[發明專利]一種碳酸鹽巖酸化數值模擬方法

有效

• 申請號: 202010770011.3
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN112069654B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 賈存奇;姚軍;宋文輝;黃朝琴
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G16C10/00;G06F111/10
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

1.一種碳酸鹽巖酸化數值模擬方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟1，選取碳酸鹽巖目標區塊，獲取目標區塊的區塊概況，收集目標區塊基礎資料，包括地震資料、測井資料和取芯資料；

步驟2，基于MATLAB軟件建立碳酸鹽巖酸化模型，碳酸鹽巖酸化模型設置有巖石體系、酸液體系，結合目標區塊基礎資料，確定碳酸鹽巖酸化模型的計算范圍，并對碳酸鹽巖酸化模型的計算區域進行網格劃分，設置碳酸鹽巖酸化數值模擬時間t；

步驟3，基于目標區塊的取芯資料，選取基質巖心進行巖石物理實驗，獲取目標區塊內的基質巖心信息，包括基質巖心的密度、孔隙度、滲透率、成分組成、比表面積、含量以及分布情況，并根據基質巖心信息，設置碳酸鹽巖酸化模型巖石體系中基質巖心參數的初始值；

步驟4，基于目標區塊的取芯資料，選取基質巖心進行應力模擬實驗，結合地震資料和測井資料，獲取目標區塊內的裂縫信息，包括裂縫的數量、方位、開度、粗糙度以及內部充填程度，設置巖石體系中裂縫參數的初始值；

步驟5，基于目標區塊的區塊概況，結合取芯資料和地震資料，獲取目標區塊內的溶洞信息，包括溶洞的數量、大小、形狀以及內部填充程度，設置巖石體系中溶洞參數的初始值；

步驟6，結合目標區塊的區塊概況，進行目標區塊酸化設計，確定碳酸鹽巖酸化模型的酸液體系，包括酸液的流體組分、粘度、密度、濃度、擴散系數和含量，以及酸液與碳酸鹽巖進行化學反應的本征速率和反應級數，并設置碳酸鹽巖酸化模型中酸液體系參數的初始值；

步驟7，基于碳酸鹽巖酸化模型，針對酸液體系和巖石體系建立控制方程和輔助方程，具體包括以下子步驟：

步驟7.1：建立孔隙度和滲透率輔助方程以及孔隙度和比表面積輔助方程；

利用孔隙度和滲透率輔助方程計算酸化過程中巖石的滲透率，公式如下所示：

式中，k₀表示酸化初始時刻巖石的滲透率，單位為m²；k表示酸化過程中巖石的滲透率，單位為m²；

利用孔隙度和比表面積輔助方程計算酸化過程中巖石的比表面積，公式如下所示：

式中，S₀表示酸化初始時刻巖石的比表面積，單位為m²；S表示酸化過程中巖石的比表面積，單位為m²；φ_0,fluid表示酸化初始時刻的流體含量，單位為％，包括酸化初始時刻基質巖心、裂縫和溶洞內部的流體含量；

步驟7.2：根據質量守恒定律，建立流體連續性方程計算流體的壓力，公式如下所示：

式中，ρ_liquid表示流體密度，單位為kg/m³；

再根據動量守恒定律，建立Naier-Stokes-Darcy方程，將計算的酸化過程中流體的壓力和巖石的滲透率代入Naier-Stokes-Darcy方程內，計算酸化過程中流體的速度，公式如下所示：

式中，p表示流體的壓力，單位為MPa；μ表示流體的粘度，單位為mPa·s；k表示巖石的滲透率，單位為m²；u表示流體的速度，單位為m/s；

步驟7.3：根據質量守恒定律，建立酸液連續性方程，利用酸液連續性方程計算酸化過程中酸液的含量c_acid，公式如下所示：

式中，φ_fluid表示流體的含量，單位為％；c_acid表示酸液的含量，單位為mol/m³；D_acid表示酸液的擴散系數，單位為m²/s；

步驟7.4：根據質量守恒定律，建立巖石連續性方程，利用巖石連續性方程計算酸化過程中巖石的含量，公式如下所示：

其中，

式中，φ_solid表示巖石的含量，單位為％；ρ_solid表示巖石的密度，單位為kg/m³；t表示酸化數值模擬時間，單位為s；S表示巖石的比表面積，單位為1/m；M_solid表示巖石的摩爾質量，單位為g/mol；R_acid表示酸液體系中酸液的化學反應速率，單位為mol/(m²·s)；k_s表示酸液與碳酸鹽巖進行化學反應的本征速率，單位為mol^1-n/(m^2-3n·s)；n表示酸液與碳酸鹽巖進行化學反應的反應級數，單位為1；c_acid表示酸液的含量，單位為mol/m³；

步驟8，基于MATLAB軟件，利用碳酸鹽巖酸化模型進行碳酸鹽巖酸化數值模擬，求解碳酸鹽巖酸化模型中酸液體系、巖石體系的控制方程和輔助方程，模擬碳酸鹽巖酸化全過程。