复杂非均质碳酸盐岩储层水平井酸化高效布酸基础理论研究

Aiming at solving technical problems of acidizing horizontal wells in complex anisotropic carbonate reservoirs, large-scale 3D visual experimental methods are built to characterize the whole process of wormhole dynamic propagation. By this means, wormhole propagation mechanism in carbonate reservoir with complex heterogeneity and diverting mechanism of VES self-diverting acid controlled by multiple factors are deeply researched. An overall 3D wormhole propagation model affected by three scales of heterogeneities is proposed to simulate the 3D propagation, competition and diverting process under real formation condition, thus horizontal well acidizing theory is enriched. After that, a multifactor-controlled VES diverting model is built to combine with horizontal well wellbore flow model and overall 3D wormhole propagation model to set up the comprehensive theoretical model for horizontal well high-efficiency acidizing. On this basis, effective acid-placement models for different acidizing technologies are proposed to optimize technologies and operating parameters. Staged acidizing technology and diverting acidizing technology for horizontal wells are then developed, and stimulation effect is improved most economically.

针对复杂非均质性碳酸盐岩储层水平井酸化的技术难题，设计应用大尺度三维可视化实验手段模拟酸蚀蚓孔的动态延伸过程，深入研究复杂非均质性碳酸盐岩储层条件下的蚓孔扩展延伸机理和VES自转向酸在多因素控制机制下的转向机理,建立三重非均质尺度下的全局蚓孔延伸三维数学模型，模拟真实地层条件下蚓孔的立体延伸、竞争发育和转向扩展的动态过程，丰富长井段水平井酸化理论。同时建立多因素控制机制下描述VES自转向酸转向行为的数学模型，并与水平井非均质伤害模型、水平井变质量井筒流动模型和蚓孔立体延伸模型结合，建立复杂非均质性碳酸盐岩储层水平井高效酸化的综合理论模型，提出不同工艺条件下水平井有效布酸的仿真数学模型，优化水平井酸化工艺方法，推动水平井分段酸化和转向酸化工艺技术集成发展，大幅度提升酸化效果。

针对复杂碳酸盐岩储层水平井高效酸化解堵中的关键科学技术问题，紧密围绕酸蚀蚓孔扩展机理、延伸规律及其影响因素等核心问题，基于局部反应、对流扩散和连续介质理论，结合反应动力学、三维CT成像扫描等实验方法，采用理论分析和数值模拟相结合的手段，建立了酸蚀蚓孔全三维延伸数学模型，实现了蚓孔延伸、竞争和发育的全三维精准动态模拟。基于流变实验研究，构建了多控因素下的转向酸变黏本构方程，形成了转向酸酸化综合控制方程和模拟方法。以伤害特征描述、酸化模式优选、工艺参数优化和酸化后评估为主线，形成了一套水平井高效酸化全三维数学模型和优化方法。完善了碳酸盐岩储层酸化改造的理论基础，为工业应用提供了模拟、设计和效果预测等于一体的优化手段。主要开展的研究工作及取得研究成果如下：.（1）基于连续介质理论，建立了不同流态下的全三维蚓孔延伸数学模型，通过计算机编程实现了多个复杂物理场间的迭代求解，为实现碳酸盐岩储层基质酸化动态模拟奠定了理论基础。.（2）结合传热传质学、地质沉积学等基本理论，针对碳酸盐岩孔隙连通结构复杂、岩石矿物组成复杂、流-固传热传质复杂等问题，分别建立了非等温条件下和多矿物介质中的酸-岩反应数学模型，重点研究了流-固热传递和反应放热、岩石空间物理连通和多矿物填充对蚓孔扩展行为的影响规律，丰富了酸蚀蚓孔数值模拟的理论基础。.（3）综合考虑表活剂浓度、金属阳离子浓度、pH值和剪切速率等重要因素影响，构建了多因素控制机制下的转向酸有效黏度本构方程；结合全三维蚓孔延伸数学模型，建立了转向酸酸化综合控制方程和模拟方法，揭示了转向酸的变黏及转向控制机理。.（4）围绕碳酸盐岩储层水平井高效酸化设计的基本思路，建立了集水平井伤害特征描述、酸化工艺和模式方法优化、酸化效果后评估的综合数学模型和方法；针对实例水平井笼统、分段和局部酸化模式优选，工程参数优化开展了系统研究，为实现水平井高效酸化提供了有力技术保障。