酸化培训班砂岩酸化设计实用教案

1经验(jngyn)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(jnxng)酸化效果预测。第1页/共62页第一页，共62页。2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(binhu)，地层伤害带浓度变化(binhu)及多层影响无效果预测方法第2页/共62页第二页，共62页。3优化设计:选择最佳方案(fng n)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(fng n)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(fng n)第3页/共62页第三页，共62页。4优化设计的主要(zhyo)(zhyo)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(fngchng)的求解及编程第4页/共62页第四页，共62页。5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(shyng)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(nnggu)(nnggu)提供的信息: :第5页/共62页第五页，共62页。6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(zng chn)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(zhyo)模型第6页/共62页第六页，共62页。7(一) 井筒(jn tn)温度场模拟1. 井筒温度模拟(mn)的意义温度(wnd)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第7页/共62页第七页，共62页。8稳态解析(ji x)模型非稳态（或称瞬态）换热模型(mxng)Moss，Lessem模型(mxng)Ramay模型(mxng)Suquier模型(mxng)Eeickmier模型等第8页/共62页第八页，共62页。9基于稳态衡线热源(ryun)假设的解析计算方法AZZATTAZZTtZThbTbfTbHTbHexp)(),(第9页/共62页第九页，共62页。104 4、 数值数值(shz)(shz)计算方法计算方法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(hl)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TbbzZZTT第10页/共62页第十页，共62页。11qinjqT0,j-1/2T1,jT2,j-1/2T3,jT4,jT5,j r0 r1 r2 r3 r4 r5 T6,j2)2)单元体单元体( (网格网格(wn )(wn )系统系统) )的划的划分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(shun)环单元体及若干油藏单元体第11页/共62页第十一页，共62页。122)单元体(网格(wn )系统)的划分径向(jn xin)单元体划分示意图 r0 r1 r2 r3 r4 r5 rN2-3 rN2-2 rN2-1 rN2T0,j T1,j T2,j T3,j T4,j T5,j TN2-3 TN2-2 TN2-1 TN2第12页/共62页第十二页，共62页。13 地面 r0 r1 r2 r3 r4 r5 r6 rN-3 rN-2 rN-1 rNZ1Z2ZjZj+1Zm-1Zm纵向纵向(zn xin)(zn xin)上单元体划分示意上单元体划分示意图图第13页/共62页第十三页，共62页。143)模型(mxng)的建立及求解据热平衡方程式：单位时间(shjin)内流入单元体的热量单位时间(shjin)流出单元体的热量单位时间(shjin)内单元体内热量的变化0非稳态模型(mxng)jNnjNjNnjNjNjinjijinjijinjijijnjjnjjFTbTaFTdTbTaFTdTb, 11, 1, 11, 2, 1,1, 1,1,1, 1, 11, 2, 11, 1, 1第14页/共62页第十四页，共62页。15bjjbjijZZZaTTT5 . 00,021, 0初始条件上面公式迭代求出tn+1时刻整个油管内液体(yt)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。第15页/共62页第十五页，共62页。161. 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(yj)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(mxng)(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。第16页/共62页第十六页，共62页。17(2)地层温度场模型(mxng)的建立径向(jn xin)单元体划分示意图 r0 r1 r2 r3 r4 r5 rN2-3 rN2-2 rN2-1 rN2T0,j T1,j T2,j T3,j T4,j T5,j TN2-3 TN2-2 TN2-1 TN2第17页/共62页第十七页，共62页。18微元体划分(hu fn)示意图第18页/共62页第十八页，共62页。19 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(fnb)的偏微分方程：tTBBrTrAArT220tTTwrrwRRrTTeRtTT 0 边界条件初始条件第19页/共62页第十九页，共62页。20 酸液与储层矿物(kungw)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(hun xn)带内，酸浓度的变化为CAi2, 11jnmjnmjjACCC酸岩反应放出(fn ch)的热量HHCxrrqAnkikiire,322110ri,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 1,2211,1,1nkikiinkirrnkiLLinTxrrccq第20页/共62页第二十页，共62页。21100011njmmnjLLnjnjnjjCCCCHTjnjnjTTTT任意tn时刻(shk)，rj处的地层温度TTj可表示为：热量(rling)平衡方程式inreqq第21页/共62页第二十一页，共62页。22(3) 储层温度场数值计算(j sun)模型的建立WRWDTTTTTwwDrVtt0wDrrrDDDDDDDtTBBBrTrAAArT22引入无因次量初始条件外边界条件内边界条件1100Re1DwDDtDrrDrDTTT第22页/共62页第二十二页，共62页。2311rLLLwwcVrAAA011wwrLLLVrcBBBDnDinDiiDinDinDiDiiDinDinDinDitTTBBBrTTrAAArTTT11112111112隐式差分(ch fn)构造数值模型)(1)(10000,11111111初始条件边界条件iDirrrnDrnDinDiinDiinDiiTTTFTBTATCweDD数值(shz)模型第23页/共62页第二十三页，共62页。24(4)储层温度场数值(shz)模型的求解2, 2 , 1211111111111111121111222222NiBFTATCFTBTATCFTBTANNnDNNnDNNinDiinDiinDiinDnD矩阵(j zhn)形式1121111121!112221122222NNinDNnDinDnDNNiiiBFFFFTTTTACBACBACAC第24页/共62页第二十四页，共62页。25求解(qi ji)步骤：1)不考虑酸岩反应热时的储层温度分布(fnb)计算whFnDIwhniTTTTT112)2)酸岩反应热的计算酸岩反应热的计算(j sun)(j sun)1,1,31,11,110nkirrnkiLLnkiAnkiccHHCT3)3)考虑酸岩反应热后的储层温度分布计算考虑酸岩反应热后的储层温度分布计算1,1,1,nkinkinkiTTTT第25页/共62页第二十五页，共62页。261.1.集总参数模型集总参数模型(mxng)(mxng)(解析模解析模型型(mxng)(mxng)11(11DjDiAcAcDaDijtANNNEXPC)(expDjDiAcDatANN酸浓度(nngd)分布矿物浓度(nngd)分布DjjDaiDjDiAcAcjDaijmDiANtANNNC,exp11exp11第26页/共62页第二十六页，共62页。270,CCCDijjHFimrmrmjmDijmiCCCCC)(0,2/)1(A2DiDir)(KRoijoaroTTRTTEEXPKoijCCDijCwwmrmoRdaVwrCCKN.)(rDi=ri/rw其中(qzhng)无因次参数第27页/共62页第二十七页，共62页。282.2.分布参数模型分布参数模型(mxng)(mxng)(数值计算模型数值计算模型(mxng)(mxng)全面考虑温度多组分矿物多层及地层(dcng)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第28页/共62页第二十八页，共62页。29(1)(1)假设条件假设条件(tiojin)(tiojin) 1) 1)忽略分子扩散作用；忽略分子扩散作用； 2) 2)孔隙中酸浓度与孔隙壁面酸浓度相同；孔隙中酸浓度与孔隙壁面酸浓度相同； 3) 3)储层岩石可分为有限的几种矿物成分，酸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与不同矿物的反应分别按各自的动力学方程进行；行； 4) 4)酸在储层孔隙中呈单相径向流动；酸在储层孔隙中呈单相径向流动； 5) 5)注处理液时，假定储层中的碳酸盐类已由注处理液时，假定储层中的碳酸盐类已由前置液中前置液中HCLHCL溶解，处理液中溶解，处理液中HCLHCL不再参加反应。不再参加反应。第29页/共62页第二十九页，共62页。30(2)单元体的划分(hu fn)块中心(zhngxn)网格示意图第30页/共62页第三十页，共62页。31 微元体选取微元体选取(xunq)(xunq)示意图示意图第31页/共62页第三十一页，共62页。32(3)酸浓度、矿物(kungw)浓度分布模型q)s,=(j t)C-(1 r C tC)( jjrRu酸岩反应摩尔平衡(pnghng)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(fn yng s d)RJjjR1 jr q)s,=(J )(jr ij CCCkrjrj硅质矿物溶解速度第32页/共62页第三十二页，共62页。33初始条件和边界条件j 0f ejf ej 0ejej viwjj 0jC=t), R(rC 0,=t),RC(rC=t),(RC 0,=t),C(RC=t),(rC , 0) 0 ,() 0 ,(C , 0) 0 ,(wrCCrrC第33页/共62页第三十三页，共62页。34在井深方向上非均质的砂岩油藏(yu cn)，按渗透率的差异可在垂向上划分为N个互不连通的小层第34页/共62页第三十四页，共62页。35定义(dngy)无因次参数0CCCDLjirKjLjirKjDjCCCCC,0,wDrrrwKwDrVtt00,0 ,01,wjwKirjKjKnrjiKDAjVrCCKNirjjjkACjCCCN0001矿物(kungw)j的Damkohler数矿物(kungw)j的酸溶量数第35页/共62页第三十五页，共62页。36KKniKnDiKD01,1,KnKKnDiKDVV1, 101,11KnDiDiDKnDiKnirtuA1,1,1,2KnDjiJjKnDAjiKnDiDKniCNtB1,11,1,1,DKnDiKnDiACjKnDajiKnitVCNND1,1,1,1,第36页/共62页第三十六页，共62页。37无因次化酸浓度、矿物浓度分布(fnb)模型JjKDjKDAjKDDkDDKDDkDCNCrCrUtC1KDKDjKDKACjKDAjDKDjVCCNNtC酸浓度(nngd)分布矿物(kungw)(kungw)浓度分布j=qj=q快反应矿物(kungw)(kungw)j=sj=s慢反应矿物(kungw)(kungw)第37页/共62页第三十七页，共62页。38边界条件0, 11, 1DKDjDKDtCtC1,0,DwefnKDjDwefnKDtrrCtrrC1,0,DwefnDKDjDwefnDKDtrRrCtrRrC初始条件10 ,00 ,DKDjDKDrCrC第38页/共62页第三十八页，共62页。390,0,expTRTTTTTEKKKniKniajrojKnrjiArrhenius方程(温度(wnd)影响)第39页/共62页第三十九页，共62页。40(4)有效作用(zuyng)半径的确定数值计算方法求解酸浓度(nngd)分布方程KnDiC,iKefnrR=KnDiC,100md 粘土含量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K10md 粘土含量5% 用7.5%HCl或10%乙酸 绿泥石含量高 用5%乙酸 第54页/共62页第五十四页，共62页。55122%0)()1 (77.3HCLwdmprrCV用量计算(j sun)：碳酸盐岩含量(%)盐酸浓度(%)812-15方法(fngf)一：方法(fngf)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： V1Vcaco3/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 西南石油学院第55页/共62页第五十五页，共62页。562)处理(chl)液一般配方：(3-6)%HF+(1015)%HCl CaCO3含量高时，取3HF%+(1215%)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 Comoco Inc.推荐： (1)HCl可溶物含量20%，只用HCl，浓度15% (2)HCl可溶物含量100md 石英含量高(80%)，粘土(zhn t)含量(20%) 用13.5%HCl+1%HF 粘土(zhn t)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K10md 低粘土(zhn t)含量(5%) 用6%HCl+1.5%HF 绿泥石含量高 用3%HCl+0.5%HF 第56页/共62页第五十六页，共62页。57西南(xnn)石油学院污染程度粘土含量HF 浓度，轻微14.534土酸用量确定(qudng)方法：经验(jngyn)方法 3.28193322 2dwdwHFarrrrCVV第57页/共62页第五十七页，共62页。583726524321140 xcycxycxcycxccVa2141312113102928zxczyczxczcycxycyxc32021921831721615zyczxycyzxczxczycxyzc设计(shj)计算方法Va=tfQ 估算( sun)法每米地层(dcng)用酸量1.22 m3/m3)后置液：选用方法同前置液4)顶替液（4NH4Cl水溶液或活性水）第58页/共62页第五十八页，共62页。59YESYESYES注入液到达处理段？NO注完前置液？NOYES计算各小段参数：液量、流速、温度分布、反应热、HF酸浓度、孔隙度、渗透率及增产倍比等ref,krd,kNOYES处理液到达处理段？NO 计算各小段参数：液量、流速、温度分布、反应热、酸浓度、碳酸盐浓度、孔隙度、渗透率分布等。注完处理液？记录各级液量及其他数据还计算否？YESref,krd,kNO计算结果存盘，打印输出NO调整参数计算吗？结 束YES显示方案并非最佳原始数据输入伤害资料处理计算、选择施工参数计算低压替酸时井筒温度分布计算tn+1时井筒温度分布开始经济评价YES图1.8 砂岩储层酸化模拟程序流程图三、砂岩三、砂岩(sh yn)储层优化设计计算与模拟程序储层优化设计计算与模拟程序逻辑逻辑第59页/共62页第五十九页，共62页。60砂岩储层酸化设计程序主 控 模 块打印模块计算模块输入模块屏幕输出模块使用帮助和辅助功能施工压力设计参数主要温度参数酸浓度分布矿物浓度分布渗透率孔隙度分布原始数据打印计算数据及曲线打印施工方案输出原始数据输入创建数据库井筒温度场模拟地层温度分布模拟盐酸浓度分布模拟孔隙度渗透率模拟增产效果预测施工参数模拟氢氟酸浓度分布模拟矿物浓度分布模拟井筒温度分布地层温度分布施工规模及液体配方酸化效果综合预测资料砂岩储层酸化酸化设计(shj)程序结构图第60页/共62页第六十页，共62页。61第61页/共62页第六十一页，共62页。62感谢您的观看(gunkn)！第62页/共62页第六十二页，共62页。