文摘

基质酸化是一种常见的方法来提高生产砂岩储层。常规酸化设计通常被忽视的异构性问题的影响区域的矿产和流场分布和垂直方向和假定酸前传播与活塞式风格。然而,砂岩的形成必然有小规模的异构性问题的矿物质和流属性,可能会引起酸传播的方式不同于大部分预测基于均匀的假设。在本文中,我们研究数值研究异构性问题如何进行原位条件下影响酸化性能。首先,矿产和孔隙度分布的异质性模型是建立利用地质统计学的变异函数模型,基于我们生成空间孔隙度和矿物分布相关。接下来,一个模型的径向酸洪水开发基于质量平衡和酸和矿物质之间的化学反应发生在酸化过程中。数值模型是解决探讨渗透反应,酸分布,沉淀分布,和异构性问题在酸化的效果。结果表明,异构性问题在区域和垂直方向对酸化产生重大影响。流场异构性问题有更严重的影响比矿物异构性问题。在一个平面上,强大的孔隙度异质性能增加酸指法甚至引导,使酸渗透距离超过同类情况。 The secondary precipitate has a significant effect when fast-reacting mineral content is high. Vertically, several-fold permeability contrast creates the acid break through the high-perm zone leaving the low-perm zone understimulated. Both flow field and mineral heterogeneities make it possible to create high-permeability channels during the acidizing process and to obtain a longer acid penetration distance.

1。介绍

钻井、完成或一些其他操作不可避免地损伤的形成,这可能严重降低生产力在砂岩储层。基质酸化是一种常见的方法来消除地层损害,恢复生产力。在酸化,酸到多孔介质流动,与矿物反应,提高地层孔隙度和渗透率。许多研究人员研究酸的洪水进行实验。一个风险在砂岩酸化二次沉淀。克罗(1),杏仁等。2],Underdown et al。3)调查的条件产生沉淀。他们发现硅胶生产速度缓慢是由于缓慢的反应在室温下。当温度高于55°C,快速反应会产生大量的沉淀和形成严重的损害。

由于小岩芯样本的大小和复杂性的并行核心洪水、油田规模需要数值模拟仿真和设计。砂岩酸化模型包括毛细管模型,微观模型、动力学模型、集总参数模型、分布参数模型,这一硫酸two-mineral模型的two-acid three-mineral模型和广义的地球化学模型(4- - - - - -10),其中大部分由同质的假设的形成。的two-acid three-mineral模型由科比(4)考虑沉淀和H的效果₂SiF₆也可以模拟酸化的物理现象。目前,最成熟的模式9是广义的地球化学模型。模型占多个种矿物质和酸的反应,可以分析矿物含量的影响,反应物,产品和反应动力学。他们发现,溶解和沉淀不同时发生。李等人。11)建立了一个线性酸洪水模型来模拟线性核心洪水实验规模的考虑矿物质和流场的异构性问题。李等人。12)建立了一个径向酸化模型和考虑在反应温度场的影响,但是他们没有考虑异构性问题的影响。梁等。13,14做了建模的酸化的住宅₄在线性和COMSOL核心。

在本文中,我们模拟径向酸洪水基于two-acid, three-mineral模型和考虑矿物质和流场的异构性问题在平面方向和垂直方向。基于该模型,我们进行了广泛的数值模拟来分析异构性问题对酸化性能的影响。还考虑多层洪水和二次沉淀。

2。数学模型

在two-acid three-mineral模型中,两个酸意味着高频和 ,和三个矿物意味着fast-reacting矿物(矿物1),慢反应矿物(矿产2),和硅胶(矿产3)。化学反应如下:

2.1。控制方程

基于物料平衡、达西定律和酸性岩反应动力学,我们建立控制方程,方程2- - - - - -7用以下假设:(1)单相流,(2)达西流,(3)不可压缩流体和岩石,和(4)忽略重力影响。一个2 d模型如图1与井筒中心的域。(1)圆柱坐标系统是用于径向洪水(2)流方程 (3)氢氟酸浓度分布方程 (4)氟硅酸浓度分布方程 (5)矿物含量方程 (6)孔隙度变化方程 在哪里孔隙度;氢氟酸浓度;氟硅酸浓度;是速度矢量(是在径向方向上的速度,在圆周方向上的速度);是矿物体积分数;是fast-reacting矿物、慢反应矿物和硅胶;酸的摩尔重量,是矿物的比表面积,氢氟酸和氟硅酸;是反应速率常数;是反应顺序;是矿物的密度;和是重量溶解能力。

2.2。边界和初始条件

初始条件如下: 在哪里 , ,和最初的矿物1、矿产2,分别为3和矿产分布。是初始孔隙度分布。储层压力。

边界条件如下: 在哪里泵。和酸的注入浓度是1和2,分别。外边界的压力。

3所示。孔隙度和矿产分布

3.1。孔隙度分布

孔隙度的变化直接影响砂岩地层的渗透率,从而影响酸性流体的分布和反应速率。因此,它是非常重要的来生成一个真正形成的孔隙度分布对整个模型的准确性。地质统计学而言,孔隙度分布显示方向性的特点(15- - - - - -17];也就是说,他们是空间相关的,而不是完全随机的。变异函数模型(8,18),这是一个重要的工具在地质统计学描述空间分布相关,用于生成孔隙度分布。我们用地质统计学软件GSLIB [19],它集成了一个变异函数模型空间相关性,产生空间相关的数字,我们生成孔隙度分布 在哪里 是输出从GSLIB和空间相关号码代表的无因次关联长度方向和方向,分别。是孔隙度的变异系数。更大的意味着强烈的不均匀性;否则,它意味着轻微的不均匀性。平均孔隙度。

数据2和3两层的孔隙度分布 。数据表明,孔隙度分布变化很多不同的地质统计学参数显著影响流场。

3.2。大量相关

酸性岩反应孔隙度增加,导致渗透率的改变,进而影响酸流。我们使用以下模型来描述的关系(20.渗透率和地方孔隙度之间。 在哪里是一个常数取决于介质的结构。

3.3。矿产资源分布

使用相同的孔隙度分布的方法,我们生成空间协会分布函数定义如下: 在哪里和的平均体积分数fast-reacting矿产和慢反应矿物,分别。图4是一个例子的体积分数的分布( )快和慢反应的矿物质。

4所示。数值解

方程与有限体积离散方法和顺序来解决。首先我们生成初始孔隙度和矿产分布。然后,我们解决方程(2)和(3)获得的压力和速度场。接下来,我们解决方程(4)和(5)酸浓度分布。最后,我们更新基于矿物含量和孔隙度分布的酸性岩反应(方程(6)和(7))。

5。结果和讨论

在本节中,广泛进行数值模拟来分析酸分布模式以及异构性问题对酸化的影响性能与参数表1。和酸性岩反应参数通过引用(21- - - - - -23]。

5.1。同构和异构情况下的比较

仿真中使用的参数表中列出2。其他参数都相同的两种情况。

图5显示了酸浓度和矿产分布在径向方向上的内容。因为他们是不同的在不同的方向非均匀情况下,只有0度(相对于图中黑线5)选择显示。VF_M1、VF_M2 VF_M3 fast-reacting矿物,慢反应矿物,硅胶沉淀的内容。比较均匀的情况下,异构情况下的曲线波动很明显,酸战线长,降水是更深层次的。自从fast-reacting矿物的反应速率远高于慢反应矿物,最fast-reacting矿物,但少量慢反应矿物溶解在酸区生活。

数据6- - - - - -1090分钟后显示酸和矿物质浓度分布酸注入。均匀的情况下给出了常规的形状分布。与此同时,异构情况下产生不规则分布的形状。孔隙度分布在水平方向上有着密不可分的关系。水平方向上是最主要的流动方向,所以酸渗透更深层次的在这个方向。通过high-perm带酸的手指,把酸不均匀地传播。一些low-perm区绕过的酸。对于均匀的情况,从井筒外区,存在区域高烫,烫低,和原始地层烫。在井筒附近区域,渗透性增强是由于岩石溶解的酸。生活中的酸区,大部分fast-reacting矿物溶解。low-perm区引起的二次沉淀废酸。 Silica gel precipitation due the reaction between H₂SiF₆和fast-reacting矿物是不可避免的24),这对砂岩酸化是不利的。对于异构的情况,减少烫发区明显不明显。沉淀确实存在,但激烈的孔隙度变化从一个地方到另一个地方很难识别。显著差异的穿透距离之间的同构和异构情况下显示是多么重要考虑异质性在现场治疗。酸渗透距离远远超过一个同质预测的模型,特别是当存在主要的流动通道。

5.2。纵向非均质性的影响

井通常由多层不同的属性。对于这种,在酸化酸放置一个重要方面。这里,不同的属性层被称为纵向非均质性。纵向非均质性考虑渗透率的差异和矿物主要模拟。

5.3。垂直渗透率非均质性的影响

的垂直层渗透率差异可以表现为渗透率比,这被定义为层的平均渗透率的比值A到B层如下: 在哪里渗透率比和吗和代表的平均渗透率层A和B层,分别。我们做了模拟 ,分别为5和10。参数表中列出3。除了不同的孔隙度和渗透率分布值,其他参数保持不变。结果90分钟的酸注射后如下所示。

如图11、垂直渗透率非均质性有显著影响的酸分布垂直剖面。渗透率比值越高,更严重的酸摄入量不同。当 ,酸进入low-perm区相比可以忽略不计,进入high-perm区。除了渗透率差异导致酸摄入的差异,由于岩石渗透率增加解散也放大了差异。效果区域需要更多的酸,提高渗透率更快,所以它接受越来越多的酸。这说明酸分流酸化的多层结构的必要性。

图12在两层显示fast-reacting矿物溶解。符合酸分布,溶解在烫层越高,和关系破裂降低烫层随渗透率比值的增加而减小。图13显示了降水的分布。在烫层越高,沉淀产生的利差扩大,因为更多的废酸酸进入层。沉淀会降低渗透率;更多的沉淀高烫层将抵消岩石溶解引起的渗透率增加,但由于区域异质性,酸可以通过降低烫通道区。

5.4。垂直矿物含量异质性的影响

在分析两层中矿物含量的影响,其他参数保持不变。fast-reacting矿物的0.1和0.2和0.85和0.75的慢反应矿物组A和B层,分别。

数据14- - - - - -16酸化后显示结果为90分钟。自从两层有相同的初始孔隙度和渗透率分布,解散几何相似,但层的程度明显大于层B层B fast-reacting含量远高于A层由于fast-reacting矿物的相对反应速率快,大部分fast-reacting矿物溶解在生活酸的覆盖面积。酸前传播在层b图慢得多17显示了泵率随着时间分配为两层。初始速率是相同的。酸化收益,层的速率增加,B层减少,因为总利率是固定的。这种现象有两个原因。首先,酸层在前面,移动速度比一层一层B。第二个是更严重的降水B由于fast-reacting矿物含量越高。尽管矿物含量的纵向非均质性是显而易见的,其效果显著低于渗透性的影响。

5.5。区域异质性的影响

区域异质性的变异系数可以表示孔隙度( )。越高 ,更严重的异质性。 意味着均匀。数据18- - - - - -20.显示的结果 。无量纲相关长度是0.08和0.0001和的方向。 意味着很弱的异质性。非常接近的孔隙度分布均匀。 意味着很强的异质性,而产生一些重要的流动路径类似于水库的渠道。更严重的异质性,不规则的几何酸覆盖。的情况下 使酸的手指通过一些high-perm路径,使酸渗透距离更长的时间比其他两种情况。另一个区域异质性是自然骨折。例如,有一个裂缝连接到井筒如图21。酸主要流经骨折达到一个更深的距离。这些表明,在强大的异类水库、酸渗透距离可能比预计的更深层的传统均匀模型。

6。结论

在本文中,我们建立了砂岩基质酸化模型占面积和垂直异构性问题和二次沉淀的影响。模型的基础上,进行了广泛的数值模拟研究异质性对酸化性能的影响。研究得出以下结论:(1)异构性问题在区域和垂直方向对酸化性能有显著的影响。区域异质性影响酸溶解模式和生活酸穿透距离。异构情况下给了生活酸比均匀情况下穿透距离。垂直异构性问题确定垂直酸摄入量(2)流场和矿物异构性问题使它可以创建在酸化效果渠道并获得酸渗透距离更长。流场的非均匀性有更严重的影响比矿物酸溶解模式异构性问题(3)严重的垂直异构性问题作出不利的酸摄入量,效果区服用过量的酸和低渗透性带不够酸。在多层结构,异质性产生酸指法而非活塞式模式,这表明酸转移的必要性(4)二次沉淀对酸化性能有显著的影响,当fast-reacting矿物含量高

命名法

:	氢氟酸浓度
:	氟硅酸浓度
:	注射的浓度酸1
:	注射的浓度酸2
:	孔隙度的变异系数
:	反应速率常数
:	空间相关的数字输出GSLIB
:	平均渗透率层
:	平均渗透率层
:	无量纲的相关长度方向和方向,分别
:	酸的摩尔重量
, :	平均体积分数fast-reacting矿产和慢反应矿物,分别
:	泵率
:	储层压力
:	压力外边界
:	比表面积的矿物质
:	速度矢量
:	速度在径向方向上
:	在圆周方向上的速度
:	矿物体积分数
, , :	初始体积分数分布矿产,矿产2,分别和矿产3
:	反应顺序
:	渗透率比值
:	重量溶解能力
:	常数取决于介质的结构
:	孔隙度
:	初始孔隙度分布
:	平均孔隙度
:	密度。

数据可用性

数值模拟数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者欣然承认国家科技重大项目的支持控制因素研究的面向目标的酸压裂试验研究转移,中石化西北油田分公司(2016 zx05014 - 005 - 012)。