一种考虑闭合应力的裂缝岩样酸蚀缝宽数值计算方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑闭合应力的裂缝岩样酸蚀缝宽数值计算方法，主要步骤：S1、构建未加载闭合应力的天然裂缝初始缝宽；S2、建立碳酸盐岩裂缝受压变形模型，并计算闭合应力下的裂缝受压变形后的缝宽；S3、在步骤S2计算的加载闭合应力的缝宽基础上，建立裂缝酸化的流动反应模型，并计算该时间节点处的酸蚀缝宽；S4、在步骤S3计算得到的酸蚀缝宽的基础上，代入步骤S2，再进行步骤S3重新更新应力平衡后的酸蚀缝宽，得到下一个时间节点的酸蚀缝宽，循环迭代步骤S2和S3直至设定的注酸时间t，最终获取注酸结束时酸蚀缝宽分布。本发明专利技术方法能定量评价考虑闭合应力的裂缝岩样酸蚀缝宽，为超深井裂缝型碳酸盐岩储层酸化设计和效果评价提供指导。指导。指导。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑闭合应力的裂缝岩样酸蚀缝宽数值计算方法


[0001]本专利技术涉及石油工程
，特别涉及一种碳酸盐岩油气藏酸化增产过程中的考虑闭合应力的裂缝岩样酸蚀缝宽数值计算方法。

技术介绍

[0002]近年来，在深层、超深层海相碳酸盐岩相继发现了多个裂缝型大气藏：如川西观雾山组气藏(平均埋深7500m)、下二叠统气藏(平均埋深7400m)、川东元坝长兴组气藏(平均埋深7000m)等，展现出巨大的勘探开发前景。这类气藏具有埋藏深(>7000m)、天然裂缝发育、基质渗透率低(<1mD)、破裂压力高(>90MPa)等特点，受制于现有工程技术条件(井口装置承压受限)，无法实施大型酸压改造，因此酸化成为确保此类储层获得油气增产的关键技术。
[0003]深层、超深层裂缝型碳酸盐岩酸化过程中，受制于极高的施工压力，施工排量受限，导致酸液不足以完全开启天然裂缝，从而形成酸液在部分闭合天然裂缝中的流动反应模式。其酸化机理是：由于基质渗透率极低，天然裂缝将主导酸液流动，酸液进入天然裂缝增加缝内净压力，同时溶解、破坏原有接触支撑点，破坏缝内应力平衡，导致裂缝内的支撑应力重新分布；此外，在闭合应力作用下，酸液在天然裂缝内发生流动反应，非均匀刻蚀裂缝面岩石，最终形成具有一定油气流动能力的通道。详细论述见文献：郭建春,苟波,王坤杰,等.川西下二叠统超深气井网络裂缝酸化优化设计[J].天然气工业,2017,37(6):34-41.)，其中的记载。
[0004]而现有技术中忽略了“酸蚀裂缝受压变形”与“裂缝内酸流动反应”之间的动态耦合与相互竞争共同作用的影响，容易导致预测的酸蚀缝宽失真，影响深层、超深层海相裂缝型碳酸盐岩储的层酸化设计和效果评价。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种考虑闭合应力的裂缝岩样酸蚀缝宽数值计算方法。
[0006]本专利技术提供的考虑闭合应力的裂缝岩样酸蚀缝宽数值计算方法，具体步骤如下：
[0007]S1、构建未加载闭合应力的天然裂缝初始缝宽。具体包括下列步骤：
[0008]S11、将采集自筛选目的层井下岩心或露头，沿天然裂缝延伸方向加工成标准API小岩柱或岩板。
[0009]S12、将岩柱或岩板放置于岩心剖缝器上，采用巴西劈裂方式沿着天然裂缝剖缝，获取两个天然裂缝面。
[0010]S13、获取两个裂缝面高程特征数据，再将获取的裂缝面高程数据的最小值作为基底位置，去掉裂缝面高程数据的基底，仅保留粗糙部分的特征，最后利用数据网格化软件将高程数据进行标准网格化。
[0011]S14、沿着裂缝面长度、宽度、高度方向建立三维直角坐标系，构成裂缝面形貌高程矩阵，接着，将建立的两个裂缝面形貌高程矩阵在三维空间内重新错位组合，建立起天然裂缝空间，得到每个网格单元内的初始缝宽b。
[0012]S2、考虑碳酸盐岩弹性-弹塑性变形特征，建立碳酸盐岩裂缝受压变形模型，并计算闭合应力下的裂缝受压变形后的缝宽。包括以下步骤：
[0013]S21、将缝宽分布数据存储为ASCII文件，利用程序读取并存储为缝宽分布矩阵b
i,j
。
[0014]S22、输入包括裂缝面岩石的杨氏模量E、泊松比v、最大抗压强度σ
max
在内的岩石力学参数以及法向加载的闭合应力σ
c
。
[0015]S23、假设一个裂缝网格的形变量d
i,j
，并通过裂缝的形变量d
i,j
与每个网格对应位置的受力大小f
i,j
的关系，计算每处受力情况f
i,j
，判断各处的变形特征；然后建立裂缝受压变形平衡方程如下：
[0016][0017]式中，D0—初始时刻相应的半空间距离，W
i,j
—微凸体半空间处的形变，—微凸体长度，ΔL
i,j
—微凸体受力时自身的形变量。
[0018]S24、计算裂缝表面所有微凸体的支撑应力σ0，并判断与加载闭合应力σ
c
是否满足以下平衡条件：
[0019]|σ
0-σ
c
|≤ε1[0020]式中，ε1是计算应力差值，MPa。
[0021]S25、如果不满足平衡条件，则重新修正形变量d
i,j
，重复步骤S23和S24；如果满足条件，则将形变量d
i,j
带入缝宽分布计算公式中，计算得到受压变形后的缝宽，公式如下：
[0022](b
stress
)
i,j
＝b
i,j-d
i,j
。
[0023]S3、在步骤S2计算的加载闭合应力的缝宽基础上，建立裂缝酸化的流动反应模型，并计算该时间节点处的酸蚀缝宽。具体步骤如下：
[0024]S31、首先输入酸液黏度μ、岩石密度ρ
rock
、岩石孔隙度酸液浓度酸溶解能力β、酸岩反应速率k
g
，设定注酸排量Q
set
、流出端压力P
out
、注入端压力P
inj_guess
；设定注酸时间t，并将时间离散为步长为Δt＝1s的微小时间步；然后根据步骤S25计算的缝宽(b
stress
)
i,j
以及裂缝酸化的流动物理模型计算各个网格节点位置处对应的压力场P。
[0025]S32、假设一个初始注入压力P
inj_guess
，求出在该注入压力下的压力场，随后再通过局部立方定律式计算注入流量Q
cal
，接着比较计算注入流量Q
cal
与设定注入流量Q
set
大小，最后通过牛顿循环迭代不断修正P
inj
，直到满足条件|Q
cal-Q
set
|≤ε2，ε2是计算注入流量差值，获得对应速度场分布。若不满足条件|Q
cal-Q
set
|≤ε2，则进行以下修正具体修正公式如下：
[0026]如果是第1次修正注入压力，并且计算注入流量Q
cal
＜0，那么：
[0027][0028]如果是第1次修正注入压力，并且计算注入流量Q
cal
≥0，那么：
[0029][0030]如果不是第1次修正注入压力，那么采用如下公式修正注入压力：
[0031]P
inj
＝C1P
old-C2P
old_before
[0032]C1＝(Q
old-Q
set
)/(Q
old-Q
cal
)
[0033]C2＝(Q
cal-Q
set
)/(Q
old-Q
cal
)
[0034]式中：Q
set
—模型设定注本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑闭合应力的裂缝岩样酸蚀缝宽数值计算方法，其特征在于，包括步骤如下：S1、构建未加载闭合应力的天然裂缝初始缝宽；S2、考虑碳酸盐岩弹性-弹塑性变形特征，建立碳酸盐岩裂缝受压变形模型，并计算闭合应力下的裂缝受压变形后的缝宽；S3、在步骤S2计算的加载闭合应力的缝宽基础上，建立裂缝酸化的流动反应模型，并计算该时间节点处的酸蚀缝宽；S4、在步骤S3计算得到的酸蚀缝宽的基础上，代入步骤S2，再进行步骤S3重新更新应力平衡后的酸蚀缝宽，得到下一个时间节点的酸蚀缝宽，循环迭代步骤S2和S3直至设定的注酸时间t，最终获取注酸结束时酸蚀缝宽分布。2.如权利要求1所述的考虑闭合应力的裂缝岩样酸蚀缝宽数值计算方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：S11、将采集自筛选目的层井下岩心或露头，沿天然裂缝延伸方向加工成标准API小岩柱或岩板；S12、将岩柱或岩板放置于岩心剖缝器上，采用巴西劈裂方式沿着天然裂缝剖缝，获取两个天然裂缝面；S13、获取两个裂缝面高程特征数据，再将获取的裂缝面高程数据的最小值作为基底位置，去掉裂缝面高程数据的基底，仅保留粗糙部分的特征，最后利用数据网格化软件将高程数据进行标准网格化；S14、沿着裂缝面长度、宽度、高度方向建立三维直角坐标系，构成裂缝面形貌高程矩阵，然后将建立的两个裂缝面形貌高程矩阵在三维空间内重新错位组合，建立起天然裂缝空间，得到每个网格单元内的初始缝宽b。3.如权利要求2所述的考虑闭合应力的裂缝岩样酸蚀缝宽数值计算方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下子步骤：S21、将缝宽分布数据存储为ASCII文件，利用程序读取并存储为缝宽分布矩阵b
i,j
；S22、输入包括裂缝面岩石的杨氏模量E、泊松比v、最大抗压强度σ
max
在内的岩石力学参数以及法向加载的闭合应力σ
c
；S23、假设一个裂缝网格的形变量d
i,j
，并建立裂缝受压变形平衡方程如下：式中，D0—初始时刻相应的半空间距离，W
i,j
—微凸体半空间处的形变，—微凸体长度，ΔL
i,j
—微凸体受力时自身的形变量；S24、计算裂缝表面所有微凸体的支撑应力σ0，并判断与加载闭合应力σ
c
是否满足以下平衡条件：|σ
0-σ
c
|≤ε1式中，ε1是计算应力差值，MPa；S25、如果不满足平衡条件，则重新修正形变量d
i,j
，重复步骤S23和S24；如果满足条件，则将形变量d
i,j
带入缝宽分布计算公式中，计算得到受压变形后的缝宽，公式如下：(b
stress
)
i,j
＝b
i,j-d
i,j
。4.如权利要求3所述的考虑闭合应力的裂缝岩样酸蚀缝宽数值计算方法，其特征在于，
所述步骤S3包括以下子步骤：S31、根据步骤S25计算的缝宽(b
stress
)
i,j
以及裂缝酸化的流动物理模型计算各个网格节点位置处对应的压力场P；S32、假设一个初始注入压力P
inj_guess
，求出在该注入压力下的压力场，随后再通过局部立方定律式计算注入流量Q
cal
，接着比较计算注入流量Q
cal
与设定注入流量Q
set
大小，最后通过牛顿循环迭代不断修正P
inj
，直到满足条件|Q
cal-Q
set
|≤ε2，ε2是计算注入流量差值，获得对应速度场分布；S33、通过速度场分布求解各个网格位置处的酸液浓度场分布；S34、结合缝宽分布、酸液速度场...

【专利技术属性】
技术研发人员：苟波，秦楠，郭建春，曾明勇，任冀川，王川，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：