CN108021728A - 一种压裂液返排制度的计算方法 - Google Patents

一种压裂液返排制度的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种压裂液返排制度的计算方法，该压裂液返排制度的计算方法包括：步骤1，计算控制放喷临界压力；步骤2，计算控制放喷临界速度，控制放喷；步骤3，计算管路摩阻；步骤4，计算孔眼摩阻；步骤5，计算敞放临界压力，进行敞放。该压裂液返排制度的计算方法利用较易获取的数据，较为直观、简单的计算方法计算出控制放喷时间节点、敞放时间节点、控制放喷放喷速度，为压裂设计提供一种准确、安全、高效的返排制度。

Description

一种压裂液返排制度的计算方法
技术领域
本发明涉及采油技术领域，特别是涉及到一种压裂液返排制度的计算方法。
背景技术
化石能源是我们多年来应用的重要的能源之一，随着人们对能源需求的日益扩大，石油天然气的开采范围也逐渐扩大，低渗透油气藏、特低渗透油气藏、致密油气藏，页岩油气藏逐渐成为重要的开采对象，压裂作为这类油气藏的增产手段已经越来越受到重视，与压裂相关技术问题也成为石油开采行业的研究重点。
压裂作业的原理是用高压泵泵送高粘液体压开地层，使地层形成一条以井筒为中心的对称裂缝，然后用高粘液体携带支撑剂进行缝内填砂，作业结束后，将液体排出，利用裂缝闭合所产生的力把支撑剂夹在了地层内，这样就在地层内形成一条高导流能力的裂缝，增加了油井的泄油面积，从而达到提高产能的目的。
在压裂作业过程中，泵入储层的液体往往与储层反应，产生粘土膨胀、颗粒运移、孔吼堵塞等现象，使储层渗流能力降低。因此，压裂结束后尽快把泵入地层的液体返排出来是我们取得较好压裂效果的重要保证。从储层伤害的角度，排液越快越有利于生产，但是压裂液液排液选择时机不对，选在裂缝对支撑剂没有足够的压力时，或者返排的速度过大，都会把加入到地层的支撑剂带入到井筒，轻则影响到压后效果，重则砂埋储层。因此，压裂液返排制度非常重要。
在前期的研究以及施工设计工作中，研究、设计工作者把工作重点放在了研究压裂液破胶时间和裂缝的闭合时间上，依据破胶时间和闭合时间确定返排制度。这样表现在压裂设计上多数以压后关井时间确定返排时机。由于破胶时间可以比较准确的模拟，但是压裂闭合时间往往只能在获得压后压力数据后分析得到，同时压后测压收集数据工作量较大，因此在实际工作中放喷时间的确定往往是根据邻井或者同区块井的数据设计，或者干脆加长关井时间，确保返排过程中不会产生支撑剂回流。由于放喷时间缺乏较为直观实际的依据，影响了作业周期，延长了压裂液在储层内的滞留时间，影响到压后效果。
因此，非常有必要通过具体的试验研究压裂液返排，给出准确的、直观、可行性较高的计算方法指导压裂设计，实现压后快速、安全的返排。为此我们发明了一种新的压裂液返排制度的计算方法，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现压裂作业后安全、快速返排的压裂液返排制度的计算方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：压裂液返排制度的计算方法，该压裂液返排制度的计算方法包括：步骤1，计算控制放喷临界压力；步骤2，计算控制放喷临界速度，控制放喷；步骤3，计算管路摩阻；步骤4，计算孔眼摩阻；步骤5，计算敞放临界压力，进行敞放。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤1中，放喷临界压力Pk＝PC-ρgh-6，其中PC为最小水平主应力，MPa；ρ为密度，Kg/m3；h为储层垂直深度，m；g为重力加速度。
在步骤1中，当井口压力Pb≤Pk时开始控制放喷；最小水平主应力PC来通过岩心实验，压裂瞬时停泵压力数据，小型压裂分析获得。
在步骤2中，放喷临界速度QL＝36HWf,其中Q为放喷流量，m3/h；H为裂缝高度,m；Wf为缝宽,m。
在步骤2中，控制放喷阶段放喷速度Q≤QL；缝高H、缝宽Wf通过压裂数值模拟，压后数据历史拟合获得。
在步骤3中，管路摩阻通过公式计算，其中u为破胶液粘度，单位Pa.s；ρ为液体密度，单位g/cm3；v为流速，单位cm/s；d为管柱内径,单位cm。
在步骤4中，孔眼摩阻的计算公式为其中QP为放喷流量，m3/min；ρP为流体密度，g/cm3；NP为射孔孔数；dP为孔眼直径，cm；C为孔眼流量系数，取值0.6～0.9。
在步骤5中，由公式Pq＝PC-ρgh-10+Pef+Pf计算敞放临界压力，其中Pef为管路沿程摩阻，MPa,Pf为孔眼摩阻，MPa，PC为最小水平主应力，MPa，ρ为密度，Kg/m3，h为储层垂直深度，m；g为重力加速度；当井口压力Pb≤Pq时开始敞放。
本发明中的压裂液返排制度的计算方法，根据实验研究结果，在压裂液完全破胶的前提下影响返排制度的两个主要因素是：一、作用在支撑剂的力；二、返排速度。压裂支撑剂回流主要集中在压裂排液初期。利用上述结果，从两个主要因素着手发明了以井口压力为主要参考指标的控制返排时机计算方法、敞放时机计算方法和以排液速度为主要参考指标的放喷速度。同时结合现场实际给出了应用流程。与现有的技术相比，本发明的优点在于：摈弃了以关井时间为参数来确定返排时间的方法，避免由于储层条件不同、施工条件不同带来的误差；从作用在支撑剂的力的角度出发计算确定返排时机，更直接的避免支撑剂回流；结合实验数据，充分考虑到裂缝形态计算了控制放喷速度，适应性更强。
附图说明
图1为本发明的压裂液返排制度的计算方法的一具体实施例的流程图；
图2为本发明的压裂施工数据历史拟合缝宽、缝高图。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
如图1所示，图1为本发明的压裂液返排制度的计算方法的流程图。
步骤1，控制放喷临界压力的计算，放喷临界压力Pk＝PC-ρgh-6，其中PC为最小水平主应力，MPa；ρ为密度，Kg/m3；h为储层垂直深度，m。当井口压力Pb≤Pk时开始控制放喷；最小水平主应力PC来通过岩心实验，压裂瞬时停泵压力数据，小型压裂分析获得。
步骤2，控制放喷临界速度的计算，放喷临界速度QL＝36HWf,其中Q为放喷流量，m3/h；H为裂缝高度,m；Wf为缝宽,m。控制放喷阶段放喷速度Q≤QL；缝高H、缝宽Wf通过压裂数值模拟，压后数据历史拟合获得。
步骤3，计算管路摩阻；管路摩阻通过公式计算，其中u为破胶液粘度，单位Pa.s；ρ为液体密度，单位g/cm3；v为流速，单位cm/s；d为管柱内径,单位cm。
步骤4，计算孔眼摩阻；孔眼摩阻的计算公式为其中QP为放喷流量，m3/min；ρP为流体密度，g/cm3；NP为射孔孔数；dP为孔眼直径，cm；C为孔眼流量系数，取值0.6～0.9。
步骤5，由公式Pq＝PC-ρgh-10+Pef+Pf计算敞放临界压力。全部敞放临界压力Pq＝PC-ρgh-10+Pef+Pf，其中Pef为管路沿程摩阻，MPa,Pf为孔眼摩阻，MPa；当井口压力Pb≤Pq时开始敞放；
应用流程为按(1)、(5)中方法计算控制放喷时机及敞放时机，压后油压达到控制放喷时机时按照(2)计算的放喷速度放喷，当油压达到敞放时机时不再控制放喷；当压力下降较快，直接降至敞放临界压力，直接进行敞放。
以下为应用本发明的几个具体实施例。
实施例1:
在步骤101，通过岩心声发射实验获取最小水平主应力PC，压裂液密度取1.01×103Kg/m3,读取油层中部垂直深度获得h，单位m,由公式Pk＝PC-ρgh-6计算控制放喷临界压力，当井口压力Pb≤Pk时开始控制放喷。流程进入步骤102。
在步骤102，通过测井数据、压裂设计模拟计算，获得裂缝的高度H,单位为m,获得裂缝宽度Wf,单位为m，控制放喷临界速度QL，单位为m3/h，按照公式QL＝36HWf计算，控制放喷阶段放喷速度Q≤QL。流程进入步骤103。
在步骤103，通过模拟地层温度条件下的压裂液破胶实验获得破胶液粘度u，单位Pa.s,液体密度取1.01g/cm3,由压裂设计获取管柱内径d,单位cm,由步骤102中放喷速度计算流速v，单位cm/s,由公式计算管路沿程摩阻。流程进入步骤104。
在步骤104，由步骤102中Q换算放喷流量QP，m3/min；流体密度ρP取与步骤一相同的压裂液密度，单位为g/cm3；通过压裂设计获得射孔孔数NP，孔眼直径dP为，cm，孔眼流量系数取0.9。按公式计算孔眼摩阻。流程进入步骤105。
在步骤105：按公式Pq＝PC-ρgh-10+Pef+Pf计算全部敞放临界压力，当井口压力Pb≤Pq时开始敞放。
实施例2:
在步骤101，通过小型压裂测试得到闭合应力获取最小水平主应力PC，压裂液密度取1.01×103Kg/m3,读取油层中部垂直深度获得h，单位m,由公式Pk＝PC-ρgh-6计算控制放喷临界压力，当井口压力Pb≤Pk时开始控制放喷。流程进入步骤102。
在步骤102，通过测井数据、压裂施工数据进行历史拟合，获得裂缝的高度H,单位为m,获得裂缝宽度Wf,单位为m，控制放喷临界速度QL，单位为m3/h，按照公式QL＝36HWf计算，控制放喷阶段放喷速度Q≤QL。流程进入步骤103。
在步骤103，通过模拟地层温度条件下的压裂液破胶实验获得破胶液粘度u，单位Pa.s,液体密度取1.01g/cm3,由压裂设计获取管柱内径d,单位cm,由步骤102中放喷速度计算流速v，单位cm/s,由公式计算管路沿程摩阻。流程进入步骤104。
在步骤104，由步骤102中Q换算放喷流量QP，m3/min；流体密度ρP取与步骤一相同的压裂液密度，单位为g/cm3；通过压裂设计获得射孔孔数NP，孔眼直径dP为，cm，孔眼流量系数C取0.7。按公式计算孔眼摩阻。流程进入步骤105。
在步骤105：按公式Pq＝PC-ρgh-10+Pef+Pf计算全部敞放临界压力，当井口压力Pb≤Pq时开始敞放。
实施例3:
在步骤101，通过压前瞬时停泵压力计算最小水平主应力PC，压裂液密度取1.01×103Kg/m3,读取油层中部垂直深度获得h，单位m,由公式Pk＝PC-ρgh-6计算控制放喷临界压力，当井口压力Pb≤Pk时开始控制放喷。流程进入步骤102。
在步骤102，通过测井数据、压裂设计模拟计算，获得裂缝的高度H,单位为m,获得裂缝宽度Wf,单位为m，控制放喷临界速度QL，单位为m3/h，按照公式QL＝36HWf计算，控制放喷阶段放喷速度Q≤QL。流程进入步骤103。
在步骤103，通过模拟地层温度条件下的压裂液破胶实验获得破胶液粘度u，单位Pa.s,液体密度取1.01g/cm3,由压裂设计获取管柱内径d,单位cm,由步骤102中放喷速度计算流速v，单位cm/s,由公式计算管路沿程摩阻。流程进入步骤104。
在步骤104，由步骤102中Q换算放喷流量QP，m3/min；流体密度ρP取与步骤一相同的压裂液密度，单位为g/cm3；通过压裂设计获得射孔孔数NP，孔眼直径dP为，cm，孔眼流量系数C取0.9。按公式计算孔眼摩阻。流程进入步骤105。
在步骤105：按公式Pq＝PC-ρgh-10+Pef+Pf计算全部敞放临界压力，当井口压力Pb≤Pq时开始敞放。
实施例4:
在步骤101，通过压前瞬时停泵压力计算最小水平主应力PC，压裂液密度取1.01×103Kg/m3,读取油层中部垂直深度获得h，单位m,由公式Pk＝PC-ρgh-6计算控制放喷临界压力。流程进入步骤102。
在步骤102：按公式Pq＝PC-ρgh-10计算全部敞放临界压力，当井口压力Pb≤Pq≤Pk时不控制放喷直接敞放。
实施例5:
在步骤101，通过岩心声发射实验获取最小水平主应力PC，压裂液密度取1.01×103Kg/m3,读取油层中部垂直深度获得h，单位m,由公式Pk＝PC-ρgh-6计算控制放喷临界压力。流程进入步骤102。
在步骤102：按公式Pq＝PC-ρgh-10计算全部敞放临界压力，当井口压力Pb≤Pq≤Pk时不控制放喷直接敞放。
实施例6:
在步骤101，通过小型压裂测试得到闭合应力获取最小水平主应力PC，压裂液密度取1.01×103Kg/m3,读取油层中部垂直深度获得h，单位m,由公式Pk＝PC-ρgh-6计算控制放喷临界压力。流程进入步骤102。
在步骤102：按公式Pq＝PC-ρgh-10计算全部敞放临界压力，当井口压力Pb≤Pq≤Pk时不控制放喷直接敞放。
实施例7：
在步骤101，根据某井小型压裂计算闭合应力为20MPa,由压裂设计获得油层中部垂深为2881m,计算液柱压力ρgh＝1.01*9.8*2881＝28.52MPa,最小水平主应力为PC＝20+28.52＝48.52MPa，由此计算控制放喷临界压力Pk＝48.52-28.52-6＝14MPa。流程进入步骤102。
在步骤102，根据压裂施工数据历史拟合，获得支撑裂缝高度H＝37.2m,缝宽Wf＝0.0028，如图2。由公式QL＝36HWf计算控制放喷速度Q＝36*37.2*0.0028＝3.75m3/h,控制放喷速度小于3.75m3/h。流程进入步骤103。
在步骤103，在地层温度110℃下由流变仪测试破胶液粘度得u＝0.003Pa.s，计算管内流速由公式计算 流程进入步骤104。
在步骤104，按照步骤102中放喷速度3.75m3/h换算，QP＝0.0625m3/min，由压裂设计NP＝16*10＝160，dP＝1.3cm,C取0.9，ρP＝1.01，由公式其中QP计算得Pf＝1.5×10-6MPa。流程进入步骤105。
在步骤105，按公式Pq＝PC-ρgh-10+Pef+Pf，由此敞放时机Pq＝PC-ρgh-10+Pef+Pf≈10MPa，当井口压力小于10MPa时进行敞放。
本发明中的压裂液返排制度的计算方法，利用较易获取的数据，较为直观、简单的计算方法计算出控制放喷时间节点、敞放时间节点、控制放喷放喷速度，为压裂设计提供一种准确、安全、高效的返排制度。

Claims (8)

1.压裂液返排制度的计算方法，其特征在于，该压裂液返排制度的计算方法包括：
步骤1，计算控制放喷临界压力；
步骤2，计算控制放喷临界速度，控制放喷；
步骤3，计算管路摩阻；
步骤4，计算孔眼摩阻；
步骤5，计算敞放临界压力，进行敞放。
2.根据权利要求1所述的压裂液返排制度的计算方法，其特征在于，在步骤1中，放喷临界压力Pk＝PC-ρgh-6，其中PC为最小水平主应力，MPa；ρ为密度，Kg/m3；h为储层垂直深度，m；g为重力加速度。
3.根据权利要求2所述的压裂液返排制度的计算方法，其特征在于，在步骤1中，当井口压力Pb≤Pk时开始控制放喷；最小水平主应力PC来通过岩心实验，压裂瞬时停泵压力数据，小型压裂分析获得。
4.根据权利要求1所述的压裂液返排制度的计算方法，其特征在于，在步骤2中，放喷临界速度QL＝36HWf,其中Q为放喷流量，m3/h；H为裂缝高度,m；Wf为缝宽,m。
5.根据权利要求4所述的压裂液返排制度的计算方法，其特征在于，在步骤2中，控制放喷阶段放喷速度Q≤QL；缝高H、缝宽Wf通过压裂数值模拟，压后数据历史拟合获得。
6.根据权利要求1所述的压裂液返排制度的计算方法，其特征在于，在步骤3中，管路摩阻通过公式计算，其中u为破胶液粘度，单位Pa.s；ρ为液体密度，单位g/cm3；v为流速，单位cm/s；d为管柱内径,单位cm。
7.根据权利要求1所述的压裂液返排制度的计算方法，其特征在于，在步骤4中，孔眼摩阻的计算公式为其中QP为放喷流量，m3/min；ρP为流体密度，g/cm3；NP为射孔孔数；dP为孔眼直径，cm；C为孔眼流量系数，取值0.6～0.9。
8.根据权利要求1所述的压裂液返排制度的计算方法，其特征在于，在步骤5中，由公式Pq＝PC-ρgh-10+Pef+Pf计算敞放临界压力，其中Pef为管路沿程摩阻，MPa,Pf为孔眼摩阻，MPa，PC为最小水平主应力，MPa，ρ为密度，Kg/m3，h为储层垂直深度，m；g为重力加速度；当井口压力Pb≤Pq时开始敞放。
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