1、砂巖酸化設(shè)計(jì)主要內(nèi)容一、概述二、酸巖反應(yīng)模型三、砂巖酸化數(shù)學(xué)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(jì)算(五) 多層酸化時，各層分流量計(jì)算(六) 多層酸化加入暫堵劑后，各層分流量計(jì)算 (七) 酸化效果預(yù)測(八) 酸化解堵最優(yōu)目標(biāo)的確定及施工參數(shù)模擬四、砂巖儲層優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算與模擬程序邏輯五、實(shí)例計(jì)算六、實(shí)時監(jiān)測技術(shù)七、施工質(zhì)量控制1第1頁，共62頁。一、砂巖酸化設(shè)計(jì)方法概述經(jīng)驗(yàn)方法的局限性 Williams方法利用試驗(yàn)確定有效反應(yīng)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(guān)系 局限性：試驗(yàn)難度大，未考慮實(shí)際酸

2、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(jìn)行酸化效果預(yù)測。1、簡單的酸化設(shè)計(jì)方法2第2頁，共62頁。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(yù)測方法3第3頁，共62頁。2.酸化數(shù)學(xué)模擬及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法優(yōu)化設(shè)計(jì):選擇最佳方案以達(dá)到最優(yōu)目標(biāo)的設(shè)計(jì)。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(wù)； 進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬計(jì)算，全面考慮影響砂巖酸化的因素； 進(jìn)行完整的酸化設(shè)計(jì)，將先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)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4第4

3、頁，共62頁。優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容:(1)最優(yōu)目標(biāo)的確定(2)計(jì)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5第5頁，共62頁。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(yù)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(jì)流量分布。酸化施工參數(shù)、包括地面設(shè)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(shè)計(jì)能夠提供的信息:6第6頁，共62頁。二、砂巖酸化數(shù)學(xué)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

4、模型分段、暫堵酸化時暫堵分流量模型增產(chǎn)效果預(yù)測模型及酸化解堵的最優(yōu)目標(biāo)施工參數(shù)和規(guī)模的確定方法主要模型7第7頁，共62頁。(一) 井筒溫度場模擬1. 井筒溫度模擬的意義溫度酸巖反應(yīng)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8第8頁，共62頁。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9第9頁，共62頁。3、解析計(jì)算方法基于穩(wěn)態(tài)衡線熱源假設(shè)的解析計(jì)算方法10第10頁，共62頁。4、 數(shù)值計(jì)算方法1)假設(shè)條件注液前，井筒內(nèi)充滿液體并與地層達(dá)到熱平衡；忽略井筒及地層內(nèi)沿井深方向的熱交換；

5、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(guān)系11第11頁，共62頁。qinjqT0,j-1/2T1,jT2,j-1/2T3,jT4,jT5,j r0 r1 r2 r3 r4 r5 T6,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12第12頁，共62頁。2)單元體(網(wǎng)格系統(tǒng))的劃分徑向單元體劃分示意圖13第13頁，共62頁。 地面 r0 r1 r2 r3 r4 r5 r6 rN-3

6、rN-2 rN-1 rNZ1Z2ZjZj+1Zm-1Zm縱向上單元體劃分示意圖14第14頁，共62頁。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15第15頁，共62頁。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。16第16頁，共62頁。(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(jìn)入地層(裂縫)中流動時以及處理液在地層中與巖石反應(yīng)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(shè)條件

7、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(jì)縱向熱傳導(dǎo)； 4)液體在孔隙介質(zhì)中作流動反應(yīng)時質(zhì)量守恒。17第17頁，共62頁。(2)地層溫度場模型的建立徑向單元體劃分示意圖18第18頁，共62頁。微元體劃分示意圖19第19頁，共62頁。 流入、流出及傳入、傳出該微元體的熱量，應(yīng)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20第20頁，共62頁。 酸液與儲層礦物的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，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(yīng)放出的熱量ri,ri+1的環(huán)形帶內(nèi)放出的熱量

8、被該單元體內(nèi)的巖石及孔隙中的酸液所吸收21第21頁，共62頁。任意tn時刻，rj處的地層溫度TTj可表示為：熱量平衡方程式22第22頁，共62頁。(3) 儲層溫度場數(shù)值計(jì)算模型的建立引入無因次量23第23頁，共62頁。隱式差分構(gòu)造數(shù)值模型數(shù)值模型24第24頁，共62頁。(4)儲層溫度場數(shù)值模型的求解矩陣形式25第25頁，共62頁。求解步驟：1)不考慮酸巖反應(yīng)熱時的儲層溫度分布計(jì)算2)酸巖反應(yīng)熱的計(jì)算3)考慮酸巖反應(yīng)熱后的儲層溫度分布計(jì)算26第26頁，共62頁。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27第27頁，共62頁。rDi=ri/rw其中無因次參數(shù)

9、28第28頁，共62頁。2.分布參數(shù)模型(數(shù)值計(jì)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(jì)算模型29第29頁，共62頁。(1)假設(shè)條件 1)忽略分子擴(kuò)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(yīng)分別按各自的動力學(xué)方程進(jìn)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(yīng)。30第30頁，共62頁。(2)單元體的劃分塊中心網(wǎng)格示意圖31第31頁，共62頁。 微元體選取示意圖32第32頁，共62頁

10、。(3)酸濃度、礦物濃度分布模型酸巖反應(yīng)摩爾平衡式，導(dǎo)出酸沿地層徑向流動反應(yīng)的偏微分方程:氫氟酸反應(yīng)速度R硅質(zhì)礦物溶解速度33第33頁，共62頁。初始條件和邊界條件34第34頁，共62頁。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35第35頁，共62頁。定義無因次參數(shù)礦物j的Damkohler數(shù)礦物j的酸溶量數(shù)36第36頁，共62頁。37第37頁，共62頁。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(yīng)礦物j=s慢反應(yīng)礦物38第38頁，共62頁。邊界條件初始條件39第39頁，共62頁。Arrhenius方程(溫度影響)40第40頁，共62

11、頁。(4)有效作用半徑的確定數(shù)值計(jì)算方法求解酸濃度分布方程=100md 粘土含量20% 用15%HCl 粘土含量10% 用5%HCl+絡(luò)合劑 綠泥石含量高 用5%HCl+絡(luò)合劑 (2)低滲透儲層K10md 粘土含量20%，只用HCl，濃度15% (2)HCl可溶物含量100md 石英含量高(80%)，粘土含量(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K10md 低粘土含量(5%) 用6%HCl+1.5%HF 綠泥石含量高 用3%HCl+0.5%HF 57第57

12、頁，共62頁。西南石油學(xué)院土酸用量確定方法：經(jīng)驗(yàn)方法58第58頁，共62頁。設(shè)計(jì)計(jì)算方法Va=tfQ 估算法每米地層用酸量1.22 m3/m3)后置液：選用方法同前置液4)頂替液（4NH4Cl水溶液或活性水）59第59頁，共62頁。YESYESYES注入液到達(dá)處理段？NO注完前置液？NOYES計(jì)算各小段參數(shù)：液量、流速、溫度分布、反應(yīng)熱、HF酸濃度、孔隙度、滲透率及增產(chǎn)倍比等ref,krd,kNOYES處理液到達(dá)處理段？NO 計(jì)算各小段參數(shù)：液量、流速、溫度分布、反應(yīng)熱、酸濃度、碳酸鹽濃度、孔隙度、滲透率分布等。注完處理液？記錄各級液量及其他數(shù)據(jù)還計(jì)算否？YESref,krd,kNO計(jì)算結(jié)果存盤，打印輸出NO調(diào)整參數(shù)計(jì)算嗎？結(jié) 束YES顯示方案并非最佳原始數(shù)據(jù)輸入傷害資料處理計(jì)算、選擇施工參數(shù)計(jì)算低壓替酸時井筒溫度分布計(jì)算tn+1時井筒溫度分布開始經(jīng)濟(jì)評價(jià)YES圖1.8 砂巖儲層酸化模擬程序流程圖三、砂巖儲層優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算與模擬程序邏輯60第60頁，共62頁。砂巖儲層酸化設(shè)計(jì)程序主 控 模 塊打印模塊計(jì)算模塊輸入模塊屏幕輸出模塊使用幫助和輔助功能施工壓