一种加砂酸压改造施工参数的计算方法、设备和介质

技术领域

本发明涉及碳酸盐岩储层酸压改造领域，具体涉及一种加砂酸压改造施工参数的计算方法、设备和介质。

背景技术

加砂酸压改造工艺是碳酸盐岩储层最有效的增产提效手段之一，其目的是构建一条具有填砂支撑导流和酸溶蚀导流“组合效应”的人工裂缝。前置压裂液在压破储层构建人工裂缝的同时，其非反应和高粘的流体特征能够携带支撑剂作为“桥梁”阻止储层净压力的压实作用，并提供一定程度的填砂支撑导流能力，同时能够降低储层温度和后续酸液的反应速度，提升酸液的有效作用距离；后置酸液在已经构建的人工裂缝中，与壁面碳酸盐岩矿物发生非均匀溶蚀，溶蚀后的裂缝壁面会形成点状凹坑和连续沟槽，进一步提高人工裂缝导流能力，形成填砂支撑导流和酸溶蚀导流的“组合效应”，显著增大人工裂缝的长期稳定导流能力，提升单井加砂酸岩改造效果。因此，准确计算和设计加砂酸压工艺的前置酸液、支撑剂、酸液等施工参数是增强改造效果的重要工作。

目前，加砂酸压的前置压裂液和砂量的优化方法主要借鉴水力压裂原理，主要通过经验法、平均铺砂浓度和支撑剂指数法进行计算，并未完全结合开发方案对单井的产量要求、储层特征和支撑剂性能参数进行综合考虑，导致压裂液和砂量增加，降低经济效益。同时，酸液的优化往往在酸岩反应基础上考虑，忽视热传导对反应速度的影响，从而估计的酸液有效作用距离不准确，导致酸液体积增多，无法正确指导加砂酸化工艺的方案设计与优化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题加砂酸压参数计算过程中未完全结合开发方案对单井的产量要求、储层特征和支撑剂性能参数进行综合考虑，压裂液和砂量用量大，经济效益低，目的在于提供一种加砂酸压改造施工参数的计算方法、设备和介质，结合产量要求、储层特征和支撑剂性能参数综合优化压裂液和支撑剂用量，根据目标人工裂缝长度和目标导流能力，确定压裂液体积和支撑剂体积，进行浓度场、速度场和温度场耦合计算，构建酸液裂缝模型，确定酸溶蚀形成的实际渗透率和加砂酸压改造需要的酸液体积，为碳酸盐岩储层酸压工艺的方案设计与优化提供依据。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明第一方面提供一种加砂酸压改造施工参数的计算方法，包括以下具体步骤：

S1、获取单井储层参数，确定单井加砂酸压改造时达到单井目标产量的目标人工裂缝长度和目标导流能力；

S2、构建人工裂缝二维扩展模型，确定达到目标人工裂缝长度需要的压裂液体积；

S3、根据人工裂缝平均缝宽和目标导流能力，基于填砂支撑渗透率确定加砂酸压改造需要的支撑剂体积；

S4、根据质量守恒定律和外热源能量平衡理论，建立酸液裂缝内流动反应模型和温度场模型，结合压裂液体积和支撑剂体积构建酸液裂缝模型；

S5、根据酸液裂缝模型获取裂缝不同时刻的酸液浓度和酸液流量，确定酸溶蚀形成的实际渗透率和加砂酸压改造需要的酸液体积。

本发明结合油田开发方案单井产量条件、储层特征和支撑剂性能参数综合优化压裂液和支撑剂用量，根据目标人工裂缝长度和目标导流能力，确定压裂液体积和支撑剂体积，进行浓度场、速度场和温度场耦合计算，构建酸液裂缝模型，确定酸溶蚀形成的实际渗透率和加砂酸压改造需要的酸液体积，得出的酸溶蚀量和酸液体积更为准确，为碳酸盐岩储层酸压工艺的方案设计与优化提供依据。

进一步的，所述S1具体包括：

S11、获取单井储层参数，对单井储层参数设定区间，根据区间内的单井储层参数确定第一人工裂缝长度和第一导流能力；

S12、根据第一人工裂缝长度和第一导流能力，确定单井加砂酸压改造时的单井目标产量；

S13、获取区间内第一人工裂缝长度和产量的变化关系，根据变化关系确定产量增加幅度最大的目标人工裂缝导流能力，基于单井目标产量，根据目标人工裂缝导流能力确定单井加砂酸压改造需要达到的目标导流能力；

S14、基于油田开发方案单井产量，根据第一人工裂缝长度，确定单井加砂酸压改造时的的目标人工裂缝长度。

进一步的，所述单井储层参数包括：储层厚度、地层压力、井底流压、地下原油粘度、地下原油体积系数、储层渗透率和单井供给半径；

所述对单井储层参数设定区间具体包括：设定人工裂缝长度的计算区间值为0.1倍单井供给半径至0.5倍单井供给半径，设定人工裂缝长度增加的步长为0.05倍单井供给半径，设定人工裂缝导流能力的计算区间为5μm

进一步的，所述S2具体包括：

S21、获取加砂酸压施工参数和储层参数，所述加砂酸压施工参数包括：压裂液排量，压裂液粘度、压裂液综合滤失系数、压裂液初滤失量，设定加砂酸压施工参数和储层参数的初始值，确定加砂酸压施工过程中人工裂缝平均缝宽、补偿系数和误差补偿函数；

S22、根据人工裂缝平均缝宽、补偿系数和误差补偿函数，构建人工裂缝动态缝长扩展模型，计算加砂酸压施工过程中t时刻的动态缝长；

S23、根据砂酸压施工过程中t时刻的动态缝长，确定t时刻的人工裂缝缝口动态缝宽和目标缝长处的动态缝宽；

S24、将人工裂缝缝口动态缝宽与其初始值进行比较，获得初值差异，若差异大于阈值，执行步骤S22，直到差异小于阈值；

S25、将动态缝长与目标人工裂缝长度进行比较，若动态缝长小于目标人工裂缝长度，执行步骤S22，直到动态缝长不小于目标人工裂缝长度时，确定当前动态缝长需要的压裂液体积。

进一步的，所述S3具体包括：

S31、获取人工裂缝平均缝宽、填砂支撑渗透率、支撑剂颗粒半径和填砂裂缝孔隙；

S32、根据人工裂缝平均缝宽、填砂支撑渗透率和目标导流能力，确定目标填砂裂缝渗透率；

S33、根据支撑剂颗粒半径和填砂裂缝孔隙度，确定填砂裂缝的分形特征参数，根据填砂裂缝的分形特征参数，确定实际填砂裂缝渗透率；

S34、设置填砂裂缝孔隙度的计算初值，将实际填砂裂缝渗透率和目标填砂裂缝渗透率进行比较，若实际填砂裂缝渗透率小于目标填砂裂缝渗透率，对填砂裂缝孔隙度进行叠加，执行步骤S32，直到实际填砂裂缝渗透率大于目标填砂裂缝渗透率，输出当前填砂裂缝孔隙度；

S35、根据输出的填砂裂缝孔隙度，确定加砂酸压改造需要的支撑剂体积。

进一步的，所述S4具体包括：

S41、根据质量守恒定律，采用有限差分法，确定裂缝内酸液的非稳态流动反应的浓度场和速度场，确定裂缝内酸液的非稳态流动反应的边界条件，构建裂缝内酸液的非稳态流动反应模型；

S42、根据外热源能量平衡理论，采用有限差分法，确定裂缝内酸液的温度场和地层传热影响下裂缝内酸液的温度场边界条件，构建裂缝内酸液的温度场模型；

S43、将裂缝内酸液的非稳态流动反应模型与裂缝内酸液的温度场模型进行耦合，引入边界条件，得到酸液裂缝模型。

进一步的，所述S5具体包括：

S51、单井加砂酸压改造需要达到的目标导流能力和人工裂缝平均缝宽，确定酸液溶蚀目标渗透率；

S52、获取溶蚀量和裂缝形态，确定酸溶蚀形成的实际渗透率；

S53、设定酸液泵注的计算初值，对比酸液溶蚀目标渗透率和实际渗透率，若酸液溶蚀实际渗透率大于目标渗透率，对酸液泵注进行叠加，执行步骤S52，直到酸液溶蚀实际渗透率小于目标渗透率，输出当前酸液溶蚀渗透率；

S54、根据酸液溶蚀渗透率和酸液泵注时间，计算加砂酸压改造需要的酸液体积。

进一步的，所述确定酸溶蚀形成的实际渗透率具体包括：

设定酸液共泵注时间，将裂缝在长度方向离散为n个单元，每个单元长度为Δx，根据每个单元内的酸液浓度和流量，确定时间步长内i单元内的岩石溶蚀量；

获取裂缝形态，结合一定时间内的岩石溶蚀量，确定溶蚀缝宽；

在一定时间内完成酸液泵注后，根据溶蚀缝宽，确定一定时间内酸溶蚀形成的实际渗透率。

本发明第二方面提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现一种加砂酸压改造施工参数的计算方法。

本发明第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现一种加砂酸压改造施工参数的计算方法。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

结合产量要求、储层特征和支撑剂性能参数综合优化压裂液和支撑剂用量，根据目标人工裂缝长度和目标导流能力，确定压裂液体积和支撑剂体积，进行浓度场、速度场和温度场耦合计算，构建酸液裂缝模型，确定酸溶蚀形成的实际渗透率和加砂酸压改造需要的酸液体积，为碳酸盐岩储层酸压工艺的方案设计与优化提供依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中的就算方法流程图；

图2为本发明实施例中的不同人工裂缝长度和导流能力下的加砂酸压改造能够达到的产量图；

图3为本发明实施例中的注酸60min时刻裂缝中酸液的浓度分布图；

图4为本发明实施例中的注酸60min时刻裂缝中酸液的流量分布图；

图5为本发明实施例中的酸液泵注后的溶蚀缝宽分布图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，本实施例第一方面提供一种加砂酸压改造施工参数的计算方法，包括以下具体步骤：

S1、获取单井储层参数，确定单井加砂酸压改造时达到单井目标产量的目标人工裂缝长度和目标导流能力；

S2、构建人工裂缝二维扩展模型，确定达到目标人工裂缝长度需要的压裂液体积；

S3、根据人工裂缝平均缝宽和目标导流能力，基于填砂支撑渗透率确定加砂酸压改造需要的支撑剂体积；

S4、根据质量守恒定律和外热源能量平衡理论，建立酸液裂缝内流动反应模型和温度场模型，结合压裂液体积和支撑剂体积构建酸液裂缝模型；

S5、根据酸液裂缝模型获取裂缝不同时刻的酸液浓度和酸液流量，确定酸溶蚀形成的实际渗透率和加砂酸压改造需要的酸液体积。

通过结合油田开发方案单井产量条件、储层特征和支撑剂性能参数综合优化压裂液和支撑剂用量，根据目标人工裂缝长度和目标导流能力，确定压裂液体积和支撑剂体积，进行浓度场、速度场和温度场耦合计算，构建酸液裂缝模型，确定酸溶蚀形成的实际渗透率和加砂酸压改造需要的酸液体积，得出的酸溶蚀量和酸液体积更为准确，为碳酸盐岩储层酸压工艺的方案设计与优化提供依据。

S1、获取单井储层参数，确定单井加砂酸压改造时达到单井目标产量的目标人工裂缝长度和目标导流能力：

收集储层厚度、地层压力、井底流压、地下原油粘度、地下原油体积系数、储层渗透率和单井供给半径等单井储层参数。

第一步，设定人工裂缝长度L

式中：Q

第二步，以人工裂缝长度为横坐标，以计算的产量为纵坐标，绘制不同人工裂缝导流能力下的产量系列曲线；选定人工裂缝长度的为0.3倍单井供给半径，不同人工裂缝导流能力下的产量系列点，计算出产量增加幅度最大的人工裂缝导流能力，以该人工裂缝导流能力曲线为标准曲线，以该人工裂缝导流能力为达到油田开发方案单井产量条件下，单井加砂酸压改造需要达到的目标导流能力；

第三步，以油田开发方案单井产量条件为基础，在标准曲线上读出需要的人工裂缝长度，以该裂缝长度为达到油田开发方案单井产量条件下，单井加砂酸压改造需要达到的目标人工裂缝长度。

S2、构建人工裂缝二维扩展模型，确定达到目标人工裂缝长度需要的压裂液体积：

第一步，设定加砂酸压施工过程中的压裂液排量，压裂液粘度、压裂液综合滤失系数、压裂液初滤失量等施工参数，以及岩石杨氏模量、岩石泊松比等储层参数。

第二步，设定人工裂缝缝口动态缝宽W

式中：

第三步，根据人工裂缝动态缝长扩展模型公式(3)，计算加砂酸压施工过程中t时刻的动态缝长L

式中：L

第四步，根据人工裂缝动态缝宽扩展模型公式(4)，计算加砂酸压施工过程中t时刻的人工裂缝缝口动态缝宽W

式中：ν为岩石泊松比，无因次；E为岩石杨氏模量，MPa；μ为压裂液粘度，mPa·s；W

第五步，设定初始时刻t＝5，从第二步计算至第四步，对比第四步计算得到的人工裂缝缝口动态缝宽与第一步设定的计算初值差异，如果差异小于等于5％，转入第六步计算；如果差异大于5％，则将第二步的人工裂缝缝口动态缝宽计算初值重新设置为第四步计算值，重复第二步至第五步；

第六步，当动态缝长L

Q

式中：Q

S3、根据人工裂缝平均缝宽和目标导流能力，基于填砂支撑渗透率确定加砂酸压改造需要的支撑剂体积：

第一步，根据人工裂缝平均缝宽和目标导流能力，依据40％渗透率由填砂支撑的原则，按照公式(6)，计算目标填砂裂缝渗透率K

式中：K

第二步，根据支撑剂颗粒半径和填砂裂缝孔隙度，按照公式(7)、(8)，计算填砂裂缝的分形特征参数，包括：最大孔隙半径λ

式中：λ

第三步，根据填砂裂缝的分形特征参数，按照公式(9)，计算实际填砂裂缝渗透率K

式中：K

第四步，设定填砂裂缝孔隙度的计算初值为φ

第五步，根据得到的填砂裂缝孔隙度，按照公式(10)，计算加砂酸压改造需要的支撑剂体积V

式中：V

S4、根据质量守恒定律和外热源能量平衡理论，建立酸液裂缝内流动反应模型和温度场模型，结合压裂液体积和支撑剂体积构建酸液裂缝模型：

第一步，根据质量守恒定律，按照公式(11)，采用有限差分法，计算裂缝内酸液的非稳态流动反应的浓度场和速度场：

式中：C为酸液浓度，小数；t为注酸的时刻，s；x为缝长方向，m；z为裂缝宽度方向，m；u

按照公式(12)，计算裂缝内酸液的非稳态流动反应的边界条件：

式中：W为裂缝宽度，m；k

第二步，根据外热源能量平衡理论，按照公式(13)，利用有限差分法，计算裂缝内酸液的温度场：

式中：T为裂缝中某一位置处的酸液温度，℃；K

按照公式(13)，计算地层传热影响下，裂缝内酸液的温度场边界条件：

式中：T

式中：ρ

第三步，将裂缝内酸液的非稳态流动反应模型与裂缝内酸液的温度场模型进行耦合，带入边界条件，按照公式(15)，计算裂缝内耦合的浓度场和速度场：

式中：C

S5、根据酸液裂缝模型获取裂缝不同时刻的酸液浓度和酸液流量，确定酸溶蚀形成的实际渗透率和加砂酸压改造需要的酸液体积：

第一步，依据60％渗透率由酸液溶蚀提供的原则，按照公式(19)，计算目标酸液溶蚀渗透率K

式中：F

第二步，设定酸液共泵注t

式中：k为注酸的时刻，s；

第三步，根据溶蚀量和裂缝形态，按照公式(18)，计算溶蚀缝宽V

其中，V

当完成K时间酸液泵注后，按照公式(19)，计算酸溶蚀形成的实际渗透率为K

式中：K

第四步，设定酸液泵注的计算初值t＝60，通过步骤S4裂缝中任意位置处该时刻的酸液浓度和酸液流量，通过步骤S5第二步和第三步计算完成t时间酸液泵注后，酸溶蚀形成的实际渗透率K

第五步，根据酸液泵注时间，按照公式(20)，计算加砂酸压改造需要的酸液体积V

式中：V

本实施例第二方面提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现一种加砂酸压改造施工参数的计算方法。

本实施例第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现一种加砂酸压改造施工参数的计算方法。

实施例2

步骤S1，收集加砂酸压井的储层厚度为10m，地层压力为30MPa，井底流压为20MPa，地下原油粘度为5mPa·s，地下原油体积系数为1.2m

设定人工裂缝长度L

设定单井加砂酸压改造能够达到的产量为30m

步骤S2，设定加砂酸压施工过程中的压裂液排量为5m

利用公式(2)～公式(4)，在t＝13min时，动态缝长为203m，大于目标人工裂缝长度为175m。利用公式(5)计算得到，达到目标人工裂缝长度需要的压裂液体积为65m

步骤S3，根据40％渗透率由填砂支撑的原则，利用公式(6)，计算得到目标填砂裂缝渗透率为14.3μm

选取20/40目陶粒作为支撑剂，支撑剂颗粒半径为0.006375m，设定填砂裂缝孔隙度的计算初值为φ

步骤S4，设定泵注酸液的浓度为20％，氢离子有效传质系数为5×10

利用公式(11)～公式(15)计算得到，任意时刻在裂缝中任意位置处酸液的浓度场和速度场，以计算60min为例，计算得到酸液在此时刻的浓度分布和流量分布如图3和图4所示。

步骤S5，依据60％渗透率由酸液溶蚀提供的原则，利用公式(19)，计算目标酸液溶蚀渗透率K

设定酸液泵注的计算初值t＝60s，通过步骤S4和步骤S5第二步至第三步，计算该时刻酸液泵注后酸溶蚀形成的实际渗透率，若K

因此，本实施例的加砂酸压改造的施工参数如表1所示：

表1加砂酸压改造施工参数

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。