[发明专利]一种利用实验手段获取酸刻蚀裂缝表面接触比的方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油领域，尤其是酸化压裂领域中一种利用实验手段获取酸刻蚀裂缝表面接触比的方法。

背景技术

酸化压裂(简称酸压)是油气增产改造的主要措施，其主要是在高于油气储集层破裂压力或天然裂缝闭合压力条件下，将酸液(或前置液)注入储层，在储集层中形成新的人工缝或使天然裂缝张开，同时注入的酸液对裂缝表面造成非均匀刻蚀。酸液返排后，由于裂缝表面的粗糙不平，表面的凸起部分使裂缝在闭合压力作用下保持一定的开启程度，以此形成一条为流体提供流动空间、具有一定导流能力的裂缝，从而达到改善油气渗流条件和油气增产的目的。

裂缝导流能力是评价流体在裂缝中流动性的指标。在同一闭合压力条件下，裂缝导流能力越高，说明同一种流体在裂缝中的流动性就越好。而在闭合压力作用下两个裂缝表面相互接触的面积对导流能力有着重要影响。准确地获取两个裂缝表面的接触面积对研究导流能力计算模型、提高导流能力计算精度有着重要意义。

为了使裂缝表面接触面积方便地用于计算，通常采用的方式是将接触面积无因次化，即将真实接触面积除以裂缝表面的总投影面积。经过无因次化处理后的接触面积称为无因次接触面积，或称为接触比。

在实验室研究酸刻蚀裂缝导流能力所开展的实验是酸刻蚀物理模拟实验，是指在实验室利用切割成长方体、表面光滑平整的岩石样品(岩板)与酸液发生酸刻蚀反应，使岩板表面粗糙不平。以此模拟现场酸压施工条件下酸液与裂缝表面岩石的反应，实验岩板表面即为裂缝表面。实验的目的是获取用作酸刻蚀裂缝导流能力研究和评价的测试样品(岩板)，对酸压效果进行预测，以优化酸压施工设计。

为了研究裂缝表面接触比对导流能力的影响，需要获取实验条件下的接触比值，目前采用的理论计算方法是计算两个粗糙表面接触比的赫兹接触公式，即：

上式中：α(p_c)—两个粗糙表面的接触比；

p_c—两个粗糙表面所受到的闭合压力大小；

σ^*—两个粗糙表面的等效均方根不平度；

k^*—两个粗糙表面的等效曲率；

E^*—两个粗糙表面的等效弹性模量。

其中，σ^*、k^*、E^*三个参数的可计算为：

k^*＝k₁+k₂(3)

上式中：σ₁、σ₂—两个粗糙表面的均方根不平度；

k₁、k₂—两个粗糙表面的曲率；

ν₁、ν₂—两个粗糙表面的泊松比；

E₁、E₂—两个粗糙表面的弹性模量。

虽然赫兹接触公式提供了酸刻蚀裂缝表面在一定闭合压力作用下接触比计算方法，但从以上的参数可看出其计算过程比较复杂，尤其是计算均方根不平度和粗糙表面的曲率时，需要利用三维激光扫描仪对岩板的粗糙表面进行扫描，获取粗糙表面的三维数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用实验手段获取酸刻蚀裂缝表面接触比的方法，该方法原理可靠，操作简便，能够为酸蚀裂缝导流能力的研究提供准确的接触比数据。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

本发明针对酸刻蚀裂缝表面的特殊性，利用赫兹接触公式分别推导了两个岩板表面相互接触条件下和一个岩板表面与一个刚性平面相互接触条件下的接触比算法。结果发现：在同一闭合压力作用下，两个岩板表面相互接触条件下的接触比是其中一个岩板表面与一个刚性平面相互接触条件下接触比的2^0.25倍。利用“2^0.25倍”的转换关系，首先在实验室开展一个岩板表面与一个刚性平面的接触实验，测得其接触面积，再将结果乘以2^0.25，即可得到两个岩板表面在相同闭合压力条件下的接触比。

一种利用实验手段获取酸刻蚀裂缝表面接触比的方法，依次包括以下步骤：

(A)分别裁剪和原始岩板表面形状、大小相同的白纸和复写纸；

(B)准备一个光滑钢板，在光滑钢板上依次放置步骤(A)中准备好的白纸、复写纸、酸刻蚀后的岩板，岩板粗糙表面向下，再将刚性压头放于岩板上，对刚性压头施加一个预定压力并稳定1分钟；