一种碳酸盐岩酸化数值模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种碳酸盐岩酸化数值模拟方法，具体涉及油气田储层改造数值模拟领域。本发明专利技术通过获取碳酸盐岩目标区块的区块概况及基础资料，基于MATLAB软件建立碳酸盐岩酸化模型，设置岩石体系和酸液体系，确定计算区域并进行网格划分；根据碳酸盐岩目标区块的区块概况及基础资料，确定基质岩心信息、裂缝信息、溶洞信息以及酸液体系，设置各参数的初始值；利用碳酸盐岩酸化模型，针对酸液体系和岩石体系建立控制方程和辅助方程并进行数值模拟，求解控制方程和辅助方程，模拟碳酸盐岩酸化全过程。该方法综合考虑了碳酸盐岩油气藏复杂的储集结构，实现了对碳酸盐岩内部物质运移和反应的精准处理，在碳酸盐岩油气藏的酸化设计和高效开采中具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种碳酸盐岩酸化数值模拟方法
本专利技术涉及油气田储层改造数值模拟领域，具体涉及一种碳酸盐岩酸化数值模拟方法。
技术介绍
碳酸盐岩油气藏是全球油气资源储量的重要组成部分，我国广泛发育碳酸盐岩层系，蕴藏着丰富的油气资源，与常规砂岩油气藏不同的是，碳酸盐岩油气藏储层成藏过程更加复杂，沉积环境差异大，受后成岩作用影响显著，造成部分碳酸盐岩储层基质渗透率很低从使得采收率不高。碳酸盐岩酸化，是将酸液注入碳酸盐岩油气藏中，通过溶解碳酸盐岩岩石提高岩石渗透率，进一步提高碳酸盐岩油气藏采收率的一种增产措施。目前，碳酸盐岩酸化数值模拟方法主要包括经验模型法、微尺度模型法和连续介质模型法。经验模型法通过汇总总结碳酸盐岩酸化物理实验涉及到的实验参数以及酸化效果评价参数，结合分形理论及拟合理论得到实验参数和效果评价参数之间的对应关系，进而用于碳酸盐岩酸化施工设计的一种方法，该方法具有实施难度小的优点，但是该方法极度依赖碳酸盐岩物理实验结果，对于碳酸盐岩酸化物理实验的尺度、酸液的种类以及碳酸盐岩实验选用的岩石样本储层结构等参数及其敏感，导致最终形成的经验模型适用范围受限；微尺度模型法通过对碳酸盐岩内部的岩石骨架和孔隙进行显示处理，分别建立岩石骨架和孔隙内部流体运移和反应的控制方程，进而模拟碳酸盐岩酸化的整个过程，该方法具有模拟精度高的优点，但是该方法能够实施的先决条件是要精确获取模拟区域岩石骨架和孔隙的具体分布，但是目前精确获取的岩石骨架及其孔隙分布范围只能满足微米尺度要求，而实际碳酸盐岩油气藏应满足公里尺度，因此微尺度模型法目前仍然无法满足工程实践的需要；连续介质模型法依托连续介质假设理论和经典油藏数值模拟模型，认为研究对象充满整个研究区域，避免了对碳酸盐岩骨架和孔隙结构的显示处理，通过建立控制模型模拟碳酸盐岩酸化的整个过程，该方法能够满足具体工程要求的模拟范围，但是，连续介质模型法采用的经典油藏数值模拟模型其正确性在酸化过程中不能严格满足，因为酸化过程之中，碳酸盐岩部分基质会被酸液完全溶蚀从而出现自由区域，该区域不再是多孔介质区域，并且碳酸盐岩广泛发育裂缝和溶洞等特殊的储层结构，而经典油藏数值模拟模型只适用于多孔介质区域。综上所述，目前为止，上述模型方法在实际应用中都存在一定的局限性，并且在碳酸盐岩酸化数值模拟领域尚未形成成熟的理论与方法，因此，如何建立一套合理的碳酸盐岩酸化数值模拟方法，使其能够正确描述碳酸盐岩酸化过程中的物理规律以及处理碳酸盐岩油气藏不同的储集结构，对于碳酸盐岩酸化施工设计和碳酸盐岩油气藏的高效开采具有重要的意义。
技术实现思路
针对现有碳酸盐岩酸化数值模拟方法存在的不足，本专利技术提出了一种碳酸盐岩酸化数值模拟方法。本专利技术采用以下的技术方案：一种碳酸盐岩酸化数值模拟方法，具体包括以下步骤：步骤1，选取碳酸盐岩目标区块，获取目标区块的区块概况，收集目标区块基础资料，包括地震资料、测井资料和取芯资料；步骤2，基于MATLAB软件建立碳酸盐岩酸化模型，碳酸盐岩酸化模型设置有岩石体系、酸液体系，结合目标区块基础资料，确定碳酸盐岩酸化模型的计算范围，并对碳酸盐岩酸化模型的计算区域进行网格划分，设置碳酸盐岩酸化数值模拟时间t；步骤3，基于目标区块的取芯资料，选取基质岩心进行岩石物理实验，获取目标区块内的基质岩心信息，包括基质岩心的密度、孔隙度、渗透率、成分组成、比表面积、含量以及分布情况，并根据基质岩心信息，设置碳酸盐岩酸化模型岩石体系中基质岩心参数的初始值；步骤4，基于目标区块的取芯资料，选取基质岩心进行应力模拟实验，结合地震资料和测井资料，获取目标区块内的裂缝信息，包括裂缝的数量、方位、开度、粗糙度以及内部充填程度，设置岩石体系中裂缝参数的初始值；步骤5，基于目标区块的区块概况，结合取芯资料和地震资料，获取目标区块内的溶洞信息，包括溶洞的数量、大小、形状以及内部填充程度，设置岩石体系中溶洞参数的初始值；步骤6，结合目标区块的区块概况，进行目标区块酸化设计，确定碳酸盐岩酸化模型的酸液体系，包括酸液的流体组分、粘度、密度、浓度、扩散系数和含量，以及酸液与碳酸盐岩进行化学反应的本征速率和反应级数，并设置碳酸盐岩酸化模型中酸液体系参数的初始值；步骤7，基于碳酸盐岩酸化模型，针对酸液体系和岩石体系建立控制方程和辅助方程，具体包括以下子步骤：步骤7.1：建立孔隙度和渗透率辅助方程以及孔隙度和比表面积辅助方程；利用孔隙度和渗透率辅助方程计算酸化过程中岩石的渗透率，公式如下所示：式中，k0表示酸化初始时刻岩石的渗透率，单位为m2；k表示酸化过程中岩石的渗透率，单位为m2；利用孔隙度和比表面积辅助方程计算酸化过程中岩石的比表面积，公式如下所示：式中，S0表示酸化初始时刻岩石的比表面积，单位为m2；S表示酸化过程中岩石的比表面积，单位为m2；φ0,fluid表示酸化初始时刻的流体含量，单位为％，包括酸化初始时刻基质岩心、裂缝和溶洞内部的流体含量；步骤7.2：根据质量守恒定律，建立流体连续性方程计算流体的压力，公式如下所示：式中，ρliquid表示流体密度，单位为kg/m3；再根据动量守恒定律，建立Naier-Stokes-Darcy方程，将计算的酸化过程中流体的压力和岩石的渗透率代入Naier-Stokes-Darcy方程内，计算酸化过程中流体的速度，公式如下所示：式中，p表示流体的压力，单位为MPa；μ表示流体的粘度，单位为mPa·s；k表示岩石的渗透率，单位为m2；u表示流体的速度，单位为m/s；步骤7.3：根据质量守恒定律，建立酸液连续性方程，利用酸液连续性方程计算酸化过程中酸液的含量cacid，公式如下所示：式中，φfluid表示流体的含量，单位为％；cacid表示酸液的含量，单位为mol/m3；Dacid表示酸液的扩散系数，单位为m2/s；步骤7.4：根据质量守恒定律，建立岩石连续性方程，利用岩石连续性方程计算酸化过程中岩石的含量，公式如下所示：其中，式中，φsolid表示岩石的含量，单位为％；ρsolid表示岩石的密度，单位为kg/m3；t表示酸化数值模拟时间，单位为s；S表示岩石的比表面积，单位为1/m；Msolid表示岩石的摩尔质量，单位为g/mol；Racid表示酸液体系中酸液的化学反应速率，单位为mol/(m2·s)；ks表示酸液与碳酸盐岩进行化学反应的本征速率，单位为mol1-n/(m2-3n·s)；n表示酸液与碳酸盐岩进行化学反应的反应级数，单位为1；cacid表示酸液的含量，单位为mol/m3；步骤8，基于MATLAB软件，利用碳酸盐岩酸化模型进行碳酸盐岩酸化数值模拟，求解碳酸盐岩酸化模型中酸液体系、岩石体系的控制方程和辅助方程，模拟碳酸盐岩酸化全过程。优选地，所述步骤2中，岩石体系包括基质岩心、裂缝和溶洞。优选地，所述步骤3中，基质岩心参数包括岩石的含量、密度、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳酸盐岩酸化数值模拟方法，其特征在于，具体包括以下步骤：/n步骤1，选取碳酸盐岩目标区块，获取目标区块的区块概况，收集目标区块基础资料，包括地震资料、测井资料和取芯资料；/n步骤2，基于MATLAB软件建立碳酸盐岩酸化模型，碳酸盐岩酸化模型设置有岩石体系、酸液体系，结合目标区块基础资料，确定碳酸盐岩酸化模型的计算范围，并对碳酸盐岩酸化模型的计算区域进行网格划分，设置碳酸盐岩酸化数值模拟时间t；/n步骤3，基于目标区块的取芯资料，选取基质岩心进行岩石物理实验，获取目标区块内的基质岩心信息，包括基质岩心的密度、孔隙度、渗透率、成分组成、比表面积、含量以及分布情况，并根据基质岩心信息，设置碳酸盐岩酸化模型岩石体系中基质岩心参数的初始值；/n步骤4，基于目标区块的取芯资料，选取基质岩心进行应力模拟实验，结合地震资料和测井资料，获取目标区块内的裂缝信息，包括裂缝的数量、方位、开度、粗糙度以及内部充填程度，设置岩石体系中裂缝参数的初始值；/n步骤5，基于目标区块的区块概况，结合取芯资料和地震资料，获取目标区块内的溶洞信息，包括溶洞的数量、大小、形状以及内部填充程度，设置岩石体系中溶洞参数的初始值；/n步骤6，结合目标区块的区块概况，进行目标区块酸化设计，确定碳酸盐岩酸化模型的酸液体系，包括酸液的流体组分、粘度、密度、浓度、扩散系数和含量，以及酸液与碳酸盐岩进行化学反应的本征速率和反应级数，并设置碳酸盐岩酸化模型中酸液体系参数的初始值；/n步骤7，基于碳酸盐岩酸化模型，针对酸液体系和岩石体系建立控制方程和辅助方程，具体包括以下子步骤：/n步骤7.1：建立孔隙度和渗透率辅助方程以及孔隙度和比表面积辅助方程；/n利用孔隙度和渗透率辅助方程计算酸化过程中岩石的渗透率，公式如下所示：/n...

【技术特征摘要】
1.一种碳酸盐岩酸化数值模拟方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，选取碳酸盐岩目标区块，获取目标区块的区块概况，收集目标区块基础资料，包括地震资料、测井资料和取芯资料；
步骤2，基于MATLAB软件建立碳酸盐岩酸化模型，碳酸盐岩酸化模型设置有岩石体系、酸液体系，结合目标区块基础资料，确定碳酸盐岩酸化模型的计算范围，并对碳酸盐岩酸化模型的计算区域进行网格划分，设置碳酸盐岩酸化数值模拟时间t；
步骤3，基于目标区块的取芯资料，选取基质岩心进行岩石物理实验，获取目标区块内的基质岩心信息，包括基质岩心的密度、孔隙度、渗透率、成分组成、比表面积、含量以及分布情况，并根据基质岩心信息，设置碳酸盐岩酸化模型岩石体系中基质岩心参数的初始值；
步骤4，基于目标区块的取芯资料，选取基质岩心进行应力模拟实验，结合地震资料和测井资料，获取目标区块内的裂缝信息，包括裂缝的数量、方位、开度、粗糙度以及内部充填程度，设置岩石体系中裂缝参数的初始值；
步骤5，基于目标区块的区块概况，结合取芯资料和地震资料，获取目标区块内的溶洞信息，包括溶洞的数量、大小、形状以及内部填充程度，设置岩石体系中溶洞参数的初始值；
步骤6，结合目标区块的区块概况，进行目标区块酸化设计，确定碳酸盐岩酸化模型的酸液体系，包括酸液的流体组分、粘度、密度、浓度、扩散系数和含量，以及酸液与碳酸盐岩进行化学反应的本征速率和反应级数，并设置碳酸盐岩酸化模型中酸液体系参数的初始值；
步骤7，基于碳酸盐岩酸化模型，针对酸液体系和岩石体系建立控制方程和辅助方程，具体包括以下子步骤：
步骤7.1：建立孔隙度和渗透率辅助方程以及孔隙度和比表面积辅助方程；
利用孔隙度和渗透率辅助方程计算酸化过程中岩石的渗透率，公式如下所示：



式中，k0表示酸化初始时刻岩石的渗透率，单位为m2；k表示酸化过程中岩石的渗透率，单位为m2；
利用孔隙度和比表面积辅助方程计算酸化过程中岩石的比表面积，公式如下所示：



式中，S0表示酸化初始时刻岩石的比表面积，单位为m2；S表示酸化过程中岩石的比表面积，单位为m2；φ0,fluid表示酸化初始时刻的流体含量，单位为％，包括酸化初始时刻基质岩心、裂缝和溶洞内部的流体含量；
步骤7.2：根据质量守恒定律，建立流体连续性方程计算流体的压力，公式如下所示：



式中，ρliquid表示流体密度，单位为kg/m3；
再根据动量守恒定律，建立Naier-Stokes-Darcy方程，将计算的酸化过程中流体...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾存奇，姚军，宋文辉，黄朝琴，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37