CN110905472A - 确定基于复合暂堵体系的实时转向压裂参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定基于复合暂堵体系的实时转向压裂参数的方法，涉及非常规页岩油气储层改造技术领域。本发明的实时转向压裂方法通过使用包括可溶暂堵球、暂堵颗粒的复合暂堵体系，实现射孔孔眼、不同尺度裂缝的暂堵，同时综合地质参数、施工压力、微地震实时监测等数据分析，形成复合暂堵材料加入量、加入时机与加入频次的实时优化，实现水平段均匀改造，提高压裂缝网复杂性。

Description

确定基于复合暂堵体系的实时转向压裂参数的方法

技术领域

本发明涉及非常规页岩油气储层改造技术领域，更具体地说涉及一种确定基于复合暂堵体系的实时转向压裂参数的方法。

背景技术

北美非常规页岩油气的成功商业开发，改造了世界能源格局。国内先后成立了长宁-威远、昭通、涪陵等国家级页岩气示范区，中石油集团将大港油田、新疆油田、吐哈油田和长庆油田列为页岩油开发重要示范区。非常规页岩储层超低孔隙度、超低渗透率，水平井与体积压裂技术助推了该类储层的商业开发。随着水平井钻井技术的进步，有效借助体积压裂技术，形成复杂裂缝网络成为提高页岩油气井产能的关键。

然而，由于页岩储层不同尺度天然裂缝发育、岩石力学非均质性影响，较难实现水平井段均匀改造。同时受限于天然裂缝预测模型与精度、压裂缝网预测可靠性等影响，较难实现压裂前压裂方案与参数优化的高度针对性与有效性。尤其是在套管变形、有效孔眼较少等复杂情况下，如何选择合理的分段压裂技术，如何综合地质参数、施工压力、微地震实时监测等数据分析，开展基于复合暂堵体系的实时转向压裂技术对于实现水平段均匀改造，提高压裂裂缝网络复杂性是至关重要的，该技术的成功实施可以为非常规页岩油气藏经济高效开发提供技术保障。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种确定基于复合暂堵体系的实时转向压裂参数的方法，本发明的发明目的在于提高水平段改造针对性与均匀性，弥补实时压裂技术相关领域技术空白，提高水平段改造缝网复杂性，实现水平段均匀改造。本发明的实时转向压裂方法通过使用包括可溶暂堵球、暂堵颗粒的复合暂堵体系，实现射孔孔眼、不同尺度裂缝的暂堵，同时综合地质参数、施工压力、微地震实时监测等数据分析，形成复合暂堵材料加入量、加入时机与加入频次的实时优化，实现水平段均匀改造，提高压裂缝网复杂性。

为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明是通过下述技术方案实现的：

确定基于复合暂堵体系的实时转向压裂参数的方法，其特征在于：包括以下步骤：

复合暂堵效果实时评价步骤，所述复合暂堵效果实时评价步骤包括施工压力评价子步骤和微地震事件覆盖率评价子步骤；所述施工压力评价子步骤具体是指，根据压裂施工压力曲线，实时评价转向压力、停泵压力和有效孔眼数；由暂堵转向压力、液体密度、释放系数、射孔孔眼直径和总泵注排量确定有效孔眼数；所述微地震事件覆盖率评价子步骤具体是指，根据暂堵前后微地震事件点三维空间坐标的分布，对比暂堵后微地震事件的三维空间坐标分布变化，实现定性的暂堵转向效果评价；

暂堵参数实时优化步骤，所述暂堵参数实时优化步骤包括可溶暂堵球直径确定子步骤、可溶暂堵颗粒与石英砂复合使用设计子步骤和暂堵时机确定子步骤；所述可溶暂堵球直径确定子步骤中，根据支撑剂浓度、累积泵注时间和孔眼流体流速确定孔眼直径的变化规律，再根据孔眼直径的变化规律确定可溶暂堵球直径；所述可溶暂堵颗粒与石英砂复合使用设计子步骤包括粒径选择子步骤和用量选择子步骤，所述粒径选择子步骤中，根据室内不同缝宽下暂堵颗粒暂堵能力评价试验，获得不同压裂缝宽与可溶暂堵颗粒粒径中值的比值，从而确定可溶暂堵颗粒的粒径；根据可溶暂堵颗粒不同排列方式下多孔介质最小孔隙内径，确定石英砂的粒径，石英砂的粒径小于或等于可溶暂堵颗粒不同排列方式下多孔介质最小孔隙内径；所述用量选择子步骤中，包括可溶暂堵球、暂堵颗粒与石英砂复配用量，可溶暂堵球的用量是根据有效孔眼数评价与实际总孔眼摩阻而确定的；暂堵颗粒与石英砂复配的用量是由裂缝体积确定暂堵体积，由暂堵体积和暂堵颗粒形成的孔隙体积确定石英砂的体积，从而确定暂堵颗粒与石英砂复配的用量；所述暂堵时机确定子步骤包括暂堵球投放时机确定和暂堵颗粒投放时机确定，暂堵球投放时机是由射孔簇的开启效率、水平改造设计规模和当前施工排量确定的；暂堵颗粒的投放时机是由井间距、某时刻微地震监测解释裂缝半长、微地震现场解释的滞后时间和实际水力裂缝与事件点解释结果的特征关系确定的。

所述施工压力评价子步骤包括转向压力分析和有效孔眼数预测。

所述转向压力分析具体是指，根据压裂施工压力曲线，在复合暂堵材料泵送排量Q一定的情况下，获得施工压力变化值△p，即为暂堵转向压力；所述暂堵转向压力△p具体是指，投放暂堵剂前后的施工排量均为Q，投放前稳定施工压力为p_t1，投放后施工压力稳定为p_t2，则暂堵转向压力△p＝p_t2-p_t1。

所述有效孔眼数预测，具体是指：在施工前期，进行至少两个不同排量q₁、q₂下的泵注阶段，其对应的不同井口压力分别为p₁、p₂，不同液体摩阻分别为：△p_HPG-1、△p_HPG-2；不同的射孔孔眼摩阻为△p_pf-1、△p_pf-2，不同的近井摩阻为△p_near-1、△p_near-2，液柱压力为固定值p_l，则有：

p₁+p_l-△p_HPG-1-△p_pf-1-△p_near-1＝p₂+p_l-△p_HPG-2-△p_pf-2-△p_near-2；

近似认为△p_near-1＝△p_near-2，则有：

p₁-△p_HPG-1-△p_pf-1＝p₂-△p_HPG-2-△p_pf-2；

△p_pf-2-△p_pf-1＝p₂-p₁+△p_HPG-1-△p_HPG-2

若△p＝p₂-p₁+△p_HPG-1-△p_HPG-2，则有，有效孔数计算公式为：

式中，D_p为射孔孔眼直径，C为释放系数，ρ为液体密度，n为有效孔眼数。

所述射孔孔眼摩阻为

式(1)，式中，q表示总泵注排量，ρ为液体密度，n为有效孔眼数，D_p为射孔孔眼直径，C为释放系数；

液体摩阻计算：

式(2)，式中，△p_HPG表示压裂液的沿程摩阻，

表示降阻率，△p₀表示清水的沿程摩阻；

清水沿程摩阻△p_w的计算，首先进行流态的判别，即

式中，R_e为雷诺数，v为流态流速，d表示管柱内径，ρ为流体密度，μ为流体粘度；若R_e≤2000，则判定为层流；若R_e>2000则判定为紊流；根据流态计算摩阻系数，即

式中，f为摩阻系数；对于层流，a＝16,b＝1.0；对于紊流，a＝(log₁₀n+3.93)/50,b＝(1.75-log₁₀n)/7，对于牛顿流体，n＝1，则清水沿程摩阻的计算为

式中，L表示管柱长度。

所述释放系数C表示射孔孔眼形状对摩阻的影响，其取值范围为0.65-0.90。

所述降阻率

的取值范围为0.3-0.35。

所述微地震事件覆盖率评价子步骤中，应用概率分布函数F(X_i,Y_i,Z_i)评价微地震事件点(X_i,Y_i,Z_i)在空间的概率分布；若改造段的三维空间区域为{X₁～X₂,Y₁～Y₂,Z₁～Z₂}，则可以根据微地震事件点在上述改造段区间的概率函数F(X_i,Y_i,Z_i)分布情况，评价复合暂堵效果。

所述可溶暂堵球直径确定子步骤中，孔眼直径D_p的动态变化可表示为D_p(C,v,t)＝αCv²t，式中，C为支撑剂浓度，t为累积泵注时间，α为系数，v为孔眼流体流速，则孔眼流体流速表示为

式中，Q为泵注排量，N_p为射孔孔眼个数，D_pi为初始射孔孔径；可溶暂堵球直径D_b表示为：

D_b＝1.2～1.3D_p(C,v,t)。

所述不同压裂缝宽与可溶暂堵颗粒粒径中值D_d的比值α的取值范围是2.5-4。

所述可溶暂堵球用于射孔孔眼的暂堵，其用量优化首先根据有效孔数N，评价实际总孔眼摩阻N_eff*△p_pf，可溶暂堵球的用量需满足总孔眼摩阻N_eff*△p_pf大于或等于水平改造段内最小水平主应力差△σ。

所述暂堵颗粒与石英砂复配使用实现远端裂缝暂堵，实现压裂转向，其用量优化方法如下：

根据PKN模型，获得平均裂缝宽度模型，

式中，H为裂缝高度，P_net为缝内净压力；裂缝体积为V，裂缝暂堵所需暂堵材料体积V_d，需满足V_d≥V；结合裂缝所需暂堵材料体积V_d，同时参考暂堵颗粒形成的孔隙体积V_dp，则复配使用的石英砂的体积V_sand，需要满足V_sand≥V_dp；V_dp≈φV，φ可以根据不同暂堵颗粒排列方式获得相应的孔隙度范围。

所述暂堵颗粒排列方式包括立方体排列和/或四面体排列方式。

所述暂堵球投放时机确定中，根据DTS/DAS监测结果，首先判断射孔簇是否有效开启，即判断是否有流体运移至监测处的射孔位置；应用DTS/DAS监测即可计算改造段簇效率η，即

其中n_f为DTS/DAS监测有流体运移或有温度变化的射孔簇数，N_c为改造段的总簇数；暂堵球的投入时机t_bD依据射孔簇的开启效率η、水平段改造设计规模L_q和当前施工排量Q计算得到：t_bD＝η×L_q/Q。

所述暂堵颗粒投放时机确定中，应用微地震监测技术获取因水力裂缝扩展或天然裂缝激活诱发的事件点信息，系列事件点的三维时空分布反馈得到当前水力裂缝的扩展形态及尺寸参数，暂堵颗粒投放时机为

式中，t_bS为开始投入暂堵颗粒的时间，S_well为井间距的一般，x_fs为t_S时刻微地震监测解释裂缝半长，λ为实际水力裂缝与事件点解释结果的特征关系，t_D为微地震现场解释的滞后时间。

与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：

1、本发明原理可靠，设计合理，效果显著，可应用本发明的方法及步骤大幅增加水力裂缝的复杂程度，有效遏制井间干扰及压窜等的不利影响，快速提升页岩水平段的改造效果；

2、本发明的复合暂堵体系在效果评价方面，具有评价数据易得，计算方法易行，可根据压裂施工实时评价暂堵措施的效果及指导后续暂堵作业；

3、本发明的复合暂堵体系在暂堵参数实时优化方面，既考虑了不同暂堵材料用量优化，又完善了不同材料暂堵时机优化，形成了全方位、立体化的暂堵设计方法；

4、本发明的暂堵设计理念新颖，思路清晰，方法便捷，实施步骤具有良好的可操作性，特别适宜页岩大规模压裂现场推广应用。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案作出进一步详细地阐述。

实施例1

本实施例提供了一种确定基于复合暂堵体系的实时转向压裂参数的方法。旨在提高水平段改造缝网复杂性，实现水平段均匀改造。实时转向压裂技术通过使用包括可溶暂堵球、暂堵颗粒的复合暂堵体系，实现射孔孔眼、不同尺度裂缝的暂堵，同时综合地质参数、施工压力、微地震实时监测等数据分析，形成复合暂堵材料加入量、加入时机与加入频次的实时优化，实现水平段均匀改造，提高压裂缝网复杂性。实时转向压裂技术主要包括：复合暂堵效果实时评价方法与暂堵参数实时优化技术。

(1)复合暂堵效果实时评价方法：主要包括施工压力评价方法、微地震事件覆盖率评价方法等。

①施工压力评价方法主要是根据压裂施工压力曲线，实时评价转向压力、停泵压力与有效孔眼数等关键参数。

A.转向压力分析

根据压裂施工压力曲线，在复合暂堵材料泵送排量Q一定的情况下，获得施工压力变化值△p，即为暂堵转向压力，△p的大小决定了裂缝扩展转向幅度；对比暂堵前后两次施工的瞬时停泵压力p_t1,p_t2的差异，可以进一步评价暂堵转向情况；

B.有效孔眼数预测

假设射孔形状为短的圆柱形通道，则射孔孔眼摩阻表示为

q表示总泵注排量，ρ为液体密度，n为有效孔眼数，D_p为射孔孔眼直径，C为释放系数，表明射孔孔眼形状对摩阻的影响(0.65～0.90)。

液体摩阻计算：

式(2)，式中，△p_HPG表示压裂液的沿程摩阻，

表示降阻率，△p₀表示清水的沿程摩阻；

清水沿程摩阻△p_w的计算，首先进行流态的判别，即

式中，R_e为雷诺数，v为流态流速，d表示管柱内径，ρ为流体密度，μ为流体粘度；若R_e≤2000，则判定为层流；若R_e>2000则判定为紊流；摩阻系数的计算：

f为摩阻系数；对于层流，a＝16,b＝1.0；对于紊流，a＝(log₁₀n+3.93)/50,b＝(1.75-log₁₀n)/7，对于牛顿流体，n＝1，清水沿程摩阻的计算：

式中，L表示管柱长度。

有效孔数的计算：

在施工前期，进行至少两个不同排量(q₁、q₂)下的泵注阶段，其对应的不同井口压力分别为p₁、p₂；不同液体摩阻分别为：△p_HPG-1、△p_HPG-2；不同的射孔孔眼摩阻为△p_pf-1、△p_pf-2；不同的近井摩阻为：△p_near-1、△p_near-2；液柱压力为固定值：p_l。则有，

p₁+p_l-△p_HPG-1-△p_pf-1-△p_near-1＝p₂+p_l-△p_HPG-2-△p_pf-2-△p_near-2

(3)，近似认为△p_near-1＝△p_near-2，则有，

p₁-△p_HPG-1-△p_pf-1＝p₂-△p_HPG-2-△p_pf-2

△p_pf-2-△p_pf-1＝p₂-p₁+△p_HPG-1-△p_HPG-2 (4)

若△p＝p₂-p₁+△p_HPG-1-△p_HPG-2，则有，有效孔数计算公式为：

②微地震事件覆盖率评价方法

根据复合暂堵前后微地震事件点三维空间坐标(X_i,Y_i,Z_i)的分布，对比暂堵后微地震事件的三维空间坐标(X_i,Y_i,Z_i)分布变化，实现定性的暂堵转向效果评价。目的是增加一种定性评价暂堵转向效果的评价方法，具体实施是通过事件点在三维空间分布的概率函数变化来实现，如暂堵后概率分布函数F较暂堵前大则说明暂堵有效。后续暂堵参数实时优化会参考微地震事件覆盖率的结果。在暂堵参数实时优化步骤中，出现了微地震监测技术，就是依据本步骤的效果评价得出的。

应用概率分布函数F(X_i,Y_i,Z_i)评价微地震事件点(X_i,Y_i,Z_i)在空间的概率分布。假设改造段三维空间区域为{X₁～X₂,Y₁～Y₂,Z₁～Z₂}，则可以根据微地震事件点在上述改造段区间的概率函数F(X_i,Y_i,Z_i)分布情况，评价复合暂堵效果。

(2)暂堵参数实时优化技术：主要包括可溶暂堵球直径、暂堵颗粒粒径与用量、暂堵时机等3个参数设计技术。

①可溶暂堵球直径设计方法

可溶暂堵球的直径主要根据射孔孔眼直径的大小，但随压裂液一起泵入的支撑剂会对射孔孔眼造成磨蚀，射孔孔眼壁面由于支撑剂的磨蚀，造成孔眼直径D_p增大；孔眼入口处边缘由于支撑剂磨蚀而变得更加圆滑，同时孔眼形状发生变化，造成流量系数(K_d)增长。流量系数(K_d)反映了射孔孔眼入口处形状对压裂液流动及孔眼摩阻的影响。Crump等的实验显示，随压裂液一起泵入的支撑剂会对射孔孔眼造成磨蚀破坏,而这种孔眼磨蚀现象主要由两种不同的机理构成：①射孔孔眼壁面由于支撑剂的磨蚀缓慢破坏,造成孔眼直径D_p增大；②孔眼入口处边缘由于支撑剂磨蚀而变得更加圆滑,造成流量系数(K_d)的快速增长,实验数据显示，对于完好的孔眼K_d＝0.5～0.6，而对于入口处完全磨蚀的孔眼K_d＝0.95。结合实验结果获得D_p动态变化公式：

D_p(C,v,t)＝αCv²t (6)

式中，C为支撑剂浓度，t为累积泵注时间，上述参数通过实际压裂参数检测获得。α为系数，由室内实验获得。v为孔眼流体流速，根据以下公式获得：

式中，Q为泵注排量，N_p为射孔孔眼个数，D_pi为初始射孔孔径，上述资料可以根据施工方案获得。

可溶暂堵球直径D_b优选：

D_b＝1.2～1.3D_p(C,v,t) (8)。

②可溶暂堵颗粒与石英砂复合使用设计方法

为实现缝内有效暂堵转向，采用可溶暂堵颗粒与石英砂复合使用的方法，提高裂缝复合封堵的有效性。

A.粒径优选

根据室内不同缝宽下暂堵颗粒暂堵能力评价实验(即在室内进行试验，然后确定压裂缝宽与可溶暂堵颗粒粒径的函数关系，然后根据该函数关系，确定可溶暂堵颗粒的粒径)，获得不同压裂缝宽w与可溶暂堵颗粒粒径中值D_d比值α，α可以通过室内实验获得，其取值范围一般为2.5～4。根据可溶暂堵颗粒不同排列方式下多孔介质最小孔隙内径为d_l，石英砂粒径选择标准：

D_d≤d_l (9)

当石英砂粒径满足上述关系式即可以满足暂堵颗粒形成多孔介质孔隙暂堵。

B.用量优选

暂堵材料用量优化包括可溶暂堵球、暂堵颗粒与石英砂复配用量优化，其中暂堵球主要实现射孔孔眼暂堵，其用量优化首先根据有效孔数N，评价实际总孔眼摩阻N_eff*△p_pf，为保证总孔眼摩阻N_eff*△p_pf≥水平改造段内最小水平主应力差△σ，需要对射孔孔眼进行一定的暂堵，以增加孔眼摩阻。

暂堵颗粒与石英砂复配使用主要是实现远端裂缝暂堵，实现压裂转向。其用量优化方法如下：

根据PKN模型，获得平均裂缝宽度模型，如下式所示：

式中，H为裂缝高度，根据微地震解释获得；P_net为缝内净压力，通过压裂分析获得。

假设远端暂堵裂缝的平均宽度为

裂缝高度为H，裂缝体积为V，则裂缝暂堵所需暂堵材料体积V_d，满足V_d≥V。

结合裂缝所需暂堵体积V_d，同时参考暂堵颗粒形成的孔隙体积V_dp，则复配使用的石英砂的体积V_sand，需要满足以下条件：

V_sand≥V_dp (11)

式中，V_dp为暂堵颗粒形成的孔隙体积，单位是m³；V_dp≈φV，φ可以根据不同暂堵颗粒排列方式(立方体排列、四面体排列等方式)获得相应的孔隙度范围。

③暂堵时机设计方法

A暂堵球投放时机优选

针对矿场使用DTS/DAS监测技术，DTS能够有效监测孔眼处温度变化，其最高工作温度达到300℃，精确到0.1℃，分辨度为0.01℃。DAS可以有效识别流体密度、流体运移等。根据DTS/DAS监测结果，首先判断射孔簇是否有效开启，即判断是否有流体运移至监测处的射孔位置。应用DTS/DAS监测即可计算改造段簇效率η：

其中，n_f为DTS/DAS监测有流体运移或有温度变化的射孔簇数，N_c为改造段的总簇数。

暂堵球的投入时机t_bD可依据射孔簇的开启效率η、水平段改造设计规模L_q、当前施工排量Q计算得到：

t_bD＝η×L_q/Q (13)

式中，t_bD即开始投入暂堵球的时间。

B暂堵颗粒投放时机优选

针对现场应用微地震监测技术，该技术能够很好地展示因水力裂缝扩展或天然裂缝激活诱发的事件点信息，系列事件点的三维时空分布能够反馈当前水力裂缝的扩展形态及尺寸参数。但是该项监测技术解释存在一定的滞后性，且事件点较水力裂缝范围更广。其滞后的时间可以根据设备性能给出，实际水力裂缝与事件点解释结果的特征关系可由实验得到。则有防止井间裂缝干扰的暂堵颗粒最佳投放时间为：

式中，t_bS即开始投入暂堵颗粒的时间，S_well为井间距的一半，x_fs为t_S时刻微地震监测解释裂缝半长，λ为实际水力裂缝与事件点解释结果的特征关系，由实验得到，t_D微地震现场解释的滞后时间，由设备性能给出。

实施例2

作为本发明有益较佳实施例，本实施例公开了一种基于复合暂堵体系的实时转向压裂技术，具体实施步骤主要包括：复合暂堵效果实时评价与暂堵参数实时优化技术两方面。

(1)复合暂堵效果实时评价方法实例主要包括施工压力评价方法、微地震事件覆盖率评价方法。

①转向压力实例

在W区块页岩气E1井第i段压裂过程中，投放暂堵剂前后的施工排量均为Q1m³/min，投放前稳定施工压力为p_t1MPa，投放后施工压力稳定为p_t2MPa，暂堵转向压力为(p_t2-p_t1)MPa。

②有效孔眼数预测实例

假设射孔形状为短的圆柱形通道，则射孔孔眼摩阻为：

液体摩阻计算：

清水沿程摩阻△p_w的计算：

对于紊流，a＝(log₁₀n+3.93)/50,b＝(1.75-log₁₀n)/7，对于牛顿流体，n＝1。清水沿程摩阻的计算：

有效孔数的计算：

进行至少两个不同排量(q₁、q₂)下的泵注阶段，液柱压力为固定值：p_l。则有p₁+p_l-△p_HPG-1-△p_pf-1-△p_near-1＝p₂+p_l-△p_HPG-2-△p_pf-2-△p_near-2，近似认为△p_near-1＝△p_near-2，则有：p₁-△p_HPG-1-△p_pf-1＝p₂-△p_HPG-2-△p_pf-2；△p_pf-2-△p_pf-1＝p₂-p₁+△p_HPG-1-△p_HPG-2；

若△p＝p₂-p₁+△p_HPG-1-△p_HPG-2，则有，有效孔数计算公式为：

③微地震事件覆盖率评价实例

复合暂堵前后微地震事件点在改造段三维空间区域的分布为{X₁～X₂,Y₁～Y₂,Z₁～Z₂}，微地震事件点在上述改造段区间的概率函数F(X_i,Y_i,Z_i)，复合暂堵效果与暂堵前后概率函数F(X_i,Y_i,Z_i)分布变化紧密相关，暂堵效率计算公式为：

η_s＝∫△F(x_i,y_i,z_i)dv (4)。

(2)暂堵参数实时优化实例：主要包括可溶暂堵球直径、暂堵颗粒粒径与用量、暂堵时机等3个参数设计技术。

①可溶暂堵球直径设计实例

可溶暂堵球的直径主要考虑射孔孔眼直径的大小、支撑剂磨蚀影响，结合实验结果获得D_p动态变化公式：

D_p(C,v,t)＝αCv²t (5)

式中，C为支撑剂浓度，t为累积泵注时间，上述参数通过实际压裂参数检测获得。α为系数，由室内实验获得。v为孔眼流体流速，根据以下公式获得：

式中，Q为泵注排量，N_p为射孔孔眼个数，D_pi为初始射孔孔径大小，上述资料可以根据施工方案获得。

可溶暂堵球直径D_b优选：

D_b＝1.2～1.3D_p(C,v,t) (7)。

②可溶暂堵颗粒与石英砂复合使用设计实例

为实现缝内有效暂堵转向，采用可溶暂堵颗粒与石英砂复合使用的方法，提高裂缝复合封堵的有效性。

A.粒径优选

根据室内不同缝宽下暂堵颗粒暂堵能力评价实验，获得不同压裂缝宽w与可溶暂堵颗粒粒径中值D_d比值α，其取值范围一般为2.5～4。根据可溶暂堵颗粒不同排列方式下多孔介质最小孔隙内径为d_l，石英砂粒径选择标准：

D_d≤d_l (8)。

B.用量优选

暂堵材料用量优化包括可溶暂堵球、暂堵颗粒与石英砂复配用量优化，其中暂堵球主要实现射孔孔眼暂堵，其用量优化首先根据有效孔数N，评价实际总孔眼摩阻N_eff*△p_pf，则有：

N_eff*△p_pf≥△σ_H-h (9)。

暂堵颗粒与石英砂复配使用主要是实现远端裂缝暂堵，实现压裂转向。其用量优化实例如下：

根据PKN模型，获得平均裂缝宽度模型，如下式所示：

假设远端暂堵裂缝的平均宽度为

裂缝高度为H，裂缝半长x_f，根据微地震解释获得，则有裂缝体积为V，则裂缝暂堵所需暂堵材料体积V_d≥裂缝体积V。

结合裂缝所需暂堵体积V_d，同时参考暂堵颗粒形成的孔隙体积V_dp，则复配使用的石英砂的体积V_sand，需要满足以下条件：

V_sand≥V_dp (11)

式中，V_dp为暂堵颗粒形成的孔隙体积，单位为m³；V_dp≈φV，φ可以根据不同暂堵颗粒排列方式(立方体排列、四面体排列等方式)获得相应的孔隙度范围。

③暂堵时机设计实例

A暂堵球投放时机优选

根据DTS/DAS监测结果，首先判断射孔簇是否有效开启，即判断是否有流体运移至监测处的射孔位置。应用DTS/DAS监测即可计算改造段簇效率η：

暂堵球的投入时机t_bD可依据射孔簇的开启效率η、水平段改造设计规模L_q和当前施工排量Q计算得到：

t_bD＝η×L_q/Q (13)

式中，t_bD即开始投入暂堵球的时间。

B暂堵颗粒投放时机优选

由于微地震监测技术解释存在一定的滞后性，且事件点较水力裂缝范围更广，则有防止井间裂缝干扰的暂堵颗粒最佳投放时间为：

式中，t_bS即开始投入暂堵颗粒的时间，S_well为井间距的一半，x_fs为t_S时刻微地震监测解释裂缝半长，λ为实际水力裂缝与事件点解释结果的特征关系，由实验得到，t_D微地震现场解释的滞后时间，由设备性能给出。

Claims (10)

1.确定基于复合暂堵体系的实时转向压裂参数的方法，其特征在于：包括以下步骤：

复合暂堵效果实时评价步骤，所述复合暂堵效果实时评价步骤包括施工压力评价子步骤和微地震事件覆盖率评价子步骤；所述施工压力评价子步骤具体是指，根据压裂施工压力曲线，实时评价转向压力、停泵压力和有效孔眼数；由暂堵转向压力、液体密度、释放系数、射孔孔眼直径和总泵注排量确定有效孔眼数；所述微地震事件覆盖率评价子步骤具体是指，根据暂堵前后微地震事件点三维空间坐标的分布，对比暂堵后微地震事件的三维空间坐标分布变化，实现定性的暂堵转向效果评价；

暂堵参数实时优化步骤，所述暂堵参数实时优化步骤包括可溶暂堵球直径确定子步骤、可溶暂堵颗粒与石英砂复合使用设计子步骤和暂堵时机确定子步骤；所述可溶暂堵球直径确定子步骤中，根据支撑剂浓度、累积泵注时间和孔眼流体流速确定孔眼直径的变化规律，再根据孔眼直径的变化规律确定可溶暂堵球直径；所述可溶暂堵颗粒与石英砂复合使用设计子步骤包括粒径选择子步骤和用量选择子步骤，所述粒径选择子步骤中，根据室内不同缝宽下暂堵颗粒暂堵能力评价试验，获得不同压裂缝宽与可溶暂堵颗粒粒径中值的比值，从而确定可溶暂堵颗粒的粒径；根据可溶暂堵颗粒不同排列方式下多孔介质最小孔隙内径，确定石英砂的粒径，石英砂的粒径小于或等于可溶暂堵颗粒不同排列方式下多孔介质最小孔隙内径；所述用量选择子步骤中，包括可溶暂堵球、暂堵颗粒与石英砂复配用量，可溶暂堵球的用量是根据有效孔眼数评价实际总孔眼摩阻，实际总孔眼摩阻大于或等于水平改造段内最小水平主应力差而确定的；暂堵颗粒与石英砂复配的用量是由裂缝体积确定暂堵体积，由暂堵体积和暂堵颗粒形成的孔隙体积确定石英砂的体积，从而确定暂堵颗粒与石英砂复配的用量；所述暂堵时机确定子步骤包括暂堵球投放时机确定和暂堵颗粒投放时机确定，暂堵球投放时机是由射孔簇的开启效率、水平改造设计规模和当前施工排量确定的；暂堵颗粒的投放时机是由井间距、某时刻微地震监测解释裂缝半长、微地震现场解释的滞后时间和实际水力裂缝与事件点解释结果的特征关系确定的。

2.如权利要求1所述的确定基于复合暂堵体系的实时转向压裂参数的方法，其特征在于：所述施工压力评价子步骤包括转向压力分析和有效孔眼数预测；

所述转向压力分析具体是指，根据压裂施工压力曲线，在复合暂堵材料泵送排量Q一定的情况下，获得施工压力变化值△p，即为暂堵转向压力；所述暂堵转向压力△p具体是指，投放暂堵剂前后的施工排量均为Q，投放前稳定施工压力为p_t1，投放后施工压力稳定为p_t2，则暂堵转向压力△p＝p_t2-p_t1；

所述有效孔眼数预测，具体是指：在施工前期，进行至少两个不同排量q₁、q₂下的泵注阶段，其对应的不同井口压力分别为p₁、p₂，不同液体摩阻分别为：△p_HPG-1、△p_HPG-2；不同的射孔孔眼摩阻为△p_pf-1、△p_pf-2，不同的近井摩阻为△p_near-1、△p_near-2，液柱压力为固定值p_l，则有：

p₁+p_l-△p_HPG-1-△p_pf-1-△p_near-1＝p₂+p_l-△p_HPG-2-△p_pf-2-△p_near-2；

近似认为△p_near-1＝△p_near-2，则有：

p₁-△p_HPG-1-△p_pf-1＝p₂-△p_HPG-2-△p_pf-2；

△p_pf-2-△p_pf-1＝p₂-p₁+△p_HPG-1-△p_HPG-2；

若△p＝p₂-p₁+△p_HPG-1-△p_HPG-2，则有，有效孔数计算公式为：

式中，D_p为射孔孔眼直径，C为释放系数，ρ为液体密度，n为有效孔眼数。

3.如权利要求2所述的确定基于复合暂堵体系的实时转向压裂参数的方法，其特征在于：所述射孔孔眼摩阻为

式(1)，式中，q表示总泵注排量，ρ为液体密度，n为有效孔眼数，D_p为射孔孔眼直径，C为释放系数；

液体摩阻计算：

式(2)，式中，△p_HPG表示压裂液的沿程摩阻，

表示降阻率，△p₀表示清水的沿程摩阻；

清水沿程摩阻△p_w的计算，首先进行流态的判别，即

式中，R_e为雷诺数，v为流态流速，d表示管柱内径，ρ为流体密度，μ为流体粘度；若R_e≤2000，则判定为层流；若R_e>2000则判定为紊流；根据流态计算摩阻系数，即

式中，f为摩阻系数；对于层流，a＝16,b＝1.0；对于紊流，a＝(log₁₀n+3.93)/50,b＝(1.75-log₁₀n)/7，对于牛顿流体，n＝1，则清水沿程摩阻的计算为

式中，L表示管柱长度。

4.如权利要求1所述的确定基于复合暂堵体系的实时转向压裂参数的方法，其特征在于：所述微地震事件覆盖率评价子步骤中，应用概率分布函数F(X_i,Y_i,Z_i)评价微地震事件点(X_i,Y_i,Z_i)在空间的概率分布；若改造段的三维空间区域为{X₁～X₂,Y₁～Y₂,Z₁～Z₂}，则可以根据微地震事件点在上述改造段区间的概率函数F(X_i,Y_i,Z_i)分布情况，评价复合暂堵效果。

5.如权利要求1所述的确定基于复合暂堵体系的实时转向压裂参数的方法，其特征在于：所述可溶暂堵球直径确定子步骤中，孔眼直径D_p的动态变化可表示为D_p(C,v,t)＝αCv²t，式中，C为支撑剂浓度，t为累积泵注时间，α为系数，v为孔眼流体流速，则孔眼流体流速表示为

式中，Q为泵注排量，N_p为射孔孔眼个数，D_pi为初始射孔孔径；可溶暂堵球直径D_b表示为：

D_b＝1.2～1.3D_p(C,v,t)。

6.如权利要求1所述的确定基于复合暂堵体系的实时转向压裂参数的方法，其特征在于：所述不同压裂缝宽与可溶暂堵颗粒粒径中值D_d的比值α的取值范围是2.5-4。

7.如权利要求1所述的确定基于复合暂堵体系的实时转向压裂参数的方法，其特征在于：所述可溶暂堵球用于射孔孔眼的暂堵，其用量优化首先根据有效孔数N，评价实际总孔眼摩阻N_eff*△p_pf，可溶暂堵球的用量需满足总孔眼摩阻N_eff*△p_pf大于或等于水平改造段内最小水平主应力差△σ。

8.如权利要求1所述的确定基于复合暂堵体系的实时转向压裂参数的方法，其特征在于：所述暂堵颗粒与石英砂复配使用实现远端裂缝暂堵，实现压裂转向，其用量优化方法如下：

根据PKN模型，获得平均裂缝宽度模型，

式中，H为裂缝高度，P_net为缝内净压力；裂缝体积为V，裂缝暂堵所需暂堵材料体积V_d，需满足V_d≥V；结合裂缝所需暂堵材料体积V_d，同时参考暂堵颗粒形成的孔隙体积V_dp，则复配使用的石英砂的体积V_sand，需要满足V_sand≥V_dp；V_dp≈φV，φ可以根据不同暂堵颗粒排列方式获得相应的孔隙度范围。

9.如权利要求1所述的确定基于复合暂堵体系的实时转向压裂参数的方法，其特征在于：所述暂堵球投放时机确定中，根据DTS/DAS监测结果，首先判断射孔簇是否有效开启，即判断是否有流体运移至监测处的射孔位置；应用DTS/DAS监测即可计算改造段簇效率η，即

其中n_f为DTS/DAS监测有流体运移或有温度变化的射孔簇数，N_c为改造段的总簇数；暂堵球的投入时机t_bD依据射孔簇的开启效率η、水平段改造设计规模L_q和当前施工排量Q计算得到：t_bD＝η×L_q/Q。

10.如权利要求1所述的确定基于复合暂堵体系的实时转向压裂参数的方法，其特征在于：所述暂堵颗粒投放时机确定中，应用微地震监测技术获取因水力裂缝扩展或天然裂缝激活诱发的事件点信息，系列事件点的三维时空分布反馈得到当前水力裂缝的扩展形态及尺寸参数，暂堵颗粒投放时机为

式中，t_bS为开始投入暂堵颗粒的时间，S_well为井间距的一般，x_fs为t_S时刻微地震监测解释裂缝半长，λ为实际水力裂缝与事件点解释结果的特征关系，t_D为微地震现场解释的滞后时间。