CN108661619A - 一种确定碳酸盐岩油气藏酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种确定碳酸盐岩油气藏酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的方法，包括：（1）选取工区目标层酸刻蚀后的岩板，测试酸蚀裂缝自支撑导流能力F c0和不同铺砂浓度下的酸蚀填砂裂缝导流能力F cs，确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的下限C pl；（2）基于储层岩石力学特征参数，酸压施工参数，酸液流变参数和支撑剂性能参数，计算确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的上限C pu；（3）基于步骤（1）和步骤（2）确定的酸蚀填砂裂缝铺砂浓度范围，以储层产能需求的导流能力为目标，确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度C p。本发明操作简便，原理可靠，可定量确定加砂酸压技术中的酸蚀填砂裂缝铺砂浓度，有利于提高碳酸盐岩油气藏加砂酸压技术方案设计的准确性和加砂酸压施工的成功率。
Description
技术领域
本发明涉及石油工程领域，尤其是碳酸盐岩油气藏加砂酸压增产过程中一种确定碳酸盐岩油气藏酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的方法。
背景技术
酸压技术是碳酸盐岩油气藏增产改造的关键技术之一，酸压施工时酸液非均匀刻蚀裂缝壁面，施工结束后，在闭合压力作用下，未溶解区域作为支撑点，形成具备一定几何尺寸和导流能力的酸蚀裂缝，从而实现油气井增产。酸蚀裂缝导流能力是影响酸压效果的关键因素之一(MJ Economides，AD Hill，C Ehlig-Economides，Ding Zhu.Petroleumproduction systems[M].New York:Pearson Education International,p553-554)。然而，对于闭合压力较高、储层岩石力学强度较低的储层，即使酸刻蚀后形成了非均匀刻蚀，留下许多未溶蚀部分形成支撑点，但是由于闭合压力较高、支撑点岩石力学强度低，在闭合压力下很难形成有效的导流能力(何春明,郭建春.酸液对灰岩力学性质影响的机制研究[J].岩石力学与工程学报,2013(s2):003016-3021)；对于岩性较均质的碳酸盐岩，酸液均匀刻蚀裂缝壁面岩石，刻蚀后形成的支撑点较少，此时在闭合压力下更难形成具有一定导流能力的酸蚀裂缝，这两种情形严重影响了酸压效果。加砂酸压技术是将酸压与水力压裂优点相结合，可以有效改善酸蚀裂缝的导流能力，它通过高黏交联酸或压裂液冻胶携带支撑剂进入地层，形成酸蚀填砂裂缝，施工结束后，支撑剂承压形成有效支撑(罗云,刘爱华,王俊明,等.交联酸加砂酸化压裂技术在复杂岩性油藏的应用[J].石油学报,2008,29(2):266-269；储铭汇.致密碳酸盐岩储层复合缝网酸压技术研究及矿场实践——以大牛地气田下古生界马五_5碳酸盐岩储层为例[J].石油钻采工艺,2017,39(2):237-243)。
铺砂浓度是影响酸蚀填砂裂缝导流能力的重要参数之一，然而，在地层条件下尤其是深井储层，酸压裂缝缝宽变化复杂，当铺砂浓度过高时，易造成砂堵；铺砂浓度较低时，又达不到改善酸蚀裂缝导流能力的效果，因此确定合理的酸蚀填砂裂缝的铺砂浓度具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种确定碳酸盐岩油气藏酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的方法，该方法操作简便、原理可靠，能根据具体储层条件高效且准确确定加砂酸压技术合适的铺砂浓度。
为了达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
本发明首先选取部分酸刻蚀岩板，分别测试酸蚀自支撑裂缝、酸蚀填砂裂缝导流能力，确定铺砂浓度下限；然后，基于储层地质以及施工参数，计算确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度上限；最后，根据产能需求的目标导流能力，结合铺砂浓度范围，确定产能需求的铺砂浓度。
一种确定碳酸盐岩油气藏酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的方法，依次包括下列步骤：
(1)选取工区目标层酸刻蚀后的岩板(岩样)，测试酸蚀裂缝自支撑导流能力Fc0和不同铺砂浓度下的酸蚀填砂裂缝导流能力Fcs，确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的下限Cpl；
(2)基于储层岩石力学特征参数，酸压施工参数，酸液流变参数和支撑剂性能参数，计算确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的上限Cpu；
(3)基于步骤(1)和步骤(2)确定的酸蚀填砂裂缝铺砂浓度范围，以储层产能需求的导流能力为目标，确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度Cp。
在本发明中，所述步骤(1)中选取工区目标层酸刻蚀后的岩板(岩样)，测试酸蚀裂缝自支撑导流能力Fc0和不同铺砂浓度下的酸蚀填砂裂缝导流能力Fcs，确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的下限Cpl，包括下列步骤：
1)选取工区目标层酸刻蚀实验后的6对岩板(或岩样)，任选其中1对岩板测试酸蚀裂缝自支撑导流能力Fc0；
2)将步骤1)剩余的5对酸刻蚀岩板，分别按照1kg/m2、2kg/m2、4kg/m2、6kg/m2、8kg/m2的铺砂浓度，将支撑剂完全充填于API导流室内两岩板间的酸蚀裂缝中，测试在储层闭合压力下酸蚀填砂裂缝的导流能力Fcs。当Fcs≥1.2Fc0时，其中符合关系式的最小Fcs值对应的铺砂浓度为酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的下限Cpl。
在本发明中，所述步骤(2)中基于储层岩石力学特征参数，酸压施工参数，酸液流变参数和支撑剂性能参数，计算确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的上限Cpu。铺砂浓度上限Cpu按照下式计算：
式中：Cpu为酸蚀填砂裂缝铺砂浓度上限，kg/m2，φp为填砂裂缝中支撑剂层的孔隙度，％；ρp为支撑剂密度，kg/m3；n为液体流态指数，无因次；K′为地层条件下酸液稠度系数，Pa·sn；Q为施工排量，m3/s；xf为酸蚀填砂裂缝半长，m；hf为酸蚀填砂裂缝缝高，m；ν为裂缝面岩石泊松比，无因次；E为裂缝面岩石杨氏模量，Pa。
式(1)的推导过程如下：
假设酸蚀填砂裂缝半长为xf，酸蚀填砂裂缝高度为hf，则填砂裂缝中支撑剂质量Mp为：
Mp＝2xfhfwp(1-φp)ρp (2)
填砂裂缝中，铺砂浓度Cp定义为：
将式(2)与式(3)结合，可得平均酸蚀填砂裂缝缝宽为：
地层条件与实验测试的酸液稠度系数转换关系为：
综上，酸压过程中的平均动态缝宽为：
显然，平均酸蚀填砂裂缝缝宽需满足小于水力裂缝平均动态缝宽(王鸿勋,张士诚.水力压裂设计数值计算方法[M].石油工业出版社,1998)，即：
(4)—(7)式联立可得，
考虑深层碳酸盐岩加砂工程难度，铺砂浓度乘以安全系数0.7，则式(8)变为：
当式(9)取等号时，可得铺砂浓度的上限Cpu，即式(1)。
式中：K0为实验测试的酸液稠度系数，Pa·sn；wp为酸蚀填砂裂缝缝宽，m；Cp为铺砂浓度，kg/m2；Mp为支撑剂质量，Kg。
在本发明中，所述步骤(3)中基于步骤(1)和步骤(2)确定的酸蚀填砂裂缝铺砂浓度范围，以储层产能需求的导流能力为目标，确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度Cp，包括下列步骤：
1)以储层产能需求的裂缝导流能力Fcn为目标，确定满足储层产能需求的铺砂浓度Cpn，与步骤(1)测试的5组酸蚀填砂裂缝导流能力Fcs对比：
①若Fcn小于所有Fcs值，则不采用加砂酸压技术，即Cpn＝0；
②若Fcn在Fcs范围之内，选取最接近Fcn的Fcs值作为储层产能需求的导流能力，且对应的铺砂浓度为Cpn；
③若Fcn大于所有Fcs值，则逐一增加铺砂浓度，测试导流能力，至大于等于Fcn为止，且对应的铺砂浓度为Cpn。
2)由1)确定的产能需求的铺砂浓度Cpn，结合步骤(1)和步骤(2)确定的酸蚀填砂裂缝铺砂浓度范围，确定油田现场实施加砂酸压技术时的酸蚀填砂裂缝铺砂浓度Cp：
①若Cpn>Cpu，则Cp＝Cpu；
②若Cpl≤Cpn≤Cpu，则Cp＝Cpn；
③若Cpn<Cpl或Cpn＝0，则Cp＝Cpn＝0，即不考虑加砂酸压技术。
本发明的有益效果是：从碳酸盐岩酸蚀填砂裂缝导流能力和加砂酸压技术的工程风险两方面考虑，定量确定了加砂酸压技术设计中的酸蚀填砂裂缝铺砂浓度，有利于提高碳酸盐岩油气藏加砂酸压技术方案设计的准确性和加砂酸压施工的成功率。
附图说明
图1为酸蚀自支撑裂缝与酸蚀填砂裂缝导流能力曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和应用实例进一步说明本发明，旨在对本发明进行示意性说明，并不限定本发明的范围。
应用实例
一种确定碳酸盐岩油气藏酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的方法，具体过程如下：
(1)选取工区目标层酸刻蚀后的岩板(岩样)，测试酸蚀裂缝自支撑导流能力Fc0和不同铺砂浓度下的酸蚀填砂裂缝导流能力Fcs，确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的下限Cpl。
选择四川盆地某储层段6对API标准酸刻蚀岩板，岩板长175.0±0.2mm、宽35.0mm±0.2mm、厚50.0mm±0.2mm。随机选取1对测试自支撑酸蚀裂缝Fc0，其余5对岩板测试酸蚀填砂裂缝导流能力Fcs，测试结果绘制成曲线图(见图1)，具体实验方案见表1。
表1酸蚀自支撑裂缝与酸蚀填砂裂缝导流能力测试实验方案
基于导流能力测试结果，在工区地层闭合压力48.3MPa下，自支撑裂缝导流能力Fc0为5.5D·cm。如图1所示，符合要求酸蚀填砂裂缝导流能力(Fcs≥1.2 Fc0)的最小值对应样品为2号岩板，因此，酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的下限Cpl应为2kg/m2。
(2)基于储层岩石力学特征参数，酸压施工参数，酸液流变参数和支撑剂性能参数，计算确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度上限Cpu。
基于表2中的储层工程、地质参数，由式(1)计算铺砂浓度上限Cpu为9.0kg/m2。
表2四川盆地某储层工程、地质参数
| 杨氏模量，Pa | 6.4×1010 | 施工排量，m3/min | 6.0 |
| 泊松比，无因次 | 0.2 | 稠度系数，Pa·sn | 1.548 |
| 酸蚀填砂裂缝缝高，m | 30 | 流态指数，无因次 | 0.215 |
| 酸蚀填砂裂缝缝长，m | 60 | 产能需求导流能力，D·cm | 15 |
(3)基于步骤(1)和步骤(2)确定的酸蚀填砂裂缝铺砂浓度范围，以储层产能需求的导流能力为目标，确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度Cp。
如图1所示，最接近产能需求导流能力的岩板为3号岩板，其铺砂浓度Cpn为4kg/m2。满足Cpl≤Cpn≤Cpu条件，因此确定该储层施工加砂酸压施工时的铺砂浓度为Cp＝Cpn＝4kg/m2。
Claims (4)
1.一种确定碳酸盐岩油气藏酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的方法，依次包括下列步骤：
选取工区目标层酸刻蚀后的岩板，测试酸蚀裂缝自支撑导流能力F c0和不同铺砂浓度下的酸蚀填砂裂缝导流能力F cs，确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的下限C pl；
基于储层岩石力学特征参数，酸压施工参数，酸液流变参数和支撑剂性能参数，计算确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的上限C pu；
基于步骤（1）和步骤（2）确定的酸蚀填砂裂缝铺砂浓度范围，以储层产能需求的导流能力为目标，确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度C p。
2.如权利要求1所述一种确定碳酸盐岩油气藏酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的方法，其特征在于，所述步骤（1）中选取工区目标层酸刻蚀后的岩板，测试酸蚀裂缝自支撑导流能力F c0和不同铺砂浓度下的酸蚀填砂裂缝导流能力F cs，确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的下限C pl，过程如下：
选取工区目标层酸刻蚀实验后的6对岩板，任选其中1对岩板测试酸蚀裂缝自支撑导流能力F c0；
将步骤1）剩余的5对酸刻蚀岩板，分别按照1kg/m2、2kg/m2、4kg/m2、6kg/m2、8kg/m2的铺砂浓度，将支撑剂完全充填于API导流室内两岩板间的酸蚀裂缝中，测试在储层闭合压力下酸蚀填砂裂缝的导流能力F cs，当F cs≥1.2F c0时，其中符合关系式的最小F cs值对应的铺砂浓度为酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的下限C pl。
3.如权利要求1所述一种确定碳酸盐岩油气藏酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的方法，其特征在于，所述步骤（2）是指中基于储层岩石力学特征参数，酸压施工参数，酸液流变参数和支撑剂性能参数，按照下式计算确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的上限C pu：
式中：C pu为酸蚀填砂裂缝铺砂浓度上限，kg/m2，为填砂裂缝中支撑剂层的孔隙度，%；为支撑剂密度，kg/m3；n为液体流态指数，无因次；Ḱ为地层条件下酸液稠度系数，Pa·sn；Q为施工排量，m3/s；x f为酸蚀填砂裂缝半长，m；h f为酸蚀填砂裂缝缝高，m；ν为裂缝面岩石泊松比，无因次；E为裂缝面岩石杨氏模量，Pa。
4.如权利要求1所述一种确定碳酸盐岩油气藏酸蚀填砂裂缝铺砂浓度的方法，其特征在于，所述步骤（3）中基于步骤（1）和步骤（2）确定的酸蚀填砂裂缝铺砂浓度范围，以储层产能需求的导流能力为目标，确定酸蚀填砂裂缝铺砂浓度C p，过程如下：
以储层产能需求的裂缝导流能力F cn为目标，确定满足储层产能需求的铺砂浓度C pn，与步骤（1）测试的5组酸蚀填砂裂缝导流能力F cs对比：
若F cn小于所有F cs值，则不采用加砂酸压技术，即C pn=0；
若F cn在F cs范围之内，选取最接近F cn的F cs值作为储层产能需求的导流能力，且对应的铺砂浓度为C pn；
若F cn大于所有F cs值，则逐一增加铺砂浓度，测试导流能力，至大于等于F cn为止，且对应的铺砂浓度为C pn；
由1）确定的产能需求的铺砂浓度C pn，结合步骤（1）和步骤（2）确定的酸蚀填砂裂缝铺砂浓度范围，确定油田现场实施加砂酸压技术时的酸蚀填砂裂缝铺砂浓度C p：
若C pn>C pu，则C p=C pu ；
若C pl ≤C pn≤C pu，则C p=C pn；
若Cpn<Cpl或C pn=0，则C p=C pn=0，即不考虑加砂酸压技术。
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