酸化培训班砂岩酸化设计

酸化培训班砂岩酸化设计1第1页，共63页，2023年，2月20日，星期日砂岩酸化设计主要内容一、概述二、酸岩反应模型

三、砂岩酸化数学模拟

(一)井筒温度场模拟 (二)地层温度场模拟 (三)酸浓度和矿物浓度分布模拟(四)酸化后地层孔隙度和渗透率计算(五)多层酸化时，各层分流量计算 (六)多层酸化加入暂堵剂后，各层分流量计算(七)酸化效果预测(八)酸化解堵最优目标的确定及施工参数模拟四、砂岩储层优化设计计算与模拟程序逻辑五、实例计算六、实时监测技术七、施工质量控制2第2页，共63页，2023年，2月20日，星期日一、砂岩酸化设计方法概述经验方法的局限性Williams方法利用试验确定有效反应系数求解酸浓度分布模型酸穿距离与酸浓度，注入速度、注酸量的关系

局限性：试验难度大，未考虑实际酸化过程的变温度、变矿物浓度及径向和垂向非均质的影响，未进行酸化效果预测。1、简单的酸化设计方法3第3页，共63页，2023年，2月20日，星期日未考虑土酸中盐酸的作用未考虑注酸过程中从井口到地层的温度变化，地层伤害带浓度变化及多层影响无效果预测方法4第4页，共63页，2023年，2月20日，星期日2.酸化数学模拟及优化设计方法优化设计:选择最佳方案以达到最优目标的设计。主要工作：

优选适合本油田、本地区的酸液及添加剂；

了解储层特性及其伤害情况，明确处理任务；

进行数学模拟计算，全面考虑影响砂岩酸化的因素；进行完整的酸化设计，将先进的数学模型和现场经验紧密结合起来；优选施工方案分析影响酸化效果的诸因素及提高酸化效果的工艺途径，确定最佳施工方案5第5页，共63页，2023年，2月20日，星期日优化设计的主要内容:(1)最优目标的确定(2)计算模型的建立和选择(3)施工参数的优选(4)方程的求解及编程6第6页，共63页，2023年，2月20日，星期日井筒温度、地层温度分布数据及曲线。地层矿物及酸浓度分布的数据及曲线。地层酸化后孔隙度、渗透率分布曲线。酸化增产效果预测。暂堵酸化加入暂堵剂后，各段的流量分布及注入各段的累计流量分布。酸化施工参数、包括地面设备选择、施工泵压、排量、使用的各级液体(洗井液、前置液、处理液、后置液、顶替液)配方，浓度、用量及施工时间监测。优化设计能够提供的信息:7第7页，共63页，2023年，2月20日，星期日二、砂岩酸化数学模拟井筒温度场模型储层温度场模型酸沿储层径向的浓度分布模型储层孔隙度及渗透率分布模型分段、暂堵酸化时暂堵分流量模型增产效果预测模型及酸化解堵的最优目标施工参数和规模的确定方法主要模型8第8页，共63页，2023年，2月20日，星期日(一)井筒温度场模拟1.井筒温度模拟的意义温度酸岩反应速度工作液粘度、流变性酸液的腐蚀性酸化有效作用范围和酸化效果9第9页，共63页，2023年，2月20日，星期日稳态解析模型非稳态（或称瞬态）换热模型Moss，Lessem模型Ramay模型Suquier模型Eeickmier模型等2井筒温度分析现状10第10页，共63页，2023年，2月20日，星期日3、解析计算方法基于稳态衡线热源假设的解析计算方法11第11页，共63页，2023年，2月20日，星期日4、数值计算方法1)假设条件注液前，井筒内充满液体并与地层达到热平衡；忽略井筒及地层内沿井深方向的热交换；所有传热参数不随温度和时间变化，各向同性、均质地层；地面排量及注液温度不变；液体温度与其接触的管壁温度相同；油套管和井径尺寸不随井深变化；温度沿井深呈线性分布。符合关系12第12页，共63页，2023年，2月20日，星期日qinjq’T0,j-1/2T1,jT2,j-1/2T3,jT4,jT5,j

r0r1r2r3r4r5T6,j2)单元体(网格系统)的划分从里到外依次划分单元体为油管内单元体、油管单元体、环空液体单元、套管体单元、水泥环单元体及若干油藏单元体13第13页，共63页，2023年，2月20日，星期日2)单元体(网格系统)的划分径向单元体划分示意图14第14页，共63页，2023年，2月20日，星期日地面r0r1r2r3r4r5r6rN-3rN-2rN-1rNZ1Z2ZjZj+1Zm-1Zm纵向上单元体划分示意图15第15页，共63页，2023年，2月20日，星期日3)模型的建立及求解据热平衡方程式：单位时间内流入单元体的热量＋单位时间流出单元体的热量＋单位时间内单元体内热量的变化＝0非稳态模型16第16页，共63页，2023年，2月20日，星期日初始条件上面公式迭代求出tn+1时刻整个油管内液体温度分布以及井筒地层径向温度分布，从而求得任意时刻、任意深度处的井筒温度分布。17第17页，共63页，2023年，2月20日，星期日(二)地层温度场模拟1.地层温度模拟的意义处理液由井筒进入地层(裂缝)中流动时以及处理液在地层中与岩石反应时都要与地层发生显著的热交换，因而温度变化很大。2.储层温度场模型(1)假设条件1)酸液在地层孔隙中流动，壁面温度与酸液温度相同；2)所有传热参数不随温度和时间变化，地层各向同性、均质；3)不计纵向热传导；4)液体在孔隙介质中作流动反应时质量守恒。18第18页，共63页，2023年，2月20日，星期日(2)地层温度场模型的建立径向单元体划分示意图19第19页，共63页，2023年，2月20日，星期日微元体划分示意图20第20页，共63页，2023年，2月20日，星期日流入、流出及传入、传出该微元体的热量，应用热平衡等式建立了储层温度分布的偏微分方程：边界条件初始条件21第21页，共63页，2023年，2月20日，星期日酸液与储层矿物的反应是放热反应，放出的热量必然改变酸液的温度径向[ri,ri+1]的环形带内，酸浓度的变化为CAi酸岩反应放出的热量[ri,ri+1]的环形带内放出的热量被该单元体内的岩石及孔隙中的酸液所吸收22第22页，共63页，2023年，2月20日，星期日任意tn时刻，rj处的地层温度TTj可表示为：热量平衡方程式23第23页，共63页，2023年，2月20日，星期日(3)储层温度场数值计算模型的建立引入无因次量24第24页，共63页，2023年，2月20日，星期日隐式差分构造数值模型数值模型25第25页，共63页，2023年，2月20日，星期日(4)储层温度场数值模型的求解矩阵形式26第26页，共63页，2023年，2月20日，星期日求解步骤：1)不考虑酸岩反应热时的储层温度分布计算2)酸岩反应热的计算3)考虑酸岩反应热后的储层温度分布计算27第27页，共63页，2023年，2月20日，星期日1.集总参数模型(解析模型)酸浓度分布矿物浓度分布(三)酸浓度和矿物浓度分布模拟28第28页，共63页，2023年，2月20日，星期日rDi=ri/rw其中无因次参数29第29页，共63页，2023年，2月20日，星期日2.分布参数模型(数值计算模型)全面考虑温度多组分矿物多层及地层伤害等因素的影响单层或多层同时酸化、各层存在不同污染区时的酸浓度分布计算模型30第30页，共63页，2023年，2月20日，星期日(1)假设条件1)忽略分子扩散作用；2)孔隙中酸浓度与孔隙壁面酸浓度相同；3)储层岩石可分为有限的几种矿物成分，酸与不同矿物的反应分别按各自的动力学方程进行；4)酸在储层孔隙中呈单相径向流动；5)注处理液时，假定储层中的碳酸盐类已由前置液中HCL溶解，处理液中HCL不再参加反应。31第31页，共63页，2023年，2月20日，星期日(2)单元体的划分块中心网格示意图32第32页，共63页，2023年，2月20日，星期日微元体选取示意图33第33页，共63页，2023年，2月20日，星期日(3)酸浓度、矿物浓度分布模型酸－岩反应摩尔平衡式，导出酸沿地层径向流动反应的偏微分方程:氢氟酸反应速度R硅质矿物溶解速度34第34页，共63页，2023年，2月20日，星期日初始条件和边界条件35第35页，共63页，2023年，2月20日，星期日在井深方向上非均质的砂岩油藏，按渗透率的差异可在垂向上划分为N个互不连通的小层36第36页，共63页，2023年，2月20日，星期日定义无因次参数矿物j的Damkohler数矿物j的酸溶量数37第37页，共63页，2023年，2月20日，星期日38第38页，共63页，2023年，2月20日，星期日无因次化酸浓度、矿物浓度分布模型酸浓度分布矿物浓度分布j=q快反应矿物j=s慢反应矿物39第39页，共63页，2023年，2月20日，星期日边界条件初始条件40第40页，共63页，2023年，2月20日，星期日Arrhenius方程(温度影响)41第41页，共63页，2023年，2月20日，星期日(4)有效作用半径的确定数值计算方法求解酸浓度分布方程=<伤害物浓度42第42页，共63页，2023年，2月20日，星期日计算中要判断r是否大于rd可溶矿物浓度CoJ=CoJ+CoJ+1两种处理方法伤害物浓度增加一矿物平衡方程43第43页，共63页，2023年，2月20日，星期日(四)酸化后地层孔隙度和渗透率计算矿物浓度的体积平衡方程孔隙度渗透率Labrid指数关系：多种可溶矿物的溶解引起渗透率的累积变化44第44页，共63页，2023年，2月20日，星期日(五)多层酸化时，各层分流量计算tn时刻K在小层的排量45第45页，共63页，2023年，2月20日，星期日有伤害储层46第46页，共63页，2023年，2月20日，星期日(六)多层酸化加入暂堵剂后，各层分流量计算暂堵引起流量重新分布的确定方法滤饼阻力系数法滤饼增速方程滤饼拟表皮系数47第47页，共63页，2023年，2月20日，星期日定压方法,△P为常值，直接求解定排量方法求解方法：△P48第48页，共63页，2023年，2月20日，星期日压差分流法变系数常微分方程变步长基尔方法(Gill方法)49第49页，共63页，2023年，2月20日，星期日(七)酸化效果预测基本假设：水平、均质等厚地层，无压缩流体作单相稳定渗流50第50页，共63页，2023年，2月20日，星期日(1)有伤害储层(2)无伤害储层预测模式51第51页，共63页，2023年，2月20日，星期日(八)酸化解堵最优目标的确定及施工参数模拟Muskat：污染程度、污染半径对增产倍比的影响1、最优目标确定52第52页，共63页，2023年，2月20日，星期日

在砂岩基质酸化过程中，油气井污染程度是较为敏感的参数，基质酸化处理污染较为严重的井效果明显，无污染井酸化效果甚微。提高基质酸化的成功率和酸化处理效果，首先确定油气层是否受到污染及污染程度。

酸化设计，应以消除污染带的污染堵塞为优化设计目标。基质酸化以刚好解除伤害带的污染堵塞时的效果最佳，当酸化范围超过伤害带以后继续注酸，增产效果不明显。分析及模拟结果表明：53第53页，共63页，2023年，2月20日，星期日2.施工参数设计与模拟吸收专家、工程人员的宝贵经验选择，体现到优化设计中去作为计算机辅助设计。(1)设计原则以解除储层伤害为目的(2)酸化最大排量、实际施工排量确定54第54页，共63页，2023年，2月20日，星期日(3)施工泵压Pmax=PF+Pf+Pm-PH0.299810-10水力学摩阻计算方法输入管柱摩阻系数55第55页，共63页，2023年，2月20日，星期日(4)施工规模确定1)前置液类型：前置液(盐酸＋添加剂)浓度3-15%，据碳酸盐岩含量确定

Exxon15%HCl用量0.5-1.2m3/m

Williams15%HCl用量0.61m3/m

ConocoInc.：

(1)高渗透率储层K>100md粘土含量<5%，石英含量80%以上，用15%HCl长石含量>20%用15%HCl粘土含量>10%用5%HCl+络合剂绿泥石含量高用5%HCl+络合剂(2)低渗透储层K<10md粘土含量<5%用7.5%HCl或10%乙酸绿泥石含量高用5%乙酸56第56页，共63页，2023年，2月20日，星期日用量计算：方法一：方法二：溶解Rd范围内的方解石体积：

Vcaco3=(Rd2-rw2)(1-0)Cm%溶解Vcaco3所需的盐酸体积为：

V1＝Vcaco3/X井筒酸化半径(等于伤害带半径)内的孔隙体积为：

Vp=Vo+Vcaco3=(Rd2-rw2)[0+Cm%(1-0)]所需注入的盐酸的总体积为：

VHCl

=V1+Vp

西南石油学院57第57页，共63页，2023年，2月20日，星期日2)处理液一般配方：(3-6)%HF+(10~15)%HClCaCO3含量高时，取3HF%+(12~15%)HCl泥质含量高时，取4-6%HF+(10-12)%HCl

Exxon推荐：3%HF+12%HCl

Willims推荐：3%HF+12%HCl

ComocoInc.推荐：

(1)HCl可溶物含量>20%，只用HCl，浓度15%(2)HCl可溶物含量<20%，高渗透层K>100md石英含量高(80%)，粘土含量(<5%)：用12%HCl+3%HF长石含量高(>20%)用13.5%HCl+1%HF粘土含量高(>10%)用6.5%HCl+1%HF铁质绿泥石含量高，用3%HCl+0.5%HF(3)HCl可溶物含量<20%，低渗透层K<10md低粘土含量(<5%)用6%HCl+1.5%HF绿泥石含量高用3%HCl+0.5%HF58第58页，共63页，2023年，2月20日，星期日西南石油学院土酸用量确定方法：经验方法59第59页，共63页，2023年，2月20日，星期日设计计算方法Va=tf×Q估算法每米地层用酸量1.2－2m3/m3)后置液：选用方法同前置液4)顶替液（4％NH4Cl水溶液或活