酸化过程中转向酸的转向带跟踪方法
【专利摘要】本发明公开了一种酸化过程中转向酸的转向带跟踪方法，包括以下步骤：S1.定义转向开始时间、转向结束时间,将转向酸的粘度?酸浓度关系简化为转向前端、转向带、转向后端的三段式描述；S2.建立酸液与地层的接触时间与注入半径关系，通过转向开始、结束时间，预测拟转向区的内外半径；S3.根据拟转向带与酸液环存在多种位置分布关系，在每种位置分布关系下根据注酸液环与拟转向区的分布配置关系，跟踪确定注酸液环中转向带的出现、分布半径及消退情况，条件化的将酸液环划分为三类区域，并分类计算转向酸流变性变异的液环压降。本发明提供了一种酸化过程中转向酸的转向带跟踪方法，能够直接进行注酸过程的流动模拟，为酸化工艺的优化设计提供依据。
【专利说明】
酸化过程中转向酸的转向带跟踪方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种酸化过程中转向酸的转向带跟踪方法。
【背景技术】
[0002] 酸化是碳酸盐岩油气藏增产的主要措施之一，但常规酸液在地层注酸过程中存在 高渗带吸酸多改造过度、低渗带吸酸少改造不足的问题，而表面活性剂转向酸（简称转向 酸)是在酸岩反应过程中可自动调节液体粘度，转向酸进入高粘状态后可部分堵塞高渗层， 强迫后续酸液转向注入低渗层，从而达到改善吸酸剖面分布、均衡布酸改造目标，转向酸成 为调整吸酸剖面的主要手段。
[0003] 酸化工艺优化设计要求模拟计算不同用酸量、注酸排量的处理效果，预测酸蚀蝴 孔深度、施工压力，其中如何描述转向酸的反应特性，跟踪高粘转向带的出现及变化，计算 转向酸流变性变异的液环压降，成为酸化数值模拟的关键环节。
[0004] 转向酸在酸岩反应后的视粘度变化规律一般用酸浓度(或PH值)与粘度关系表示， 但是运类室内实验结果却难W直接用于注酸过程的流动模拟;地层进酸过程中酸岩接触时 间、反应速度、残酸浓度及空间位置均在变化，完全考虑则需要建立复杂的机理模型和大量 的分析化验参数，工程上难W满足运一类模拟计算的参数需求。
[0005] 粘弹性表面活性剂转向酸注入地层反应后产生杆状胶束，运些胶束导致酸液粘度 的大幅度增加，在吸酸量大的高渗层产生高流动阻力，迫使酸液转向低渗层。
[0006] 转向酸的粘度随酸液PH值变化，在低PH值(强酸)和高PH值(弱酸）时粘度低，中间 PH值时粘度高，如图1所示，标准酸(低粘度）的流变性表现为牛顿流体，粘度与剪切速率无 关;低浓度聚合物增稠(胶凝酸）、表面活性剂转向酸则表现为假塑性非牛顿流体流体。在剪 切速率y与剪切应力T的较大数量级范围内，许多非牛顿流体(包括聚合物溶液、乳剂)满足 Ostwald de Waele幕率关系（又称为幕率流体）：
[0007]
[000引对于牛顿流体，剪切粘度为：
[0009]
[0010]可W推出，非牛顿流体的"表观粘度'为：
[0011] Wa = KplX 丫如，
[001^ 其中，T为剪切应力(Pa);Kpi为稠度系数(化.S。）； 丫为剪切速率，（s-i);n为幕率指 数(无因次）;ya为表观粘度(Pa.s)。
[001引当幕率指数n = l时为牛顿流体，粘度等于Kpi;当幕率指数0<n<l时为假塑性流 体，l0g(i0与log(丫）曲线图表现为一负斜率直线；如果幕率指数n>l，则属于膨胀型流 体，表观粘度随剪切速率增加；因此，用幕率关系很方便描述=类流体的流变性;对于假塑 性流体，根据平行毛管束模型导出多孔介质等效剪切速率关系（[美]W.利特马恩著，杨普 华，杨育森译，聚合物驱油，北京:石油工业出版社，1991):
[0014]
[0015] 其中，k为渗透率(m2); d)为孔隙度，其值为小数;V为表观流速，也称之为渗流速度 (单位是m/s)。
【发明内容】
[0016] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种酸化过程中转向酸的转向带跟 踪方法，能够直接进行注酸过程的流动模拟，为酸化工艺的优化设计提供依据。
[0017] 本发明的目的是通过W下技术方案来实现的：酸化过程中转向酸的转向带跟踪方 法，包括W下步骤：
[0018] SI.定义转向开始时间ts、转向结束时间te，将转向酸的粘度-酸浓度关系简化为转 向前端、转向带、转向后端的=段式描述；
[0019] S2.建立酸液与地层的接触时间与注入半径关系，通过转向开始、结束时间，预测 拟转向区的内外半径；
[0020] S3.根据拟转向带与酸液环存在多种位置分布关系，在每种位置分布关系下根据 注酸液环与拟转向区的分布配置关系，跟踪确定注酸液环中转向带的出现、分布半径及消 退情况，条件化的将酸液环划分为=类区域，并分类计算转向酸流变性变异的液环压降。
[0021] 所述的步骤Sl包括W下子步骤：
[0022] S11.定义转向开始时间ts和转向结束时间te;
[0023] S12.将转向酸的粘度-酸浓度关系简化为转向前端、转向带、转向后端的=段式描 述:注酸时间0~ts为转向前端，鲜酸为低粘区特性;注入酸时间ts~te为转向带内，残酸为 高粘区特性，注酸时间te至注酸结束为转向后端，残酸为低粘度特性;其中，转向开始时间ts 与转向结束时间te，均通过岩屑的酸岩反应实验估计，在本申请中可W认为是已知的固定 值。
[0024] 所述的步骤S2包括W下子步骤：
[0025] S21.定义注入酸液环的内外半径分别为r2、ri，对应酸岩接触时间分别为t2、ti，井 段长度为L，注入流量为q，则计算得到稳态径向流动条件下的孔隙流速为：
[0026]
[0027]式中，q为流量(m^s) ;L为流动段地层厚度(m) ;r为半径(m); d)为孔隙度，其值为 小数;vi(r)为半径r处的孔隙流速，(m/s);
[00%] S22.计算酸液从K流动到ri处所需的时间即为内外环的接触时间差：
[0029]
!
[0030] S23.计算在恒定流量下接触时间差与半径的平方差保持比例关系：
[0031]
[0032] 式中，t为指定接触时间，r为达到指定接触时间t的液体所在半径；
[0033] S24.计算达到指定接触时间t的液体所在半径关系：
[0034]
[0035] 当酸液连续注入时，入地酸液环的内边界为井壁，液环内半径n为井筒裸眼半径 Rw,内环接触时间t2 = 0;
[0036] S25.根据注入液体类型、累积注入量和累积注入时间，跟踪出酸液环的内外半径 及内外边界的酸液接触时间，定义第i段液体从注入到当前时间的所有液体累积注入体积 为Ni,从开始注入到当前计算时间的间隔即为液体外环的接触时间ti;计算得到第i段液体 的外环半径ri为：
[0037]
[003引设第i段液体为当前注入段，第i段液体内环半径rW = Rw,内环接触时间tW = O; 如果有后续的第i+1段液体注入，则按相同的方式计算tw、rw;
[0039] S26.定义酸液为恒定流量注入(即定义液环内部的半径与接触时间保持上述比例 关系），在当前计算时刻，由转向开始时间ts确定拟转向带内半径Rsi，转向结束时间te确定 拟转向带外半巧Rsp :
[0040]
[0041]
[0042] 所述的步骤S3包括W下子步骤：
[0043] S31.根据拟转向带与酸液环存在多种位置分布关系，在每种位置分布关系下根据 注酸液环与拟转向区的分布配置关系，跟踪确定注酸液环中转向带的出现、分布半径及消 退情况，条件化的将酸液环划分为=类区域：
[0044] (1)当ri如Si时，酸岩反应时间短，酸液环化1~ri区属于转向前端低粘区；
[0045] (2)当化1含Rse时，酸岩反应时间过长，酸液环化1~ri区已进入转向后端低粘区；
[0046] (3)当化1 > Rsi且ri如Se时，酸岩反应使整个酸液环化1~ri区处于转向带高粘区；
[0047] (4)当ri+i > Rsi且ri > Rse时，酸液环：Ti+i~Rse区处于转向带高粘区，酸液环Rse~ri 区处于转向后端低粘区；
[004引（5)当化1 < Rsi且ri < Rse时，酸液环化1~Rsi区处于转向前端低粘区，酸液环Rsi~ ri区处于转向带高粘区；
[0049] (6)当化1 < Rsi且ri > Rse时，酸液环化1~Rsi区处于转向前端低粘区，酸液环Rsi~ Rse区处于转向带高粘区，酸液环Rse~ri区处于转向后端低粘区；
[0化日]S32.计算毎种环培下，各个酸液环的液环尿降：
[0化1 ]
[0052]式中，
[0化3]
[0054] 式中，P，Pi，P2为压力(Pa);Kp功稠度系数(Pa.sD);n为幕率指数，无因次;k为渗透 率为孔隙度，小数;q为流量(mVs);L为流动段地层厚度(m);r为流动半径，(m)。
[0055] 本发明的有益效果是:解决了现有技术中，在酸岩反应后粘度变化规律用酸浓度 与粘度关系表示，室内实验结果却难W直接用于注酸过程的流动模拟的问题，提供一种酸 化过程中转向酸的转向带跟踪方法，能够直接进行注酸过程的流动模拟，为酸化工艺的优 化设计提供依据。
【附图说明】
[0056] 图1为转向酸的粘度随酸液酸浓度变化示意图；
[0057] 图2为本发明的流程图；
[0058] 图3为将转向酸的粘度-酸浓度关系简化为转向前端、转向带、转向后端的=段式 描述的示意图；
[0059] 图4为液环半径与接触时间的示意图；
[0060] 图5为ri < Rsi的示意图；
[0061 ] 图6为化1 > Rse的示意图；
[00创图7为化1含Rsi且ri如Se的示意图；
[00创图8为ri+i含Rsi且ri > Rse的示意图；
[0064] 图9为ri+i如Si且ri如Se的示意图；
[0065] 图10为ri+i如Si且ri > Rse的示意图；
[0066] 图11为液环半径与压力的示意图。
【具体实施方式】
[0067] 下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于 W下所述。
[0068] 如图2所示，酸化过程中转向酸的转向带跟踪方法，包括W下步骤：
[0069] SI.定义转向开始时间ts、转向结束时间te，将转向酸的粘度-酸浓度关系简化为转 向前端、转向带、转向后端的立段式描述；
[0070] S2.建立酸液与地层的接触时间与注入半径关系，通过转向开始、结束时间，预测 拟转向区的内外半径；
[0071] S3.根据拟转向带与酸液环存在多种位置分布关系，在每种位置分布关系下根据 注酸液环与拟转向区的分布配置关系，跟踪确定注酸液环中转向带的出现、分布半径及消 退情况，条件化的将酸液环划分为=类区域，并分类计算转向酸流变性变异的液环压降。
[0072] 所述的步骤Sl包括W下子步骤：
[0073] 如图3所示，Sl 1.定义转向开始时间ts和转向结束时间te;
[0074] S12.将转向酸的粘度-酸浓度关系简化为转向前端、转向带、转向后端的=段式描 述:注酸时间0~ts为转向前端，鲜酸为低粘区特性;注入酸时间ts~te为转向带内，残酸为 高粘区特性，注酸时间te至注酸结束为转向后端，残酸为低粘度特性;其中，转向开始时间ts 与转向结束时间te，均通过岩屑的酸岩反应实验估计，在本申请中可W认为是已知的固定 值。
[0075] 所述的步骤S2包括W下子步骤：
[0076] S21.如图4所示，定义注入酸液环的内外半径分别为KJ1，对应酸岩接触时间分别 为t2、ti，井段长度为L，注入流量为q，则计算得到稳态径向流动条件下的孔隙流速为：
[0077]
[0078] 式中，q为流量(m^s) ;L为流动段地层厚度(m) ;r为半径(m); d)为孔隙度，其值为 小数;vi(r)为半径r处的孔隙流速，(m/s);
[0079] S22.计算酸液从K流动到ri处所需的时间即为内外环的接触时间差：
[0080]
[0081] S23.计算在恒定流量下接触时间差与半径的平方差保持比例关系：
[0082]
[0083] 式中，t为指定接触时间，r为达到指定接触时间t的液体所在半径；
[0084] S24.计算达到指定接触时间t的液体所在半径关系：
[0085]
[0086] 当酸液连续注入时，入地酸液环的内边界为井壁，液环内半径n为井筒裸眼半径 Rw，内环接触时间t2 = 0 ;
[0087] S25.根据注入液体类型、累积注入量和累积注入时间，跟踪出酸液环的内外半径 及内外边界的酸液接触时间，定义第i段液体从注入到当前时间的所有液体累积注入体积 为Ni,从开始注入到当前计算时间的间隔即为液体外环的接触时间ti;计算得到第i段液体 的外环半径ri为：
[008引
[0089] 巧第i段液体为当前注入段，第i段液体内环半径rw = Rw,内环接触时间ti+i = 0; 如果有后续的第i+1段液体注入，则按相同的方式计算tw、rw;
[0090] S26.定义酸液为恒定流量注入(即定义液环内部的半径与接触时间保持上述比例 关系），在当前计算时刻，由转向开始时间ts确定拟转向带内半径Rsi，转向结束时间te确定 拟转向带外半径Rse:
[0091]
[0092]
[0093] 所述的步骤S3包括W下子步骤：
[0094] S31.根据拟转向带与酸液环存在多种位置分布关系，在每种位置分布关系下根据 注酸液环与拟转向区的分布配置关系，跟踪确定注酸液环中转向带的出现、分布半径及消 退情况，条件化的将酸液环划分为=类区域：
[00对 （1)如图5所示，当ri< Rs拥，酸岩反应时间短，酸液环化1~ri区属于转向前端低 粘区；
[0096] (2)如图6所示，当rw > Rse时，酸岩反应时间过长，酸液环rw~ri区已进入转向后 端低粘区；
[0097] (3)如图7所示，当ri+i > Rsi且ri < Rse时，酸岩反应使整个酸液环ri+i~ri区处于转 向带高粘区；
[009引 （4)如图8所示，当ri+i > Rsi且ri > Rse时，酸液环ri+i~Rse区处于转向带高粘区，酸 液环Rse~ri区处于转向后端低粘区；
[0099] (5)如图9所示，当ri+i < Rsi且ri < Rse时，酸液环ri+i~Rsi区处于转向前端低粘区， 酸液环Rsi~ri区处于转向带高粘区；
[0100] (6)如图10所示，当ri+i < Rsi且ri > Rse时，酸液环ri+i~Rsi区处于转向前端低粘区， 酸液环Rsi~Rse区处于转向带高粘区，酸液环Rse~ri区处于转向后端低粘区；
[0101] S32.计貸毎种巧培下，各个酸汲巧的汲环压降：
[0102]
[0103]
[0104]
[0105] 式中，P，Pi，P2为压力(Pa);Kp功稠度系数(Pa.sD);n为幕率指数，无因次;k为渗透 率(m2);d)为孔隙度，小数;q为流量(m 3/s);L为流动段地层厚度(m);r为流动半径，(m)。
[0106] 在步骤S3中，转向前端低粘区、转向带高粘区和转向后端低粘区的稠度系数Kpi和 幕率指数n不同，设：
[0107] 转向前端低粘区稠度系数Kpi,0,幕率指数no;
[0108] 转向带高粘区稠度系数Kpi, 1，幕率指数m;
[0109] 转向后端低粘区稠度系数Kpi,2,幕率指数m。
[0110] 先判断^^1+1，1?31，1?36之间的关系属于六种关系中的哪一种，判断其液环处于前端 低粘区、转向带高粘区和转向后端低粘区中的哪个区域（W此来确定稠度系数和幕率指 数)。
[om]例如，当ri< Rsi时，酸岩反应时间短，酸液环rw~ri区属于转向前端低粘区，稠度 系数Kpi,O，幕率指数no，其酸液环的液环压降：
[0112]
[0113]
[0114] 在酸液环的各个部分处于不同的区域时，如当ri+i < Rsi且ri > Rse时，酸液环ri+i~ Rsi区处于转向前端低粘区，酸液环Rsi~Rse区处于转向带高粘区，酸液环Rse~ri区处于转向 后端低粘区，运时，需要对酸液环ri+i~Rsi区，酸液环Rsi~Rse区，酸液环Rse~ri区（每个区域 的稠度系数和幕率指数不同）分别计算液环压降。
[0115] 液环压降公式的推导过程如下
尋出在多孔 介质中的幕率流体的表观粘度：
[0116]
[0117] 将注酸过程中井筒周围的液环流动视为活塞式驱替的稳态流动，对于某井段注入 的液环，化向施劲的嫉帘流速为：
[011 引
[0119] 其中，q为井段注入流量(m3/s) ;L为井段长度(m) ;r为半径(m); V为表观流速(m/
S)。代入^ B表观粘度：
[0120] ，
[0121]
[0122]
[0123]
[0124]
[0125] 利用参数A将
，如图11所示，为液环 径向坐标示意图，积分得到：
[0126]
[0127]由此可得:可得假塑性流体(增稠酸)的径向流动压降：
[012 引
[0129]其中，P，Pi，P2为压力(Pa);Kp功稠度系数(Pa.sD);n为幕率指数，无因次;k为渗透 率(m2);d)为孔隙度，小数;q为流量(m3/s);L为流动段地层厚度(m);r为流动半径(m)。
【主权项】
1. 酸化过程中转向酸的转向带跟踪方法，其特征在于:包括以下步骤：51. 定义转向开始时间ts、转向结束时间L，将转向酸的粘度-酸浓度关系简化为转向前 端、转向带、转向后端的三段式描述；52. 建立酸液与地层的接触时间与注入半径关系，通过转向开始、结束时间，预测拟转 向区的内外半径；53. 根据拟转向带与酸液环存在多种位置分布关系，在每种位置分布关系下根据注酸 液环与拟转向区的分布配置关系，跟踪确定注酸液环中转向带的出现、分布半径及消退情 况，条件化的将酸液环划分为三类区域，并分类计算转向酸流变性变异的液环压降。2. 根据权利要求1所述的酸化过程中转向酸的转向带跟踪方法，其特征在于:所述的步 骤S1包括以下子步骤：511. 定义转向开始时间七和转向结束时间te;512. 将转向酸的粘度-酸浓度关系简化为转向前端、转向带、转向后端的三段式描述： 注酸时间〇~ts为转向前端，鲜酸为低粘区特性;注入酸时间t s~te为转向带内，残酸为高粘 区特性，注酸时间t至注酸结束为转向后端，残酸为低粘度特性;其中，转向开始时间七与转 向结束时间t e，均通过岩肩的酸岩反应实验估计，在本申请中可以认为是已知的固定值。3. 根据权利要求1所述的酸化过程中转向酸的转向带跟踪方法，其特征在于:所述的步 骤S2包括以下子步骤：521. 定义注入酸液环的内外半径分别为r2、n，对应酸岩接触时间分别为，井段长 度为L，注入流量为q，则计算得到稳态径向流动条件下的孔隙流速为：式中，q为流量;L为流动段地层厚度;r为半径；Φ为孔隙度;Vl(r)为半径r处的孔隙流 速；522. 计算酸液从r2流动到ri处所需的时间即为内外环的接触时间差：523. 计算在恒定流量下接触时间差与半径的平方差保持比例关系：式中，t为指定接触时间，r为达到指定接触时间t的液体所在半径；524. 计算达到指定接触时间t的液体所在半径关系：当酸液连续注入时，入地酸液环的内边界为井壁，液环内半径r2为井筒裸眼半径1，内 环接触时间t2 = 0;525. 根据注入液体类型、累积注入量和累积注入时间，跟踪出酸液环的内外半径及内 外边界的酸液接触时间，定义第i段液体从注入到当前时间的所有液体累积注入体积为化， 从开始注入到当前计算时间的间隔即为液体外环的接触时间t 1;计算得到第i段液体的外 环半径ri为：设第i段液体为当前注入段，第i段液体内环半径r1+1 = Rw，内环接触时间t1+1 = 0; S26.定义酸液为恒定流量注入，在当前计算时刻，由转向开始时间ts确定拟转向带内半 径Rsi，转向结束时间te确定拟转向带外半径Rse: 4.根据权利要求1所述的酸化过程中转向酸的转向带跟踪方法，其特征在于:所述的步 骤S3包括以下子步骤：531. 根据拟转向带与酸液环存在多种位置分布关系，在每种位置分布关系下根据注酸 液环与拟转向区的分布配置关系，跟踪确定注酸液环中转向带的出现、分布半径及消退情 况，条件化的将酸液环划分为三类区域： (1) 当η < 1^时，酸岩反应时间短，酸液环r1+1~ri区属于转向前端低粘区； (2) ir1+Q Rse时，酸岩反应时间过长，酸液环r1+1~ri区已进入转向后端低粘区； (3) 当ri+i 2 Rsi且ri < Rse时，酸岩反应使整个酸液环ri+i~ri区处于转向带高粘区； (4) 当ri+i 2 Rsi且ri 2 RSJ寸，酸液环ri+i~Rse区处于转向带高粘区，酸液环Rse~ri区处于 转向后端低粘区； (5) 当ri+i < Rsi且ri < Rse时，酸液环ri+i~Rsi区处于转向前端低粘区，酸液环Rsi~ri区处 于转向带高粘区； (6) 当ri+i < Rsi且ri 2 RSJ寸，酸液环ri+i~Rsi区处于转向前端低粘区，酸液环Rsi~R se区 处于转向带高粘区，酸液环区处于转向后端低粘区；532. 计算每种环境下，各个酸液环的液环压降：式中，p，Pi，ρ2为压强;Κρ?为稠度系数;η为幂率指数;k为渗透率；Φ为孔隙度;q为流量;L 为流动段地层厚度;r为流动半径。
【文档编号】E21B47/06GK105822281SQ201610161216
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】陈伟, 刘义军, 岳明, 乌欣妤, 陈理捷
【申请人】西南石油大学