(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 202211291285.X (22)申请日 2022.10.21 (71)申请人 中国石油大 学 （华东） 地址 257061 山东省东营市东营区北一路 739号 (72)发明人 齐宁　石向轲　苏徐航　章泽辉　 李雪松　蒋平　郭天魁　邓大伟　 (74)专利代理 机构 济南金迪知识产权代理有限 公司 37219 专利代理师 王楠 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G06F 17/18(2006.01) G06T 17/00(2006.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 一种酸化二维和三维数值模拟应用界限判 别方法 (57)摘要 本发明涉及一种酸化二维和三维数值模拟 应用界限判别方法， 属于基质酸化酸蚀蚓孔数值 模拟技术领域， 方法包括以下步骤： 基于酸岩反 应旋转岩盘实验及岩石物性测试实验， 获得模拟 所需参数； 基于反应溶蚀现象的Darcy尺度和孔 隙尺度模型， 建立酸蚀蚓孔数值模拟三维数学模 型； 建立二维几何模型以及三维几何模型， 对计 算区域进行网格划分。 将初始参数输入到模型中 进行计算， 设置停止条件； 计算得到不同酸液注 入速度条件 下的突破体积比； 通过计算差异程度 参数， 判断二维数学模型和三维数学模型的应用 界限。 基于数学模型的应用界限研究， 实现酸蚀 蚓孔三维精细化模拟及酸液用量精 准计算， 并为 灵活运用数学模 型以降低计算量、 提高计算效率 提供了思路。 权利要求书3页 说明书7页 附图7页 CN 115374681 A 2022.11.22 CN 115374681 A 1.一种酸 化二维和三维数值模拟应用界限判别方法， 其特 征在于， 包括 步骤如下： S1： 通过酸岩反应旋转岩盘实验， 获得实验条件下酸岩反应动力学参数， 包括酸液粘度 μ、 酸岩反应速度常数 ks、 酸溶蚀能力 α； S2： 通过岩石物性测试实验， 获得岩心的物性参数， 包括初始孔隙度 ε0， 初始渗透率 k0、 初始比面 a0、 初始孔隙半径 r0、 岩石密度 ρs； S3： 基于S1、 S2中的参数， 给出二维数学模型和三维数学模型反应酸液流动及溶蚀现 象 的Darcy尺度和孔隙尺度模型； 酸液注入地层时， 优先进入阻力小的区域， 更多的酸液进入 大孔隙孔道， 使酸岩反应加剧， 形成不同形态的高导 流通道； (a) 二维数学模型中Darcy尺度模型为： （1） （2） （3） 二维数学模型中描述结构变化与性质变化之间关系的孔隙尺度模型为： （4） （5） （6） (b) 三维数学模型中Darcy尺度模型为： （7） （8） （9） 三维数学模型中描述结构变化与性质变化之间关系的孔隙尺度模型为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115374681 A 2（10） （11） （12） 式中，u、v、w分别为酸液在 x、y、z方向上的流动速度， （mm/s） ； k和k0分别为岩 石的渗透率 和初始渗透率， （mD） ； μ为酸液粘度， （mPa ·s） ；P为酸液压力， （Pa） ； ε为地层孔隙度； t为反应 时间， （s） ； Cf为岩石孔隙中 的酸液浓度， （mol/m3） ；Dex、 Dey、 Dez分别为酸液在 x、y、z方向上的 扩散张量， （m2/s） ；kc为酸液局部传质系数， （m/s） ； Cs为岩石表面的酸液浓度， （mol/m3） ；α为 单位摩尔的酸液所能溶蚀的岩石质量， （kg/mol） ； ρs为岩石密度， （kg/m3） ；rp和r0分别为岩 石的孔隙半径和初始孔隙半径， m；  av和a0分别为岩石的比面和初始比面， cm2·cm‑3；β是与 孔隙结构有关的常数， β=1； S4： 建立长为 L、 高为H的二维几何模型及长为 L、 高为H、 宽为W的三维几何模型， 根据S1 测定的参数设置不同的酸液注入速度 u0； 确定Darcy尺度模型 中酸液流动方程、 连续性方程 和对流扩散方程， 孔隙尺度模型中用于描述结构变化与性质变化之间关系的方程， 对几何 模型计算区域施加Darcy尺度和孔隙尺度模型， 设置停止条件为模型整体平均渗透率升高 100倍， 采用多物理场耦合、 有限元计算软件COMSOL  Multiphysics进行联立求解： 酸液流动 用达西定律dl模块模拟； 氢离子传质用稀物质传递tds模块模拟； 酸岩反应用域常微分和微 分代数方程dode模块模拟， 求 解获得孔隙度分布及酸液突破时间 t； S5： 通过S1~S4完成了酸化二维数值模拟和三维数值模拟， 对所得数据进行处理， 绘制 突破体积比变化曲线， 根据二维模拟结果和三维模拟结果的差异程度判断二 维和三维数学 模型的应用界限。 2.根据权利要求1所述的酸化二维和三维数值模拟应用界限判别方法， 其特征在于， 步 骤S5中， 根据公式 ， 计算得到不同注入速度条件下的突破体积比， 绘制突破体积比变 化曲线。 3.根据权利要求2所述的酸化二维和三维数值模拟应用界限判别方法， 其特征在于， 步 骤S5中， 突破体积比曲线的横坐标以无因次的注入速度1/Da来表示， 。 4.根据权利要求1所述的酸化二维和三维数值模拟应用界限判别方法， 其特征在于， 步 骤S5中， 有两个参数可以判别二维和三维数学模型的应用界限： ， ； 若 或 ， 认为二维数值模拟结果与三维数值模拟结果相差不大， 可 以用二维数值模拟代替三维数值模拟； 若 或 ， 认为二维数值模拟结果与三 维数值模拟结果相差较大， 只能用三维数值模拟。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115374681 A 3