(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111423581.6 (22)申请日 2021.11.26 (71)申请人 西安石油大 学 地址 710065 陕西省西安市雁塔区电子二 路18号 (72)发明人 王乐　 (74)专利代理 机构 西安铭泽知识产权代理事务 所(普通合伙) 61223 代理人 梁静 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 17/11(2006.01) E21B 43/27(2006.01) (54)发明名称 一种碳酸盐岩酸 化压裂数值模拟方法 (57)摘要 本发明提供一种碳酸盐岩酸化压裂数值模 拟方法， 包括： 确定碳酸盐岩储层酸化压裂数值 模拟的物理区域并进行计算域网格划分； 确定储 层物理信息， 以计算机系统时间为随机因子， 随 机生成不同数量和位置的天然裂缝和洞； 构建流 体在碳酸盐岩孔隙介质内流动的动力学方程， 碳 酸盐岩固体的动力学方程； 建立酸液与碳酸盐岩 的反应方程， 更新消耗酸的速率模型， 并确立反 应过程中碳酸盐岩溶解时固体含率和渗透率随 时间和空间的变化模型； 在计算域网格内求解上 述方程， 模拟碳酸盐岩酸化压裂全过程。 该模型 考虑了碳酸盐岩油藏的储集结构， 实现准确描述 酸化和压裂两种作用机制工作作用下的裂缝起 裂及发育 行为， 在碳酸盐岩油藏酸化压裂工艺设 计中具有重要意 义。 权利要求书4页 说明书8页 附图4页 CN 114117791 A 2022.03.01 CN 114117791 A 1.一种碳 酸盐岩酸 化压裂数值模拟方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 确定碳酸盐岩储层酸化压裂数值模拟的物理区域， 并对物理区域进行计算域网格划 分； 获取碳酸盐岩储层、 天然裂缝和洞以及酸液的物理属性 值； 将碳酸盐岩储层物理属性值加载到计算域网格内， 并以计算机系统时间为随机因子， 在计算域网格内随机加载不同数量和位置的天然裂缝和洞的物理属性 值； 构建流体在碳酸盐岩孔隙介质内流动的动力学方程， 并建立碳酸盐岩固体的动力学方 程； 建立酸液与碳酸盐岩的反应方程， 更新反应方程中的消耗酸的速率模型； 并确立反应 过程中， 碳 酸盐岩溶解时固体含率和渗透率随时间和空间的变化模型； 在计算域网格内， 根据流体在碳酸盐岩孔隙介质内流动的动力学方程， 碳酸盐岩固体 的动力学 方程， 以及酸液与碳 酸盐岩的反应方程， 模拟碳 酸盐岩酸 化压裂全过程。 2.根据权利要求1所述的碳酸盐岩酸化压裂数值模拟方法， 其特征在于， 所述碳酸盐岩 储层酸化压裂数值模拟的物理 区域， 根据现场实际酸压过程中碳酸盐岩的区域大小及形状 简化后确定； 所述物理性质包括 孔隙率、 渗透率、 酸浓度和化学反应速率。 3.根据权利要求1所述的碳酸盐岩酸化压裂数值模拟方法， 其特征在于， 所述流体在碳 酸盐岩孔隙介质内流动的动力学 方程的构建， 包括以下步骤： 酸液在碳酸盐岩这一孔隙介质内的流动， 基于欧拉架构下进行表述， 采用体积分数加 权平均的Navier ‑Stokes方程对两相运动过程进行描述： 质量守恒方程： 式中， φf为孔隙率， 由φf＝(Vf)/V给出； V为平均体积； 下标f和s分别 表示流体和固体， φf＝1时为自由流体区域； 动量守恒方程： 式中， 为粘性应力张量； g为重力； μf为流体粘度； ρf为加权 平均速度； p为压力； 为固体平均速度； 为固体‑流体的动量交换项； Uf为流体速度。 4.根据权利要求1所述的碳酸盐岩酸化压裂数值模拟方法， 其特征在于， 所述碳酸盐岩 固体的动力学 方程的构建， 包括以下步骤： 固体质量守恒方程： 式中， φs为固体体积分率； 固体动量守恒方程：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114117791 A 2式中， 为体积平均的固体塑性应力张量， 为Terzaghi应力 张量； Pconf为围压函数； Ip为流体压力函数； 为膨胀或分离 压力函数； 上式中的表达式由下式给 出： 5.根据权利要求1所述的碳酸盐岩酸化压裂数值模拟方法， 其特征在于， 所述酸液与碳 酸盐岩的反应方程： 式中， Cf为流体区内平均酸浓度； Deff为酸的有效扩散系数； αv是矿物比表面积在 每体积 多孔介质 ‑矿物接触面积； R(Cs)是与酸发生化 学反应而消耗酸的速 率岩石矿物； Cs是固体矿 物接触时的酸浓度。 6.根据权利要求5所述的碳酸盐岩酸化压裂数值模拟方法， 其特征在于， 所述反应方程 中的消耗 酸的速率模型的更新， 包括以下步骤： 碳酸盐岩与酸发生 化学反应而消耗 酸的速率模型R(Cs)为： R(Cs)＝ksCs 其中， ks是表面化学反应速率， 单位 为m/s； Cs为质量分数； 在流固表面发生反应的酸的分子必须从其他区域输送过来， 输送酸的通量Jacid与传质 系数kc和酸浓度有关： Jacid＝kc(Cf‑Cs) 输送到流固界面的酸液与岩石矿物发生反应： ksCs＝kc(Cf‑Cs) 进一步简化为： 得出R(Cs)为： 其中， 是反应速率和传质系数的调和平均值， 视为有效传质系数keff。 7.根据权利要求5所述的碳酸盐岩酸化压裂数值模拟方法， 其特征在于， 所述碳酸盐岩权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114117791 A 3