裂縫性碳酸鹽巖酸蝕蚓孔數字化分析

吳紅軍，　孔嫦娥，　伊向藝，　張暉，　劉輝，　吳元琴

裂縫性碳酸鹽巖酸蝕蚓孔數字化分析

吳紅軍1，孔嫦娥1，伊向藝2，3，張暉1，劉輝1，吳元琴2

（1.中國石油塔里木油田分公司油氣工程研究院，新疆庫爾勒 841000；2.成都理工大學能源學院，成都610059；3.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室（成都理工大學），成都 610059）

吳紅軍等.裂縫性碳酸鹽巖酸蝕蚓孔數字化分析［J］.鉆井液與完井液，2016，33（4）：105-108.

在裂縫性碳酸鹽巖儲層酸壓過程中容易形成酸蝕蚓孔，有效溝通滲流通道，而酸液濾失前/后裂縫表面形態的研究，存在著描述的量化問題。利用三維激光掃描儀對濾失前后裂縫壁面形態進行掃描及數字化處理，量化地描述酸蝕蚓孔。數字化分析研究表明，從數字化得出的裂縫壁面形態等值線圖與三維圖可清楚看到裂縫壁面酸蝕蚓孔形態；從裂縫間距等值線圖和三維圖可直接得到酸蝕蚓孔在不同位置處的大小；從裂縫壁面吻合度柱狀圖和裂縫間距分布柱狀圖，可得到酸蝕蚓孔不同間距的點云數量及其所占比例，計算酸蝕蚓孔體積，為酸壓設計提供指導作用。

天然裂縫；酸蝕蚓孔；數字化分析；裂縫間距；蚓孔體積

碳酸鹽巖儲層天然裂縫和孔洞發育。酸化壓裂中酸液選擇性地流進大孔道，形成酸蝕蚓孔。酸蝕蚓孔一方面可以有效溝通滲流通道，另一方面濾失嚴重會導致酸蝕縫長較短，從而達不到酸化壓裂增產效果［1-3］。筆者以裂縫性碳酸鹽巖儲層為研究對象，室內模擬酸液在裂縫中的濾失，使用橫截面積很小的巖樣，為使實驗結果真實有效，用人工裂縫的井下巖心代替天然裂縫井下巖心，人工與地層天然裂縫的特性相同［4］，通過自主設計的地層條件儲層動滲失分析儀［5］模擬酸液濾失過程，在裂縫中形成酸蝕蚓孔，成都理工大學伊向藝教授利用三維激光掃描裝置，對不同情況的裂縫形態進行量化研究和相關分析，提出了裂縫壁面形態數字化分析方法［6-9］，通過數字化方法量化地描述酸蝕蚓孔。

1　裂縫性碳酸鹽巖酸蝕蚓孔室內實驗

為保證裂縫性碳酸鹽巖酸液濾失實驗的真實有效性，需要大量的帶有裂縫的井下巖心，而事實上井下帶有天然裂縫的巖心很難取得且數量有限，但取得井下巖心相對難度較小，通過人為方法讓井下巖心產生裂縫，用人工裂縫的巖心代替有天然裂縫的井下巖心進行實驗。采用巴西實驗方式將巖心進行劈裂，模擬地層天然裂縫進行酸液動濾失實驗。地層條件儲層動滲失分析儀見圖1。實驗系統是在對濾失釜內的酸液設定一定溫度和壓力，由電動機帶動攪動桿，帶動濾失釜內部的酸液轉動，酸液沿釜體壁面流過釜體兩側，由夾持器固定的巖心表面裂縫進行濾失，從巖心夾持器的另一端進行酸液濾失量測量，通過傳感器傳輸到電腦進行采集。

圖1　儲層動滲失分析儀（左）及其實驗原理（右）

2　裂縫性碳酸鹽巖酸蝕蚓孔數字化分析方法

應用三維激光掃描儀，通過獲取巖石裂縫壁面酸液濾失前/后的三維形態的點云數據，精度可達0.1 mm，經過自編軟件處理點云數據，可得到裂縫壁面形態的數字化結果，即裂縫壁面形態等值線圖與三維圖、裂縫間距等值線圖和三維圖、裂縫壁面吻合度柱狀圖和裂縫間距分布柱狀圖，從而達到量化地描述酸蝕蚓孔的目的。該方法的最大的優點就是，能快速地獲取裂縫壁面的三維形態數據，真實反映裂縫壁面的形態，且能夠最大限度地減少人為產生的誤差。

3　裂縫性碳酸鹽巖酸蝕蚓孔數字化分析

考察了20%膠凝酸鮮酸在一定流速和溫度下與人工劈裂碳酸鹽巖裂縫巖心的溶蝕-濾失實驗，濾失酸液體積800 mL，酸液溫度90 ℃，巖心濾失前后照片見圖2。由圖2可知，在裂縫中酸液形成了一條橫穿整個裂縫面的深刻的酸蝕蚓孔，還有幾條酸蝕蚓孔并未濾通。

裂縫壁面濾失前

裂縫壁面濾失后

圖2　20%膠凝酸進出酸端面濾失前/后巖心照片

20%膠凝酸濾失前后裂縫壁面形態等值線圖與三維圖見圖3和圖4，其裂縫間距等值線和三維圖見圖5。

圖3　20%膠凝酸濾失前裂縫壁面形態等值線圖與三維圖

圖4　20%膠凝酸濾失后裂縫壁面形態等值線圖與三維圖

圖5　20%膠凝酸濾失前（左）/后（右）裂縫間距等值線圖和三維圖

由圖3～圖5可知，裂縫壁面清晰的形態，濾失前劈裂的人工裂縫并非完全閉合，裂縫具有一定的導流能力，為酸液濾失提供了條件；濾失后裂縫壁面酸蝕蚓孔的形態及蚓孔溝槽不同位置的深度，可定量描述酸蝕蚓孔。兩裂縫壁面之間并非完全閉合。“吻合度”是描繪巖石裂縫兩表面之間的閉合狀態，裂縫兩表面的吻合度可根據裂縫兩表面的實際接觸面積與名義面積比值來表示。名義面積是指研究區域的面積［8］。

酸液濾失前后裂縫壁面各個間距的點云數量和裂縫壁面的吻合度見表1。

表1　20%膠凝酸濾失前/后裂縫間距統計表

由表1可知，濾失前裂縫壁面吻合度是81.1%，濾失后裂縫壁面吻合度是77.6%，濾失后裂縫壁面間距變大，范圍更廣。20%膠凝酸濾失前/后裂縫壁面吻合度和點云個數柱狀圖見圖6和圖7。由圖6和圖7可知，酸液濾失前，裂縫間距主要集中在0.1～0.3 mm，最大值不超過1.2 mm，這些間距為裂縫提供了導流能力；酸液濾失后，由于酸液的溶蝕作用，形成了酸蝕蚓孔，裂縫間距變大，間距值分布更廣，裂縫間距分布范圍0.1～2.9 mm，蚓孔間距主要分布范圍是0.8～2.3 mm，呈凸形分布。

圖6　20%膠凝酸濾失前/后裂縫壁面吻合度柱狀圖

圖7　20%膠凝酸濾失前/后裂縫間距分布柱狀圖

通過計算濾失前/后裂縫壁面間距的體積，裂縫間距體積等于不同間距體積之和，用濾失后裂縫壁面間距體積減濾失前裂縫壁面間距體積，可得到酸蝕蚓孔的體積。由表1和式（2）可計算出20%膠凝酸鮮酸酸蝕蚓孔的體積為1 706.05 mm3。

式中：ai是濾失后裂縫壁面間距值，mm；di是間距值對應的點云個數；aj是濾失前裂縫壁面間距值，mm；dj是間距值對應的點云個數；am/an是濾失前/后裂縫縫壁面最大間距值。

4　結論

1.利用人工劈裂巖心代替天然裂縫巖心，在自主設計酸液動濾失實驗裝置中進行酸液濾失實驗，率先提出用裂縫壁面數字化方法對酸蝕蚓孔進行量化研究。

2.運用數字化分析方法，可更加生動形象地看到酸蝕蚓孔的形態，得到不同裂縫間距的點云數量及其所占比例，酸蝕蚓孔裂縫間距呈凸形分布，可計算出酸蝕蚓孔體積，為酸壓設計提供指導作用。

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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

國家自然科學基金“高黏度酸液酸巖反應動力學機理研究”（51274050）。

吳紅軍，1988年生，男，助理工程師，碩士研究生，2014年畢業于成都理工大學油氣田開發工程專業，主要從事儲層改造及儲層保護的研究。E-mail：wuhongjuncdut@163.com。

（2016-04-26；HGF=1506C11；編輯王超）