酸化培訓班砂巖酸化設計

酸化培訓班砂巖酸化設計1第1頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日砂巖酸化設計主要內(nèi)容一、概述二、酸巖反應模型

三、砂巖酸化數(shù)學模擬

(一)井筒溫度場模擬 (二)地層溫度場模擬 (三)酸濃度和礦物濃度分布模擬(四)酸化后地層孔隙度和滲透率計算(五)多層酸化時，各層分流量計算 (六)多層酸化加入暫堵劑后，各層分流量計算(七)酸化效果預測(八)酸化解堵最優(yōu)目標的確定及施工參數(shù)模擬四、砂巖儲層優(yōu)化設計計算與模擬程序邏輯五、實例計算六、實時監(jiān)測技術七、施工質(zhì)量控制2第2頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日一、砂巖酸化設計方法概述經(jīng)驗方法的局限性Williams方法利用試驗確定有效反應系數(shù)求解酸濃度分布模型酸穿距離與酸濃度，注入速度、注酸量的關系

局限性：試驗難度大，未考慮實際酸化過程的變溫度、變礦物濃度及徑向和垂向非均質(zhì)的影響，未進行酸化效果預測。1、簡單的酸化設計方法3第3頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日未考慮土酸中鹽酸的作用未考慮注酸過程中從井口到地層的溫度變化，地層傷害帶濃度變化及多層影響無效果預測方法4第4頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日2.酸化數(shù)學模擬及優(yōu)化設計方法優(yōu)化設計:選擇最佳方案以達到最優(yōu)目標的設計。主要工作：

優(yōu)選適合本油田、本地區(qū)的酸液及添加劑；

了解儲層特性及其傷害情況，明確處理任務；

進行數(shù)學模擬計算，全面考慮影響砂巖酸化的因素；進行完整的酸化設計，將先進的數(shù)學模型和現(xiàn)場經(jīng)驗緊密結(jié)合起來；優(yōu)選施工方案分析影響酸化效果的諸因素及提高酸化效果的工藝途徑，確定最佳施工方案5第5頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日優(yōu)化設計的主要內(nèi)容:(1)最優(yōu)目標的確定(2)計算模型的建立和選擇(3)施工參數(shù)的優(yōu)選(4)方程的求解及編程6第6頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日井筒溫度、地層溫度分布數(shù)據(jù)及曲線。地層礦物及酸濃度分布的數(shù)據(jù)及曲線。地層酸化后孔隙度、滲透率分布曲線。酸化增產(chǎn)效果預測。暫堵酸化加入暫堵劑后，各段的流量分布及注入各段的累計流量分布。酸化施工參數(shù)、包括地面設備選擇、施工泵壓、排量、使用的各級液體(洗井液、前置液、處理液、后置液、頂替液)配方，濃度、用量及施工時間監(jiān)測。優(yōu)化設計能夠提供的信息:7第7頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日二、砂巖酸化數(shù)學模擬井筒溫度場模型儲層溫度場模型酸沿儲層徑向的濃度分布模型儲層孔隙度及滲透率分布模型分段、暫堵酸化時暫堵分流量模型增產(chǎn)效果預測模型及酸化解堵的最優(yōu)目標施工參數(shù)和規(guī)模的確定方法主要模型8第8頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日(一)井筒溫度場模擬1.井筒溫度模擬的意義溫度酸巖反應速度工作液粘度、流變性酸液的腐蝕性酸化有效作用范圍和酸化效果9第9頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日穩(wěn)態(tài)解析模型非穩(wěn)態(tài)（或稱瞬態(tài)）換熱模型Moss，Lessem模型Ramay模型Suquier模型Eeickmier模型等2井筒溫度分析現(xiàn)狀10第10頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日3、解析計算方法基于穩(wěn)態(tài)衡線熱源假設的解析計算方法11第11頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日4、數(shù)值計算方法1)假設條件注液前，井筒內(nèi)充滿液體并與地層達到熱平衡；忽略井筒及地層內(nèi)沿井深方向的熱交換；所有傳熱參數(shù)不隨溫度和時間變化，各向同性、均質(zhì)地層；地面排量及注液溫度不變；液體溫度與其接觸的管壁溫度相同；油套管和井徑尺寸不隨井深變化；溫度沿井深呈線性分布。符合關系12第12頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日qinjq’T0,j-1/2T1,jT2,j-1/2T3,jT4,jT5,j

r0r1r2r3r4r5T6,j2)單元體(網(wǎng)格系統(tǒng))的劃分從里到外依次劃分單元體為油管內(nèi)單元體、油管單元體、環(huán)空液體單元、套管體單元、水泥環(huán)單元體及若干油藏單元體13第13頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日2)單元體(網(wǎng)格系統(tǒng))的劃分徑向單元體劃分示意圖14第14頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日地面r0r1r2r3r4r5r6rN-3rN-2rN-1rNZ1Z2ZjZj+1Zm-1Zm縱向上單元體劃分示意圖15第15頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日3)模型的建立及求解據(jù)熱平衡方程式：單位時間內(nèi)流入單元體的熱量＋單位時間流出單元體的熱量＋單位時間內(nèi)單元體內(nèi)熱量的變化＝0非穩(wěn)態(tài)模型16第16頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日初始條件上面公式迭代求出tn+1時刻整個油管內(nèi)液體溫度分布以及井筒地層徑向溫度分布，從而求得任意時刻、任意深度處的井筒溫度分布。17第17頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日(二)地層溫度場模擬1.地層溫度模擬的意義處理液由井筒進入地層(裂縫)中流動時以及處理液在地層中與巖石反應時都要與地層發(fā)生顯著的熱交換，因而溫度變化很大。2.儲層溫度場模型(1)假設條件1)酸液在地層孔隙中流動，壁面溫度與酸液溫度相同；2)所有傳熱參數(shù)不隨溫度和時間變化，地層各向同性、均質(zhì)；3)不計縱向熱傳導；4)液體在孔隙介質(zhì)中作流動反應時質(zhì)量守恒。18第18頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日(2)地層溫度場模型的建立徑向單元體劃分示意圖19第19頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日微元體劃分示意圖20第20頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日流入、流出及傳入、傳出該微元體的熱量，應用熱平衡等式建立了儲層溫度分布的偏微分方程：邊界條件初始條件21第21頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日酸液與儲層礦物的反應是放熱反應，放出的熱量必然改變酸液的溫度徑向[ri,ri+1]的環(huán)形帶內(nèi)，酸濃度的變化為CAi酸巖反應放出的熱量[ri,ri+1]的環(huán)形帶內(nèi)放出的熱量被該單元體內(nèi)的巖石及孔隙中的酸液所吸收22第22頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日任意tn時刻，rj處的地層溫度TTj可表示為：熱量平衡方程式23第23頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日(3)儲層溫度場數(shù)值計算模型的建立引入無因次量24第24頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日隱式差分構(gòu)造數(shù)值模型數(shù)值模型25第25頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日(4)儲層溫度場數(shù)值模型的求解矩陣形式26第26頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日求解步驟：1)不考慮酸巖反應熱時的儲層溫度分布計算2)酸巖反應熱的計算3)考慮酸巖反應熱后的儲層溫度分布計算27第27頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日1.集總參數(shù)模型(解析模型)酸濃度分布礦物濃度分布(三)酸濃度和礦物濃度分布模擬28第28頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日rDi=ri/rw其中無因次參數(shù)29第29頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日2.分布參數(shù)模型(數(shù)值計算模型)全面考慮溫度多組分礦物多層及地層傷害等因素的影響單層或多層同時酸化、各層存在不同污染區(qū)時的酸濃度分布計算模型30第30頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日(1)假設條件1)忽略分子擴散作用；2)孔隙中酸濃度與孔隙壁面酸濃度相同；3)儲層巖石可分為有限的幾種礦物成分，酸與不同礦物的反應分別按各自的動力學方程進行；4)酸在儲層孔隙中呈單相徑向流動；5)注處理液時，假定儲層中的碳酸鹽類已由前置液中HCL溶解，處理液中HCL不再參加反應。31第31頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日(2)單元體的劃分塊中心網(wǎng)格示意圖32第32頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日微元體選取示意圖33第33頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日(3)酸濃度、礦物濃度分布模型酸－巖反應摩爾平衡式，導出酸沿地層徑向流動反應的偏微分方程:氫氟酸反應速度R硅質(zhì)礦物溶解速度34第34頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日初始條件和邊界條件35第35頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日在井深方向上非均質(zhì)的砂巖油藏，按滲透率的差異可在垂向上劃分為N個互不連通的小層36第36頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日定義無因次參數(shù)礦物j的Damkohler數(shù)礦物j的酸溶量數(shù)37第37頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日38第38頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日無因次化酸濃度、礦物濃度分布模型酸濃度分布礦物濃度分布j=q快反應礦物j=s慢反應礦物39第39頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日邊界條件初始條件40第40頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日Arrhenius方程(溫度影響)41第41頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日(4)有效作用半徑的確定數(shù)值計算方法求解酸濃度分布方程=<傷害物濃度42第42頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日計算中要判斷r是否大于rd可溶礦物濃度CoJ=CoJ+CoJ+1兩種處理方法傷害物濃度增加一礦物平衡方程43第43頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日(四)酸化后地層孔隙度和滲透率計算礦物濃度的體積平衡方程孔隙度滲透率Labrid指數(shù)關系：多種可溶礦物的溶解引起滲透率的累積變化44第44頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日(五)多層酸化時，各層分流量計算tn時刻K在小層的排量45第45頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日有傷害儲層46第46頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日(六)多層酸化加入暫堵劑后，各層分流量計算暫堵引起流量重新分布的確定方法濾餅阻力系數(shù)法濾餅增速方程濾餅擬表皮系數(shù)47第47頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日定壓方法,△P為常值，直接求解定排量方法求解方法：△P48第48頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日壓差分流法變系數(shù)常微分方程變步長基爾方法(Gill方法)49第49頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日(七)酸化效果預測基本假設：水平、均質(zhì)等厚地層，無壓縮流體作單相穩(wěn)定滲流50第50頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日(1)有傷害儲層(2)無傷害儲層預測模式51第51頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日(八)酸化解堵最優(yōu)目標的確定及施工參數(shù)模擬Muskat：污染程度、污染半徑對增產(chǎn)倍比的影響1、最優(yōu)目標確定52第52頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日

在砂巖基質(zhì)酸化過程中，油氣井污染程度是較為敏感的參數(shù)，基質(zhì)酸化處理污染較為嚴重的井效果明顯，無污染井酸化效果甚微。提高基質(zhì)酸化的成功率和酸化處理效果，首先確定油氣層是否受到污染及污染程度。

酸化設計，應以消除污染帶的污染堵塞為優(yōu)化設計目標?；|(zhì)酸化以剛好解除傷害帶的污染堵塞時的效果最佳，當酸化范圍超過傷害帶以后繼續(xù)注酸，增產(chǎn)效果不明顯。分析及模擬結(jié)果表明：53第53頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日2.施工參數(shù)設計與模擬吸收專家、工程人員的寶貴經(jīng)驗選擇，體現(xiàn)到優(yōu)化設計中去作為計算機輔助設計。(1)設計原則以解除儲層傷害為目的(2)酸化最大排量、實際施工排量確定54第54頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日(3)施工泵壓Pmax=PF+Pf+Pm-PH0.299810-10水力學摩阻計算方法輸入管柱摩阻系數(shù)55第55頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日(4)施工規(guī)模確定1)前置液類型：前置液(鹽酸＋添加劑)濃度3-15%，據(jù)碳酸鹽巖含量確定

Exxon15%HCl用量0.5-1.2m3/m

Williams15%HCl用量0.61m3/m

ConocoInc.：

(1)高滲透率儲層K>100md粘土含量<5%，石英含量80%以上，用15%HCl長石含量>20%用15%HCl粘土含量>10%用5%HCl+絡合劑綠泥石含量高用5%HCl+絡合劑(2)低滲透儲層K<10md粘土含量<5%用7.5%HCl或10%乙酸綠泥石含量高用5%乙酸56第56頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日用量計算：方法一：方法二：溶解Rd范圍內(nèi)的方解石體積：

Vcaco3=(Rd2-rw2)(1-0)Cm%溶解Vcaco3所需的鹽酸體積為：

V1＝Vcaco3/X井筒酸化半徑(等于傷害帶半徑)內(nèi)的孔隙體積為：

Vp=Vo+Vcaco3=(Rd2-rw2)[0+Cm%(1-0)]所需注入的鹽酸的總體積為：

VHCl

=V1+Vp

西南石油學院57第57頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日2)處理液一般配方：(3-6)%HF+(10~15)%HClCaCO3含量高時，取3HF%+(12~15%)HCl泥質(zhì)含量高時，取4-6%HF+(10-12)%HCl

Exxon推薦：3%HF+12%HCl

Willims推薦：3%HF+12%HCl

ComocoInc.推薦：

(1)HCl可溶物含量>20%，只用HCl，濃度15%(2)HCl可溶物含量<20%，高滲透層K>100md石英含量高(80%)，粘土含量(<5%)：用12%HCl+3%HF長石含量高(>20%)用13.5%HCl+1%HF粘土含量高(>10%)用6.5%HCl+1%HF鐵質(zhì)綠泥石含量高，用3%HCl+0.5%HF(3)HCl可溶物含量<20%，低滲透層K<10md低粘土含量(<5%)用6%HCl+1.5%HF綠泥石含量高用3%HCl+0.5%HF58第58頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日西南石油學院土酸用量確定方法：經(jīng)驗方法59第59頁，共63頁，2023年，2月20日，星期日設計計算方法Va=tf×Q估算法每米地層用酸量1.2－2m3/m3)后置液：選用方法同前置液4)頂替液（4％NH4Cl水溶液或活