径向条件下裂缝性碳酸盐岩酸蚀蚓孔扩展研究

发布时间：2020-05-05 17:34

【摘要】：碳酸盐岩储层基质酸化中,天然裂缝对酸液流动过程及蚓孔扩展形态影响显著。目前针对径向条件下天然裂缝酸蚀蚓孔扩展规律影响的研究较少,本论文对裂缝型碳酸盐岩储层径向条件下酸蚀蚓孔扩展规律进行数值模拟研究。首先进行天然裂缝孔隙空间分布研究,利用蒙特卡洛法产生随机数,结合裂缝参数的概率分布函数,模拟碳酸盐岩储层中的天然裂缝,用C++编程生成其分布;通过向量叉积法将天然裂缝投射到离散网格中,与基质孔隙空间分布结合,形成裂缝型储层孔隙空间分布。其次,建立径向条件酸蚀蚓孔双重尺度模型,以裂缝型储层孔隙空间分布为基础,形成裂缝型储层酸蚀蚓孔扩展模型。基于该模型,进行了数值模拟分析,研究了裂缝型储层酸蚀蚓孔形态及扩展规律,对比了裂缝型储层与非裂缝型储层下酸蚀蚓孔扩展规律,分析了天然裂缝参数(裂缝密度、长度、方位角)、模拟尺度对酸蚀蚓孔扩展规律的影响。最后基于模型预测了径向条件下酸蚀蚓孔可能作用距离。研究结果表明,天然裂缝对蚓孔扩展形态有决定性作用,存在天然裂缝的PV_(bt)普遍大幅低于基质孔隙空间的PV_(bt)值(突破孔隙体积),基本为基质孔隙空间的1/4左右。存在天然裂缝时,仍得到面溶蚀、锥形孔、主蚓孔、分支蚓孔、均匀溶蚀。裂缝较短时,蚓孔扩展同时受到裂缝位置与基质孔隙空间非均质的影响;裂缝较长时,蚓孔主要受裂缝影响,蚓孔分支较少,不同注入速度下的PV_(bt)值随裂缝长度的增加而减小;裂缝方位角决定蚓孔扩展的走向,但与不同注入速度的PV_(bt)无明显关系;PV_(bt)随着裂缝密度的增大而减小,但当裂缝密度达到一定值后(本模拟中,1.6条/m~2),PV_(bt)值与裂缝密度没有具体的相关性;模型尺寸的变化使得蚓孔扩展形态明显变化,不同注入速度的PV_(bt)随着模型尺寸的增大而增大,径向条件下,从井筒越往远,蚓孔分支越多,扩展速度越来越慢。有天然裂缝时的蚓孔长度明显长于无天然裂缝时的蚓孔。该研究为碳酸盐岩基质酸化提供了理论支撑和优化方法。
【图文】：

过程图,酸蚀,碳酸盐岩,过程

于碳酸盐岩基质酸化中酸液溶蚀岩石矿物的过程。当酸以较大孔隙、孔喉收到更大比例的酸液量，从而增加较大孔形成蚓孔。蚓孔并不是碳酸盐岩酸化中必然形成的，蚓孔面反应速度相近时形成。酸与碳酸盐岩直接反应，反应速与碳酸盐岩，石灰岩（CaCO3）、白云岩（CaMg(CO3)2）的反1.1，反应如图 1.1。氢离子接触碳酸盐岩表面，H+会被快速2，H2O，因此与岩石接触的 H+数量控制整个反应速度。石灰石表面会形成边界层，在边界层内，H+从酸液中转移至岩 H+移动至岩石壁面，从而进行上述的化学反应。边界层的。注入速率越高，则边界层越薄，进而 H+运移至表面的距越高。与砂岩酸化不同该过程的化学反应受传质控制，因中流体的注入速率起到重要作用。除此之外，随着酸化的架逐渐被酸溶解，留下部分空间与蚓孔连通，基质骨架上眼可见的流动通道[5]。

注入速率,倍数,酸化模型,毛细管模型

图 1.2 注入速率与蚓孔突破体积倍数之间的关系Fig. 1.2 The relationship between injection velocity and the PVbt文献中关于碳酸盐岩的酸化模型参考了 Golfier 等(2002)[7]，Panga 等（2 Glasbergen 等(2009)[9]的研究成果。Fredd 和 Miller 等(2000)[10]依据酸蚀酸盐岩酸化模型分成更为详细的五类，并在之后由 Akanni[6]和 Nasr-EL-D至七类。这些类别分别是：毛细管模型，Damkohler 数模型，，孔隙理论，，Peclet 数模型，半经验法，双重尺度模型。其中 Damkohler 数模型、双型引用较为广泛。（1）毛细管模型蚓孔被假定是长久存在、形态提前确定的细长圆柱。早期的模型推导主影响，利用毛细管柱模拟并分析流体的滤失和蚓孔中的反应机理。ScheGidley(1969)[12]考虑孔隙合并修正模型。Hung等(1997,1998)[2]和 Buijse(2基于此发展出各类模型。这类模型的限制：假设蚓孔早期形成、需要设数目和岩心注酸的位置。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE344

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