裂缝性碳酸盐岩储层酸压改造，天然裂缝存在引起的物性非均质以及裂缝内充填的易溶矿物引起的岩性非均质性，都会影响酸蚀蚓孔的生长、发育及分布。酸液的滤失控制机理与基质孔隙型碳酸盐岩储层存在很大差异。

平板流动实验在模拟储层流动及酸岩反应条件下进行。酸化过程酸蚀蚓孔研究表明，注酸排量对酸蚀蚓孔生长发育影响最大，因此在其它参数固定的情况下，测试了4种不同注酸排量下(表 1)酸蚀蚓孔在岩面的生长、发育及分布情况。

表 1

表 1    平板流动实验参数表

表 1    平板流动实验参数表

图 2和图 3给出了裂缝性岩板过酸后的刻蚀及蚓孔发育情况。从岩板的刻蚀形态看，酸液对岩板表面产生了非均匀刻蚀，有利于酸蚀裂缝导流能力的提高。在4种注酸排量下，酸蚀后岩板壁面上都产生蚓孔，通过对酸蚀蚓孔数量、尺寸及蚓孔分布规律分析得到以下认识：

图 2

图 2     低排量产生单一蚓孔

图 3

图 3     高排量产生多蚓孔

(1) 不同注酸速率下形成酸蚀蚓孔的尺寸存在较大差异。较低排量下形成的酸蚀蚓孔尺寸较大，直径达到3 mm，且穿透岩板；而高排量下形成的蚓孔尺寸相对较小，但蚓孔数量有所增加，某些蚓孔的尺寸仅几微米，且穿透深度有限，未能穿透岩板。实验发现低排量下当岩板表面形成尺寸较大的溶蚀孔洞后，在其周围其它酸蚀蚓孔很难生长发育，而高排量下即使有较大尺寸酸蚀蚓孔存在，在其周围还可以产生若干小尺寸蚓孔，蚓孔尺寸多处于微米级，且很难穿透岩板。对于该现象可以通过蚓孔竞争理论解释，Hill ^[3]的研究表明，在以主蚓孔深度为半径的范围内，不会产生其它主要蚓孔。当岩板壁面产生较大尺寸蚓孔后，将会改变流动场(分流)、压力场。大量酸液沿酸蚀孔洞滤失，造成其它区域的酸液流量减少，且相对注入压力较小难以形成酸蚀蚓孔。然而随着注入速率的增加，缝内净压力增加，可以部分弥补大尺寸蚓孔形成后对流动场及压力场的改变，在其周围可以产生蚓孔，但尺寸很小且难以穿透。

(2) 酸蚀蚓孔的分布很有规律。从图 2和图 3可以看出，酸蚀蚓孔仅存在于微裂缝发育区域，并沿微裂缝方向在长度和径向两个方向上同时发育，形成酸蚀蚓孔。微裂缝外的基质区域无蚓孔产生，由于酸蚀蚓孔形成，大量酸液沿蚓孔“漏失”，而沿基质的滤失量很少。由于实验岩心的尺寸效应，该实验仅能较好地模拟酸液对蚓孔充填初期的漏失“阶段”，一旦蚓孔内酸液充满后，酸液在蚓孔内的滤失量主要与蚓孔的扩展以及酸液沿蚓孔壁面以及尖端滤失有关，但由于蚓孔的不断延伸，可能沟通天然裂缝，使得酸液滤失量大幅度增加。

为进一步研究酸液沿基质岩心的滤失问题，利用岩心流动实验研究了酸液对致密岩心的溶蚀情况，实验测试结果见图 4。

图 4

图 4     不同排量（依次增加）下的岩心刻蚀形态

从图 4可以看出，不同排量下酸液对岩心的溶蚀几乎都处于表面溶蚀阶段，随着注酸速率的增加，岩心表面非均匀刻蚀程度增加，部分区域存在小尺寸酸蚀孔洞，但未形成真正意义上的蚓孔，穿透距离非常有限。实验说明，酸液在致密储层基质表面主要发生酸岩反应，滤失速率相对较小。

通过以上分析可知，天然裂缝发育储层酸压改造中酸液滤失主要受天然裂缝的数量、产状(不同产状对应不同的裂缝开度)以及连通性控制。天然裂缝数量、开度难以人为改变，但可以通过参数优化改变酸液在天然裂缝内的流动反应过程，以改变酸蚀裂缝刻蚀形态，降低酸液滤失。所以，有必要针对不同开度裂缝酸刻蚀形态开展系统研究。

实验使用两块紧密接触的岩板来模拟天然裂缝，通过改变岩板接触的紧密程度获得不同开度裂缝，然后通过刻蚀实验得到酸蚀裂缝的刻蚀形态。

通常天然微裂缝的开度在10^-2 mm~10^-1 mm之间，处于此范围的宽度用仪器直接测量很困难且误差很大，主要通过实验测试裂缝的水动力学宽度。

致密碳酸盐岩基质渗透率很小(不具储渗能力)，相对裂缝渗透率而言可忽略，因此可以使用式(1)计算微裂缝的水动力学宽度。在注酸前，先用清水测试裂缝渗透率，由于初始裂缝表面光滑，因此可精确测出裂缝水动力学开度^[8]。

(1)

天然裂缝酸刻蚀实验条件与酸压模拟实验基本相同，只须调整裂缝的宽度以及注酸速率(沿微裂缝滤失速率远低于主裂缝流速)，实验测试仪器能够获得的最小水动力学宽度在10^-2 mm左右，符合微裂缝的尺度要求。实验设定注酸排量为10 mL/min，在4种不同裂缝开度下研究酸蚀裂缝刻蚀形态。

图 5为裂缝开度为1 mm时岩面的刻蚀形态，处于此尺度的裂缝并非真正意义上的微裂缝，酸液在裂缝内的流动、反应与主裂缝相似。酸液对岩面刻蚀较为均匀，溶蚀区域宽度较大，溶蚀面贯穿整个岩板说明酸液在裂缝中的刻蚀沿长度和宽度方向同时扩展。分析认为，若地层条件下存在此种开度的裂缝，酸液初期的“漏失”会非常严重，当酸液充满天然裂缝后，酸液对岩面的快速溶蚀以及滤失面积增加，使酸液滤失量增加。但由于天然裂缝内的面容比较大，酸液消耗速率较快，酸液沿天然裂缝向储层深部穿透的能力较小，沟通天然裂缝几率较小。

图 5

图 5     间距1 mm刻蚀形态（正面，侧面）

图 6为裂缝开度为0.5 mm时岩面的刻蚀形态。酸液在裂缝中的刻蚀类似于闭合酸化过程，酸液以湍流状态进入裂缝，对裂缝产生剧烈的非均匀溶蚀，在岩板入口处溶蚀最为严重。可以看到酸液在裂缝内的有效作用宽度明显减小，溶蚀面依然贯穿岩板，说明酸液在宽度方向的溶蚀受到限制，主要沿长度方向溶蚀。酸液对岩面的非均匀刻蚀更为严重，裂缝具有较高的导流能力。

图 6

图 6     间距0.5 mm刻蚀形态（正面，侧面）

分析认为，裂缝张开的初期，酸液对裂缝的溶蚀、充填过程与1 mm开度相似，但一方面由于酸液对裂缝壁面的溶蚀更为剧烈，溶蚀量有所增加使滤失量也有所增加，另一方面裂缝内的滤失面积有所减小，使得滤失速率有所降低，综合测试表明酸液总滤失速率有所减小。但滤失面积的降低加之裂缝溶蚀量的增加，使得裂缝内的面容比逐渐降低，酸液穿透深度增加，使得沟通天然裂缝的几率增加，有可能引起大规模的“漏失”现象出现。

图 7为裂缝开度0.1 mm时岩面的刻蚀形态，由于裂缝开度较小，酸液已经不能较为容易地通过裂缝。酸液首先对入口端矿物选择性溶蚀，当形成流动通道后，酸液主要沿溶蚀通道进入裂缝对裂缝表面刻蚀。从图中可以看出，酸液在裂缝内的作用宽度进一步减小，但溶蚀面依然贯穿岩板。酸液对岩面的刻蚀深度增加，产生一条近似圆柱形的溶蚀通道，与前面酸压模拟过程中沿裂缝壁面产生溶蚀孔洞非常相似，说明实验岩心的微裂缝开度有可能处于此范围内。

图 7

图 7     间距0.1 mm刻蚀形态（正面，侧面）

由于酸液在岩面的有效作用范围进一步减小，酸液的滤失速率也大幅度降低。处于此尺度的微裂缝酸液滤失速率主要与酸液对裂缝壁面的溶蚀速率有关，且初期酸液在裂缝内的“漏失”量较小。但由于微裂缝内形成圆柱形溶蚀通道面容比较小，所以酸液的穿透能力很强，沟通天然裂缝的能力同样很强，很容易引起酸液的大量“漏失”。实验测试表明，不同开度裂缝对应完全不同的刻蚀形态，酸液在裂缝内的滤失机理也完全不同。酸液的滤失行为主要与裂缝开度有关，而储层中裂缝的开度除与裂缝产状有关外，主要取决于施工过程中裂缝内的净压力。沿裂缝延伸方向，由于流动摩阻以及酸液滤失的影响使得裂缝内净压力逐渐减小，若假设所有微裂缝都处在相同的闭合应力下，由于裂缝的开度与净压力成正比，那么沿主裂缝延伸方向，天然裂缝的开度将会逐渐变小。也就是说，在主裂缝方向上酸液的滤失控制因素也会发生变化。所以，应当进一步研究如何控制酸液沿不同开度微裂缝漏失问题，这样不仅可以提高酸压工作液的有效利用率，而且可以提高酸化压裂施工的成功率。