裂缝性碳酸盐岩酸蚀蚓孔数字化分析

吴红军，　孔嫦娥，　伊向艺，　张晖，　刘辉，　吴元琴

裂缝性碳酸盐岩酸蚀蚓孔数字化分析

吴红军1，孔嫦娥1，伊向艺2，3，张晖1，刘辉1，吴元琴2

（1.中国石油塔里木油田分公司油气工程研究院，新疆库尔勒 841000；2.成都理工大学能源学院，成都610059；3.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都 610059）

吴红军等.裂缝性碳酸盐岩酸蚀蚓孔数字化分析［J］.钻井液与完井液，2016，33（4）：105-108.

在裂缝性碳酸盐岩储层酸压过程中容易形成酸蚀蚓孔，有效沟通渗流通道，而酸液滤失前/后裂缝表面形态的研究，存在着描述的量化问题。利用三维激光扫描仪对滤失前后裂缝壁面形态进行扫描及数字化处理，量化地描述酸蚀蚓孔。数字化分析研究表明，从数字化得出的裂缝壁面形态等值线图与三维图可清楚看到裂缝壁面酸蚀蚓孔形态；从裂缝间距等值线图和三维图可直接得到酸蚀蚓孔在不同位置处的大小；从裂缝壁面吻合度柱状图和裂缝间距分布柱状图，可得到酸蚀蚓孔不同间距的点云数量及其所占比例，计算酸蚀蚓孔体积，为酸压设计提供指导作用。

天然裂缝；酸蚀蚓孔；数字化分析；裂缝间距；蚓孔体积

碳酸盐岩储层天然裂缝和孔洞发育。酸化压裂中酸液选择性地流进大孔道，形成酸蚀蚓孔。酸蚀蚓孔一方面可以有效沟通渗流通道，另一方面滤失严重会导致酸蚀缝长较短，从而达不到酸化压裂增产效果［1-3］。笔者以裂缝性碳酸盐岩储层为研究对象，室内模拟酸液在裂缝中的滤失，使用横截面积很小的岩样，为使实验结果真实有效，用人工裂缝的井下岩心代替天然裂缝井下岩心，人工与地层天然裂缝的特性相同［4］，通过自主设计的地层条件储层动渗失分析仪［5］模拟酸液滤失过程，在裂缝中形成酸蚀蚓孔，成都理工大学伊向艺教授利用三维激光扫描装置，对不同情况的裂缝形态进行量化研究和相关分析，提出了裂缝壁面形态数字化分析方法［6-9］，通过数字化方法量化地描述酸蚀蚓孔。

1　裂缝性碳酸盐岩酸蚀蚓孔室内实验

为保证裂缝性碳酸盐岩酸液滤失实验的真实有效性，需要大量的带有裂缝的井下岩心，而事实上井下带有天然裂缝的岩心很难取得且数量有限，但取得井下岩心相对难度较小，通过人为方法让井下岩心产生裂缝，用人工裂缝的岩心代替有天然裂缝的井下岩心进行实验。采用巴西实验方式将岩心进行劈裂，模拟地层天然裂缝进行酸液动滤失实验。地层条件储层动渗失分析仪见图1。实验系统是在对滤失釜内的酸液设定一定温度和压力，由电动机带动搅动杆，带动滤失釜内部的酸液转动，酸液沿釜体壁面流过釜体两侧，由夹持器固定的岩心表面裂缝进行滤失，从岩心夹持器的另一端进行酸液滤失量测量，通过传感器传输到电脑进行采集。

图1　储层动渗失分析仪（左）及其实验原理（右）

2　裂缝性碳酸盐岩酸蚀蚓孔数字化分析方法

应用三维激光扫描仪，通过获取岩石裂缝壁面酸液滤失前/后的三维形态的点云数据，精度可达0.1 mm，经过自编软件处理点云数据，可得到裂缝壁面形态的数字化结果，即裂缝壁面形态等值线图与三维图、裂缝间距等值线图和三维图、裂缝壁面吻合度柱状图和裂缝间距分布柱状图，从而达到量化地描述酸蚀蚓孔的目的。该方法的最大的优点就是，能快速地获取裂缝壁面的三维形态数据，真实反映裂缝壁面的形态，且能够最大限度地减少人为产生的误差。

3　裂缝性碳酸盐岩酸蚀蚓孔数字化分析

考察了20%胶凝酸鲜酸在一定流速和温度下与人工劈裂碳酸盐岩裂缝岩心的溶蚀-滤失实验，滤失酸液体积800 mL，酸液温度90 ℃，岩心滤失前后照片见图2。由图2可知，在裂缝中酸液形成了一条横穿整个裂缝面的深刻的酸蚀蚓孔，还有几条酸蚀蚓孔并未滤通。

裂缝壁面滤失前

裂缝壁面滤失后

图2　20%胶凝酸进出酸端面滤失前/后岩心照片

20%胶凝酸滤失前后裂缝壁面形态等值线图与三维图见图3和图4，其裂缝间距等值线和三维图见图5。

图3　20%胶凝酸滤失前裂缝壁面形态等值线图与三维图

图4　20%胶凝酸滤失后裂缝壁面形态等值线图与三维图

图5　20%胶凝酸滤失前（左）/后（右）裂缝间距等值线图和三维图

由图3～图5可知，裂缝壁面清晰的形态，滤失前劈裂的人工裂缝并非完全闭合，裂缝具有一定的导流能力，为酸液滤失提供了条件；滤失后裂缝壁面酸蚀蚓孔的形态及蚓孔沟槽不同位置的深度，可定量描述酸蚀蚓孔。两裂缝壁面之间并非完全闭合。“吻合度”是描绘岩石裂缝两表面之间的闭合状态，裂缝两表面的吻合度可根据裂缝两表面的实际接触面积与名义面积比值来表示。名义面积是指研究区域的面积［8］。

酸液滤失前后裂缝壁面各个间距的点云数量和裂缝壁面的吻合度见表1。

表1　20%胶凝酸滤失前/后裂缝间距统计表

由表1可知，滤失前裂缝壁面吻合度是81.1%，滤失后裂缝壁面吻合度是77.6%，滤失后裂缝壁面间距变大，范围更广。20%胶凝酸滤失前/后裂缝壁面吻合度和点云个数柱状图见图6和图7。由图6和图7可知，酸液滤失前，裂缝间距主要集中在0.1～0.3 mm，最大值不超过1.2 mm，这些间距为裂缝提供了导流能力；酸液滤失后，由于酸液的溶蚀作用，形成了酸蚀蚓孔，裂缝间距变大，间距值分布更广，裂缝间距分布范围0.1～2.9 mm，蚓孔间距主要分布范围是0.8～2.3 mm，呈凸形分布。

图6　20%胶凝酸滤失前/后裂缝壁面吻合度柱状图

图7　20%胶凝酸滤失前/后裂缝间距分布柱状图

通过计算滤失前/后裂缝壁面间距的体积，裂缝间距体积等于不同间距体积之和，用滤失后裂缝壁面间距体积减滤失前裂缝壁面间距体积，可得到酸蚀蚓孔的体积。由表1和式（2）可计算出20%胶凝酸鲜酸酸蚀蚓孔的体积为1 706.05 mm3。

式中：ai是滤失后裂缝壁面间距值，mm；di是间距值对应的点云个数；aj是滤失前裂缝壁面间距值，mm；dj是间距值对应的点云个数；am/an是滤失前/后裂缝缝壁面最大间距值。

4　结论

1.利用人工劈裂岩心代替天然裂缝岩心，在自主设计酸液动滤失实验装置中进行酸液滤失实验，率先提出用裂缝壁面数字化方法对酸蚀蚓孔进行量化研究。

2.运用数字化分析方法，可更加生动形象地看到酸蚀蚓孔的形态，得到不同裂缝间距的点云数量及其所占比例，酸蚀蚓孔裂缝间距呈凸形分布，可计算出酸蚀蚓孔体积，为酸压设计提供指导作用。

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［7］解慧.考虑裂缝形态导流能力的数字化方法及其规律研究［D］.成都： 成都理工大学，2012. XIE Hui.The exploration on the digital methods considering the fracture morphology conductivity and its regularity［D］.Cheng Du： Chengdu University of Technology，2012.

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Numerical Analysis of Acid-Corroded Wormholes in Fractured Carbonate Rocks

WU Hongjun1， KONG Chang’e1， YI Xiangyi2，3， ZHANG Hui1， LIU Hui1， WU Yuanqin2
（1. Research Institute of Oil and Gas Engineering， Tarim Oilfield Division， Korla， Xinjiang 841000；2. College of Energy Resources， Chengdu University of Technology， Chengdu， Sichuan 610059；3. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation， Chengdu University of Technology， Chengdu， Sichuan 610059）

Acid-corroded wormholes generated in acid fracturing of carbonate rocks play an important role in flow channel communication. A quantitative characterization of the surface of the fracture planes before and after acid corrosion has not yet been found. The acidcorroded wormholes can be quantitatively characterized with a 3D laser scanner which scans the surface of the fracture planes before and after filtration of acid and numerically processes the data obtained. Studies show that the isogram and the 3D plots of the fracture planes give a clear picture of the acid-corroded wormholes. The dimensions of different spots in a wormhole can be obtained from the isogram and 3D plots of the fracture spacings. The number and the proportion of the cloud points of the different spacings in acidcorroded wormholes can be obtained from the matching histogram of the fracture planes and the histogram of the spacing distribution of the fractures. Using these data， the volume of the acid-corroded wormholes can be calculated， providing guidance to acid fracturing design.

Natural fractures； Acid-corroded wormhole； Numerical analysis； Fracture spacing； Volume of wormhole

TE357.2

A

1001-5620（2016）04-0105-04

10.3696/j.issn.1001-5620.2016.04.022

国家自然科学基金“高黏度酸液酸岩反应动力学机理研究”（51274050）。

吴红军，1988年生，男，助理工程师，硕士研究生，2014年毕业于成都理工大学油气田开发工程专业，主要从事储层改造及储层保护的研究。E-mail：wuhongjuncdut@163.com。

（2016-04-26；HGF=1506C11；编辑王超）