本發(fā)明涉及一種考慮巖石力學(xué)性質(zhì)酸蝕劣化的酸化壓裂破裂壓力預(yù)測(cè)方法，屬于油氣井工程。

背景技術(shù)：

1、深層碳酸鹽巖地層中蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，是未來重點(diǎn)油氣勘探開發(fā)的領(lǐng)域之一。然而深層碳酸鹽巖地層一般存在低滲透率、天然縫洞發(fā)育等特征，使用水力壓裂工藝建立導(dǎo)流通道是儲(chǔ)層改造的措施之一，其中酸化壓裂尤為適用于碳酸鹽巖儲(chǔ)層，在實(shí)際工程中應(yīng)用較廣。

2、碳酸鹽巖酸化壓裂與普通水力壓裂存在較大差異，酸化壓裂不僅僅存在流固耦合過程，更存在碳酸鹽巖與酸液發(fā)生溶蝕的化學(xué)作用，使儲(chǔ)層巖石基質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征發(fā)生變化，最終影響巖石力學(xué)參數(shù)變化進(jìn)而達(dá)到儲(chǔ)層破裂壓力下降的效果。因此在酸化壓裂起裂壓力預(yù)測(cè)時(shí)，必須要考慮到儲(chǔ)層巖石在酸蝕作用下其力學(xué)性質(zhì)的劣化作用。

3、在酸化壓裂設(shè)計(jì)中，如果沒有充分考慮巖石酸化帶來的劣化影響，設(shè)計(jì)的起裂壓力通常會(huì)大于實(shí)際的起裂壓力，在偏大的設(shè)計(jì)參數(shù)下施工極易造成裂縫過度延伸，導(dǎo)致裂縫串層。酸化壓裂發(fā)生裂縫串層的危害比普通水力壓裂更為嚴(yán)重，酸化壓裂使用的壓裂液中含有大量酸液，會(huì)給非目標(biāo)儲(chǔ)層物性帶來較大改變，形成污染，目標(biāo)儲(chǔ)層部分油氣運(yùn)移至串層的地層，難以開采。如果裂縫串層至地下水層，酸液與油氣共同進(jìn)入地層水層中，會(huì)嚴(yán)重污染地層水，隨著地層水的流動(dòng)，污染范圍難以控制，地層水開采使用會(huì)直接危機(jī)動(dòng)植物與人類健康。因此，為了可以安全可持續(xù)性地開采地層油氣資源，在使用酸化壓裂對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行改造時(shí)必須考慮酸化后儲(chǔ)層巖石性質(zhì)的變化。

4、因此，研發(fā)出一種考慮巖石力學(xué)性質(zhì)酸蝕劣化的酸化壓裂破裂壓力預(yù)測(cè)方法，成為了本領(lǐng)域亟待解決的問題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種考慮巖石力學(xué)性質(zhì)酸蝕劣化的酸化壓裂破裂壓力預(yù)測(cè)方法。該方法綜合考慮地層溫度與酸蝕時(shí)間對(duì)儲(chǔ)層力學(xué)性質(zhì)的影響，預(yù)測(cè)酸化壓裂破裂壓力，可為現(xiàn)場(chǎng)工程參數(shù)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種考慮巖石力學(xué)性質(zhì)酸蝕劣化的酸化壓裂破裂壓力預(yù)測(cè)方法，其包括以下步驟：

3、s1、獲取酸化壓裂目標(biāo)儲(chǔ)層巖石樣本，將所述巖石樣本加工成標(biāo)準(zhǔn)單軸壓縮實(shí)驗(yàn)巖樣以及標(biāo)準(zhǔn)劈裂實(shí)驗(yàn)巖樣；并按照實(shí)際工程酸液配方配制酸液；

4、s2、根據(jù)目標(biāo)儲(chǔ)層的實(shí)際地層溫度設(shè)計(jì)酸蝕溫度，并根據(jù)實(shí)際工程的注酸改造時(shí)間設(shè)定酸蝕時(shí)間；

5、s3、在設(shè)計(jì)的酸蝕溫度條件下，將所述標(biāo)準(zhǔn)單軸壓縮實(shí)驗(yàn)巖樣和所述標(biāo)準(zhǔn)劈裂實(shí)驗(yàn)巖樣浸泡在所述酸液中并達(dá)到設(shè)計(jì)的酸蝕時(shí)間以進(jìn)行酸蝕劣化，得到酸蝕后的單軸壓縮實(shí)驗(yàn)巖樣和酸蝕后的劈裂實(shí)驗(yàn)巖樣，將它們分別進(jìn)行單軸壓縮實(shí)驗(yàn)和劈裂實(shí)驗(yàn)，得到單軸壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和劈裂實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；

6、s4、根據(jù)步驟s3中得到的單軸壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和劈裂實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到在一定酸蝕時(shí)間和一定酸蝕溫度條件下進(jìn)行酸蝕后的巖樣的彈性模量、泊松比及抗拉強(qiáng)度，將所述彈性模量、所述泊松比及所述抗拉強(qiáng)度分別與所述酸蝕溫度和所述酸蝕時(shí)間進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，得到酸蝕巖石力學(xué)參數(shù)-酸蝕溫度-酸蝕時(shí)間模型，即e/μ/σt＝f(h,t)；

7、其中，t為酸蝕時(shí)間，min；h為酸蝕溫度，℃；e為彈性模量，mpa；μ為泊松比，無量綱量；σt為抗拉強(qiáng)度，mpa；

8、s5、將步驟s4中得到的酸蝕巖石力學(xué)參數(shù)-酸蝕溫度-酸蝕時(shí)間模型整合至常規(guī)地層破裂壓力模型中，得到考慮巖石力學(xué)性質(zhì)酸蝕劣化的酸化壓裂破裂壓力預(yù)測(cè)模型，如下所示：

9、

10、其中，pf為破裂壓力，mpa；ξ1與ξ2為構(gòu)造系數(shù)；pp為地層壓力，mpa；α為biot系數(shù)，σz為垂向應(yīng)力，mpa；e為彈性模量，mpa；μ為泊松比，無量綱量；σt為抗拉強(qiáng)度，mpa；e、μ和σt為酸蝕巖石力學(xué)參數(shù)-酸蝕溫度-酸蝕時(shí)間模型；

11、s6、根據(jù)步驟s5中得到的考慮巖石力學(xué)性質(zhì)酸蝕劣化的酸化壓裂破裂壓力預(yù)測(cè)模型對(duì)地層破裂壓力進(jìn)行預(yù)測(cè)。

12、在上述方法中，優(yōu)選地，在步驟s1中，所述標(biāo)準(zhǔn)單軸壓縮實(shí)驗(yàn)巖樣和所述標(biāo)準(zhǔn)劈裂實(shí)驗(yàn)巖樣是按照gbt50266-2013《工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中記載的方法加工得到的。

13、在上述方法中，優(yōu)選地，步驟s3具體包括：將所述酸液置于恒溫箱中，預(yù)熱至設(shè)計(jì)的酸蝕溫度，然后將所述標(biāo)準(zhǔn)單軸壓縮實(shí)驗(yàn)巖樣和所述標(biāo)準(zhǔn)劈裂實(shí)驗(yàn)巖樣浸泡在所述酸液之中，當(dāng)浸泡時(shí)間達(dá)到設(shè)計(jì)的酸蝕時(shí)間后取出巖樣，擦拭表面酸液后自然風(fēng)干，得到酸蝕后的單軸壓縮實(shí)驗(yàn)巖樣和酸蝕后的劈裂實(shí)驗(yàn)巖樣，之后將酸蝕后的單軸壓縮實(shí)驗(yàn)巖樣和酸蝕后的劈裂實(shí)驗(yàn)巖樣分別進(jìn)行單軸壓縮實(shí)驗(yàn)和劈裂實(shí)驗(yàn)，得到單軸壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和劈裂實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。具體地，所述單軸壓縮實(shí)驗(yàn)和所述劈裂實(shí)驗(yàn)是按照gbt50266-2013《工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中記載的方法進(jìn)行的。

14、在上述方法中，優(yōu)選地，在步驟s4中，所述彈性模量和所述泊松比是根據(jù)所述單軸壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的。

15、在上述方法中，優(yōu)選地，在步驟s4中，所述抗拉強(qiáng)度是根據(jù)所述劈裂實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的。

16、在上述方法中，優(yōu)選地，步驟s6具體包括：根據(jù)步驟s5中得到的考慮巖石力學(xué)性質(zhì)酸蝕劣化的酸化壓裂破裂壓力預(yù)測(cè)模型，得到在不同酸蝕溫度(即地層溫度)和酸蝕時(shí)間條件下的地層破裂壓力。

17、在上述方法中，優(yōu)選地，步驟s6進(jìn)一步包括：繪制酸蝕溫度(即地層溫度)、酸蝕時(shí)間和地層破裂壓力的工程版圖。通過該工程版圖可指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工程參數(shù)設(shè)計(jì)。

18、本發(fā)明提供了一種考慮巖石力學(xué)性質(zhì)酸蝕劣化的酸化壓裂破裂壓力預(yù)測(cè)方法。在酸化壓裂中，碳酸鹽巖與酸液發(fā)生溶蝕的化學(xué)作用，使儲(chǔ)層巖石基質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征發(fā)生變化，影響巖石力學(xué)參數(shù)變化，導(dǎo)致破裂壓力預(yù)測(cè)困難。本發(fā)明的方法解決了上述問題，該方法綜合考慮地層溫度與酸蝕時(shí)間對(duì)儲(chǔ)層力學(xué)性質(zhì)的影響，預(yù)測(cè)酸化壓裂破裂壓力，可為現(xiàn)場(chǎng)工程參數(shù)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。本發(fā)明的方法從室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出發(fā)，按照本發(fā)明的步驟逐步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到考慮巖石力學(xué)性質(zhì)酸蝕劣化的酸化壓裂破裂壓力預(yù)測(cè)模型，計(jì)算最終預(yù)測(cè)酸化壓裂破裂壓力，并通過該模型指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工程參數(shù)設(shè)計(jì)。在現(xiàn)有技術(shù)中，酸化壓裂并未考慮巖石彈性模量、泊松比與抗拉強(qiáng)度在酸液作用下發(fā)生變化的情況，對(duì)地層破裂壓力進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)通常采用常規(guī)地層破裂壓力模型，該模型中彈性模量、泊松比與抗拉強(qiáng)度為固定值，其符合普通水力壓裂巖石狀態(tài)，但不符合酸化壓裂的巖石狀態(tài)。而本發(fā)明創(chuàng)造性地將酸蝕巖石力學(xué)參數(shù)-酸蝕溫度-酸蝕時(shí)間模型整合至常規(guī)地層破裂壓力模型，使所得的新型的模型中的彈性模量、泊松比以及抗拉強(qiáng)度隨酸化壓裂酸蝕條件改變而發(fā)生改變，這是符合酸化壓裂巖石狀態(tài)的。因此，本發(fā)明的方法適用于酸化壓裂的地層破裂壓力預(yù)測(cè)，可模擬真實(shí)地層條件下碳酸鹽巖地層酸壓裂縫起裂情況，提高酸壓條件下的破裂壓力預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，提高酸壓方案的有效性，從而提高施工成功率，減少井下復(fù)雜，從而減少勘探開發(fā)成本。

19、本發(fā)明的技術(shù)方案至少具有以下有益效果：

20、1、該方法充分考慮了巖石在酸蝕作用后的力學(xué)性質(zhì)變化，對(duì)酸化壓裂破裂壓力預(yù)測(cè)更加精準(zhǔn)；

21、2、該方法以地層溫度與施工酸蝕時(shí)間作為變量，在現(xiàn)場(chǎng)工程中容易獲取；

22、3、該方法形式簡(jiǎn)單，計(jì)算方便，非常適用于現(xiàn)場(chǎng)人員快速預(yù)測(cè)酸化壓裂破裂壓力。