本說明書涉及石油工程，特別涉及一種基于數(shù)學(xué)模型的酸蝕壁面形態(tài)預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

1、目前市場對(duì)于碳酸鹽巖油氣的開發(fā)已經(jīng)面向深層發(fā)展。深層碳酸鹽巖油氣資源量約占世界油氣資源總量的70％。直至今日，深層碳酸鹽巖油氣仍是能源的供應(yīng)不可或缺的一環(huán)。而儲(chǔ)層埋藏深，非均質(zhì)性強(qiáng)，環(huán)境溫度高，閉合壓力高是現(xiàn)今深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層開發(fā)面臨的普遍難題。深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸壓改造后，往往存在酸蝕裂縫導(dǎo)流能力弱，增產(chǎn)效果持續(xù)時(shí)間短的問題。其中最主要原因是酸蝕壁面形態(tài)制約著裂縫閉合后的油氣通道，可能導(dǎo)致油氣流動(dòng)受限。因此，酸蝕裂縫壁面形態(tài)是酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的決定因素之一，也是預(yù)測和判斷酸壓效果的重要參數(shù)。

2、目前研究酸蝕裂縫表面形態(tài)的方法主要是利用酸液流動(dòng)實(shí)驗(yàn)獲取酸蝕巖面，再利用激光掃描實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，從而進(jìn)行不同條件下的酸蝕裂縫相關(guān)研究。但由于碳酸鹽巖非均質(zhì)性強(qiáng)，每次實(shí)驗(yàn)樣品所獲得的初始裂縫面差異大，傳統(tǒng)的研究方法無法研究不同酸液注入條件在相同壁面下的刻蝕特征。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的一種基于數(shù)學(xué)模型的酸蝕壁面形態(tài)預(yù)測方法解決了相同壁面上無法開展不同酸液注入條件下刻蝕形態(tài)研究的問題。

2、為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于數(shù)學(xué)模型的酸蝕壁面形態(tài)預(yù)測方法，包括：

3、s1：利用三維激光掃描儀和流體有限元軟件，對(duì)巖板裂縫面進(jìn)行三維建模，得到裂縫空間模型；

4、s2：基于所述裂縫空間模型的預(yù)設(shè)條件與流體注入?yún)?shù)，利用有限體積法原理對(duì)裂縫空間模型的壓力場與速度場進(jìn)行耦合求解，得到裂縫內(nèi)流體流動(dòng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)分布；

5、s3：基于縫內(nèi)酸液的邊界層、自然擴(kuò)散、對(duì)流傳質(zhì)的相關(guān)理論，構(gòu)建傳質(zhì)控制的酸巖反應(yīng)數(shù)學(xué)模型；

6、s4：將所述裂縫內(nèi)流體流動(dòng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)分布輸入所述酸巖反應(yīng)數(shù)學(xué)模型，得到每個(gè)壁面節(jié)點(diǎn)的溶蝕質(zhì)量；

7、s5：利用所述每個(gè)壁面節(jié)點(diǎn)的溶蝕質(zhì)量，分析與點(diǎn)溶蝕深度對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到壁面對(duì)應(yīng)溶蝕深度；

8、s6：利用所述裂縫空間模型，去除所述壁面對(duì)應(yīng)溶蝕深度的影響，得到酸蝕后的壁面形態(tài)，完成對(duì)酸蝕壁面形態(tài)的預(yù)測。

9、本發(fā)明的有益效果為：處理器利用裂縫空間模型和酸巖反應(yīng)數(shù)學(xué)模型，預(yù)測壁面對(duì)應(yīng)溶蝕深度，得到酸蝕后的壁面形態(tài)，完成對(duì)酸蝕壁面形態(tài)的預(yù)測。通過利用三維激光掃描儀獲取真實(shí)裂縫面形態(tài)數(shù)字化模型，導(dǎo)入流體有限元建模軟件得到真實(shí)裂縫空間模型，大大簡化了實(shí)驗(yàn)工作量，節(jié)約實(shí)驗(yàn)樣品和實(shí)驗(yàn)成本，解決了相同壁面上無法開展不同酸液注入條件下刻蝕形態(tài)研究的問題；利用裂縫空間模型和酸巖反應(yīng)數(shù)學(xué)模型，還可以提高酸蝕壁面預(yù)測的準(zhǔn)確性和預(yù)測效率。

10、進(jìn)一步地，所述s1包括：

11、利用三維激光掃描儀，對(duì)巴西劈裂巖板進(jìn)行掃描，得到真實(shí)巖面的3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

12、利用流體有限元軟件，對(duì)所述真實(shí)巖面的3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)建模，得到網(wǎng)格化的裂縫空間模型。

13、基于縫內(nèi)酸液邊界層、自然擴(kuò)散和對(duì)流傳質(zhì)相關(guān)理論，建立了考慮地層溫度、酸液粘度、酸液濃度，酸液流速、裂縫寬度的綜合參數(shù)條件下的酸巖反應(yīng)速率計(jì)算模型，大大提高模型計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確程度。

14、進(jìn)一步地，所述s3包括：

15、基于縫內(nèi)酸液的邊界層理論，利用酸液流速、泵注排量和雷諾數(shù)的關(guān)系，計(jì)算臨界雷諾數(shù)；

16、基于縫內(nèi)酸液的自然擴(kuò)散理論，利用酸液濃度和酸液粘度、地層高溫對(duì)酸液流動(dòng)時(shí)酸液擴(kuò)散的影響，計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)；

17、基于縫內(nèi)酸液的對(duì)流傳質(zhì)理論，得到地層裂縫中層流的對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)；

18、利用所述臨界雷諾數(shù)、所述擴(kuò)散系數(shù)和所述流對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)，得到地層裂縫中的酸液有效傳質(zhì)系數(shù)；

19、基于所述地層裂縫中的酸液有效傳質(zhì)系數(shù)，利用菲克第一定律和酸巖反應(yīng)化學(xué)方程式，構(gòu)建傳質(zhì)控制的酸巖反應(yīng)數(shù)學(xué)模型。

20、通過考慮地層溫度、酸液粘度、酸液流速、裂縫寬度等綜合參數(shù)，更加符合地層真實(shí)條件，計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確。

21、進(jìn)一步地，所述臨界雷諾數(shù)的表達(dá)式為：

22、

23、所述擴(kuò)散系數(shù)的表達(dá)式為：

24、d＝[9.77×10-11exp(0.0847t)c+1.61×10-9exp(0.023t)]/1000μ；

25、所述對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)的表達(dá)式為：

26、kl＝0.047w-1/2u1/2d2/3v-1/6；

27、其中，re表示臨界雷諾數(shù)，q表示泵注排量，ρ表示酸液密度，h表示平均縫高，μ表示酸液粘度，d表示擴(kuò)散系數(shù)，exp表示自然常數(shù)指數(shù)形式，t表示地層溫度，c表示酸液濃度，kl表示對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)，w表示裂縫寬度，u表示酸液流速，v表示酸液運(yùn)動(dòng)粘度。

28、進(jìn)一步地，所述酸液有效傳質(zhì)系數(shù)的表達(dá)式為：

29、de＝0.00235w1/2u1/2ρ1/6μ-7/6[9.77×10-11e0.0847t+1.61×10-9e0.023t]；

30、所述酸巖反應(yīng)數(shù)學(xué)模型的表達(dá)式為：

31、jr1＝2.35w-1/2u1/2d2/3v-1/6c；

32、jr2＝2.162w-1/2u1/2d2/3v-1/6c；

33、其中，de表示酸液有效傳質(zhì)系數(shù)，w表示裂縫寬度，u表示酸液流速，ρ表示酸液密度，μ表示酸液粘度，e表示自然常數(shù)，t表示地層溫度，c表示酸液濃度，jr1表示對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)方解石溶蝕速率，jr2表示對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)白云石溶蝕速率。

34、利用三維激光掃描儀和流體力學(xué)有限元軟件建立了真實(shí)裂縫空間模型，并經(jīng)過數(shù)值模擬后獲得縫面流體參數(shù)分布，結(jié)合酸巖反應(yīng)數(shù)學(xué)模型獲取縫面單節(jié)點(diǎn)的溶蝕質(zhì)量，使得縫面溶蝕規(guī)律分析更加精細(xì)化和具體化。

35、進(jìn)一步地，所述s4包括：

36、利用三維激光掃描儀和流體有限元軟件，獲取節(jié)點(diǎn)平均覆蓋面積、方解石含量和白云石含量；

37、將所述裂縫內(nèi)流體流動(dòng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)分布、所述節(jié)點(diǎn)平均覆蓋面積、所述方解石含量和所述白云石含量，輸入至所述酸巖反應(yīng)數(shù)學(xué)模型，得到每個(gè)壁面節(jié)點(diǎn)的溶蝕質(zhì)量。

38、利用有限元網(wǎng)格劃分思想，將裂縫面網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)化，計(jì)算單個(gè)節(jié)點(diǎn)控制面積，使得后續(xù)溶蝕計(jì)算細(xì)化到具體節(jié)點(diǎn)，更符合實(shí)際地層條件。

39、進(jìn)一步地，所述節(jié)點(diǎn)平均覆蓋面積的表達(dá)式為：

40、

41、其中，表示節(jié)點(diǎn)平均覆蓋面積，s表示壁面面積，n表示壁面網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)。

42、利用溶蝕質(zhì)量計(jì)算式和溶蝕深度計(jì)算式可以求得每個(gè)壁面節(jié)點(diǎn)在不同時(shí)間下的溶蝕高度，從而建立起縫內(nèi)酸液動(dòng)態(tài)溶蝕過程，預(yù)測不同時(shí)間下的酸蝕壁面形態(tài)。

43、進(jìn)一步地，所述每個(gè)壁面節(jié)點(diǎn)的溶蝕質(zhì)量的表達(dá)式為：

44、

45、其中，m表示每個(gè)壁面節(jié)點(diǎn)的溶蝕質(zhì)量，x1表示方解石含量，jr1表示對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)方解石溶蝕速率，x2表示白云石含量，jr2表示對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)白云石溶蝕速率，表示節(jié)點(diǎn)平均覆蓋面積，t表示酸液流動(dòng)模擬時(shí)間。

46、進(jìn)一步地，所述壁面對(duì)應(yīng)溶蝕深度的表達(dá)式為：

47、

48、其中，h表示壁面對(duì)應(yīng)溶蝕深度，m表示點(diǎn)溶蝕質(zhì)量，表示節(jié)點(diǎn)平均覆蓋面積，ρr表示酸液密度。