一种考虑复杂滤失介质的酸压裂缝体刻蚀形态计算方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑复杂滤失介质的酸压裂缝体刻蚀形态计算方法，重点考虑了酸化压裂过程中天然裂缝及酸蚀蚓孔带来的动态滤失，采用数值方法计算以上的滤失过程，最终基于酸液浓度计算酸刻蚀形态。计算方程包括裂缝扩展网格内的天然裂缝内流体压力平均滤失速度、水力裂缝几何形态、基质内的压力分布、天然裂缝及水力裂缝内酸液浓度分布、酸液对水力裂缝、天然裂缝酸刻蚀宽度、酸蚀蚓孔长度等。本发明专利技术原理可靠，计算高效，有利于准确计算裂缝性储层酸化压裂的裂缝刻蚀形态，提高酸化压裂施工参数优化的准确性，对裂缝性碳酸盐岩储层酸压设计具有指导意义。

A calculation method of etching morphology of acid fracturing fracture body considering complex filtration medium

【技术实现步骤摘要】
一种考虑复杂滤失介质的酸压裂缝体刻蚀形态计算方法
本专利技术涉及石油工程
，具体涉及一种考虑复杂滤失介质的酸压裂缝体刻蚀形态计算方法。
技术介绍
近年来，深层裂缝性碳酸盐岩储层在四川盆地、塔里木盆地多有发现，业已成为国内油气勘探开发的重点领域。此类储层天然裂缝发育，基质储渗能力相对较差，酸化压裂是改造此类储层的主要手段之一。酸化压裂(简称酸压)是指在高于储层破裂压力条件下，将酸液挤入储层，在储层中形成水力裂缝。同时酸液与裂缝壁面岩石发生化学反应，非均匀刻蚀裂缝壁岩石，形成沟槽状或凹凸不平的刻蚀形态，使得施工结束后水力裂缝不完全闭合最终形成具有一定几何尺寸和导流能力的酸蚀裂缝，实现油气井增产。酸压过程中，酸液沿天然裂缝大量滤失，同时酸液对天然裂缝壁面的高渗透区域进行差异性溶蚀，形成酸蚀蚓孔，极大的增加了酸化压裂过程中的酸液动态滤失，制约着酸化压裂对储层的改造效果。同时，酸液在滤失进入天然裂缝的过程中也会对天然裂缝的壁面进行刻蚀，进而形成具有一定流动能力的通道，增加生产过程中由水力裂缝及天然裂缝构成的“酸压裂缝体”的整体流动能力。因此，对天然裂缝、酸蚀蚓孔滤失的精细描述及对“酸压裂缝体”刻蚀形态的精细描述对酸压优化设计至关重要。目前常用的酸刻蚀形态计算方法一般通过直接给定水力裂缝形态，进而在此基础上对水力裂缝内的酸液流动-传质-反应进行模拟(薛衡,黄祖熹,赵立强,等.考虑岩矿非均质性的前置液酸压模拟研究[J].天然气工业,2018,38(2):59-66.)，而对于水力裂缝内酸液滤失的描述一般采用修正后的卡特滤失系数。目前对于酸压过程中蚓孔滤失的描述多基于双尺度蚓孔扩展模型(党录瑞,周长林,黄媚,等.考虑多重滤失效应的前置液酸压有效缝长模拟[J].天然气工业,2018,38(7):65-71.)，该模型计算量极大，可计算尺度小，无法较好的应用于油田现场。对于天然裂缝的滤失则多采用解析解进行计算(UGURSALA.,ZHUD.,&HILLA.,D.(2019,February1).DevelopmentofAcidFracturingModelforNaturallyFracturedReservoirs.SocietyofPetroleumEngineers.doi:10.2118/189834-PA.)，该方法过于简化天然裂缝的计算，无法准确预测天然裂缝带来的动态滤失。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种考虑复杂滤失介质的酸压裂缝体刻蚀形态计算方法,重点考虑酸化压裂过程中天然裂缝及酸蚀蚓孔带来的动态滤失，并采用数值方法计算考虑的滤失过程，最终基于酸液浓度计算酸刻蚀形态；本专利技术采用下述的技术方案：一种考虑复杂滤失介质的酸压裂缝体刻蚀形态计算方法，包括以下步骤：S1、基于假设的基质压力在时间步内预估酸液向天然裂缝、基质的总滤失量，计算裂缝扩展网格内的平均滤失速度；S2、根据步骤S1中的平均滤失速度，通过水力裂缝扩展模型计算水力裂缝内流体压力，进一步计算水力裂缝几何形态；S3、根据步骤S2中获得的水力裂缝几何形态以及水力裂缝内流体压力，计算基质内的压力分布；S4、将步骤S3中计算所得的基质内压力分布与步骤S1中假设的基质内压力分布进行对比，如不符合误差预期，则将步骤S3中计算所得的基质内压力分布作为假设压力，带入步骤S1中，重复步骤步骤S1-S4，直至压力差值小于误差阈值；S5、利用步骤S1-S4获得的水力裂缝几何形态和水力裂缝、天然裂缝内的流体压力，计算天然裂缝及水力裂缝内的流体流动速度；S6、根据步骤S5中的流体流动速度，计算天然裂缝及水力裂缝内的酸液浓度分布；S7、根据步骤S6中的酸液浓度分布，计算酸液对水力裂缝、天然裂缝的酸刻蚀宽度，并更新天然裂缝和水力裂缝的几何形态；S8、根据计算获得的酸液浓度分布及平均滤失速度，计算酸蚀蚓孔扩展速率，进一步计算酸蚀蚓孔长度；基于计算的酸蚀蚓孔长度，更新基质岩体渗透率分布；S9、将计算获得的天然裂缝、水力裂缝几何参数、水力裂缝、天然裂缝内流体压力、基质渗透率参数作为初始参数带入步骤S1，重复步骤S1-S8，直至计算时间步结束。优选的，步骤S1中，酸液向天然裂缝、基质的总滤失量和裂缝扩展网格内的平均滤失速度方程分别为：1)、向天然裂缝的滤失量：所述天然裂缝内流体压力pnf为：2)、向基质的滤失量：3)、平均滤失速度式中，qinf,i为时间步内单元格内滤失进入第i条天然裂缝的酸液量，m3；t为计算时间步，s；hpay为储层厚度，m；Lnf为天然裂缝长度，m；ulnf为水力裂缝向天然裂缝内的流体滤失速度，m/s；x为油藏长度方向坐标，m；y为油藏宽度方向位置坐标，m；z为油藏高度方向位置坐标，m；tp为水力裂缝扩展时间步，s；wnf为水力裂缝宽度，m；vlm为时间步内单元格向基质的酸液滤失速度，m3；kmx、kmy分别为x、y方向油藏渗透率分布，m2；μ为流体粘度，Pa·s；phf为水力裂缝内流体压力，Pa；pm为基质内流体压力，Pa；qlm为时间步内单元格内滤失基质的酸液量，m3；hhf为水力裂缝缝高，m；uL为时间步内单元格内酸液的平均滤失速度，m/s；Am为单元格水力裂缝壁面面积，m2。优选的，步骤S2中，所述水力裂缝内流体压力及几何形态由以下方程迭代计算获得：式中，Ahf为水力裂缝截面积，m2；hhf为水力裂缝高度，m；phf水力裂缝内的流体压力,Pa；whf为水力裂缝宽度，m；hi第i层内的水力裂缝高度，m；G为储层岩石剪切模量，Pa；σi第i层内的地应力，Pa；μ流体粘度，Pa·s；tp为水力裂缝扩展时间步，s。优选的，步骤S3中，所述基质内的压力分布方程为：kmx，kmz分别为基质在油藏x、y方向的渗透率，m2；φ为基质岩石孔隙度，无因次；Ct为储层岩石综合压缩系数，Pa-1；ρl为流体密度，kg/m3；pm为基质内流体压力，Pa；μ为流体粘度，Pa·s；ql为裂缝内流体滤失进入基质所造成的源项，kg·m-3·s-1。优选的，步骤S4中，所述误差的阈值范围为千分之一至万分之一。优选的，步骤S5中，所述流体流动速度分布方程包括：1)、水力裂缝内流动方程：2)、天然裂缝内流动方程：wnf为天然裂缝宽度，m；pnf为天然裂缝内流体压力，Pa；ux，uz分别为水力裂缝内长度和高度方向上酸液流动速度，m/s；vy，vz分别为天然裂缝长度和高度方向上酸液流动速度，m/s。优选的，步骤S6中，所述天然裂缝及水力裂缝内酸液浓度分布方程包括：1)、水力裂缝内浓度计算方程：2)、天然裂缝内浓度计算方程：式中，Cnf，Chf为天然裂缝及水力裂缝内缝宽方向上的平均酸液浓度,mol/m3；kg为酸液传质系数，m/s；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑复杂滤失介质的酸压裂缝体刻蚀形态计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、基于假设的基质压力在时间步内预估酸液向天然裂缝、基质的总滤失量，计算裂缝扩展网格内的平均滤失速度；/nS2、根据步骤S1中的平均滤失速度，通过水力裂缝扩展模型计算水力裂缝内流体压力，进一步计算水力裂缝几何形态；/nS3、根据步骤S2中获得的水力裂缝几何形态以及水力裂缝内流体压力，计算基质内的压力分布；/nS4、将步骤S3中计算所得的基质内压力分布与步骤S1中假设的基质内压力分布进行对比，如不符合误差预期，则将步骤S3中计算所得的基质内压力分布作为假设压力，带入步骤S1中，重复步骤步骤S1-S4，直至压力差值小于误差阈值；/nS5、利用步骤S1-S4获得的水力裂缝几何形态和水力裂缝、天然裂缝内的流体压力，计算天然裂缝及水力裂缝内的流体流动速度；/nS6、根据步骤S5中的流体流动速度，计算天然裂缝及水力裂缝内的酸液浓度分布；/nS7、根据步骤S6中的酸液浓度分布，计算酸液对水力裂缝、天然裂缝的酸刻蚀宽度，并更新天然裂缝和水力裂缝的几何形态；/nS8、根据计算获得的酸液浓度分布及平均滤失速度，计算酸蚀蚓孔扩展速率，进一步计算酸蚀蚓孔长度；基于计算的酸蚀蚓孔长度，更新基质岩体渗透率分布；/nS9、将计算获得的天然裂缝、水力裂缝几何参数、水力裂缝、天然裂缝内流体压力、基质渗透率参数作为初始参数带入步骤S1，重复步骤S1-S8，直至计算时间步结束。/n...

【技术特征摘要】
1.一种考虑复杂滤失介质的酸压裂缝体刻蚀形态计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基于假设的基质压力在时间步内预估酸液向天然裂缝、基质的总滤失量，计算裂缝扩展网格内的平均滤失速度；
S2、根据步骤S1中的平均滤失速度，通过水力裂缝扩展模型计算水力裂缝内流体压力，进一步计算水力裂缝几何形态；
S3、根据步骤S2中获得的水力裂缝几何形态以及水力裂缝内流体压力，计算基质内的压力分布；
S4、将步骤S3中计算所得的基质内压力分布与步骤S1中假设的基质内压力分布进行对比，如不符合误差预期，则将步骤S3中计算所得的基质内压力分布作为假设压力，带入步骤S1中，重复步骤步骤S1-S4，直至压力差值小于误差阈值；
S5、利用步骤S1-S4获得的水力裂缝几何形态和水力裂缝、天然裂缝内的流体压力，计算天然裂缝及水力裂缝内的流体流动速度；
S6、根据步骤S5中的流体流动速度，计算天然裂缝及水力裂缝内的酸液浓度分布；
S7、根据步骤S6中的酸液浓度分布，计算酸液对水力裂缝、天然裂缝的酸刻蚀宽度，并更新天然裂缝和水力裂缝的几何形态；
S8、根据计算获得的酸液浓度分布及平均滤失速度，计算酸蚀蚓孔扩展速率，进一步计算酸蚀蚓孔长度；基于计算的酸蚀蚓孔长度，更新基质岩体渗透率分布；
S9、将计算获得的天然裂缝、水力裂缝几何参数、水力裂缝、天然裂缝内流体压力、基质渗透率参数作为初始参数带入步骤S1，重复步骤S1-S8，直至计算时间步结束。


2.根据权利要求1所述的一种考虑复杂滤失介质的酸压裂缝体刻蚀形态计算方法，其特征在于，步骤S1中，酸液向天然裂缝、基质的总滤失量和裂缝扩展网格内的平均滤失速度方程分别为：
1)、向天然裂缝的滤失量：






所述天然裂缝内流体压力pnf为：



2)、向基质的滤失量：






3)、平均滤失速度



式中，qinf,i为时间步内单元格内滤失进入第i条天然裂缝的酸液量，m3；t为计算时间步，s；hpay为储层厚度，m；Lnf为天然裂缝长度，m；ulnf为水力裂缝向天然裂缝内的流体滤失速度，m/s；x为油藏长度方向坐标，m；y为油藏宽度方向位置坐标，m；z为油藏高度方向位置坐标，m；tp为水力裂缝扩展时间步，s；wnf为水力裂缝宽度，m；vlm为时间步内单元格向基质的酸液滤失速度，m3；kmx，kmy分别为基质在油藏x、y方向油藏渗透率分布，m2；μ为流体粘度，Pa·s；phf为水力裂缝内流体压力，Pa；pm为基质内流体压力，Pa；qlm为时间步内单元格内滤失基质的酸液量，m3；hhf为水力裂缝缝高，m；uL为时间步内单元格内酸液的平均滤失速度，m/s；Am为单元格水力裂缝壁面面积，m2。


3.根据权利要求1所述的一种考虑复杂滤失介质的酸压裂缝体刻蚀形态计算方法，其特征在于，步骤S2中，所述水力裂缝内流体压力及几何形态由以下方程迭代计算获得：






式中，Ahf为水力裂缝截面积，m2；hhf为水力裂缝高度，m；phf水力裂缝内的流体压力,Pa；whf为水力裂缝宽度，m；hi第i层内的水力裂缝高度，m；G为储层岩石剪切模量，Pa；σi第i层内的地应力，Pa；μ流体粘度，Pa·s；uL为时间步内单元格内酸液的平均滤失速度，m/s；tp为水力裂缝扩展时间步，s。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭建春，任冀川，苟波，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51