[发明专利]一种碳酸盐岩酸化压裂数值模拟方法

说明书

本发明提供一种碳酸盐岩酸化压裂数值模拟方法，包括：确定碳酸盐岩储层酸化压裂数值模拟的物理区域并进行计算域网格划分；确定储层物理信息，以计算机系统时间为随机因子，随机生成不同数量和位置的天然裂缝和洞；构建流体在碳酸盐岩孔隙介质内流动的动力学方程，碳酸盐岩固体的动力学方程；建立酸液与碳酸盐岩的反应方程，更新消耗酸的速率模型，并确立反应过程中碳酸盐岩溶解时固体含率和渗透率随时间和空间的变化模型；在计算域网格内求解上述方程，模拟碳酸盐岩酸化压裂全过程。该模型考虑了碳酸盐岩油藏的储集结构，实现准确描述酸化和压裂两种作用机制工作作用下的裂缝起裂及发育行为，在碳酸盐岩油藏酸化压裂工艺设计中具有重要意义。

技术领域

本发明涉及酸化压裂技术领域，具体涉及一种碳酸盐岩酸化压裂数值模拟方法。

背景技术

酸化压裂是一个复杂的力学与化学耦合过程，包括了在酸液作用下的裂缝扩展、酸液溶蚀裂缝至最终形成高导流能力通道。理论上来说，能够反映酸压过程的数值模型应该包括酸液作用下裂缝扩展模型，酸刻蚀裂缝及导流能力形成模型。

酸液作用下裂缝形态构建是酸压数值模拟的基础，然而目前的研究集中于通过经验模型或激光扫描等方法获取已经压裂后的裂缝几何形态，建立酸液流动通道。未发现有关于酸液作用下裂缝动态生成、发育乃至扩展的流体-固体数学模型。

酸刻蚀裂缝及导流能力形成模型是酸压数值模拟的重要内容，相应模块也是酸压模型的核心部分，通过模拟酸液在裂缝中的流动、氢离子的传质扩散、酸盐反应以及酸液的滤失等一系列耦合行为，得到酸蚀裂缝的物理信息。然而这方面的研究目前未与固体力学进一步耦合。

综上，现有的数值模拟技术，将酸压过程的数值模拟表征为孤立的酸液压裂和酸液刻蚀两个过程，虽然分别从这两个过程中能够得到酸蚀和压裂形成的裂缝的发育扩展规律。但是，这些研究往往孤立的看待压裂过程中流体或固体的力学行为，忽略了酸液压裂是一个长时间尺度、伴随化学反应的过程，难以直观有效地描述酸化压裂中流体-固体-化学反应这一系统行为，特别是在酸液压裂下裂缝的动态时空演变方面，未能建立起描述酸压问题的基本模型。

为此，本发明提出了一种新的碳酸盐岩酸化压裂数值模拟方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明建立了考虑化学反应的流体—固体耦合的数学模型，在原有数值模型仅考虑酸盐反应的基础上，解决了碳酸盐岩酸化压裂过程中裂缝的形成、扩展及发育过程的动态模拟，进而能够可视化的观察裂缝发展的全过程，为理清酸化压裂机理提供借鉴和指导。

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种碳酸盐岩酸化压裂数值模拟方法，包括以下步骤：

确定碳酸盐岩储层酸化压裂数值模拟的物理区域，并对物理区域进行计算域网格划分；

获取碳酸盐岩储层、天然裂缝和洞以及酸液的物理属性值；

将碳酸盐岩储层物理属性值加载到计算域网格内，并以计算机系统时间为随机因子，在计算域网格内随机加载不同数量和位置的天然裂缝和洞的物理属性值；

构建流体在碳酸盐岩孔隙介质内流动的动力学方程，并建立碳酸盐岩固体的动力学方程；

建立酸液与碳酸盐岩的反应方程，更新反应方程中的消耗酸的速率模型；并确立反应过程中，碳酸盐岩溶解时固体含率和渗透率随时间和空间的变化模型；

在计算域网格内，根据流体在碳酸盐岩孔隙介质内流动的动力学方程，碳酸盐岩固体的动力学方程，以及酸液与碳酸盐岩的反应方程，模拟碳酸盐岩酸化压裂全过程。

优选地，所述碳酸盐岩储层酸化压裂数值模拟的物理区域，根据现场实际酸压过程中碳酸盐岩的区域大小及形状简化后确定；所述物理性质包括孔隙率、渗透率、酸浓度和化学反应速率。