CN110685657A - 一种转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法，包括：步骤1)根据目标井资料及邻井生产动态资料，利用压裂模拟软件模拟计算裂缝暂堵转向压裂施工参数；步骤2)确定架桥颗粒水平运移速度、沉降速度；步骤3)计算暂堵颗粒用量，其中暂堵颗粒用量包括架桥颗粒用量、填充颗粒用量，其中架桥颗粒粒径大于填充颗粒的粒径。本发明提供的转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法可满足现场施工需求；降低暂堵材料使用成本。

Description

一种转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法

技术领域

本发明属于油气井裂缝暂堵转向压裂技术领域，特别涉及一种转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法。

背景技术

裂缝暂堵转向压裂是增加低渗致密油气藏改造体积，提高压裂效果的有效手段。裂缝暂堵转向压裂就是在压裂施工过程中通过往原先形成的裂缝泵入暂堵转向材料来封堵原裂缝延伸，以此获得原裂缝净压力值增加来迫使压开新裂缝，实现裂缝沿新的方向延伸，达到一次施工形成多条裂缝目的，从而有效提高油气储层压裂改造体积，增加油气泄油面积，大幅提高单井油气产量和效益。原有裂缝能否形成有效封堵，暂堵材料类型和用量选择是工艺成功与否关键。目前国内大部分裂缝暂堵转向压裂施工时都采取大颗粒暂堵材料用于架桥，小颗粒暂堵材料用于充填架桥孔隙这种复合暂堵的方式来提高暂堵剂封堵裂缝能力，实现裂缝净压力有效增加，达到能够改变应力场大小分布目的。在现场具体实施时如果暂堵颗粒用量较少时，暂堵颗粒难以有效封堵原裂缝的延伸就会导致裂缝不能发生转向，导致施工失败，未达施工目的，造成数十上百万施工费用损失，甚至导致依托转向压裂动用的储量无法实现开采。当暂堵颗粒用量偏多时，一方面由于暂堵材料每吨价格几十万元，价格昂贵，造成不必要的成本浪费，另一方面很可能造成后期加砂困难和砂堵，导致压裂施工失败，如果页岩气应用时一旦砂堵需要上百万的处理费用。目前在裂缝暂堵转向颗粒材料用量计算时多基于施工经验或半经验公式，对于具体储层，缺乏适应性。为了提高暂堵颗粒用量设计的科学性，有必要建立一种实现裂缝暂堵转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法。

通过专利文献查询，专利“一种暂堵转向压裂暂堵剂用量的控制方法(CN109267985A)”提出了一种暂堵转向压裂暂堵剂用量的控制方法，该方法根据单井地质资料及邻井生产动态资料，结合压裂分析软件模拟来确定压裂施工参数，再通过压裂分析软件模拟计算，得出暂堵前压裂裂缝形态参数，最后计算暂堵剂用量，其中暂堵剂用量包括裂缝封堵部分、裂缝滤失部分和近井筒滤失部分的计算。该方法能够解决化学暂堵剂(即冻胶类高分子暂堵剂)的用量计算，但计算过程相对复杂。该方法不能解决颗粒类暂堵剂用量计算，没有考虑颗粒类暂堵剂在裂缝中的运移沉降特征对暂堵过程影响。因此需要提出一种裂缝暂堵转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法解决颗粒类暂堵剂用量计算问题，为裂缝暂堵转向压裂暂堵材料选择提供支撑。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种解决上述技术问题的转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

一种转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法，包括：

步骤1)根据目标井资料及邻井生产动态资料，利用压裂模拟软件模拟计算裂缝暂堵转向压裂施工参数，其中目标井资料包括井身结构、储层厚度、完井参数、测井及录井解释的孔隙度、渗透率、地应力，其中邻井生产动态资料包括地质特征相似的邻井产量和压力变化曲线，其中压裂模拟软件通过输入目标井资料及邻井生产动态资料，输出压裂施工参数、暂堵实施前形成的裂缝几何参数；

步骤2)确定架桥颗粒水平运移速度、沉降速度。

步骤3)计算暂堵颗粒用量，其中暂堵颗粒用量包括架桥颗粒用量、填充颗粒用量，其中架桥颗粒粒径大于填充颗粒的粒径。

优选的，所述步骤2)中确定架桥颗粒水平运移速度、沉降速度；其中沉降速度通过室内实验测量得到，按照暂堵压裂设计方案给出的架桥颗粒与压裂液体积比在实验室内配制出一定量的架桥颗粒与压裂液混合物，直接测量获得架桥颗粒沉降速度；水平运移速度通过数学公式计算得到，计算公式为：

u_px＝1.27×abs(Cv-0.1)^1.5×Q/(W×H_f)

以上公式中：abs表示求绝对值；u_px——架桥颗粒水平运移速度，单位m/s；Cv——架桥颗粒浓度；Q——施工排量，单位m³/s；W——注入暂堵颗粒前裂缝宽度，单位m；H_f——注入暂堵颗粒前裂缝高度，单位m。

优选的，所述步骤3)中计算暂堵颗粒用量，其中架桥颗粒用量采用颗粒沉降用量计算模型，暂堵颗粒进入原有裂缝后，水平方向受液体推动力，垂直方向受浮力、重力和阻力共同作用，暂堵颗粒在上述作用力共同作用下逐渐沉到裂缝底部，降低压裂液在裂缝内的过流横截面积，最终在裂缝高度方向上形成架桥封堵；

(1)架桥颗粒用量计算公式为：

以上公式中：M_j——架桥颗粒用量，单位kg；n——原裂缝暂堵颗粒架桥区域在高度方向上划分单元数量，单位无因次；u_p——颗粒沉降速度，单位m/s；ρ_c——架桥颗粒密度，单位kg/m³。

(2)填充颗粒用量计算公式为：

以上公式中：M_t——填充颗粒用量，单位kg；f_s——填充颗粒含量百分比，单位，无因次，取25.9％；ρ_s——填充颗粒密度，单位kg/m³；

(3)所述暂堵颗粒用量的计算公式为：M＝M_j+M_t,以上公式中：M——暂堵颗粒用量，单位kg；

优选的，所述暂堵剂颗粒为酸溶性颗粒暂堵剂、油溶性颗粒暂堵剂或水溶性颗粒暂堵剂。

优选的，所述步骤1)中，转向压裂施工参数包括暂堵前支撑剂用量、暂堵前压裂液用量、施工排量，暂堵前已形成的裂缝几何参数包括裂缝长度、裂缝高度、裂缝宽度，所述压裂模拟软件为Fracpro PT软件、StimPlan软件、Gohfer或Meyer软件；所述压裂模拟软件通过输入目标井资料及邻井生产动态资料，输出压裂施工参数、暂堵前原裂缝几何参数，确定暂堵前支撑剂用量、暂堵前压裂液用量、施工排量；应用压裂模拟软件模拟计算暂堵前原裂缝几何参数，确定原裂缝长度、原裂缝高度、原裂缝宽度。

本发明提供的转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法具有以下优点：

(1)本发明可广泛用于不同尺寸、不同类型的暂堵颗粒的缝内暂堵转向压裂施工，适用性强，计算简单，结果可靠，可满足现场施工需求；

(2)本发明能够精确计算暂堵颗粒用量，能够在保证暂堵转向压裂成功实施前提下，减少不必要的暂堵颗粒浪费，降低暂堵材料使用成本。

附图说明

图1为本申请提供的转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法的流程图；

图2为原裂缝缝长方向暂堵颗粒沉降剖面示意图；

图3为原裂缝缝高方向暂堵颗粒沉降剖面示意图；

图4为原裂缝暂堵颗粒架桥区域在高度方向上划分单元示意图；

图5为实施案例1中对X1层段压裂后依次加入架桥颗粒暂堵剂和填充颗粒暂堵剂后施工压力的变化曲线图；

图6为实施案例2中在第一段压裂后依次加入架桥颗粒暂堵剂和填充颗粒暂堵剂后施工压力的变化曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法，包括：

步骤1)根据目标井资料及邻井生产动态资料，利用压裂模拟软件模拟计算裂缝暂堵转向压裂施工参数，其中目标井资料包括井身结构、储层厚度、完井参数、测井及录井解释的孔隙度、渗透率、地应力，其中邻井生产动态资料包括地质特征相似的邻井产量和压力变化曲线，其中压裂模拟软件通过输入目标井资料及邻井生产动态资料，输出压裂施工参数、暂堵实施前形成的裂缝几何参数；

步骤2)确定架桥颗粒水平运移速度、沉降速度。

步骤3)计算暂堵颗粒用量，其中暂堵颗粒用量包括架桥颗粒用量、填充颗粒用量，其中架桥颗粒粒径大于填充颗粒的粒径。

所述步骤1)中，转向压裂施工参数包括暂堵前支撑剂用量、暂堵前压裂液用量、施工排量，暂堵前已形成的裂缝几何参数包括裂缝长度、裂缝高度、裂缝宽度，所述压裂模拟软件为Fracpro PT软件、StimPlan软件、Gohfer或Meyer软件；所述压裂模拟软件通过输入目标井资料及邻井生产动态资料，输出压裂施工参数、暂堵前原裂缝几何参数，确定暂堵前支撑剂用量、暂堵前压裂液用量、施工排量；应用压裂模拟软件模拟计算暂堵前原裂缝几何参数，确定原裂缝长度、原裂缝高度、原裂缝宽度，本发明所述压裂模拟软件作为一种工具使用，其中，图2示出了原裂缝缝长方向暂堵颗粒沉降剖面示意图；图3示出了原裂缝缝高方向暂堵颗粒沉降剖面示意图；图4示出了原裂缝暂堵颗粒架桥区域在高度方向上划分单元示意图。

所述步骤2)中确定架桥颗粒水平运移速度、沉降速度；其中沉降速度通过室内实验测量得到，按照暂堵压裂设计方案给出的架桥颗粒与压裂液体积比在实验室内配制出一定量的架桥颗粒与压裂液混合物，直接测量获得架桥颗粒沉降速度；水平运移速度通过数学公式计算得到，计算公式为：

u_px＝1.27×abs(Cv-0.1)^1.5×Q/(W×H_f)

以上公式中：abs表示求绝对值；u_px——架桥颗粒水平运移速度，单位m/s；Cv——架桥颗粒浓度；Q——施工排量，单位m³/s；W——注入暂堵颗粒前裂缝宽度，单位m；H_f——注入暂堵颗粒前裂缝高度，单位m。

所述步骤3)中计算暂堵颗粒用量，其中架桥颗粒用量采用颗粒沉降用量计算模型，暂堵颗粒进入原有裂缝后，水平方向受液体推动力，垂直方向受浮力、重力和阻力共同作用，暂堵颗粒在上述作用力共同作用下逐渐沉到裂缝底部，降低压裂液在裂缝内的过流横截面积，最终在裂缝高度方向上形成架桥封堵；

(1)架桥颗粒用量计算公式为：

以上公式中：M_j——架桥颗粒用量，单位kg；n——原裂缝暂堵颗粒架桥区域在高度方向上划分单元数量，单位无因次；u_p——颗粒沉降速度，单位m/s；ρ_c——架桥颗粒密度，单位kg/m³。

(2)填充颗粒用量计算公式为：

以上公式中：M_t——填充颗粒用量，单位kg；f_s——填充颗粒含量百分比，单位，无因次，取25.9％；ρ_s——填充颗粒密度，单位kg/m³；

(3)所述暂堵颗粒用量的计算公式为：M＝M_j+M_t,以上公式中：M——暂堵颗粒用量，单位kg；

本申请中，所述暂堵剂颗粒为酸溶性颗粒暂堵剂、油溶性颗粒暂堵剂或水溶性颗粒暂堵剂。

本发明提供的转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法具有以下优点：

(1)本发明可广泛用于不同尺寸、不同类型的暂堵颗粒的缝内暂堵转向压裂施工，适用性强，计算简单，结果可靠，可满足现场施工需求；

(2)本发明能够精确计算暂堵颗粒用量，能够在保证暂堵转向压裂成功实施前提下，减少不必要的暂堵颗粒浪费，降低暂堵材料使用成本。

以下以实际例子距离说明该方法的应用：

实施案例1：

本实例以W井为例，该井是一口低渗致密储层油井，准备对X1、X2两个层段进行缝内暂堵转向压裂施工，X1层厚度为10m，X2层厚度为14m，油井井筒直径216mm，裸眼完井，X1层段平均孔隙度5％，X2层段平均孔隙度3％，X1层段平均渗透率0.1mD，X2层段平均渗透率0.05mD，X1层段最大水平主应力40MPa，X1层段最小水平主应力30MPa，X1层段最大水平主应力42MPa，X1层段最小水平主应力32MPa，压裂采用2-7/8英寸油管注入压裂液，为了对该井储层进行充分改造，设计采用裂缝暂堵转向压裂工艺，先进行X1层段加砂，再注入暂堵颗粒进行裂缝近井位置及缝口的暂堵，迫使压裂液转向，再压开X2层段，计算暂堵颗粒用量。

步骤1)根据目标井资料及邻井生产动态资料，利用压裂模拟软件模拟计算转向压裂施工参数；结合压裂模拟软件，确定X1层段支撑剂用量35m³，即加暂堵颗粒之前支撑剂用量为35m³，平均支撑剂加注比为17％，施工排量为5m³/min；注暂堵剂时架桥颗粒百分比为30％，X1层段裂缝长度为120m、X1层段裂缝高度为13m、X1层段裂缝宽度为8mm。

步骤2)确定架桥颗粒水平运移速度、沉降速度。

(1)沉降速度通过室内实验测量得到，步骤1)中给出架桥颗粒百分比为30％，在实验室内配制出1L百分比为30％的架桥颗粒与压裂液混合物，直接测量获得架桥颗粒沉降速度为24m/min，即0.4m/s。

(2)水平运移速度通过数学公式计算得到，施工排量5m³/min，即0.0833m³/s,裂缝宽度8mm，即0.008m，裂缝高度13m，则水平运移速度为：

u_px＝1.27×abs(Cv-0.1)^1.5×Q/(W×H_f)

＝1.27×abs(0.3-0.1)^1.5×0.0833/(0.008×13)

＝0.0909(m/s)

步骤3)计算暂堵颗粒用量，其中暂堵颗粒用量包括架桥颗粒用量、填充颗粒用量。

如图3所示，X1层段裂缝暂堵颗粒架桥区域在高度方向上划分单元数量为10，步骤2)计算得到水平运移速度为0.0909m/s,沉降速度为0.4m/s，X1层段裂缝高度为13m，裂缝宽度为8mm，即0.008m，架桥颗粒密度为1200kg/m³,填充颗粒含量百分比取25.9％,填充颗粒密度1200kg/m³。

(1)架桥颗粒用量计算公式为：

(2)填充颗粒用量计算公式为：

按照计算的暂堵剂颗粒用量，W井现场实施时，在对X1层段压裂后依次加入架桥颗粒暂堵剂和填充颗粒暂堵剂后，参见图5，施工压力明显上涨，显示X1层段裂缝实现封堵，在施工压力上升达到最高点后下降，显示X2层段被压裂开，地层有破裂显示，说明了实现了裂缝转向压裂X2层段目的。继续对X2层进行加砂压裂，直至施工结束。

实施案例2：

本实例以S井为例，该井压裂段储层孔隙度为7％，渗透率为1.28mD，属于特低渗储层，物性差，总跨度17m，地层微裂缝发育，滤失大。设计采用暂堵转向压裂，先加砂形成一条裂缝，然后往形成的裂缝内注入暂堵剂来封堵原裂缝延伸，迫使裂缝转向来沟通临近的微裂缝，形成复杂缝，增加泄油面积，提高单井产量。

步骤1)根据目标井资料及邻井生产动态资料，利用压裂模拟软件模拟计算转向压裂施工参数；结合压裂模拟软件，确定支撑剂用量20m³，即加暂堵颗粒之前支撑剂用量为12m³，加入暂堵剂形成转向产生新裂缝后，继续加入支撑剂用量8m³，平均支撑剂加注比为22.3％，施工排量为4.5m³/min；注暂堵剂时架桥颗粒百分比为30％，裂缝长度为132m、裂缝高度为24m、裂缝宽度为3.5mm。

步骤2)确定架桥颗粒水平运移速度、沉降速度。

(1)沉降速度通过室内实验测量得到，步骤1)中给出架桥颗粒百分比为30％，在实验室内配制出1L百分比为30％的架桥颗粒与压裂液混合物，直接测量获得架桥颗粒沉降速度为24m/min，即0.4m/s。

(2)水平运移速度通过数学公式计算得到，施工排量4.5m³/min，即0.0750m³/s,裂缝宽度3.5mm，即0.0035m，裂缝高度24m，则水平运移速度为：

u_px＝1.27×abs(Cv-0.1)^1.5×Q/(W×H_f)

＝1.27×abs(0.3-0.1)^1.5×0.0750/(0.0035×24)

＝0.1014(m/s)

步骤3)计算暂堵颗粒用量，其中暂堵颗粒用量包括架桥颗粒用量、填充颗粒用量。

暂堵颗粒架桥区域在高度方向上划分单元数量为10，步骤2)计算得到水平运移速度为0.1014m/s,沉降速度为0.4m/s，注入暂堵剂颗粒前裂缝高度为24m，裂缝宽度为3.5mm，即0.0035m，架桥颗粒密度为1200kg/m³,填充颗粒含量百分比取25.9％,填充颗粒密度1200kg/m³。

(1)架桥颗粒用量计算公式为：

(2)填充颗粒用量计算公式为：

按照计算的暂堵剂颗粒用量，S井现场实施时，在第一段压裂后依次加入架桥颗粒暂堵剂和填充颗粒暂堵剂后，参见图6，施工压力明显上涨，显示目标层段裂缝实现封堵，在施工压力上升达到最高点后下降，显示新裂缝被压裂开，地层有破裂显示，说明了实现了裂缝转向沟通临近的微裂缝，形成复杂缝，增加泄油面积，提高单井产量的目的。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法，其特征在于，包括：

步骤1)根据目标井资料及邻井生产动态资料，利用压裂模拟软件模拟计算裂缝暂堵转向压裂施工参数，其中目标井资料包括井身结构、储层厚度、完井参数、测井及录井解释的孔隙度、渗透率、地应力，其中邻井生产动态资料包括地质特征相似的邻井产量和压力变化曲线，其中压裂模拟软件通过输入目标井资料及邻井生产动态资料，输出压裂施工参数、暂堵实施前形成的裂缝几何参数；

步骤2)确定架桥颗粒水平运移速度、沉降速度；

步骤3)计算暂堵颗粒用量，其中暂堵颗粒用量包括架桥颗粒用量、填充颗粒用量，其中架桥颗粒粒径大于填充颗粒的粒径。

2.根据权利要求1所述的一种转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法，其特征在于，所述步骤2)中确定架桥颗粒水平运移速度、沉降速度；其中沉降速度通过室内实验测量得到，按照暂堵压裂设计方案给出的架桥颗粒与压裂液体积比在实验室内配制出一定量的架桥颗粒与压裂液混合物，直接测量获得架桥颗粒沉降速度；水平运移速度通过数学公式计算得到，计算公式为：

u_px＝1.27×abs(Cv-0.1)^1.5×Q/(W×H_f)

以上公式中：abs表示求绝对值；u_px——架桥颗粒水平运移速度，单位m/s；Cv——架桥颗粒浓度；Q——施工排量，单位m³/s；W——注入暂堵颗粒前裂缝宽度，单位m；H_f——注入暂堵颗粒前裂缝高度，单位m。

3.根据权利要求2所述的一种转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法，其特征在于，所述步骤3)中计算暂堵颗粒用量，其中架桥颗粒用量采用颗粒沉降用量计算模型，暂堵颗粒进入原有裂缝后，水平方向受液体推动力，垂直方向受浮力、重力和阻力共同作用，暂堵颗粒在上述作用力共同作用下逐渐沉到裂缝底部，降低压裂液在裂缝内的过流横截面积，最终在裂缝高度方向上形成架桥封堵；

(1)架桥颗粒用量计算公式为：

以上公式中：M_j——架桥颗粒用量，单位kg；n——原裂缝暂堵颗粒架桥区域在高度方向上划分单元数量，单位无因次；u_p——颗粒沉降速度，单位m/s；ρ_c——架桥颗粒密度，单位kg/m³。

(2)填充颗粒用量计算公式为：

以上公式中：M_t——填充颗粒用量，单位kg；f_s——填充颗粒含量百分比，单位，无因次，取25.9％；ρ_s——填充颗粒密度，单位kg/m³；

(3)所述暂堵颗粒用量的计算公式为：M＝M_j+M_t,以上公式中：M——暂堵颗粒用量，单位kg。

4.根据权利要求1所述的一种转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法，其特征在于，所述暂堵剂颗粒为酸溶性颗粒暂堵剂、油溶性颗粒暂堵剂或水溶性颗粒暂堵剂。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法，其特征在于，所述步骤1)中，转向压裂施工参数包括暂堵前支撑剂用量、暂堵前压裂液用量、施工排量，暂堵前已形成的裂缝几何参数包括裂缝长度、裂缝高度、裂缝宽度，所述压裂模拟软件为Fracpro PT软件、StimPlan软件、Gohfer或Meyer软件；所述压裂模拟软件通过输入目标井资料及邻井生产动态资料，输出压裂施工参数、暂堵前原裂缝几何参数，确定暂堵前支撑剂用量、暂堵前压裂液用量、施工排量；应用压裂模拟软件模拟计算暂堵前原裂缝几何参数，确定原裂缝长度、原裂缝高度、原裂缝宽度。

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