CN110609974B - 一种考虑蚓孔扩展的酸压裂缝动态滤失计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑蚓孔扩展的酸压裂缝动态滤失计算方法,其用于前置液酸压工艺,包括如下步骤:S1、将酸液注入人工裂缝的施工时间T划分为间隔相等的m个时间节点,则时间步长tn=nΔt,其中n=0,1,2,3,…,m,t0为初始时刻;S2、计算t0时刻裂缝滤失速度vl(0);S3、计算tn时刻裂缝内流动压力分布P(n);S4、计算tn时刻酸压酸蚀裂缝宽度wa(n);S5、计算tn时刻酸蚀蚓孔扩展和滤失速度vl(n);S6、将滤失速度vl(n)代入步骤S3,依次循环步骤S3~S6,直至注酸结束。本发明考虑了注酸过程中酸蚀蚓孔动态扩展和刻蚀缝宽不断变化对酸液滤失速度的影响,更为准确地计算注酸过程中酸液的滤失,对合理设计酸液用量,预测酸压增产改造效果具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域,特别是一种用于前置液酸压工艺过程中考虑蚓孔扩展的酸压裂缝动态滤失计算方法。
背景技术
碳酸盐岩油气藏是全球油气资源的重要组成部分,全世界约有一半以上的油气藏为碳酸盐岩油气藏。我国碳酸盐岩油气资源量也相当可观,达到了583亿吨原油当量。酸压作为碳酸盐岩油气藏增产改造的关键技术,被广泛应用于国内外各大油田。
碳酸盐岩油气藏增产改造常用酸压工艺有普通酸压和前置液酸压等,普通酸压是指直接用酸液压开地层产生裂缝并溶蚀裂缝壁面。前置液酸压是指先采用黏度较高的惰性压裂液体系压开地层,形成人工裂缝,然后再向裂缝内注入酸液的工艺技术。
对于反应性酸液体系而言,酸液将持续不断地溶蚀岩石表面,因此无法有效地使沉淀物形成滤饼;同时,从裂缝向两侧基岩滤失的酸液将产生酸蚀蚓孔,酸蚀蚓孔的存在又进一步加剧酸液滤失,这是一个自我放大的过程,可能导致过量的酸液滤失。因此,经典的惰性压裂液体系滤失系数计算公式不再适用于计算具有反应活性的酸液滤失。
发明内容
本发明的目的是针对上述的常规惰性压裂液体系滤失系数计算公式不适用于计算具有反应活性的酸液滤失的技术现状,提供一种用于前置液酸压工艺过程中考虑蚓孔扩展的酸压裂缝动态滤失计算方法。
本发明提供的用于前置液酸压工艺过程中考虑蚓孔扩展的酸压裂缝动态滤失计算方法,步骤如下:
步骤S2、计算t0时刻裂缝滤失速度vl(0):t0时刻,酸液与岩石还未进行反应,滤失速度vl(0)由水力裂缝延伸至最后一个时间节点的滤失速度决定,滤失速度vl(0)由式(1)计算:
式中:C(x,b)为b时刻缝内x处流体滤失系数,m/min0.5;
b为人工造缝施工时间,min;
τ为流体到达裂缝x处的时间,min。
步骤S3、计算tn时刻裂缝内流动压力分布P(n);计算过程如下:
裂缝内的任意点(x,y),酸液经过该点的平均流速vx和vy:
在单位时间内单元体内酸液质量的变化量等于酸液总的流入量减去总的流出量,得到裂缝内酸液的质量守恒方程:
式中:μa为酸液黏度,mPa·s;
p为压力,MPa;
vl为滤失速度,m/min;
w为裂缝宽度,m;t0时刻w取人工水力裂缝宽度wf,tn时刻w取酸蚀裂缝宽度wa。
当时间步长Δt足够小,可以认为在Δt时间内,酸液滤失速度不变,即tn-tn-1时间段内可以使用tn-1时刻的滤失速度。因此,计算tn时刻裂缝内流动压力分布P(n)采用tn-1时刻的滤失速度vl(n-1),将滤失速度vl(n-1)、式(2)和式(3)代入式(4),计算得出裂缝内流动压力分布P(n)。
步骤S4、计算tn时刻酸压酸蚀裂缝宽度wa(n);具体过程如下:
注酸前裂缝内各点的酸液浓度为0。在酸压过程中,注酸排量恒定,裂缝顶部和底部(即y=-H和y=H处)无酸液流动,裂缝出口端(即x=L处)的压力为地层压力,裂缝入口端的酸液浓度为Cf 0。
将步骤S3所求得的P(n)作为内边界条件,并结合初始条件式(5)和边界条件式(6),通过式(7)~(9)求解tn时刻酸压酸蚀裂缝宽度wa(n)。
初始条件:
边界条件:
酸压裂缝内的反应平衡方程:
裂缝壁面上的局部反应方程:
kg(Cf-Cw)=R(Cw) (8)
酸蚀裂缝宽度变化方程:
式中:Cf为裂缝中心的酸液浓度,kmol/m3;
qinj为注酸速率,m3/min;
pe为裂缝出口处压力,MPa;
kg为传质系数,m/s;
Cw为裂缝壁面处的酸液浓度,kmol/m3;
R(Cw)为单步不可逆反应的溶蚀速度,m·kmol/(s·m3);
βi为酸液与灰岩或白云岩间溶解能力,kg/kmol;
ρi为灰岩或白云岩密度,kg/m3;
i为下标,表示不同的岩矿类型;
φ为孔隙度,无因次;
η为滤失酸液中与缝壁岩石发生反应的酸液占滤失酸液的百分数,大多数情况下η≈0。
步骤S5、计算tn时刻酸蚀蚓孔扩展和滤失速度vl(n);具体过程如下:
式(11)~(13)模拟酸蚀蚓孔的动态扩展,再代入式(10)便可计算出v,滤失速度vl(n)等于裂缝面上的滤失速度v(x,y);
酸液浓度分布方程:
酸岩反应方程:
不同矿物体积变化方程:
孔隙度变化方程:
式中:Dex为x方向的有效扩散系数张量,m2/s;
Dey为y方向的有效扩散系数张量,m2/s;
Ri(Cw)为酸与不同矿物之间的溶解反应速率,kmol/s m2;
avi为不同矿物单位体积的表面积,m2/m3;
ksi为反应速度常数,m/s;
kci为传质系数,m/s;
γH+,s为酸液活度系数,无因次;
Vi为第i种矿物的体积分数,无因次;
Macid为酸液摩尔质量,kg/kmol;
αi为酸溶解力,kg/kg;
ρi为第i种矿物的密度,kg/m3。
步骤S6、将滤失速度vl(n)数据代入步骤S3计算得出tn+1时刻的缝内压力P(n+1),依次循环步骤S3~S6,计算出wa(n+1)、vl(n+1),当注入酸液量等于设定总酸液量时,循环过程结束。
上述计算方法中,所有公式中涉及的相同符号,前后符号意义一致,标注一次后,全部通用。
本发明的考虑蚓孔扩展的酸压裂缝动态滤失计算方法的流程如图1所示。
发明人发现,现有的相关专利CN201810704079.4公开了一种裂缝性储层酸压动态综合滤失系数的计算方法。该专利方法与本发明的方法相比,主要区别有:(1)本发明针对在注入酸液前,已造出人工裂缝,裂缝内初始压力不再是原始地层压力,而已公开的专利针对天然裂缝,其裂缝内初始压力为原始地层压力;(2)本发明考虑蚓孔作用的酸液滤失随着注酸过程的不断进行而动态变化,而已公开的专利计算过程只重复了步骤(3)~(6),考虑蚓孔作用的酸液滤失系数为定值;(3)本发明针对前置液酸压工艺,先形成人工裂缝,后注酸液,而已公开的专利提到的均是天然裂缝,并未形成人工裂缝,未有滤饼存在,计算初始时刻滤失系数方式不同。
本发明的有益之处在于:
本发明的方法考虑了注酸过程中酸蚀蚓孔动态扩展和刻蚀缝宽不断变化对酸液滤失速度的影响,更为准确地计算注酸过程中酸液的滤失,对合理设计酸液用量,计算酸液有效作用距离,预测酸压增产改造效果具有重要意义。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为考虑蚓孔扩展的酸压裂缝动态滤失计算流程图。
图2为注酸前人工裂缝形态及几何尺寸。
图3为刻蚀裂缝宽度剖面。
图4为刻蚀后裂缝宽度与刻蚀前人工裂缝宽度对比曲线。
图5为酸液浓度分布剖面。
图6为沿缝长方向酸液浓度分布曲线。
图7为沿缝长方向酸液滤失速度曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
对某一碳酸盐岩油气藏进行前置液酸压工艺施工,测得其基础参数如表1所示。
表1实施例1计算基础参数表
基于表1中的数据,非反应惰性前置液压裂造缝产生的人工裂缝如图2所示。本发明是以此人工裂缝为基础而展开。本发明中所述步骤S2计算t0时刻裂缝滤失量vl(0),具体计算过程如下:
前置液造缝时间(施工时间b)48min,刚开始注酸时,且时间步长较短,酸液主要在缝口附近,因此流体滤失系数C(x,b)取缝口处的滤失系数,0.76×10-3m/min0.5,且τ远小于b,可忽略τ,将τ取值为0,由式(1)可计算出滤失速度为0.22×10-3m/min。
由步骤S3~S6计算出的结果为云图或不规则曲线,无法用某一个具体数值或代数式表征,因此直接循环步骤S3~S6,直至注酸结束,最终计算结果如图3~7所示。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种考虑蚓孔扩展的酸压裂缝动态滤失计算方法,其用于前置液酸压工艺,其特征在于,包括如下步骤:
S2、计算t0时刻裂缝滤失速度vl(0);滤失速度vl(0)由式(1)计算:
式中:C(x,b)为b时刻缝内x处流体滤失系数,m/min0.5;
b为人工造缝施工时间,min;
τ为流体到达裂缝x处的时间,min;
S3、计算tn时刻裂缝内流动压力分布P(n);
S4、计算tn时刻酸压酸蚀裂缝宽度wa(n);
S5、计算tn时刻酸蚀蚓孔扩展和滤失速度vl(n);
S6、将计算出的滤失速度vl(n)数据代入步骤S3计算得出tn+1时刻的缝内压力P(n+1),依次循环步骤S3~S6,计算出wa(n+1)、vl(n+1),直至注酸结束;当注入酸液量等于设定总酸液量时,注酸过程结束,即循环计算过程结束。
2.如权利要求1所述的考虑蚓孔扩展的酸压裂缝动态滤失计算方法,其特征在于,步骤S3中tn时刻裂缝内流动压力分布P(n)计算过程如下:
裂缝内的任意点(x,y),酸液经过该点的平均流速vx和vy:
在单位时间内单元体内酸液质量的变化量等于酸液总的流入量减去总的流出量,得到裂缝内酸液的质量守恒方程:
式中:μa为酸液黏度,mPa·s;
p为压力,MPa;
vl为滤失速度,m/min;
w为裂缝宽度,m;t0时刻w取人工水力裂缝宽度wf,tn时刻w取酸蚀裂缝宽度wa;
当时间步长Δt足够小,认为在Δt时间内,酸液滤失速度不变,即tn-tn-1时间段内使用tn-1时刻的滤失速度;因此,计算tn时刻裂缝内流动压力分布P(n)采用tn-1时刻的滤失速度vl(n-1),将滤失速度vl(n-1)、式(2)和式(3)代入式(4),计算得出裂缝内流动压力分布P(n)。
3.如权利要求2所述的考虑蚓孔扩展的酸压裂缝动态滤失计算方法,其特征在于,步骤S4计算tn时刻酸压酸蚀裂缝宽度wa(n),具体过程如下:
将步骤S3所求得的P(n)作为内边界条件,并结合初始条件式(5)和边界条件式(6),通过式(7)~(9)求解tn时刻酸压酸蚀裂缝宽度wa(n);
kg(Cf-Cw)=R(Cw) (8)
式中:Cf为裂缝中心的酸液浓度,kmol/m3;
qinj为注酸速率,m3/min;
pe为裂缝出口处压力,MPa;
Cf 0为裂缝入口端的酸液浓度,kmol/m3;
kg为传质系数,m/s;
Cw为裂缝壁面处的酸液浓度,kmol/m3;
R(Cw)为单步不可逆反应的溶蚀速度,m·kmol/(s·m3);
βi为酸液与灰岩或白云岩间溶解能力,kg/kmol;
ρi为灰岩或白云岩密度,kg/m3;
i为下标,表示不同的岩矿类型;
φ为孔隙度,无因次;
η为滤失酸液中与缝壁岩石发生反应的酸液占滤失酸液的百分数,η≈0。
4.如权利要求3所述的考虑蚓孔扩展的酸压裂缝动态滤失计算方法,其特征在于,步骤S5,计算tn时刻酸蚀蚓孔扩展和滤失速度vl(n),具体过程如下:
式(11)~(13)模拟酸蚀蚓孔的动态扩展,再代入式(10)便可计算出v,滤失速度vl(n)等于裂缝面上的滤失速度v(x,y);
式中:Dex为x方向的有效扩散系数张量,m2/s;
Dey为y方向的有效扩散系数张量,m2/s;
Ri(Cw)为酸与不同矿物之间的溶解反应速率,kmol/s m2;
avi为不同矿物单位体积的表面积,m2/m3;
ksi为反应速度常数,m/s;
kci为传质系数,m/s;
γH+,s为酸液活度系数,无因次;
Vi为第i种矿物的体积分数,无因次;
Macid为酸液摩尔质量,kg/kmol;
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