三向应力后泵入压裂液进行酸化压裂；
优选的，在所述泵入压裂液进行酸化压裂之前，对真三轴物理模型试验机与模拟套管连接的密封性进行测试。
具体的，将试样放入到真三轴模型试验机加载室内，连接酸液泵高压软管与套管，启动伺服控制酸压泵压系统，加压检查密封性良好后，停止泵压；然后启动真三轴物理模型试验机，施加模拟地层三向应力后，启动伺服控制酸液泵入系统，以设定的泵压排量向模拟井筒内泵入压裂液，压裂液射入预制射孔并产生扩展，达到碳酸盐岩试样破裂压力值，试样发生破裂。
步骤S170：待所述压裂液与碳酸盐岩充分反应后，向所述模拟套管内注入可固化胶水，静置使胶水充分渗透到酸压裂缝后取出试样；
具体的，待压裂液与碳酸盐岩充分反应后，拆卸高压软管与套管连接端，将套管与另一软管相连，向模拟套管内注入一定压力的可固化胶水，使胶水充分渗透到酸压裂缝中，静置1小时后，拆卸三轴加载室，取出试样。优选的，所述可固化胶水采用环氧树脂胶。
步骤S180：将试样烘干后剔除碳酸盐岩，获得由可固化胶水形成的靶向酸压三维形态。
其中，所述烘干的温度为80-85℃，时间为2-3h。具体而言，烘干后胶水成型，将试样用拆卸工具打开，剔除碳酸盐岩，得到由可固化胶水形成的压裂缝形态树，采用数学统计方法，对靶向酸压裂缝形态对预制孔洞进行描述，用于酸压效果评价。优选的，可固化胶采用环氧树脂胶。
上述方法中，可根据研究需要对所用酸液类型、酸液浓度与注射量、压裂液类型、三向应力条件、泵压排量等参数进行调整，可获得直观的碳酸盐岩成孔模型以及靶向酸压后裂缝形态的三维空间分布，用于模拟碳酸盐岩成孔和建立靶向酸压效果评价模型，对孔洞型碳酸盐岩储层改造具有重要的意义。
实施例二
本实施例应用实施例一提供的孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法，具体包括：
S201：采集孔洞型碳酸盐岩储层对应的新鲜露头试样，采用刀盘直径为1m的大型石材切割机将试样加工成300mm×300mm×300mm立方体试样，并保证各端面的平行度与完整性；
S202：如图2所示，采用专业岩石切割机在立方体试样中的一个端面预制1条直径为5mm，深度为50mm的人工圆柱形钻孔，并保证钻孔的平滑度与试样的完整性；
S203：采用提前配置体积浓度为10％的盐酸，通过一次性针筒吸入，并在室温条件下缓慢注入50ml至钻孔内，直至抵达人工钻孔的碳酸盐岩深部，使其充分反应，形成酸化孔洞，如图2所示，待反应停止时结束试验；
S204：采用三维CT扫描试验机，对成孔后的碳酸盐岩试样进行三维CT扫描，准确定位，获得其三维真实立体模型；
S205：采用外径为23mm的金刚石钻头钻模拟井筒，井筒深度为170mm，模拟井筒直径为25mm；
S206：如图3所示，在直径为25mm的井筒内壁采用微侧钻设备钻取模拟射孔，射孔直径为2mm，深度为5mm，相位角为面向预制钻孔方向60度，射孔间隔2mm，共钻射孔8个，整个射孔段长度为30mm；
S207：在模拟射孔深度段，即井筒内140mm-170mm深度范围内，预填可溶解食盐，采用细铁丝搅拌，使食盐进入到射孔孔眼内部，在充填食盐段上部放入橡皮泥，形成一个隔层，防止采用环氧树脂封固套管时堵塞射孔；
S208：下入外径20mm，内径15mm的模拟套管，套管长度为140mm，套管下部为开口，下入到放置橡皮泥位置，采用高强度环氧树脂进行模拟套管与井筒的环空封固，将制备好的试样静止48小时，使环氧树脂强度达到最高；
S209：将试样放入到真三轴物理模型试验机加载室内，套管另一端预制螺纹与压裂酸液泵入高压软管相连接，启动伺服控制酸压泵压系统，设定预加0.5MPa泵压，检查连接的密封性，保持压力恒定10分钟，密封性良好后，停止泵压；
S210：启动真三轴物理模型试验机，按照一定加载速率施加模拟地层三向应力到设定值，后保持三向应力值不变，启动伺服控制酸液泵入系统，按照设定好的泵入排量，向模拟井筒内泵入常规盐酸压裂液，随着泵入液体的增加，泵压快速升高，靶向酸化压裂液成功射入预制射孔并产生扩展，达到碳酸盐岩试样破裂压力值，试样发生破裂，停止伺服控制泵压系统，再按照一定速率卸载三向应力，停止真三轴物理模型试验机；
S211：保持试样状态不变，令酸岩充分反应后，拆卸高压软管与套管连接端，采用医用注射器将套管内尚未反应的残留盐酸抽出；
S212：将套管与另一软管相连，向模拟套管内注入一定压力的环氧树脂灌封AB胶水，该环氧树脂的初凝时间在25-45分钟之间，流动性好，使环氧树脂胶水充分渗透到碳酸盐岩靶向酸后压形成的裂缝与预制孔洞中，静止1小时，令环氧树脂初凝；
S213：拆卸真三轴加载室加载板，取出试样进行表面观测及描述，然后将压裂试样送入大型烘箱，设定温度为80度，烘烤2个小时后，环氧树脂成型；
S214：取出试样，将试样采用拆卸工具按照靶向酸压裂缝痕迹和预制孔洞位置逐步打开，露出由环氧树脂形成的三维压裂缝形态，并采用适量的盐酸将残余在环氧树脂上的碳酸盐岩残屑清除，得到真三轴压裂后碳酸盐岩试样裂缝面的真实形态；
S215：采用数学几何统计方法，对试样靶向酸压裂缝形态进行描述与数学建模表征，用于碳酸盐岩酸压效果评价。
通过试验设定不同的酸液类型、酸液浓度与注射量、压裂液类型、三向应力条件、泵压排量泵入压裂液排量等参数，重复步骤S209-S215，得到不同因素影响下的碳酸盐岩靶向酸压裂缝三维空间形态表征，通过各组实验结果的对比与分析，得到优化后的压裂设计方案，为碳酸盐岩储层靶向酸压施工优化设计提供参考。
该方法实现了在室内对天然碳酸盐岩成孔的模拟，对成孔后的试样进行三维CT扫描，与深部孔洞型碳酸盐岩储层孔洞取得了良好的一致性。同时，实现了靶向酸压的物理模拟，获得了真实靶向酸压导致裂缝产生并扩展的三维空间形态，取得了良好的效果。该方法可用于研究孔洞型碳酸盐岩成孔技术、靶向酸压、裂缝起裂以及扩展规律，可用于碳酸盐岩储层综合效果评价以及研究靶向酸压效果评价，对孔洞型碳酸盐岩储层油气勘探开发提供重要的技术支撑。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
采集深部孔洞型碳酸盐岩储层对应的新鲜露头试样，加工成立方体试样；
在所述立方体试样的端面预制具有一定深度的人工钻孔；
向所述人工钻孔中注入酸液，使其抵达人工钻孔的碳酸盐岩深部并充分反应，形成酸化孔洞；
制作模拟井筒，并在井筒内部钻取模拟射孔；
对所述模拟井筒预填后放入模拟套管并进行环空封固；
将真三轴模型试验机与所述模拟套管连接，施加模拟地层三向应力后泵入压裂液进行酸化压裂；
待所述压裂液与碳酸盐岩充分反应后，向所述模拟套管内注入可固化胶水，静置使胶水充分渗透到酸压裂缝后取出试样；
将试样烘干后剔除碳酸盐岩，获得由可固化胶水形成的靶向酸压三维形态。
2.如权利要求1所述的孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法，其特征在于，所述对所述模拟井筒预填后放入模拟套管并进行环空封固，包括：
在所述井筒内预填水溶性粉末材料，并使粉末材料进入模拟射孔孔眼内，在充填粉末材料上部放入一隔层；随后在井筒内放入模拟套管，套管下部下入到放置隔层处，采用树脂胶进行环空封固，并静置48h以上。
3.如权利要求1所述的孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法，其特征在于，所述人工钻孔的深度为45-55mm。
4.如权利要求1或3所述的孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法，其特征在于，所述人工钻孔的数量为一条或一条以上。
5.如权利要求1所述的孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法，其特征在于，所述酸液优选浓度为10％的盐酸。
6.如权利要求1所述的孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法，其特征在于，所述静置时间为1h以上。
7.如权利要求1所述的孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法，其特征在于，所述烘干的温度为80-85℃，时间为2-3h。
8.如权利要求1或2所述的孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法，其特征在于，还包括：采用三维CT对所述酸化孔洞进行扫描，准确定位所述酸化孔洞位置，生成三维立体模型。
9.如权利要求1或2所述的孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法，其特征在于，还包括：在所述泵入压裂液进行酸化压裂之前，对真三轴物理模型试验机与模拟套管连接的密封性进行测试。
10.如权利要求1-9之一所述的孔洞型碳酸盐岩靶向酸压物理模拟方法在孔洞型碳酸盐岩靶向酸压效果评价及孔洞型碳酸盐岩储层油气勘探开发中的应用。
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