碳酸盐岩是一类重要的油气储层,在全球范围内,碳酸盐岩储层中的油气储量和油气产量都已经占到了 50%以上。部分碳酸盐岩储层的孔渗物性较差,需要进行储层改造才能投产和增产。酸压、水力加砂压裂、酸携砂压裂等已经成为碳酸盐岩储层改造的主要工艺类型,但仍难以满足深穿透的改造要求。尤其在深层高温储层中酸岩反应速度快;裂缝发育的碳酸盐岩中压裂液的高滤失导致加砂压裂或者酸携砂压裂的泵压对砂比敏感,尾追高砂比巩固近井筒裂缝导流难以实现。因而,单一酸压、加砂压裂或者酸携砂压裂方式在碳酸盐岩储层中建造深穿透的高导流裂缝困难重重,有必要研究能够发挥现有各类压裂技术优点,又能实现深穿透目标的复合改造技术。基于此,笔者在前人研究的基础上提出将水力加砂压裂技术与酸压技术结合,扬长避短,以实现碳酸盐岩储层的深度改造的技术。综合运用岩石力学、流体力学、酸岩反应动力学、数值分析和机器语言编译等学科知识,对该技术的可行性从理论上进行了系统的论证。主要完成了以下研究内容:(1)提出了“前砂后酸导流衔接”碳酸盐岩储层复合压裂新技术。分析了碳酸盐岩储层基本地质特征,梳理了碳酸盐岩储层改造的普遍难点,针对碳酸盐岩储层改造的特殊性、高要求以及现有储层改造技术的不足,提出了碳酸盐岩储层水力加砂压裂与酸压复合改造技术,建立了酸蚀缝和填砂缝衔接的原理模型。(2)建立了填砂裂缝导流能力预测新模型。基于连续性方程和动量方程,考虑后续酸液驱替的影响,建立了涵盖携砂液流动、支撑剂输送和沉降的数学模型,并将裂缝扩展和水力输砂模型进行了联立求解,获得了缝内支撑剂浓度分布特征;在此基础上,考虑支撑剂的非等径特征,建立填砂裂缝导流能力预测新模型,可实现对缝内导流能力分布的预测。(3)分析了酸蚀缝长和酸蚀裂缝导流能力的变化特征。考虑地层传热和酸岩反应热的影响,改进了非稳态酸液流动反应模型,并耦合裂缝温度模型进行求解,预测了酸液有效作用距离及酸蚀裂缝导流能力。(4)揭示了多因素影响下的填砂导流与酸蚀导流衔接规律。讨论了酸刻蚀导流能力与支撑缝导流能力在缝长方向的分布,探究了各类参数对导流能力衔接的影响规律。通过本文的研究发现,“前砂后酸导流衔接”碳酸盐岩储层复合压裂技术的穿透距离要明显高于单独的酸压工艺和水力加砂压裂工艺,认识到调整施工参数、工作液性质等基本参数是实现酸蚀缝和支撑缝导流能力衔接的有效方法,从理论上揭示了“导流衔接的前加砂后酸压”复合改造技术的可行性。