碳酸盐岩酸蚀形貌分形特征及反应动力学行为研究

发布时间：2020-04-17 06:05

【摘要】：近年来,我国在塔里木盆地、四川盆地等地相继发现了以碳酸盐岩为储集层的大型油气藏;部分储层埋藏深、物性差、温度高,需实施增产措施才能实现油气资源高效开采。酸压是一项成熟且应用广泛的碳酸盐岩储层增产改造措施。酸压过程中,活性酸与岩石矿物发生物理化学反应,改变孔隙结构、矿物组成和表面形貌,进而使反应面容比发生变化而影响酸岩反应动力学特征。目前关于酸蚀形貌的研究主要停留在宏观尺度,对酸蚀形貌的描述和表征不完整,在酸岩反应动力学实验数据处理时常将岩样反应接触面积视为不随反应进程改变的固定值。同时,现有的酸压模型也未能有效刻画可反应矿物非均匀分布下的酸蚀特征。简言之,酸液与岩石矿物间液固非催化非均相反应的客观规律尚未被科学而充分地揭示。针对上述问题,本文通过系统研究,揭示了多尺度酸蚀形貌特征和影响反应动力学行为的客观规律,主要的研究内容与认识包括以下四个方面:(1)基于化学反应动力学、流体力学及分形学等领域的知识和方法,分析了酸蚀表面形成机理,对比了受传质控制和受表面反应控制酸岩反应模式间的关联与差异,梳理了反应速率和动力学方程求取方法,比较了各类酸岩反应实验的优缺点及适应性。(2)完成了考虑酸液性质(类型和浓度)、岩石矿物组成和反应环境(流速和反应温度等)等多因素综合影响的微观和宏观正交酸蚀实验,并进行了跨尺度分析。在微观酸蚀实验中,通过扫描电镜技术采集反应前后岩石溶蚀形貌图像,标定并记录特征点形貌变化情况,再采用差分数盒子法求取扫描电镜图样的分形维数,基于定性及定量分析归纳了岩石微观酸蚀演化规律。在宏观酸蚀实验中,通过三维激光扫描获取酸蚀岩面形貌的数据矩阵,采用空间三角面积累加法计算实际酸蚀反应接触面积,进一步根据数据矩阵绘制酸蚀后岩面形貌云图。(3)将上述空间三角面积累加法获得的岩样实际酸蚀反应接触面积带入面容比计算式,求得了修正面容比后的宏观反应速率与反应动力学方程,并揭示了影响宏观酸蚀形貌的主控因素。(4)建立了考虑方解石和白云石非均质分布的地质模型,推导了拟三维裂缝扩展延伸数学模型,再引入了酸液流动反应数学模型。动态缝宽方程可以用于描述反应动力学行为对酸蚀裂缝几何特征的影响,并将上述面容比修正后的反应动力学方程带入。结合实际工况设定初始条件及边界条件对模型数值求解,得到了受岩石矿物含量分布和层理走向影响的粗视尺度下酸蚀形貌。
【图文】：

图２．１微观及粗视尺度下溶蚀形态随注酸排量变化示意图逡逑８逡逑

图２．２旋转圆盘实验酸岩反应流程小？意图逡逑根据化学反应动力学，反应进程中速率最慢的一个步骤决定／整个反应速率
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE357.2

【参考文献】

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本文编号：2630548