砂岩油藏水平井酸化模拟研究

论文摘要

由于水平井与直井的伤害特征、酸化机理以及酸化施工工艺差异较大，通常的直井酸化增产措施技术不能直接应用于水平井，因此需要对水平井砂岩酸化进行专门的研究。通过开展水平井伤害特征、水平井酸岩反应动力学、砂岩酸化蚓孔发育、酸后孔隙结构变化等酸化机理研究，提出了常规水平井砂岩酸化的数值模型。 考虑储层暴露于钻井液的时间、渗透率各向异性对渗流场的影响，通过滤饼的质量守恒、达西定律、流体侵入的对流扩散方程建立了滤饼生成、液相侵入，相对渗透率变化的水平井伤害数值模型，模拟的结果表明与水平井井身垂直的伤害区横截面为椭圆形，而椭圆的形状取决于垂直渗透率与水平渗透率之比；工作液对水平段不同位置的浸泡时间不同，导致伤害带呈不均匀分布，其形状为一个大头端靠近垂直井段的椭圆锥台体。 考虑水平井酸化注入方式及三维流动的特点，首次建立了井筒、油藏耦合的水平井注入流体置放数值模型，模型可以应用于不同的油藏边界条件、多段注入以及使用连续油管等特殊工艺的注入模式、考虑井筒的摩擦效应，以及解决以前模型无法正确模拟水平井笼统酸化的酸分布状态等难题。本模型表明A．D．Hill等人的水平井笼统注入模型中统一酸分布假设不成立，Frick等人的连续油管移动优选速度模型忽略了酸沿井筒方向的运动，过高估计了在连续油管端部进入地层的液体量。 基于水平井酸岩反应动力学、砂岩酸化蚓孔发育、酸后孔隙结构变化等酸化机理研究，提出常规意义的酸岩液固反应模型，可以描述三维空间的酸岩反应行为，反应流体在各向异性地层中的酸岩反应机理问题；这个数值化的酸岩反应模型可以与酸注入模型进行耦合求解，同时，数值模拟的结果可以直接提交水平井产能模型，进行水平井酸化后产能预测。 由于水平井的产能供给特点有别于直井，特别是水平井的端部效应，需要综合产能模型来优化酸化设计。本文使用了半解析方法求解水平井产能，其可以方便地比较井筒半径、采出流量、井筒压降等因素对水平井产能的影响，同时可以分析不同伤害情况对产能的影响，模拟表明水平井产能供给不是统一流量分布，也不是统一压力分布；水平井局部严重伤害将造成局部产能供给大大减少，伤害的非均匀分布特点造成跟端产能供给相对减小。 同时本文使用了数值模拟的办法来处理水平井与油藏耦合的产能模型，这个模型可以分析水平井的瞬态产能，其发展为三维、三相的耦合模型，将其联立酸岩反应模型，在酸化处理区域采用同样的有限差分网格，可直接用于酸后产能预测，同时分析酸后油、气、水相流动变化趋势，更加接近油田实际情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 水平井酸化研究的目的和意义
• 1.2 水平井酸化研究现状
• 1.2.1 酸化机理研究现状
• 1.2.2 酸岩反应模拟和设计模型
• 1.2.3 水平井产能模拟
• 1.3 本文的主要内容及方法
• 1.3.1 主要内容
• 1.3.2 主要方法
• 2 酸化机理研究及实验模拟
• 2.1 酸岩反应研究
• 2.1.1 盐酸与碳酸盐胶结物的反应
• 2.1.2 盐酸与铝硅酸盐的反应
• 2.1.3 HF与砂岩矿物的反应
• 2.1.4 氢氟酸主要作用型体
• 2.1.5 残酸分析
• 2.2 砂岩酸化的蚓孔研究
• 2.3 伤害的试验模拟
• 2.4 酸后孔隙结构变化
• 2.4.1 微观孔隙结构评价方法
• 2.4.2 毛管流动孔隙结构分析仪工作步骤与原理
• 2.4.3 试验研究成果
• 2.5 水平井酸化自身的特点
• 2.6 本章小结
• 3 水平井伤害研究及数值模拟
• 3.1 水平井伤害特征研究
• 3.1.1 水平井伤害特点
• 3.2 水平井伤害模拟
• 3.2.1 水平井滤饼厚度模型
• 3.2.2 滤液浓度方程
• 3.2.3 伤害区域渗透率变化规律
• 3.2.4 Frick-Economides表皮系数计算模型
• 3.2.5 Furui-Zhu-Hill表皮系数计算模型
• 3.3 本章小结
• 4 水平井流体置放模型
• 4.1 水平井流体置放模型的回顾
• 4.2 水平井流体置放模型的改进
• 4.2.1 油藏方程
• 4.2.2 混合网格的处理
• 4.2.3 井筒方程
• 4.2.4 油藏方程与井筒方程的耦合
• 4.2.5 初始及边界条件
• 4.3 不同类型注入问题的边界条件及解程序
• 4.3.1 水平井不同类型酸化工艺
• 4.3.2 常规笼统酸化
• 4.3.3 在水平井某个位置注入时酸化
• 4.3.4 解程序
• 4.4 计算示例
• 4.5 本章小结
• 5 水平井酸反应模型
• 5.1 酸反应的物质平衡方程
• 5.2 无因次酸反应模型
• 5.2.1 胶结物对渗透率影响
• 5.2.2 胶结物对比面的影响计算
• 5.2.3 胶结物对迂回度的影响计算
• 5.3 酸蚀范围和有效半径模拟模型
• 5.4 酸反应模型与酸注入模型的耦合求解
• 5.5 酸反应模型的参数分析
• 5.6 本章小结
• 6 水平井产能数值模拟
• 6.1 水平井单相半解析模型
• 6.2 水平井三维三相瞬态产能模型
• 6.2.1 油藏区域的质量平衡
• 6.2.2 井筒的质量、动量平衡方程
• 6.2.3 初始及边界条件
• 6.3 产能计算示例
• 6.4 本章小结
• 7 水平井砂岩酸化实时监测及软件研制
• 7.1 酸化实时监测原理与现有技术方法
• 7.2 基于反应动力学的水平井酸化实时监测模型
• 7.3 水平井酸反应模型与水平井产能模型的结合
• 7.4 水平井砂岩酸化软件的开发及实例计算
• 7.4.1 实例计算
• 7.4.2 优化计算示例
• 7.5 本章小结
• 8 结论
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 附录D