低滲透氣藏水平井酸化模擬研究

修偉，甘超（中石化勝利石油管理局東辛采油廠，山東東營　257000）

·油氣工程·

低滲透氣藏水平井酸化模擬研究

修偉，甘超
（中石化勝利石油管理局東辛采油廠，山東東營257000）

低滲透氣藏儲層由于存在基礎孔滲條件差，非均質性強等特點，通常需要進行酸化、壓裂等處理手段來提高流體在儲層中的流動能力。為了合理利用酸化手段，盡可能提高酸化效果，進行低滲透氣藏的酸化研究就顯得非常重要。本文分析了低滲透氣藏的酸化改造目標，建立了水平井酸化模擬數學模型。得到了水平井酸化壓力場與流速場分布，并對低滲透氣藏水平井的酸化過程進行了相應的分析。為低滲透氣藏水平井的酸化設計提供了一定的理論參考。

低滲透氣藏；水平井；酸化；數學模型

隨著我國經濟社會的高速發展，能源問題已經成為制約我國整體經濟可持續發展和影響國家戰略安全的重要問題之一。作為提升我國能源供應能力的重要手段之一，對于低滲、特低滲和非常規油氣藏的開發逐漸受到了越來越多的關注［1-3］。

低滲透氣藏具有低孔低滲和高含水飽和度等特征，同時其非均質性較強，儲層天然裂縫發育程度差，這都導致了低滲透氣藏的有效泄流范圍小，氣井自然產能較低或無自然產能［4-5］。因此，往往需要通過采取增產工藝措施才能實現經濟有效開發。水平井技術作為提高單井產量的有效手段，是開發此類氣藏的最主要方式之一［6-7］。

同時由于低滲透氣藏儲層低滲、非均質嚴重的特點，為了提高氣井的產能，很多井必須考慮酸化或酸壓投產，以改善儲層流動性，解除近井地帶的污染，進而滿足開發指標和產能建設要求［8-11］。因此，更深入的認識低滲透氣藏的酸化機理，研究低滲透氣藏水平井的酸化過程就顯得尤為重要。本文將對低滲透氣藏的酸化改造目標進行分析并建立低滲透氣藏水平井酸化模擬數學模型。為低滲透氣藏水平井的酸化設計提供相應的理論依據。

1　低滲透氣藏水平井的酸化改造目標

（1）水平井完井后水平井段儲層比直井完井時受到的傷害更為嚴重，改造的井段更長，因此在水平井酸化過程中，需要盡力對水平井各段都能進行較好的改造，發揮各類儲層的產能貢獻。

（2）水平井完井后水平井段存在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層，需要針對各類儲層的儲滲情況和完井方式合理布酸，力爭通過酸化改造解除近井地帶的表皮堵塞。

（3）對于存在氣層深部污染的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層，爭取在酸化改造的同時，需要采取有效手段解決其深部污染。

對于低滲透氣藏水平井來說，水平井的完井方式、傷害情況、井筒附近地應力的方向和大小、酸化后排液的考慮等一系列問題都將導致其酸化工藝有別于直井，酸化后的產能也與直井有很大差別。

因此，水平井酸化設計的優化，除了需考慮直井酸化的一般因素外（如單井儲層參數、井身結構、完井方式等），還應針對水平井的特殊性，重點優化施工參數（重要的是施工規模和施工排量）、優選施工工藝，通過科學的布酸，最大程度地發揮水平井各段的潛能，對不同類型儲層的工藝參數提出優化方案。

2　水平井酸化模擬計算模型

2.1水平井酸化壓力場與流速場分布

目前，利用水平井開發氣藏已成為一項重要技術并廣泛應用，而水平井的污染問題較直井更為嚴重，一般都面臨著酸化解堵的任務。對于大多數氣藏來說，平均水平滲透率是垂向滲透率的幾倍。因此，水平井酸化時酸液在地層中的流動，既有水平方向的滲流，又有垂向滲流，是一個二維流動。

壓力場與流速場的分布是水平井酸化模擬的重要內容，是酸化施工設計重點考慮的因素。

2.1.1壓力場數學模型假設條件：酸液為單相不可壓縮流體，在地層中為穩態流動，忽略流動時的重力作用，供給半徑為Re，供給壓力為Pe，井筒半徑為Rw，井底流壓為Pwf，水平段長度為L，水平方向為h，垂向方向為v，地層的平均水平滲透率為Kh，垂向滲透率為Kv。

邊界條件為：P＝Pw，R＝Rw；P＝Pe，R＝Re

采用降階法，解得：

將邊界條件變化為：

把上述邊界條件帶入式（4）中得到：

分析可知，地層滲透率各向同性時流體等壓線為圓形，各向異性時其等壓線為垂直方向不變，水平方向擴大為各向同性情況的Iani倍的橢圓形徑向滲流（見圖1）。

圖1　壓力場分布示意圖

等壓線上各個點滿足橢圓方程：

令h=ρ·cosθ，v=ρ·sinθ

等壓線上各點水平方向和垂直方向上的分量分別為：

2.1.2流速場數學模型流速場可以表示為uN＝uh· cosβ＋uv·sinβ。

聯立以上各式得到：

綜上，注酸過程中酸液的流速場可以表示為：

根據以上理論可以得到：

（1）滲透率各向異性地層注液，除井壁處的等壓線為圓形外，地層中的等壓線的形狀為一族同心橢圓，流速場正交于壓力場，呈平面橢圓徑向流。因此，對于水平井的酸化，酸液的流動前緣和反應前緣不同于滲透率各向同性的情況。

（2）井筒附近的酸液等壓線密集，其流速也相對較大，而遠離井筒的地層中，等壓線逐漸稀疏，流速的降落也很快。所以，與直井的等壓線分布一樣，壓力的降落主要集中在井筒附近。

（3）Iani＝1時，即Kh＝Kv，為滲透率各向同性地層，壓力與流速場分布為一族同心圓，即滲透率各向同性為滲透率各向異性指數Iani＝1時的特殊情況。

（4）井筒愈遠，酸液滲流速度和壓力梯度都變小，而垂直方向的滲透速度和壓力梯度減少的速度是水平方向的Iani倍；也就是說，哪個方向滲流性好，則酸液向哪個方向流動的速度就快，或者說在消耗同樣大的壓差時，滲流性好的方向流動距離較大。

2.2施工參數計算

酸化作業施工參數包括酸化規模的確定、泵注排量及施工泵壓的計算。

實際上，酸化規模和注酸排量的理論計算較為煩瑣，用人工來逐步計算不現實，可以在之前數學計算模型的基礎上，通過后續的建立基質酸化軟件來優化這兩個參數，計算原理是基于儲層傷害半徑及儲層傷害表皮系數。

具體設計時，根據實際的限制條件，用相應的基質酸化軟件優化施工規模和注酸排量，以獲得最佳的酸處理效果。

3　結論

本文通過理論分析和建立相關數學模型，研究了低滲透氣藏水平井的酸化過程，主要得到了以下結論：

（1）分析了低滲透氣藏的酸化改造目標，分析了水平井酸化設計的必要性。

（2）在理論研究基礎上，通過建立相關數學模型，分析了低滲透氣藏水平井的酸化理論，得到了水平井酸化壓力場與流速場分布，并對低滲透氣藏水平井的酸化過程進行了相應的分析。（4）：329－334.

［1］賈承造，鄭民，張永峰.中國非常規油氣資源與勘探開發前景［J］.石油勘探與開發，2012，39（2）：129-136.

［2］鄒才能，陶士振，楊智，等.中國非常規油氣勘探與研究新進展［J］.礦物巖石地球化學通報，2012，31（4）：312-322.

［3］李武廣，楊勝來，殷丹丹，等.頁巖氣開發技術與策略綜述［J］.天然氣與石油，2011，29（1）：34-37.

［4］熊健，王婷，郭平，等.考慮非達西效應的低滲透氣藏壓裂井產能分析［J］.天然氣與石油，2012，30（1）：64-66.

［5］李建奇，楊志倫，陳啟文，等.蘇里格氣田水平井開發技術［J］.天然氣工業，2011，31（8）：60-64.

［6］熊健，李凌峰.變形介質低滲透氣藏水平井產能分析［J］.天然氣與石油，2011，29（5）：50-56.

［7］劉曉旭，胡永全，趙金洲.水平井酸化壓力場與流速場分布計算研究［J］.天然氣工業，2004，24（8）：56-58.

［8］李年銀，劉平禮，趙立強，等.水平井酸化過程中的布酸技術［J］.天然氣工業，2011，28（2）：104-106.

［9］邵立民.低滲透油氣藏壓裂返排一體化工藝技術［J］.天然氣與石油，2013，31（3）：59-65.

［10］楊冠科.酶技術在壓裂酸化中的應用研究［J］.天然氣與石油，2013，31（5）：50-54.

Modeling study of horizontal well acidizing in low-permeability gas reservoir

XIU Wei，GAN Chao
（Dongxin Oil Production Plant of Shengli Petroleum Administration Bureau of Sinopec，Dongying Shandong 257000，China）

Low-permeability gas reservoirs are characterized by low permeability，low porosity and strong heterogeneity.Acidizing or fracturing are always needed to improve the fluid flowing capacity in reservoir.The study of acidizing in low-permeability gas reservoir is of great importance to make rational use of acidizing and get better acidizing effect.In this study，reformable goal of acidizing was analyzed and mathematical model of horizontal well acidizing was developed as well.As a result of this study，pressure field and velocity field of horizontal well acidizing was obtained，analytical investigation of acidizing in low-permeability gas reservoir was carried out as well.This study can provide theory evidence for the learning horizontal well acidizing in low-permeability gas reservoir.

low-permeability gas reservoir；horizontal well；acidizing；modeling study

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.01.001

TE357.2

A

1673-5285（2015）01-0001-04

2014－12-02

國家自然科學基金項目“超深層油氣藏巖石垂向分布規律及滲流特征研究”部分研究成果，項目編號：50874114。

修偉，男，山東東營人，主要研究方向為油氣田開發和采油工藝研究。