摘要
缝洞型碳酸盐岩油气藏分布广、储量大，是增储上产的重要阵地。但储集空间多样，储集层表现为“高孔隙度、低渗透率”，宏观上表现为渗流自由流耦合特征。酸化技术是油气储层改造、储层污染解除和沟通近井地带的一种有效措施。在碳酸盐岩油藏中大量应用，酸液腐蚀岩石生成蚓孔存在最优注入速度。找到最优注入速度可以降低成本，提高酸化效果。缝洞型碳酸盐岩油藏酸化模拟研究涉及尺度升级、渗流自由流耦合、多场耦合科学难点，现有的酸岩反应数学模型不能对其准确表征。 对此，本文基于离散缝洞模型提出了一套适用于缝洞型碳酸盐岩油藏酸岩反应流动模拟的数学模型，采用有限元的数值求解方法进行求解。该数学模型由基岩系统、裂缝系统和溶洞系统组成，针对渗流-自由流耦合问题，渗流区采用Darcy方程，自由流区采用N-S方程，两区域间通过BJS边界条件进行耦合，浓度场采用对流扩散方程进行求解，两区域间通过浓度连续边界条件耦合，创新性的将双尺度模型和离散缝洞模型结合。考虑实际地层的非均质性，采用随机函数生成初始孔隙度场图，首先，基于双尺度模型，分析注入速度、基质岩块的非均质性对溶蚀结构和酸液突破体积的影响，分析对比不同溶蚀模式。其次，基于离散裂缝模型，裂缝被降维，分析注入速度在裂缝性介质中对溶蚀模式的影响，研究裂缝开度、裂缝走向、裂缝开度变化对溶蚀结构和酸液突破体积的影响。最后，基于离散缝洞模型，研究在缝洞性介质中酸液最优注入速度下，相同溶洞数目不同溶洞分布，相同溶洞面积不同溶洞形状，相同面积不同溶洞走向，相同溶洞面积不同溶洞数目和缝洞模式对溶蚀结构和酸液突破体积的影响。 数值模拟研究表明，本章建立的酸岩反应流动模拟数学模型可有效表征渗流自由耦合特征，模拟注入酸在缝洞型介质中溶蚀模式，体现缝洞介质对溶蚀结构的影响；基岩中不含有裂缝和溶洞时，基岩的非均质性不影响酸液的溶蚀模式和酸液的最优注入速度。在裂缝性介质中，酸液反应体系相同，裂缝的存在、裂缝的非均质性、裂缝开度随溶蚀的动态变化只会影响岩心的溶蚀结构，不会影响酸液的最优注入速度；对于缝洞性介质，酸液在溶洞中的扩散和对流是瞬间的，溶洞相当于一个等势体，缩短了酸液在岩心中的流动距离，减小了酸液在岩心中的滞留时间。在本课题的酸岩反应数学模型中，溶洞只提供流动，不参与反应，下一步，研究溶洞边界动态变化对溶蚀模式和溶蚀结构的影响。
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