(19)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 202211123125.4 (22)申请日 2022.09.15 (71)申请人 中海油能源发展股份有限公司 地址 100010 北京市东城区东 直门外小街6 号 (72)发明人 周际永　李旭光　孙林　陈维余　 刘全刚　孟向丽　杨淼　黄利平　 夏光　杨军伟　熊培祺　麻路　 (74)专利代理 机构 天津市尚仪知识产权代理事 务所(普通 合伙) 12217 专利代理师 孙乔乔 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 17/12(2006.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种储层酸化数值模拟用自转向酸黏度方 程建立方法 (57)摘要 本发明公开了一种储层酸化数值模拟用自 转向酸黏度方程建立方法， 步骤如下： 选择黏弹 性表面活性剂； 基于黏弹性表面活性剂， 加入按 照HCl与CaCO3反应的化学计量数确定配比的 CaCl2和HCl溶液， 并测定混合体系的黏度； 将H+ 和Ca2+浓度转化为等效pH值CpH， 将自转向酸黏度 随CpH的变化拟合为指数函数和 误差函数的线性 组合， 建立自转向酸黏度方程； 列出自转向酸酸 化数值模拟模型； 设置模型条件， 模拟常规酸和 自转向酸的酸化效果。 本发明的自转向酸黏度方 程考虑了H+和Ca2+浓度对黏度的协同影响， 将pH 值和Ca2+的二元影响转化为CpH的一元影响， 用于 数值模拟时， 能够准确模拟出自转向酸与常规酸 酸化效果的差异。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 115495950 A 2022.12.20 CN 115495950 A 1.一种储层酸 化数值模拟用自转向酸 黏度方程建立方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1.选择黏弹性表面活性剂； S2.基于步骤S1的黏弹性表面活性剂， 配制不同浓度的含有 黏弹性表面活性剂、 CaCl2和 盐酸的体系， 并测定混合体系的黏度； CaC l2和HCl的配比按照HCl与CaCO3化学反应式的化学 计量数确定； S3.将H+和Ca2+浓度转化为等效pH值CpH， 将自转向酸黏度随CpH的变化拟合为指数函数和 误差函数的线性组合， 建立自转向酸 黏度方程； S4.列出自转向酸 酸化数值模拟模型； S5.设置模型 条件， 模拟常规 酸和自转向酸的酸 化效果。 2.根据权利要求1所述的一种储层酸化数值模拟用自转向酸黏度方程建立方法， 其特 征在于， 自转向酸注入碳酸盐岩储层后， 其黏度主要随H+和Ca2+浓度的变化而变化， H+和Ca2+ 浓度均转化为等效pH值CpH， 自转向酸黏度随H+和Ca2+浓度的复杂变化转换为随CpH的一元变 化。 3.根据权利要求1所述的一种储层酸化数值模拟用自转向酸黏度方程建立方法， 其特 征在于， 地层酸岩反应过程中未知的H+和Ca2+浓度分布用化学方程式的系数关系代 替， 通过 物理实验 模拟黏度受H+和Ca2+浓度的影响， 将黏度变化拟合 为CpH的函数。 4.根据权利要求1所述的一种储层酸化数值模拟用自转向酸黏度方程建立方法， 其特 征在于， 黏度方程拟合为指数函数与误差函数 的线性组合， 自转向酸黏度方程包含体系初 始黏度、 增黏 倍数、 等效pH值、 拟合系数。 5.根据权利要求1所述的一种储层酸化数值模拟用自转向酸黏度方程建立方法， 其特 征在于， 所述黏度方程应用至转向酸化数值模拟中， 当自转向酸初始 黏度为10 mPa·s、 增黏 倍数为20时， 低渗层中的穿透深度为常规 酸的2～3倍。 6.根据权利要求1或5任一所述的一种储层酸化数值模拟用自转向酸黏度方程建立方 法， 其特征在于， 包括以下步骤： S1.选择黏弹性表面活性剂； S2.基于步骤S1的黏弹性表面活性剂， 配制不同浓度的含有 黏弹性表面活性剂、 CaCl2和 盐酸的体系， 并测定混合体系的黏度； CaC l2和HCl的配比按照HCl与CaCO3化学反应式的化学 计量数确定； S3.将H+和Ca2+浓度转化为等效p H值CpH， 包括两种情况， 一种是体系中盐酸浓度从CH,0减 少至0， 同时Ca2+浓度从0增加至CCa,m； 另一种是体系中盐酸浓度为0， Ca2+浓度由CCa,m开始增 加； 方程如下： 式中， CH,0为体系中盐酸的初始浓度， ％； CCa,m为初始浓度为CH,0的HCl与CaCO3完全反应 生成的最大CaCl2浓度， ％； MH为HCl相对分子质量； CCa为体系中CaCl2的浓度， ％； MCa为CaCl2 的相对分子质量； ρL为体系密度， g ·cm‑3；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115495950 A 2以CpH为自变量， 黏度为 因变量， 将曲线拟合为指数函数与误差函数线性组合， 建立考虑 H+和Ca2+协同效应的自转向酸 黏度方程： 式中， μeff为体系的黏度， Pa ·s； μ0为酸液体系的初始黏度， Pa ·s； μm(CpH)为增黏倍数； CpH为体系黏度最大时对应的等效pH值； c为系数， 由拟合得 出； W2和W3为系数， 由拟合得 出； S4.获取地层参数， 列出碳酸盐岩储层转向酸化的数学模型， 代入考虑H+和Ca2+协同效 应的黏度方程， 模拟自转向酸在碳酸盐岩储层的转向效果； 碳酸盐岩储层转向酸化的数学 模型包括自转 向酸在地层中的流动方程、 流体的质量守恒方程、 H+的对流扩散方程、 Ca2+的 对流扩散方程和自转向酸与碳 酸盐岩的反应溶蚀方程： 式中， u为自转向酸流速， m ·s‑1； K为地层渗透率， m2； μ为自转向酸黏度， Pa ·s； P为自转 向酸在地层中的流动压力， Pa； 为地层孔隙度， 小数； t为反应时间， s； CH为多孔介质中的H+ 浓度， mol·m‑3； DeH为H+扩散系数， m2·s‑1； kc为H+传质系数， m ·s‑1； av为比面， m2·m‑3； Cs为岩 石表面的酸液浓度， mol ·m‑3； DeCa为Ca2+扩散系数， m2·s‑1； α 为单位摩尔的酸液所能溶蚀的 岩石质量， kg ·mol‑1； ρs为岩石密度， g ·cm‑3； S5.建立双层碳酸盐岩储层几何模型， 设置地层模型的初始和边界条件， 初始条件包括 孔隙度分布、 压力和酸液浓度； 边界条件包括入口条件、 出 口条件和无流动边界条件； 利用 有限元法求解步骤S4所述的模型， 通过改变渗透率级差kr模拟不同地层条件下自转向酸的 酸化转向效果； 渗透率级差的计算公式为： khigh为高渗层渗透率， klow为低渗层渗透率。 7.根据权利要求6所述的一种储层酸化数值模拟用自转向酸黏度方程建立方法， 其特 征在于， 步骤S1中， 选择黏弹性表面活性剂的方法为从增黏能力、 抗剪切性能、 耐温性能三 个方面评价 黏弹性表面活性剂性能， 选出 出一种符合 性能要求的黏弹性表面活性剂。 8.根据权利要求6所述的一种储层酸化数值模拟用自转向酸黏度方程建立方法， 其特 征在于， 步骤S 3中， 为避免拟合出的黏度方程数值上存在黏度小于初始 酸液黏度的情况， 规 定当计算 黏度小于初始黏度时， 将计算 黏度赋值 为初始黏度；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115495950 A 3