砂巖酸化培訓(xùn)課件

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(chǎng)模擬 (二)地層溫度場(chǎng)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(shí)，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(cè)(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(chǔ)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(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)七、施工質(zhì)量控制1一、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)際酸化過(guò)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(cè)。1、簡(jiǎn)單的酸化設(shè)計(jì)方法2

未考慮土酸中鹽酸的作用

未考慮注酸過(guò)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(wú)效果預(yù)測(cè)方法32.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(chǔ)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(chǎng)經(jīng)驗(yàn)緊密結(jié)合起來(lái)；

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(cè)。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(jí)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(shí)間監(jiān)測(cè)。優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠提供的信息:6二、砂巖酸化數(shù)學(xué)模擬

井筒溫度場(chǎng)模型

儲(chǔ)層溫度場(chǎng)模型

酸沿儲(chǔ)層徑向的濃度分布模型

儲(chǔ)層孔隙度及滲透率分布模型

分段、暫堵酸化時(shí)暫堵分流量模型

增產(chǎn)效果預(yù)測(cè)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(一)井筒溫度場(chǎng)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93、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104、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；所有傳熱參數(shù)不隨溫度和時(shí)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11qinjq’T0,j-1/2T1,jT2,j-1/2T3,jT4,jT5,j

r0

r1

r2r3

r4

r5T6,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122)單元體(網(wǎng)格系統(tǒng))的劃分徑向單元體劃分示意圖13地面r0r1r2r3r4r5r6rN-3rN-2rN-1rNZ1Z2ZjZj+1Zm-1Zm縱向上單元體劃分示意圖143)模型的建立及求解據(jù)熱平衡方程式：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流入單元體的熱量＋單位時(shí)間流出單元體的熱量＋單位時(shí)間內(nèi)單元體內(nèi)熱量的變化＝0非穩(wěn)態(tài)模型15初始條件上面公式迭代求出tn+1時(shí)刻整個(gè)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(shí)刻、任意深度處的井筒溫度分布。16(二)地層溫度場(chǎng)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(dòng)時(shí)以及處理液在地層中與巖石反應(yīng)時(shí)都要與地層發(fā)生顯著的熱交換，因而溫度變化很大。2.儲(chǔ)層溫度場(chǎng)模型(1)假設(shè)條件1)酸液在地層孔隙中流動(dòng)，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(shí)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(dòng)反應(yīng)時(shí)質(zhì)量守恒。17(2)地層溫度場(chǎng)模型的建立徑向單元體劃分示意圖18微元體劃分示意圖19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(chǔ)層溫度分布的偏微分方程：邊界條件初始條件20酸液與儲(chǔ)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)放出的熱量被該單元體內(nèi)的巖石及孔隙中的酸液所吸收21任意tn時(shí)刻，rj處的地層溫度TTj可表示為：熱量平衡方程式22(3)儲(chǔ)層溫度場(chǎng)數(shù)值計(jì)算模型的建立引入無(wú)因次量23隱式差分構(gòu)造數(shù)值模型數(shù)值模型24(4)儲(chǔ)層溫度場(chǎng)數(shù)值模型的求解矩陣形式25求解步驟：1)不考慮酸巖反應(yīng)熱時(shí)的儲(chǔ)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(chǔ)層溫度分布計(jì)算261.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27rDi=ri/rw其中無(wú)因次參數(shù)282.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(shí)酸化、各層存在不同污染區(qū)時(shí)的酸濃度分布計(jì)算模型29(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(chǔ)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(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行；4)酸在儲(chǔ)層孔隙中呈單相徑向流動(dòng)；5)注處理液時(shí)，假定儲(chǔ)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(2)單元體的劃分塊中心網(wǎng)格示意圖31微元體選取示意圖32(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(dòng)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初始條件和邊界條件34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(gè)互不連通的小層35定義無(wú)因次參數(shù)礦物j的Damkohler數(shù)礦物j的酸溶量數(shù)3637無(wú)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邊界條件初始條件39Arrhenius方程(溫度影響)40(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=

<

傷害物濃度41計(jì)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42(四)酸化后地層孔隙度和滲透率計(jì)算礦物濃度的體積平衡方程孔隙度滲透率Labrid指數(shù)關(guān)系：多種可溶礦物的溶解引起滲透率的累積變化43(五)多層酸化時(shí)，各層分流量計(jì)算tn時(shí)刻K在小層的排量44有傷害儲(chǔ)層45(六)多層酸化加入暫堵劑后，各層分流量計(jì)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)46定壓方法,△P為常值，直接求解定排量方法求解方法：△P47

壓差分流法變系數(shù)常微分方程變步長(zhǎng)基爾方法(Gill方法)48(七)酸化效果預(yù)測(cè)基本假設(shè)：水平、均質(zhì)等厚地層，無(wú)壓縮流體作單相穩(wěn)定滲流49(1)有傷害儲(chǔ)層(2)無(wú)傷害儲(chǔ)層預(yù)測(cè)模式50(八)酸化解堵最優(yōu)目標(biāo)的確定及施工參數(shù)模擬Muskat：污染程度、污染半徑對(duì)增產(chǎn)倍比的影響1、最優(yōu)目標(biāo)確定51

在砂巖基質(zhì)酸化過(guò)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(yán)重的井效果明顯，無(wú)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(shè)計(jì)，應(yīng)以消除污染帶的污染堵塞為優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)?；|(zhì)酸化以剛好解除傷害帶的污染堵塞時(shí)的效果最佳，當(dāng)酸化范圍超過(guò)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：522.施工參數(shù)設(shè)計(jì)與模擬吸收專家、工程人員的寶貴經(jīng)驗(yàn)選擇，體現(xiàn)到優(yōu)化設(shè)計(jì)中去作為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。(1)設(shè)計(jì)原則以解除儲(chǔ)層傷害為目的(2)酸化最大排量、實(shí)際施工排量確定53(3)施工泵壓Pmax=PF+Pf+Pm-PH0.299810-10

水力學(xué)摩阻計(jì)算方法

輸入管柱摩阻系數(shù)54(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(chǔ)層K>100md

粘土含量<5%，石英含量80%以上，用15%HCl

長(zhǎng)石含量>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(chǔ)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55用量計(jì)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(xué)院562)處理液一般配方：(3-6)%HF+(10~15)%HCl

CaCO3含量高時(shí)，取3HF%+(12~15%)HCl

泥質(zhì)含量高時(shí)，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(zhǎng)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%HF57西南石油學(xué)院土酸用量確定方法：

經(jīng)驗(yàn)方法58

設(shè)計(jì)計(jì)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水溶液或活性水）59YESYESYES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)：