考虑酸岩反应热的酸压温度场模型研究

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酸化压裂作为油田建产增产的改造措施经过几十年的发展已经被国内外油田广泛应用。其发展经历了单工艺、单液体体系到多级工艺、复合液体体系的过程,在对靖边气田等Ⅲ类致密储层的改造过程中,交联酸携砂酸压工艺表现出了良好的适用性,同时对理论模型也提出了挑战。国内外对于酸岩反应机理、酸压设计数学模型进行了大量的研究,其主要思路在于增加考虑因素、细化假设条件、寻求更为简单解法等方面。其发展经历了二维、拟三维、全三维裂缝扩展模拟,单相、两相、混合相态复杂化,非稳态到稳态,连续介质受热到多孔介质传热的过程。在对酸压温度场模型的研究中发现考虑反应放热情况相对较少,与其相关的软件也相对匮乏,给实际酸压设计造成了较大误差。然而交联酸液的流动及流变性质在剪切及温度变化的双重作用下会产生相当大的不利影响,交联酸配方(交联剂、破胶剂浓度)受破胶剂及合理返排时间的设定,无不取决于环境温度。通过实际模拟可以看出反应热对于温度场的分布有着较大的影响,继而影响了酸蚀有效作用距离,并最终影响了深度改造效果。本文首先分析了交联酸携砂酸压工艺在靖边气田的应用,在肯定其应用价值基础上,明确了该工艺存在的不足与潜在研究点。对酸液体系配方做了进一步的室内实验研究,筛选了稠化剂成分及用量,分析了交联剂加量对酸交联时间及粘度的影响和温度对交联的影响。利用SARⅢ圆盘酸岩反应装置确定了60℃下酸-岩反应动力学方程,酸-岩反应活化能以及酸-岩反应氢离子有效传质系数De。在以往模型研究的基础上,将酸岩反应放热量添加到裂缝壁面能量方程,结合连续性方程、裂缝中流体能量守恒方程给出差分离散和耦合求解,利用实验中获取的交联酸酸岩反应动力学参数及靖边气田交联酸携砂酸压施工参数对一口井进行了计算模拟,模拟结果表明所建模型收敛、合理、与实际情况相符。在考虑了反应热之后,温度场的变化对酸液有效作用距离也产生了影响,本文结合三维酸液流速场模型,建立了三维缝中酸液有效作用距离计算模型,并给出了lumping解法,通过靖边气田一口施工井资料的实际计算模拟,证明该模型能较为准确地模拟和计算实际距离,适合进一步研究和推广应用。在所建模型的基础上,论文继续分析了施工排量、注入液体温度、围岩岩性、原始地温梯度、孔隙度、井径等因素在特定时间步长对井筒及裂缝温度场分布的影响,并根据模拟结果对现场施工提出了一些建议。
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