低渗透气藏水平井酸化模拟研究

修伟，甘超（中石化胜利石油管理局东辛采油厂，山东东营　257000）

·油气工程·

低渗透气藏水平井酸化模拟研究

修伟，甘超
（中石化胜利石油管理局东辛采油厂，山东东营257000）

低渗透气藏储层由于存在基础孔渗条件差，非均质性强等特点，通常需要进行酸化、压裂等处理手段来提高流体在储层中的流动能力。为了合理利用酸化手段，尽可能提高酸化效果，进行低渗透气藏的酸化研究就显得非常重要。本文分析了低渗透气藏的酸化改造目标，建立了水平井酸化模拟数学模型。得到了水平井酸化压力场与流速场分布，并对低渗透气藏水平井的酸化过程进行了相应的分析。为低渗透气藏水平井的酸化设计提供了一定的理论参考。

低渗透气藏；水平井；酸化；数学模型

随着我国经济社会的高速发展，能源问题已经成为制约我国整体经济可持续发展和影响国家战略安全的重要问题之一。作为提升我国能源供应能力的重要手段之一，对于低渗、特低渗和非常规油气藏的开发逐渐受到了越来越多的关注［1-3］。

低渗透气藏具有低孔低渗和高含水饱和度等特征，同时其非均质性较强，储层天然裂缝发育程度差，这都导致了低渗透气藏的有效泄流范围小，气井自然产能较低或无自然产能［4-5］。因此，往往需要通过采取增产工艺措施才能实现经济有效开发。水平井技术作为提高单井产量的有效手段，是开发此类气藏的最主要方式之一［6-7］。

同时由于低渗透气藏储层低渗、非均质严重的特点，为了提高气井的产能，很多井必须考虑酸化或酸压投产，以改善储层流动性，解除近井地带的污染，进而满足开发指标和产能建设要求［8-11］。因此，更深入的认识低渗透气藏的酸化机理，研究低渗透气藏水平井的酸化过程就显得尤为重要。本文将对低渗透气藏的酸化改造目标进行分析并建立低渗透气藏水平井酸化模拟数学模型。为低渗透气藏水平井的酸化设计提供相应的理论依据。

1　低渗透气藏水平井的酸化改造目标

（1）水平井完井后水平井段储层比直井完井时受到的伤害更为严重，改造的井段更长，因此在水平井酸化过程中，需要尽力对水平井各段都能进行较好的改造，发挥各类储层的产能贡献。

（2）水平井完井后水平井段存在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类储层，需要针对各类储层的储渗情况和完井方式合理布酸，力争通过酸化改造解除近井地带的表皮堵塞。

（3）对于存在气层深部污染的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类储层，争取在酸化改造的同时，需要采取有效手段解决其深部污染。

对于低渗透气藏水平井来说，水平井的完井方式、伤害情况、井筒附近地应力的方向和大小、酸化后排液的考虑等一系列问题都将导致其酸化工艺有别于直井，酸化后的产能也与直井有很大差别。

因此，水平井酸化设计的优化，除了需考虑直井酸化的一般因素外（如单井储层参数、井身结构、完井方式等），还应针对水平井的特殊性，重点优化施工参数（重要的是施工规模和施工排量）、优选施工工艺，通过科学的布酸，最大程度地发挥水平井各段的潜能，对不同类型储层的工艺参数提出优化方案。

2　水平井酸化模拟计算模型

2.1水平井酸化压力场与流速场分布

目前，利用水平井开发气藏已成为一项重要技术并广泛应用，而水平井的污染问题较直井更为严重，一般都面临着酸化解堵的任务。对于大多数气藏来说，平均水平渗透率是垂向渗透率的几倍。因此，水平井酸化时酸液在地层中的流动，既有水平方向的渗流，又有垂向渗流，是一个二维流动。

压力场与流速场的分布是水平井酸化模拟的重要内容，是酸化施工设计重点考虑的因素。

2.1.1压力场数学模型假设条件：酸液为单相不可压缩流体，在地层中为稳态流动，忽略流动时的重力作用，供给半径为Re，供给压力为Pe，井筒半径为Rw，井底流压为Pwf，水平段长度为L，水平方向为h，垂向方向为v，地层的平均水平渗透率为Kh，垂向渗透率为Kv。

边界条件为：P＝Pw，R＝Rw；P＝Pe，R＝Re

采用降阶法，解得：

将边界条件变化为：

把上述边界条件带入式（4）中得到：

分析可知，地层渗透率各向同性时流体等压线为圆形，各向异性时其等压线为垂直方向不变，水平方向扩大为各向同性情况的Iani倍的椭圆形径向渗流（见图1）。

图1　压力场分布示意图

等压线上各个点满足椭圆方程：

令h=ρ·cosθ，v=ρ·sinθ

等压线上各点水平方向和垂直方向上的分量分别为：

2.1.2流速场数学模型流速场可以表示为uN＝uh· cosβ＋uv·sinβ。

联立以上各式得到：

综上，注酸过程中酸液的流速场可以表示为：

根据以上理论可以得到：

（1）渗透率各向异性地层注液，除井壁处的等压线为圆形外，地层中的等压线的形状为一族同心椭圆，流速场正交于压力场，呈平面椭圆径向流。因此，对于水平井的酸化，酸液的流动前缘和反应前缘不同于渗透率各向同性的情况。

（2）井筒附近的酸液等压线密集，其流速也相对较大，而远离井筒的地层中，等压线逐渐稀疏，流速的降落也很快。所以，与直井的等压线分布一样，压力的降落主要集中在井筒附近。

（3）Iani＝1时，即Kh＝Kv，为渗透率各向同性地层，压力与流速场分布为一族同心圆，即渗透率各向同性为渗透率各向异性指数Iani＝1时的特殊情况。

（4）井筒愈远，酸液渗流速度和压力梯度都变小，而垂直方向的渗透速度和压力梯度减少的速度是水平方向的Iani倍；也就是说，哪个方向渗流性好，则酸液向哪个方向流动的速度就快，或者说在消耗同样大的压差时，渗流性好的方向流动距离较大。

2.2施工参数计算

酸化作业施工参数包括酸化规模的确定、泵注排量及施工泵压的计算。

实际上，酸化规模和注酸排量的理论计算较为烦琐，用人工来逐步计算不现实，可以在之前数学计算模型的基础上，通过后续的建立基质酸化软件来优化这两个参数，计算原理是基于储层伤害半径及储层伤害表皮系数。

具体设计时，根据实际的限制条件，用相应的基质酸化软件优化施工规模和注酸排量，以获得最佳的酸处理效果。

3　结论

本文通过理论分析和建立相关数学模型，研究了低渗透气藏水平井的酸化过程，主要得到了以下结论：

（1）分析了低渗透气藏的酸化改造目标，分析了水平井酸化设计的必要性。

（2）在理论研究基础上，通过建立相关数学模型，分析了低渗透气藏水平井的酸化理论，得到了水平井酸化压力场与流速场分布，并对低渗透气藏水平井的酸化过程进行了相应的分析。（4）：329－334.

［1］贾承造，郑民，张永峰.中国非常规油气资源与勘探开发前景［J］.石油勘探与开发，2012，39（2）：129-136.

［2］邹才能，陶士振，杨智，等.中国非常规油气勘探与研究新进展［J］.矿物岩石地球化学通报，2012，31（4）：312-322.

［3］李武广，杨胜来，殷丹丹，等.页岩气开发技术与策略综述［J］.天然气与石油，2011，29（1）：34-37.

［4］熊健，王婷，郭平，等.考虑非达西效应的低渗透气藏压裂井产能分析［J］.天然气与石油，2012，30（1）：64-66.

［5］李建奇，杨志伦，陈启文，等.苏里格气田水平井开发技术［J］.天然气工业，2011，31（8）：60-64.

［6］熊健，李凌峰.变形介质低渗透气藏水平井产能分析［J］.天然气与石油，2011，29（5）：50-56.

［7］刘晓旭，胡永全，赵金洲.水平井酸化压力场与流速场分布计算研究［J］.天然气工业，2004，24（8）：56-58.

［8］李年银，刘平礼，赵立强，等.水平井酸化过程中的布酸技术［J］.天然气工业，2011，28（2）：104-106.

［9］邵立民.低渗透油气藏压裂返排一体化工艺技术［J］.天然气与石油，2013，31（3）：59-65.

［10］杨冠科.酶技术在压裂酸化中的应用研究［J］.天然气与石油，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

国家自然科学基金项目“超深层油气藏岩石垂向分布规律及渗流特征研究”部分研究成果，项目编号：50874114。

修伟，男，山东东营人，主要研究方向为油气田开发和采油工艺研究。