石灰岩酸蚀软化层力学特征及导流能力研究

发布时间：2020-03-18 00:31

【摘要】：碳酸盐岩储层油气藏开发相关技术经过长期的发展,时至今日逐渐积累出一套以酸化压裂为主的储层改造技术,其最终目的就是形成具有一定导流能力的酸蚀裂缝。针对酸蚀裂缝导流能力问题的研究,需要与闭合应力紧密关联,因此闭合应力条件下的酸蚀面力学性能成为本文研究的核心问题。经过酸蚀后,裂缝表面岩石的微观结构被酸液溶蚀破坏,矿物颗粒本身及其粒间胶结物的溶蚀将会降低岩石强度,出现表层岩石的软化现象。被软化的表层岩石与内部岩石相比有着较高的塑性和更低的嵌入强度,这一力学性能的差异将对微观尺度下的酸蚀缝面接触形态产生一定影响。通过酸蚀岩心的三轴压缩力学实验和酸蚀岩样品薄片边缘形态的观察,对酸腐蚀岩石软化现象进行了验证,总结了酸对岩石宏观力学性能和微观形态的影响。研究表明,和未酸蚀样品相比所有酸蚀过的岩心其最大抗压强度以及弹性模量均有明显下降。薄片观察中发现白样薄片边缘在低放大倍数下平直整齐,整体边界完整连续;酸蚀样品边界在低放大倍数下即可观察到明显的锯齿状、港湾状溶蚀边,而在高放大倍数下矿物颗粒则呈现破碎离散的形态。采用维氏硬度计研究酸蚀条件与酸蚀样品表面硬度的关系,并借助扫描电镜进一步深入探讨了不同酸蚀条件下软化层的厚度。石灰岩表面维氏硬度的测量得到了不同酸蚀条件下岩石样品的酸蚀软化层厚度及基本力学参数。实验过程中发现维氏硬度计的压头在较大载荷下出现样品硬化现象,证明酸蚀软化具有一定厚度并且可被金刚石压头突破。在电镜观察过程中,发现酸液浓度、驱替压力和酸蚀时间的增加可致酸蚀特征的出现深度也不断增加。所有样品的软化层厚度都体现出明显的空间分布不均匀特性,主要受大颗粒以及酸不溶矿物包绕的影响。对有酸蚀软化层的蚀裂缝壁面进行有限元数值模拟,得到了一定闭合应力下的闭合缝宽变化规律,通过总结发现,缝面闭合后的闭合缝宽受软化层厚度以及初始缝宽度的影响,并且在某些条件下出现了缝面完全闭合的情况。统计发现,随着初始缝宽的逐步减小,70MPa闭合应力下4mm初始缝宽并带有300μm软化层的情况最先出现完全闭合,初步认定4mm为裂缝完全闭合的临界初始缝宽,初始缝宽小于4mm的闭合情况还需视闭合应力与软化层厚度的组合情况而定。在所建立的软化层导流能力模型基础上,以计算导流能力等于0为标准,划分了需考虑软化层影响的边界条件:初始缝宽落在各边界左侧,且同时有软化层厚度落在边界上方的情况下才需要考虑软化层的影响。特别指出10MPa闭合应力下无论软化层厚度与初始缝宽取何值,都不需考虑软化层的影响。建立了工程条件导流能力模型,并通过将其与软化层导流能力模型进行等效折算,得到特定施工参数下的导流能力、初始缝宽以及软化层厚度沿缝长方向上的分布,再结合软化层影响边界条件判定图版得到考虑软化层存在的有效导流距离。计算发现有效导流距离小于现行通用的酸液有效作用距离,说明在某些条件下需要考虑软化层的影响,才能对酸蚀裂缝导流能力做出正确评估。
【图文】：

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图 1-1 技术路线图1.4 论文成果及创新点酸蚀裂缝导流能力壁面的强度、弹塑性等力学性能对导流能力的影响至关重要，本文通过多尺度的观察及力学参数测试，在充分认识酸蚀软化层存在形态及其基本力学参数的基础上，采用有限元手段模拟了在多种酸蚀条件下形成的酸蚀缝面的弹塑性变形规律，得到如下成果：（1）通过设计酸蚀岩心三轴压缩力学实验和拍摄酸蚀岩样薄片，从两个尺度对酸腐蚀岩石软化现象提供了验证和进一步的微观证据，总结了酸对岩石宏观力学性能和微观形态的影响。（2）从石灰岩表面维氏硬度和不同酸蚀条件下岩石样品扫描电镜两方面对岩石酸蚀软化现象进行了微观领域的研究，得到了不同酸蚀条件下岩石样品的酸蚀软化层厚度以及基本力学参数。（3）在获取软化层厚度分布规律和软化层基本力学参数的基础上，对考虑

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化现象进行科学而系统的认识，本章主要包括岩石酸蚀应力应变曲线，以及微米级的岩石薄软化现象进行认知。三轴应力应变新疆塔中盆地某碳酸盐岩区块奥陶系鹰山组共得到标准岩心柱塞 27 块，实验室内测得孔隙0.075×10-4μm~0.1×10-4μm，属超低孔超低渗范围面呈灰白色并且无明显腐蚀痕迹和裂缝，其化学表 2-1 碳酸盐岩的 X 衍射全岩分析方解石% 白云石% 石英钾长石 94.67 0.82 3.51 — 应变曲线采用成都理工大学油气藏地质开发工岩石力学实验系统测得，如图 2-1 所示。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE357.2

【参考文献】