CN113188471B - 一种酸蚀裂缝非均匀刻蚀程度量化评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种酸蚀裂缝非均匀刻蚀程度量化评价方法，属于油气田储层改造酸化酸压技术领域，主要包括提取酸蚀前后岩心点云数据，叠加数字化处理酸蚀前后模型，提取表面形貌特性参数，计算非均匀刻蚀系数这四个部分。表面形貌特性参数在水平方向上选取扩展界面系数，垂直方向上选取酸蚀高度标准差系数，各取权重0.5相加计算非均匀刻蚀系数。非均匀刻蚀程度越高，非均匀刻蚀系数越大。该方法计算精度高，可以实现酸蚀前后裂缝壁面三维形貌变化可视化。通过对裂缝壁面形貌特征定量评价来反应酸化的作用效果，为酸化酸压工艺的选井选层、不同碳酸盐岩储层的适应性评价、定量评估酸化酸压储层改造效果提供理论依据和技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及一种酸蚀裂缝非均匀刻蚀程度量化评价方法，属于油气田储层改造酸化酸压技术领域。
背景技术
酸压是碳酸盐岩油气藏增产最常用的措施之一。酸液被挤入储层，在储层中形成具有一定导流能力的裂缝。如果不能实现非均匀刻蚀，停泵会造成裂缝闭合，导流能力下降，所以评价酸压措施成功与否的标准是能否在裂缝壁面形成非均匀刻蚀。现有技术主要集中在酸蚀裂缝导流能力的测试及影响因素(主要是闭合应力)分析上，仅少部分研究涉及到酸蚀裂缝壁面形貌的分析。目前研究成果仅限于裂缝壁面形貌的定性描述，尚未对非均匀刻蚀程度形成统一的定量评价标准。
中国专利文件CN110146534公开了一种砂岩酸岩反应效果可视化定量评价方法。该方法虽实现了表面形貌数字化，但使用的是接触式电子探针显微镜，易造成机械探针对裂缝壁面的损害，且未提出定量评价的具体方法。中国专利文件CN107191173A公开了一种碳酸盐岩酸压效果的评价方法，明确提出定量评价的计算方法。该评价方法仅对裂缝壁面在垂直方向上的酸蚀高度定量评价，未考虑水平方向上的表面形貌特性参数，这种评价方法具有一定的片面性。
发明内容
本发明的目的在于为了解决上述问题而提供酸蚀裂缝非均匀刻蚀程度量化评价方法。本发明可以实现酸蚀前后裂缝壁面三维空间形态变化可视化，通过对裂缝壁面形貌特征定量评价来反应酸化的作用效果，为酸化酸压工艺的选井选层、不同碳酸盐岩储层的适应性评价、定量评价酸化酸压储层改造效果提供理论依据和技术支撑。
本发明的技术方案如下：
一种酸蚀裂缝非均匀刻蚀程度量化评价方法，包括步骤如下：
步骤1：酸蚀前岩心的三维模型提取；使用三维激光扫描仪扫描岩心得到点云模型，将点云模型导入到点云处理软件中封装，将点云数据转化为网格，形成三角形网格曲面；
步骤2：进行酸蚀裂缝动力学实验；按实验要求处理岩心端面；
步骤3：酸蚀后岩心的点云模型提取；用三维激光扫描仪扫描酸蚀后岩心进行数据采集，并将扫描所得点云模型导入到点云处理软件中封装；
步骤4：模型分析；利用点云处理软件将酸蚀前后两个三维模型未酸蚀端面特征对齐，叠加数字化处理，得到端面酸蚀部分三维模型；
步骤5：导出模型及数据；使用matlab计算A0、A1、扩展界面系数Sdr以及酸蚀高度标准差系数Vσ这些表面形貌特性参数；其中A0表示酸蚀前端面面积展开值，A1表示酸蚀后端面面积展开值；
步骤6：计算非均匀刻蚀系数；在评价非均匀刻蚀程度时，水平方向和垂直方向上的表面特性参数同等重要，因此扩展界面系数和标准差系数权重各0.5相加计算非均匀刻蚀系数。
优选的，步骤1、步骤3中点云处理软件为基于点云数据建模与处理的软件，为Geomagic Qualify、Rhino、EdgeWise、PolyWorks之一。
优选的，步骤1、步骤3中点云模型导入点云处理软件时选择采样比率100％，指定数据单位为毫米。
优选的，步骤1、步骤3中点云模型导入点云处理软件时需删除点云数据中的离散点，封装后需使用软件自带的功能手动修复三角形网格内部缺陷，删除非流行边、自相交、高度折射边、巧状物、小组件及小孔，填补三角形网格内部小孔。
优选的，步骤2中酸蚀裂缝动力学实验是指采用旋转岩盘仪分析不同反应条件下酸液与岩石表面的反应速度，包括制备岩样、分析岩样矿物组成、确定反应条件(酸型、温度、转速、压力)和使用旋转岩盘仪开展实验这几个步骤；按实验要求处理岩心端面是指用去离子水轻柔冲洗岩心端面并放入烘箱烘干。
优选的，步骤4中酸蚀前后两个三维模型基于未反应端面对齐时，指定偏差方向垂直于刻蚀面。
优选的，步骤5中可酸蚀端面特性参数通过以下统计方法来计算：
其中A1表示酸蚀后端面面积展开值，A0表示酸蚀前端面面积展开值，
表示平均酸蚀高度值，zi表示单个位置点下降高度值，n表示位置点个数。
进一步优选的，步骤5中端面面积展开值可通过以下公式来计算：
其中(xi,yj)，(xi,yj+1)，(xi+1,yj)，(xi+1,yj+1)表示可构成四边形相邻的四个点，z(xi,yj)表示点(xi,yj)的位置高度，Zi,j表示四边形的面积，A表示岩石端面面积展开值。岩心端面表面积由多个四边形面积相加而得，M、N分别表示横、纵方向上四边形的个数。
优选的，步骤6中的非均匀刻蚀系数ν可通过以下公式来计算：
本发明的有益效果在于：
1.计算精度高：利用岩心表面高精度点云数据封装，叠加数字化处理酸蚀前后的岩心端面，可以精确表达酸蚀前后岩心端面三维空间形貌变化；
2.三维空间内可视化：能在三维空间内可视化展示酸岩反应前后酸蚀端面变化部分形貌，准确且直观表达酸岩反应的作用效果；
3.定量计算酸蚀裂缝前后表面形貌征变化：采用非均匀刻蚀系数，通过对酸蚀端面表面特征定量评价来反应酸化的作用效果，为酸化酸压工艺的选井选层、不同碳酸盐岩储层的适应性评价、定量评估酸化酸压储层改造效果提供理论依据和技术支撑。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为岩心酸蚀前的三维模型；
图3为岩心酸蚀后的三维模型；
图4为叠加数字化处理后的三维模型及计算偏差的方向；
图5为酸蚀前后及酸蚀部分的三维模型；
图6非均匀刻蚀系数与导流能力折线图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
在本发明实施例中：
酸蚀岩心采用酸岩反应旋转岩盘仪；
三维激光扫描仪采用先临三维科技股份有限公司生产的三维激光扫描仪EinScanPro 2X Plus，并采用geomagicqualify和matlab软件进行分析；
导流能力测试采用压裂支撑剂导流能力测试系统。
实施例1：
一种酸蚀裂缝非均匀刻蚀程度量化评价方法，包括以下步骤：
步骤1：酸蚀前岩心的三维模型提取；使用三维激光扫描仪扫描岩心得到点云模型，将点云模型导入到点云处理软件中封装，将点云数据转化为网格，形成三角形网格曲面。
步骤2：酸蚀裂缝动力学实验；按实验要求处理岩心端面。
步骤3：酸蚀后岩心的点云模型提取；用三维激光扫描仪扫描酸蚀后岩心进行数据采集，并将扫描所得点云模型导入到点云处理软件中封装。
步骤4：模型分析；利用点云处理软件将两个三维模型未酸蚀端面特征对齐，叠加数字化处理，得到端面酸蚀部分三维模型。
步骤5：导出模型及数据；使用matlab计算A0、A1，扩展界面系数Sdr以及酸蚀高度标准差系数Vσ等表面形貌特性参数。其中A0表示酸蚀前端面面积展开值，A1表示酸蚀后端面面积展开值。
步骤6：计算非均匀刻蚀系数；在评价非均匀刻蚀程度时，水平方向和垂直方向上的表面特性参数同等重要，因此扩展界面系数和标准差系数权重各0.5相加计算非均匀刻蚀系数。
步骤1、步骤3中点云处理软件为基于点云数据建模与处理的软件，为GeomagicQualify、Rhino、EdgeWise、PolyWorks之一。
步骤1、步骤3中点云模型导入点云处理软件时选择采样比率100％，指定数据单位为毫米。
步骤1、步骤3中点云模型导入点云处理软件时需删除点云数据中的离散点，封装后需使用软件自带的功能手动修复三角形网格内部缺陷，删除非流行边、自相交、高度折射边、巧状物、小组件及小孔，填补三角形网格内部小孔。
步骤2中酸岩反应动力学实验可采用多种岩石类型、多种酸液进行测试。
酸蚀裂缝动力学实验是指采用旋转岩盘仪分析不同反应条件下酸液与岩石表面的反应速度，包括制备岩样、分析岩样矿物组成、确定反应条件(酸型、温度、转速、压力)和使用旋转岩盘仪开展实验这几个步骤；按实验要求处理岩心端面是指用去离子水轻柔冲洗岩心端面并放入烘箱烘干。
步骤4中酸蚀前后两个三维模型基于未反应端面对齐时，指定偏差方向垂直于刻蚀面。酸蚀前的三维模型见附图2，酸蚀后的三维模型见附图3，偏差方向见附图4，酸蚀端面变化部分见附图5。
步骤5中可酸蚀端面特性参数通过以下统计方法来计算：
其中A1表示酸蚀后端面面积展开值，A0表示酸蚀前端面面积展开值，
表示平均酸蚀高度值，zi表示单个位置点下降高度值，n表示位置点个数。
步骤5中岩心端面面积展开值可通过以下公式来计算：
其中(xi,yj)，(xi,yj+1)，(xi+1,yj)，(xi+1,yj+1)表示可构成四边形相邻的四个点，z(xi,yj)表示点(xi,yj)的位置高度，Zi,j表示四边形的面积，A表示岩石端面面积展开值。岩心端面表面积由多个四边形面积相加而得，M、N分别表示横、纵方向上四边形的个数。
步骤6中的非均匀刻蚀系数ν可通过以下公式来计算：
实施例2。
一种酸蚀裂缝非均匀刻蚀程度量化评价方法，其步骤如实施例1所述，具体为：
步骤1：准备若干块岩心试样，将其加工成直径为2.5cm，高1cm±0.2cm的岩心柱。酸蚀前岩心的三维模型提取；使用三维激光扫描仪扫描岩心得到点云模型，将点云模型导入到点云处理软件中封装，将点云数据转化为网格，形成三角形网格曲面。见附图2。
步骤2：酸岩反应动力学实验采用酸岩反应旋转岩盘仪，按实验要求处理岩心端面。
步骤3：酸蚀后岩心的点云模型提取；用三维激光扫描仪扫描酸蚀后岩心进行数据采集，并将扫描所得点云模型导入到点云处理软件中封装。见附图3。
步骤4：模型分析，利用点云处理软件将两个三维模型未酸蚀端面特征对齐，叠加数字化处理，得到酸蚀端面三维模型。见附图4、5。
步骤5：导出模型及数据；使用matlab计算A0、A1，扩展界面系数Sdr以及酸蚀高度标准差系数Vσ等表面形貌特性参数。其中A0表示酸蚀前端面面积展开值，A1表示酸蚀后端面面积展开值。
A0＝492.1236mm2,A1＝1113.9759mm2,Sdr＝2.2636,Vσ＝0.6915
步骤6：取扩展界面系数和标准差系数权重各0.5，计算非均匀刻蚀系数ν。
ν＝1.4775。
实施例3。
一种酸蚀裂缝非均匀刻蚀程度量化评价方法，包括以下步骤：
1.岩心试样及酸液准备
将目标地层定向取心的岩心以及地表露头岩样切割成若干块两端是半圆弧的矩形，大小为长177.8mm×宽38.1mm×20mm厚的岩板试样。配制20％的盐酸。
然后用三维激光扫描仪EinScan Pro 2X Plus对酸蚀前岩板进行3D形貌扫描，将扫描点云导入至Geomagic Qualify中封装成三维模型。
2.酸压
将两块岩板面对面放入导流室中，按照如表1所示反应条件酸蚀。采用三维激光扫描仪对酸蚀前后的岩板进行3D形貌扫描，将扫描点云导入至Geomagic Qualify中封装成三维模型。
表1岩板编号对应的反应条件
3.计算
将酸蚀前后的岩板三维模型叠加数值化处理，采用布尔运算得到酸蚀下降部分三维模型。对于导流室的两块岩板其特性参数取平均值，酸蚀端面特性参数通过以下统计方法来计算：
其中A1表示酸蚀后端面面积展开值，A0表示酸蚀前端面面积展开值，
表示平均酸蚀高度值，zi表示单个位置点下降高度值，n表示位置点个数。
非均匀刻蚀系数ν可通过以下公式来计算：
岩心端面表面积可通过以下公式来计算：
其中(xi,yj)，(xi,yj+1)，(xi+1,yj)，(xi+1,yj+1)表示可构成四边形相邻的四个点，z(xi,yj)表示点(xi,yj)的位置高度，Zi,j表示四边形的面积，A表示岩石端面展开面积。岩心端面表面积由多个四边形面积相加而得，M、N分别表示横、纵方向上四边形的个数。
使用matlab计算表面形貌特性参数及标准差系数，结果见表2。
表2岩板酸蚀形貌特性参数与导流能力
导流能力由酸蚀裂缝导流仪(FCS-842压裂支撑剂导流能力测试系统)得到，通过平流泵改变注入标准盐水流量，通过多个测压点测量流体通过酸蚀岩板的压差，再依据N-K模型计算出酸蚀裂缝的导流能力。可以从附图6可以看出，非均匀刻蚀系数与导流能力具有一定的线性相关性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述规范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点看，均应将实施例看作是示范性的，而非限制性的，本发明的范围由所附属权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的同等要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，和实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种酸蚀裂缝非均匀刻蚀程度量化评价方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤1：酸蚀前岩心的三维模型提取；使用三维激光扫描仪扫描岩心得到点云模型，将点云模型导入到点云处理软件中封装，将点云数据转化为网格，形成三角形网格曲面；
步骤2：进行酸蚀裂缝动力学实验；按实验要求处理岩心端面；
步骤3：酸蚀后岩心的点云模型提取；用三维激光扫描仪扫描酸蚀后岩心进行数据采集，并将扫描所得点云模型导入到点云处理软件中封装；
步骤4：模型分析；利用点云处理软件将酸蚀前后两个三维模型未酸蚀端面特征对齐，叠加数字化处理，得到端面酸蚀部分三维模型；酸蚀前后两个三维模型基于未反应端面对齐时，指定偏差方向垂直于刻蚀面；
步骤5：导出模型及数据；使用matlab计算A0、A1、扩展界面系数Sdr以及酸蚀高度标准差系数Vσ这些表面形貌特性参数；其中A0表示酸蚀前端面面积展开值，A1表示酸蚀后端面面积展开值；
其中A1表示酸蚀后端面面积展开值，A0表示酸蚀前端面面积展开值，
表示平均酸蚀高度值，zi表示单个位置点下降高度值，n表示位置点个数；
端面面积展开值通过以下公式来计算：
其中(xi,yj)，(xi,yj+1)，(xi+1,yj)，(xi+1,yj+1)表示可构成四边形相邻的四个点，z(xi,yj)表示点(xi,yj)的位置高度，Zi,j表示四边形的面积，A表示岩石端面面积展开值；岩心端面表面积由多个四边形面积相加而得，M、N分别表示横、纵方向上四边形的个数；
步骤6：计算非均匀刻蚀系数；扩展界面系数和标准差系数权重各0.5相加计算非均匀刻蚀系数；
非均匀刻蚀系数v可通过以下公式来计算：
2.根据权利要求1所述的酸蚀裂缝非均匀刻蚀程度量化评价方法，其特征在于，步骤1、步骤3中点云处理软件为基于点云数据建模与处理的软件，为Geomagic Qualify、Rhino、EdgeWise、PolyWorks之一。
3.根据权利要求1所述的酸蚀裂缝非均匀刻蚀程度量化评价方法，其特征在于，步骤1、步骤3中点云模型导入点云处理软件时选择采样比率100％，指定数据单位为毫米。
4.根据权利要求1所述的酸蚀裂缝非均匀刻蚀程度量化评价方法，其特征在于，步骤1、步骤3中点云模型导入点云处理软件时需删除点云数据中的离散点，封装后需使用软件自带的功能手动修复三角形网格内部缺陷，删除非流行边、自相交、高度折射边、巧状物、小组件及小孔，填补三角形网格内部小孔。
5.根据权利要求1所述的酸蚀裂缝非均匀刻蚀程度量化评价方法，其特征在于，步骤2中酸蚀裂缝动力学实验是指采用旋转岩盘仪分析不同反应条件下酸液与岩石表面的反应速度，包括制备岩样、分析岩样矿物组成、确定反应条件和使用旋转岩盘仪开展实验这几个步骤；按实验要求处理岩心端面是指用去离子水轻柔冲洗岩心端面并放入烘箱烘干。
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