摘要
中国的碳酸盐岩油气储层分布广泛，新疆阿克苏地区顺北油田区块面积大，油气储量丰富，其中溶洞，溶孔及裂缝储集体的油气储量占比可达三分之二，但是区块地质条件复杂，缝洞及断裂带结构发育，导致进行储层酸化压裂改造时无法明确裂缝扩展路径和裂缝形态特征，缺乏对酸压工艺及技术参数优化的依据，因此，有必要深入研究缝洞体模型酸化压裂。由于碳酸盐岩储层岩芯样品尺寸限制，无法进行有效酸化压裂，而碳酸盐岩露头样品内部缝洞特征不规则，难以量化研究裂缝在缝洞结构体中的扩展发育情况，因此需要制备一种在材料属性上与碳酸盐岩相似，在内部空间分布上能模拟缝洞结构的相似材料物理模型，在此基础上开展酸化压裂，研究缝洞材料在酸化压裂过程中的裂缝扩展特征及机理。 本文针对碳酸盐岩缝洞体裂缝扩展进行研究，在微观上，以碳酸盐岩缝隙区域差异性为出发点，开展不同碳酸盐岩的矿物组分，微观结构及力学强度试验分析，揭示酸岩反应前后碳酸盐岩微观结构变化和力学差异特征；在宏观上，开展碳酸盐岩相似材料配比优选及缝洞物理模型设计，制备相似物理模型，通过酸化压裂试验，揭示酸液排量速率、应力差与缝洞分布位置等对裂缝扩展及形态特征的影响，建立酸化压裂裂缝描述模型；最后从微观酸岩反应损伤机理分析宏观裂缝扩展及裂缝特征。本文取得的成果如下： 1)XRD测试探明碳酸盐岩碳酸盐含量在90%以上；碳酸盐岩裂隙区域酸蚀差异性测试结果表明，碳酸盐含量越高，酸岩反应速率越快，碳酸盐岩裂隙区域填充物反应速率大于基质反应速率；裂隙型灰岩表面酸蚀为不均匀酸蚀模式，酸蚀区集中在裂隙区域；灰岩基质局部强度和局部强度酸蚀损伤率大于裂隙区域。 2)根据矿物成分和裂隙区域的酸蚀差异，进行相似材料配合比优选及缝洞体结构设计，建立了一种模拟缝洞体物理模型，此模型碳酸盐含量在90%以上，通过在样品内部布置不同缝洞结构，可以满足酸化压裂试验要求。 3)通过对比样品泵压曲线及裂缝形态特征，分析了酸压裂缝压裂形式和裂缝扩展形式，结果表明，因为缝洞位置差异，裂缝分为溶蚀型和压裂溶蚀型，溶蚀型特征为：沟通孔洞，破裂压力低，曲线波动大，裂缝表面存在稳定溶蚀通道；压裂溶蚀型特征为：破裂压力稍大，曲线波动小，裂缝面有蚓孔等酸蚀特征。 4)对压裂试验样品进行酸蚀微观特征分析，表明酸蚀作用导致裂缝尖端的塑性区r0扩大，降低了破裂压力，且随着压裂时间增加，最大破裂压力逐渐降低，证明了酸压损伤的时间效应。 5)通过对裂缝扩展特征分析可知：随着水平侧压力系数增加，裂缝复杂度降低，裂缝单一扩展；低排量速率下酸压裂缝易沿断裂带朝重力方向向下扩展；对比水压裂缝可知，逼近角对于酸压裂缝突破断裂带的影响较小；分析样品穿孔情况，发现酸化压裂泵压强度低，难以连通孔洞，即使穿孔也以溶蚀为主；对比不同排量速率下泵压曲线裂与缝形态特征的变化规律可知，样品排量速率越快，破裂压力越大，裂缝表面的蚓孔和溶蚀孔洞等酸蚀特征越不明显。
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