[发明专利]一种裂缝性碳酸盐岩酸蚀裂缝导流能力计算方法

权利要求书

1.一种裂缝性碳酸盐岩酸蚀裂缝导流能力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立包含天然裂缝的粗糙裂缝壁面模型：

建立粗糙裂缝面，通过将相同的裂缝面在缝宽方向平移距离Y以构建水力裂缝腔体；假设单条天然裂缝穿透裂缝面，中心固定于裂缝面几何中心，设置多条天然裂缝时，通过平移的方式使天然裂缝在裂缝面上均匀分布；采用天然裂缝的无因次面积综合表征天然裂缝高度及长度；

S2、计算粗糙裂缝内三维稳态流场：包括流体质量守恒方程，流体动量方程；在三维流场计算结果的基础上，划分时间步长，计算酸液对裂缝壁面的刻蚀形态：包括裂缝内温度场方程，裂缝内浓度场方程，裂缝壁面溶蚀宽度方程，含天然裂缝网格溶蚀宽度方程；

S3、采用裂缝壁面溶蚀宽度作为稳态流场计算切换的判据，当裂缝壁面最大溶蚀宽度达到平移距离Y的6％时，重复步骤S2，直至计算完成；

S4、构建酸蚀裂缝导流能力计算腔体：在垂直于主要流动方向的每个横截面上寻找到最小刻蚀宽度，在此横截面宽度上减去该宽度，使裂缝面在每个横截面上存在一个接触点；最后将所有截面的宽度数据组合，得到在零闭合应力条件下的有效酸蚀缝宽分布；

S5、计算酸蚀裂缝导流能力：通过数值方法采用局部立方定律计算一定流量下裂缝内压力分布，计算酸蚀裂缝导流能力；

S6、基于多组数值模拟结果，在立方定律的基础上，采用非线性最小二乘法拟合，通过不同多项式形式对酸蚀缝宽w_r与有效酸蚀缝宽w_r,eff的关系及有效酸蚀缝宽w_r,eff与酸蚀裂缝导流能力k_fw₀的关系进行拟合，建立不同天然裂缝倾角下由酸蚀缝宽w_r预测有效酸蚀缝宽w_r,eff再预测酸蚀裂缝导流能力k_fw₀的裂缝性碳酸盐岩酸蚀裂缝导流能力预测模型。

2.根据权利要求1所述的一种裂缝性碳酸盐岩酸蚀裂缝导流能力计算方法，其特征在于，所述粗糙裂缝面的尺寸为0.8m×0.8m。

3.根据权利要求2所述的一种裂缝性碳酸盐岩酸蚀裂缝导流能力计算方法，其特征在于，所述天然裂缝的无因次面积综合表征天然裂缝高度及长度的关系式为：

式中，S_nf,D为天然裂缝的无因次面积，无因次；w_nf为天然裂缝宽度，m；L为裂缝域长度，m；H为裂缝域高度，m；θ为天然裂缝与主流动方向的夹角，°。

4.根据权利要求1所述的一种裂缝性碳酸盐岩酸蚀裂缝导流能力计算方法，其特征在于，所述流体质量守恒方程为：

所述流体动量方程为：

所述裂缝内温度场方程为：

所述裂缝内浓度场方程为：

所述裂缝壁面溶蚀宽度方程：

式中，u_x、u_y、u_z分别为裂缝域内长、宽、高方向的流体流速，m/s；ψ为裂缝域内长、宽、高方向流动速度分量，m/s；p_hf为流体压力，Pa；ρ_l为流体密度，kg/m³；i为x、y、z方向坐标，m；μ为流体粘度，Pa·s；c₁为流体比热容，J/(kg·K)；T_hf为水力裂缝内流体温度，K；λ₁为流体导热系数，J/(m·K·s)；C_hf为水力裂缝内酸液浓度，mol/m³；D_e为酸液有效传质系数，m²/s；w_hf为水力裂缝宽度，m；β为酸液对岩石矿物的溶解能力，kg/kg；M为岩石的摩尔质量，kg/mol；φ为岩体孔隙度，无因次；ρ_s为岩石骨架密度，kg/m³；k_c为酸岩反应速度常数，m/s；C_w,hf为水力裂缝壁面酸液浓度，mol/m³。