一种碳酸盐岩储层增产改造裂缝高导流能力构建方法

本发明涉及油气田开发过程中压裂或酸压增产技术，特别是涉及一种碳酸盐岩储层增产改造裂缝高导流能力构建方法，属于油气田增产改造领域。

背景技术：

1、碳酸盐岩油气储量约占世界油气总储量的70%，碳酸盐岩油气产量约占世界油气总产量的60%。碳酸盐岩油气藏是油气储量和产量的主力军，开采前景广阔。深层超深层碳酸盐岩油气藏已逐步成为油气产量的接替区块。此外，碳酸盐岩作为一种典型岩性，碳酸盐岩储层地热资源也极其丰富。水力压裂和酸化压裂（简称酸压）技术是碳酸盐岩地热和油气藏增产改造的必须手段，而裂缝导流能力高低决定了增产改造效果。深层超深层具有的超高温、超高压和超高闭合应力等特点导致裂缝导流能力低，严重影响增产改造效果。

2、已有研究表明地质因素（储层温度、裂缝闭合应力和岩石嵌入强度等）和工程因素（支撑剂类型及浓度、酸液类型及浓度、注入液量及排量等）决定了裂缝导流能力高低。对于酸压，目前提高裂缝导流能力的方法有两种：一种是在裂缝面形成强的非均匀刻蚀，实现方式有酸液优选、注入参数优化和多级交替注入；另一种是用支撑剂支撑酸蚀裂缝，实现方式有复合加砂酸压。对于水力压裂，目前提高裂缝导流能力的方法主要是支撑剂支撑水力裂缝，实现方式有支撑剂优选、支撑剂铺置浓度及方式优化。这些方法都属于从影响裂缝导流能力的工程因素入手，且目前已做的很好，所形成的裂缝在低闭合应力下导流能力很高，但其导流能力随闭合应力增加而极快衰减，在高闭合应力下导流能力极低。因此，根据导流能力降低机理，本发明从影响导流能力的地质因素入手，通过地下原位改性裂缝壁面力学性质使酸蚀裂缝或加砂裂缝能在高闭合应力下保持住高导流能力。

3、发明人发现，现有专利cn117605454a公开了一种碳酸盐岩储层增产改造裂缝导流能力提高新方法，提升裂缝导流能力的原理是化学强化裂缝面岩石，其首先通过理论分析得出系列潜在的化学剂（即步骤s2），然后通过室内实验依次分别以提升裂缝面岩石强度为目标筛选s2的化学剂（即步骤s3）、以损害裂缝面岩石渗透率较低为目标筛选s3的化学剂（即步骤s4）、以能快速完成强化裂缝面岩石为目标筛选s4的化学剂（即步骤s5）、以提高裂缝导流能力最高为目标筛选s5的化学剂（即步骤s6）。这种递进的优选方法可能导致错失对岩石强度的提升属于中上水平、但对岩石渗透率损害很小且能迅速强化裂缝面岩石的化学剂，即递进优选的先后顺序会影响最终确定出哪种化学剂；其未考虑化学剂侵入岩石内部的深度，即能强化多深；此外，未考虑不同储层增产对裂缝导流能力大小的实际需求，构建出的裂缝导流能力容易偏高造成浪费，基于这种新颖的裂缝导流能力提升原理的设计方法未建立。nierode-kruk关系式是非常经典的酸蚀裂缝导流能力计算公式，式中酸蚀裂缝导流能力与岩石嵌入强度密切正相关（李颖川, 钟海全. 采油工程(第三版·富媒体)[m].石油工业出版社, 2021:327-328. 王玉芳, 等. 碳酸盐岩酸压裂缝导流能力随缝长变化规律研究[j]. 地质力学学报, 2015, 21 (04): 546-554.），但目前尚无岩石嵌入强度计算方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述不足，提出一种碳酸盐岩储层增产改造裂缝高导流能力构建方法，具体技术方案如下。

2、步骤s1：确定目标层位岩性为碳酸盐岩。使用测试手段（如x射线荧光光谱仪、x射线衍射仪、核磁共振谱仪、电子探针显微分析仪、扫描电子显微镜等）分析目标层位岩样的岩性及具体矿物组成。

3、步骤s2：理论分析并初选原位改性裂缝壁面的岩石强化剂。借鉴地质学中成岩作用和白云石化理论基本思想，理论分析能直接固结岩石颗粒和将碳酸盐岩矿物原位转化的岩石强化剂，根据岩石强化剂容易被注入到地下目标层位裂缝中的需求，初选出系列岩石强化剂。

4、步骤s3：储层环境下利用步骤s2初选的岩石强化剂开展裂缝壁面原位改性实验，测试实验前后岩样硬度、渗透率、质量和孔隙三维空间分布等参数。在真实模拟储层环境中岩石强化剂与裂缝壁面岩石反应或固结和穿过裂缝壁面滤失的实验平台中开展岩石强化剂原位改性裂缝壁面的实验，使用渗透率测定仪、显微维氏硬度计、岩石ct扫描仪和分析天平分别测试原始和岩石强化剂处理后的岩样渗透率、硬度、ct重构的孔隙三维空间分布和质量。

5、步骤s4：基于步骤s3的实验结果，选取综合指数最大值所对应的岩石强化剂。综合指数计算公式：

6、       （1）

7、式中：、、、和分别是岩石强化剂处理后岩样硬度、渗透率、长度、质量和处理时间，下标表示第次实验，每个岩石强化剂实验次；、、和分别是原始岩样硬度、渗透率和质量；是岩石强化剂侵入深度，由实验前后ct重构孔隙三维空间分布得到； 、、和均是系数，。

8、步骤s5：使用步骤s4选出的岩石强化剂开展不同因素（面容比、岩石强化剂浓度、实验温度、压力及时间）下裂缝壁面原位改性实验，测试实验前后岩样硬度，计算实验前后岩石嵌入强度，构建岩石嵌入强度与不同因素的数学模型。岩石嵌入强度计算公式：

9、       （2）

10、式中：是岩石嵌入强度；是重力加速度；是岩样硬度；是硬度计压头相对面夹角。

11、根据实验结果数据，使用多元非线性回归拟合构建出明确的岩石嵌入强度与不同因素的数学模型，即：

12、  （3）

13、式中：是岩石强化剂处理后的岩石嵌入强度；是岩样反应面积和参与反应岩石强化剂体积之比；是岩石强化剂浓度；、、分别是实验温度、压力和时间；是原始岩样的岩石嵌入强度。

14、若因数据的强非线性问题，多元非线性回归方法也无法拟合出明确的数学模型时，将实验结果数据的75%和25%分别作为训练集和测试集，对数据进行标准化处理，基于机器学习算法（如高斯过程回归gpr、随机森林rf、人工神经网络ann等）建立不同因素与岩石强化剂处理后的岩石嵌入强度的关联模型，开展模型训练、测试及优化，根据评价指标（如平均绝对误差mae和均方根误差rmse）优选出最终模型。

15、步骤s6：使用步骤s4选出的岩石强化剂开展裂缝壁面原位改性前后的裂缝导流能力实验，获取改性前后裂缝壁面形貌特征参数和岩石嵌入强度，构建裂缝导流能力与裂缝壁面岩石嵌入强度、裂缝形貌、支撑剂参数及铺砂浓度、有效闭合应力的数学模型。使用激光扫描获取裂缝壁面形貌，计算裂缝壁面形貌特征参数，均方根高程：

16、      （4）

17、式中：是均方根高程；、是岩板表面沿x轴或y轴方向的数据点个数；是 x为 j，y为 k处的数据点；是高程平均值。

18、粗糙度系数：

19、      （5）

20、式中：是粗糙度系数； d是裂缝剖面分形维数。

21、横向和纵向曲折比：

22、      （6）

23、式中：和分别是横向和纵向曲折比；和分别是横向和纵向剖切曲边长度；和分别是横向和纵向扫描步长。

24、根据裂缝导流能力实验结果数据，同样使用多元非线性回归拟合构建出明确的裂缝导流能力与裂缝壁面岩石嵌入强度、裂缝形貌、支撑剂参数及铺砂浓度、有效闭合应力的数学模型，即：

25、 （7）

26、式中：是裂缝导流能力；是裂缝内铺置支撑剂所具有的孔隙度；是铺置浓度，是裂缝有效闭合应力。

27、若因数据的强非线性问题，多元非线性回归方法也无法拟合出明确的数学模型时，将实验结果数据的75%和25%分别作为训练集和测试集，对数据进行标准化处理，基于机器学习算法（如gpr、rf和ann等）建立裂缝导流能力与裂缝壁面岩石嵌入强度、裂缝形貌、支撑剂参数及铺砂浓度、有效闭合应力的关联模型，开展模型训练、测试及优化，根据评价指标（如mae和rmse等）优选出最终模型。

28、步骤s7：基于渗流（基质）-裂隙流（裂缝）-自由流（溶洞）耦合的产能模型计算碳酸盐岩储层增产改造应达到的裂缝导流能力，结合储层参数及裂缝闭合时间，利用步骤s6和s5建立的数学模型反演设计岩石强化剂浓度、裂缝形貌、支撑剂参数及铺砂浓度。利用产能模型计算并绘制产能与裂缝导流能力曲线，确定产能从快速增长变缓慢增长的拐点所对应的裂缝导流能力。利用裂缝闭合模型计算裂缝闭合时间。

29、上述计算方法中，所有公式中涉及的相同符号，前后符号意义一致，标注一次后，全部通用。

30、本发明公开的裂缝高导流能力构建流程如图1所示。

31、本发明采用综合指数同时评价，克服了专利cn117605454a递进优选先后顺序带来的问题，且新增岩石强化剂侵入深度，将这个关键指标纳入考虑；本发明以产能为目标确定不同储层增产需要多大的裂缝导流能力，再利用s5和s6构建的数学模型反演设计岩石强化剂浓度、裂缝形貌、支撑剂参数及铺砂浓度等，形成了明确的设计方法；本发明给出了基于岩石硬度计算岩石嵌入强度的具体计算公式，并利用多元非线性回归或机器学习构建裂缝导流能力与不同因素的数学模型（步骤s6）、岩石嵌入强度与不同因素的数学模型（步骤s5）。

32、本发明的有益之处在于：本发明基于产能模型明确储层增产需要多大的裂缝导流能力，再结合室内实验结果所构建的数学模型设计岩石强化剂等相关参数，从而构建出满足储层增产需求的裂缝导流能力；使用岩石强化剂原位改性裂缝壁面岩石力学性质，减小裂缝壁面嵌入、破碎和形变，使得裂缝在高闭合应力下仍能具有高导流能力，效果更好。

33、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。