裂缝性白云岩油藏酸压滤失机理与应用研究

论文摘要

低渗透非均质白云岩油气藏是目前我国很重要的一类碳酸盐岩油气藏，酸化压裂工艺技术逐渐成为这类油气藏勘探、开发和增储稳产的关键技术之一。低渗透非均质白云岩储层具有储层渗透率低、天然微裂缝比较发育、储层纵向上非均质性较强、缝洞系统是油气储集和渗流的主要介质等特点。在高排量的酸压施工过程中，过量酸液溶蚀较大的孔隙或天然裂缝而形成形态复杂的酸蚀蚓孔，因此常常出现酸液过度滤失，严重制约了酸蚀主裂缝的延伸，引起酸蚀作用距离不够、酸压改造作用范围有限，直接导致了油气藏增产效果不佳甚至施工失败。主要原因是对酸液的滤失机理了解不明了，酸液滤失量计算不准确。 因此，研讨酸液滤失机理、建立合适的酸压计算模型、设计控制滤失方法为增产技术人员历来所关注，对于提高酸化压裂效果具有重要的意义。 本论文在采用长岩心酸岩反应与滤失综合实验基础上，建立了不同地质条件下的酸液滤失物理模型，对酸液滤失进行了室内实验，以研究酸压过程中酸蚀蚓孔发育机理和酸液滤失机理；并将酸蚀蚓孔简化为单圆管模型，利用酸液流动反应物质平衡方程来反应传质和扩散作用，建立了考虑酸蚀吲孔的酸液滤失计算模型，并在此基础上建立了考虑酸液在纵向上的流动和反应以及纵向上压力变化的酸压数学模型；同时针对这种裂缝发育的非均质白云岩储层，通过大量的有机合成试验以及酸液体系综合评价试验研制了一套粘弹性表面活性剂降滤失酸液体系。 论文研究表明： 1、酸压施工中酸液滤失量应由酸液人工裂缝壁面基质滤失、蚓孔壁面滤失和蚓孔的体积扩展三部分组成。酸蚀蚓孔滤失占酸液总滤失的比例较大，对酸压效果具有不可忽视的影响。 2、酸蚀蚓孔滤失量与排量、酸液粘度、酸液浓度、注酸时间以及储层物性有密切关系。通过优化相关施工参数和采取相应工艺措施可以有效降低酸蚀蚓孔滤失，提高酸蚀有效作用距离。 3、结合三维裂缝延伸模型以及考虑酸液纵向传质的基础上的酸液流动反应模型，利用Visual Basic 6.0编程语言编制了考虑酸蚀蚓孔滤失的酸压设计程序，以便能更好地指导酸压施工设计，并在现场实际应用中对本文模型不断修正和完善。 4、常规的聚合物酸液在裂缝性白云岩酸压中的效果不好，可在酸液中加入粘弹性表面活性剂，在储层中形成粘弹性表面活性剂凝胶的高粘性来降低滤失。因此，研制新型的粘弹性表面活性剂酸液体系对于提高这类油气藏的酸压效果具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外发展概况
• 1.2.1 酸压滤失机理研究现状分析
• 1.2.2 酸岩反应模型研究现状
• 1.2.3 酸压控制滤失酸液体系研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 本文的主要研究成果
• 1.5 本文的发展及创新
• 2 酸蚀蚓孔物理模型研究
• 2.1 酸蚀蚓孔引起的酸液滤失机理
• 2.1.1 基质酸化中的酸蚀蚓孔
• 2.1.2 酸压中的酸液滤失
• 2.2 酸蚀蚓孔的形态描述
• 2.2.1 迂曲度因子
• 2.2.2 酸蚀蚓孔的分数维描述
• 2.3 酸蚀蚓孔溶蚀扩展模型
• 2.3.1 模型研究的发展
• 2.3.2 酸蚀蚓孔扩展模型的建立
• 2.4 酸蚀蚓孔滤失实验研究
• 2.4.1 蚓孔实验的发展
• 2.4.2 酸液滤失物理模型
• 2.4.3 酸液滤失实验
• 3 酸蚀蚓孔滤失的数学模型
• 3.1 单个酸蚀蚓孔扩展模型研究
• 3.1.1 假设条件
• 3.1.2 数学模型
• 3.2 蚓孔壁面滤失行为研究
• 3.2.1 不考虑滤饼和侵入带作用（常规酸液）
• 3.2.2 考虑侵入带作用（胶凝酸、乳化酸等）
• 3.2.3 蚓孔末端滤失计算
• 3.2.4 蚓孔滤失量计算
• 3.3 酸蚀蚓孔的密度预测
• 3.3.1 多孔介质碳酸盐岩储层
• 3.3.2 天然裂缝发育储层
• 3.4 酸压中酸液滤失量计算
• 3.5 计算程序框图
• 3.6 计算结果及分析
• 3.6.1 裂缝净压力的影响
• 3.6.2 酸液粘度的影响
• 3.6.3 蚓孔密度的影响
• 4 考虑酸蚀蚓孔滤失的酸压设计
• 4.1 裂缝三维延伸数学模型
• 4.11 模型假设条件
• 4.12 压降方程
• 4.13 裂缝宽度方程
• 4.14 应力强度因子计算
• 4.15 裂缝高度方程
• 4.16 连续性方程
• 4.17 模型的求解方法
• 4.2 酸液在缝中流速场模拟
• 4.2.1 酸液流动数学模型
• 4.2.2 流速场的数值求解
• 4.3 三维酸液流动反应模拟
• 4.3.1 三维酸液流动反应数学模型
• 4.3.2 三维酸液流速场
• 4.3.3 酸岩反应差分方程及求解
• 4.4 酸压增产效果计算
• 4.4.1 理想酸蚀裂缝宽度
• 4.4.2 酸蚀裂缝导流能力
• 4.4.3 考虑酸蚀蚓孔的酸压储层综合渗透率
• 4.5 计算结果
• 4.5.1 蚓孔滤失对酸压措施的影响
• 4.5.2 考虑酸蚀蚓孔滤失时各施工参数对酸压的影响
• 4.5.3 结果分析
• 5 粘弹性表面活性剂降滤失酸研究
• 5.1 粘弹性表面活性剂降滤失酸的理论研究
• 5.1.1 表面活性剂溶液性质
• 5.1.2 表面活性剂基降滤失酸（VES-LCA）主剂的选择
• 5.2 VES降滤失酸主剂的合成及合成条件优化
• 5.2.1 VES降滤失酸主剂的分子设计
• 5.2.2 合成实验
• 5.2.3 合成条件的优化
• 5.2.4 化学定性检验
• 5.2.5 SCC-20的红外光谱表征
• 5.3 VES降滤失酸的流变性能研究
• 5.3.1 酸液表观粘度与PH值的关系
• 5.3.2 新酸表观粘度测定
• 5.3.3 残酸的表观粘度测定
• 5.4 VES降滤失酸液性能评价实验
• 5.4.1 VES降滤失酸单岩心流动实验
• 5.4.2 VES降滤失酸分流酸化实验（多岩心流动实验）
• 5.4.3 残酸破胶实验
• 5.4.4 岩心伤害率测定
• 6 结论及建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献