水平井的井身结构极大增加了油层泄油面积,具有直井无法比拟的优势。但是,碳酸盐岩储层往往具有强非均质性特点,加之长井段水平井跨度区域大;钻完井液浸泡时间和浸泡压力不同容易造成伤害分布不规则,增加了储层非均质性的复杂程度。由于酸液更倾向进入低渗流阻力区域,使得伤害严重区域进酸量少,酸液分布控制难度大,酸化效果不理想。而在酸液波及区域未能形成高导流能力的主蚓孔通道也是影响酸化效果的另一主要原因。因此碳酸盐岩储层水平井酸化中,蚓孔有效深穿透和高效布酸是实现油气藏均匀解堵、确保酸化效果两大关键技术。本论文针对孔隙非均质性碳酸盐岩储层水平井高效酸化解堵中的关键科学技术问题,紧密围绕酸蚀蚓孔扩展机理、延伸规律及其影响因素等核心问题,基于局部反应、对流扩散和连续介质理论,结合反应动力学、三维CT成像扫描等实验方法,采用理论分析和数值模拟相结合的手段,建立了酸蚀蚓孔全三维延伸数学模型,实现了蚓孔延伸、竞争和发育的全三维精准动态模拟。基于流变实验研究,构建了多控因素下的转向酸变黏本构方程,形成了转向酸酸化综合控制方程和模拟方法。以伤害特征描述、酸化模式优选、工艺参数优化和酸化后评估为主线,形成了一套水平井高效酸化全三维数学模型和优化方法。论文研究完善了碳酸盐岩储层酸化改造的理论基础,为工业应用提供了模拟、设计和效果预测等于一体的优化手段。主要开展的研究工作及取得研究成果如下:(1)基于连续介质理论,建立了不同流态下的全三维蚓孔延伸数学模型,通过计算机编程实现了多个复杂物理场间的迭代求解,为实现碳酸盐岩储层基质酸化动态模拟奠定了理论基础。(2)结合传热传质学、地质沉积学等基本理论,针对碳酸盐岩孔隙连通结构复杂、岩石矿物组成复杂、流-固传热传质复杂等问题,分别建立了非等温条件下和多矿物介质中的酸-岩反应数学模型,重点研究了流-固热传递和反应放热、岩石空间物理连通和多矿物填充对蚓孔扩展行为的影响规律,丰富了酸蚀蚓孔数值模拟的理论基础。(3)综合考虑表活剂浓度、金属阳离子浓度、pH值和剪切速率等重要因素影响,构建了多因素控制机制下的转向酸有效黏度本构方程;结合全三维蚓孔延伸数学模型,建立了转向酸酸化综合控制方程和模拟方法,揭示了转向酸的变黏及转向控制机理。(4)围绕碳酸盐岩储层水平井高效酸化设计的基本思路,建立了集水平井伤害特征描述、酸化工艺和模式方法优化、酸化效果后评估的综合数学模型和方法;针对实例水平井笼统、分段和局部酸化模式优选,工程参数优化开展了系统研究,为实现水平井高效酸化提供了有力技术保障。