CN110984947B - 一种针对天然裂缝发育气藏水力压裂的支撑剂精准置放方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对天然裂缝发育气藏水力压裂的支撑剂精准置放方法，根据某单井测井解释得到储层的地质参数和物性参数，根据储层的地层裂缝闭合压力确定支撑剂密度与压裂液液体密度；根据雷诺数确定支撑剂在流体运移过程中所遇阻力；根据停泵后裂缝闭合时间和支撑剂在返排时的运移速度，计算支撑剂在裂缝中的沉降高度；根据支撑剂在裂缝中的沉降高度计算此时压裂形成的裂缝缝宽；根据目标井射孔厚度、支撑剂在裂缝中的沉降高度，结合停泵后裂缝闭合时间计算得到携砂液泵送时间；最后根据上述得到的压裂施工参数铺置支撑剂。本发明将支撑剂精准输送至天然裂缝发育的压裂改造层段，有效提高支撑剂的铺置效率，改善增产改造效果。

Description

一种针对天然裂缝发育气藏水力压裂的支撑剂精准置放方法

技术领域

本发明涉及一种针对天然裂缝发育气藏水力压裂的支撑剂精准置放方法，属于石油工程技术领域。

背景技术

水力压裂技术是油气藏增产改造的重要措施。而体积压裂是针对天然裂缝发育井的新型压裂改造技术。其原理是通过水力液压作用，使具有天然裂缝的地层破裂和延伸形成三维扩展的复杂裂缝，通过支撑剂的携带和有效铺置，提供长期的裂缝导流能力，同时当压裂返排后，留在裂缝中的支撑剂起到阻止裂缝完全闭合的作用，使裂缝在闭合应力作用下保持一定的开启程度，在地层中形成具有一定长度且具有流体流动的充填填砂裂缝，最终实现裂缝有效改造体积和改造效果的最大化，降低具有天然裂缝储层的生产流动阻力，进而实现经济有效开发。

水力压裂的关键在于形成具有一定导流能力的填砂裂缝，对于天然裂缝发育的储层，若要达到形成复杂裂缝网络的效果，对于支撑剂的铺置能力有着更高的需求，因为只有支撑到达的位置才能保持充填裂缝的开启，具有更好的导流能力。

因此，有必要根据支撑剂沉降特性优化设计压裂过程中相关施工参数，将支撑剂准确输送至压裂改造后形成复杂裂缝的各个级别裂缝之中，以达到改善油气流动条件和油气井增产的目的。

目前，国内外优化水力压裂施工参数的设计方法有很多，但是针对天然裂缝发育压后形成复杂裂缝网络的层段，从支撑剂沉降特性的角度优化设计水力压力施工参数的理论还很少，无法满足当前现场施工设计需求，压裂施工过程中无法准确将支撑剂输送至目的裂缝，对于天然裂缝沟通效率低，对油气藏增产改造效果差。

发明内容

本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种针对天然裂缝发育气藏水力压裂的支撑剂精准置放方法，根据该方法获得的压裂施工参数，可以提高支撑剂铺置效率，改善增产改造效果。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种针对天然裂缝发育气藏水力压裂的支撑剂精准置放方法，包括以下步骤：

步骤S10、根据某单井测井解释得到储层的地质参数和物性参数；

步骤S20、根据储层的地层裂缝闭合压力P确定支撑剂密度ρ_z与压裂液液体密度ρ；

步骤S30、根据雷诺数Re确定支撑剂在流体运移过程中所遇阻力C_d，并计算支撑剂在返排时的运移速度v_f；

步骤S40、根据停泵后裂缝闭合时间t_p和支撑剂在返排时的运移速度v_f，计算支撑剂在裂缝中的沉降高度H；

步骤S50、根据支撑剂在裂缝中的沉降高度H计算此时压裂形成的裂缝缝宽；

步骤S60、根据目标井射孔厚度h、支撑剂在裂缝中的沉降高度H，结合停泵后裂缝闭合时间t_p计算得到携砂液泵送时间t_b；

步骤S70、最后根据上述得到的参数压裂施工铺置支撑剂。

进一步的技术方案是，所述步骤S20中具体确定过程为：

当P≤50MPa时，ρ_z＝1500kg/m³；当50MPa＜P＜70MPa时，ρ_z＝1700kg/m³；当P≥70MPa时，ρ_z＝1830kg/m³；

当P≤50MPa时，ρ＝1250kg/m³；当50MPa＜P＜70MPa时，ρ＝1350kg/m³；当P≥70MPa时，ρ＝1500kg/m³；

式中：P为地层裂缝闭合压力，MPa；ρ为压裂液液体密度，kg/m³；ρ_z为支撑剂密度，kg/m³。

进一步的技术方案是，所述步骤S30中的确定过程为：

当Re≤2时，

当2＜Re≤500时，

当Re＞500时，C_d＝0.44，

式中：Re为雷诺数，无量纲；v_f为撑剂在返排时的运移速度，m/s；D为支撑剂粒径，mm；μ为压裂液粘度，Pa·s；C_d为支撑剂在流体运移过程中所遇阻力；g为重力加速度，9.8m/s²。

进一步的技术方案是，所述步骤S40中的计算公式如下：

H＝(v_p+v_f)t_p

式中：H为支撑剂在裂缝中的沉降高度，m；v_f为支撑剂在返排时的运移速度，m/s；v_p为携砂液在裂缝中垂直向下的运移速度，m/s；t_p为停泵后裂缝闭合时间，s。

进一步的技术方案是，所述步骤S50中的计算公式如下：

式中：c为合滤失系数；r为油嘴半径，mm；p₀为反排初始井口压力，MPa；ρ为压裂液液体密度，kg/m³；ξ为局部阻力系数，无量纲；R为井筒半径，m；h_t为t时刻形成裂缝高度，m；o＝0.5L_t；L_t为t时刻形成裂缝长度，m。

进一步的技术方案是，所述步骤S60中携砂液泵送时间t_b的计算公式如下：

式中：H为支撑剂在裂缝中的沉降高度，m；v_f为支撑剂在返排时的运移速度，m/s；v_p为携砂液在裂缝中垂直向下的运移速度，m/s；t_p为停泵后裂缝闭合时间，s；t_b为携砂液泵送时间，s；h为射孔厚度，m。

本发明具有以下有益效果：通过计算支撑剂在裂缝及携砂液中的沉降，优化射孔厚度；通过支撑剂的运移计算得到此时裂缝缝宽优化每段携砂液的泵送时间，结合支撑剂的沉降及在压裂液中的运移优化支撑剂的粒径以及压裂液的的密度与粘度，将支撑剂精准输送至天然裂缝发育的压裂改造层段，有效提高支撑剂的铺置效率，改善增产改造效果。

附图说明

图1为椭圆裂缝示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。

实施例

以某油田单井C为例，该井天然裂缝发育，设计水力压裂层段埋深为3608.0-3625.0m，平均地层温度为120℃，地层闭合压力43MPa。

(1)根据前期室内测试结果显示，压裂液密度为1250kg/m³，压裂液粘度为0.25Pa·s，支撑剂颗粒直径为0.0006m，砂比为15％(即支撑剂与压裂液混合物中液体所占体积分数为89.7％)，停泵后裂缝闭合时间为5000s，携砂液在裂缝中垂直向下的运移速度为0.002m/s，套管压裂井筒半径为39mm，油嘴半径为1.5mm，返排过程中井口压力为2MPa；

(2)由于地层闭合压力P＝43MPa＜50MPa，从而确定支撑剂密度ρ_z为1500kg/m³；压裂液液体密度ρ为1250kg/m³；

(3)考虑携砂浓度和裂缝壁面效应的影响，并计算得到雷诺数Re＝0.8，由于Re＝0.8＜1，计算得到支撑剂在流体运移过程中的流动阻力C_d＝30；

(4)支撑剂在流体运移过程中所遇阻力30，计算得到支撑剂在返排时的运移速度v_f＝0.000113m/s；

(5)根据停泵后裂缝闭合时间t_p＝5000s，计算第支撑剂在裂缝中的沉降高度H为10.565m，即射孔位置在顶部向上10.565m处；

H＝(v_p+v_f)t_p＝(0.002+0.000113)×5000＝10.565m

(6)根据目标井射孔厚度5m，支撑剂沉降高度10.565m，结合停泵时间计算得到携砂液泵送时间t_b＝2366s；

(7)此时求得裂缝宽度为0.005m；

(8)联立方程，解出所有参数，设计的压裂施工参数如下：

埋深，m	压裂液粘度，Pa·s	支撑剂密度，kg/m<sup>3</sup>	泵注时间，s
				3608.0-3625.0	0.25	1500	2366

(9)最后根据上表中的参数压裂施工铺置支撑剂。

以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种针对天然裂缝发育气藏水力压裂的支撑剂精准置放方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10、根据某单井测井解释得到储层的地质参数和物性参数；

步骤S20、根据储层的地层裂缝闭合压力P确定支撑剂密度ρ_z与压裂液液体密度ρ；

所述步骤S20中具体确定过程为：

当P≤50MPa时，ρ_z＝1500kg/m³；当50MPa＜P＜70MPa时，ρ_z＝1700kg/m³；当P≥70MPa时，ρ_z＝1830kg/m³；

当P≤50MPa时，ρ＝1250kg/m³；当50MPa＜P＜70MPa时，ρ＝1350kg/m³；当P≥70MPa时，ρ＝1500kg/m³；

式中：P为地层裂缝闭合压力，MPa；ρ为压裂液液体密度，kg/m³；ρ_z为支撑剂密度，kg/m³；

步骤S30、根据雷诺数Re确定支撑剂在流体运移过程中所遇阻力C_d，并计算支撑剂在返排时的运移速度v_f；

所述步骤S30中的确定过程为：

当Re≤2时，

当2＜Re≤500时，

当Re＞500时，C_d＝0.44，

式中：Re为雷诺数，无量纲；v_f为撑剂在返排时的运移速度，m/s；D为支撑剂粒径，mm；μ为压裂液粘度，Pa·s；C_d为支撑剂在流体运移过程中所遇阻力；g为重力加速度，9.8m/s²；

步骤S40、根据停泵后裂缝闭合时间t_p和支撑剂在返排时的运移速度v_f，计算支撑剂在裂缝中的沉降高度H；

步骤S50、根据支撑剂在裂缝中的沉降高度H计算此时压裂形成的裂缝缝宽；

步骤S60、根据目标井射孔厚度h、支撑剂在裂缝中的沉降高度H，结合停泵后裂缝闭合时间t_p计算得到携砂液泵送时间t_b；

步骤S70、最后根据上述得到的参数压裂施工铺置支撑剂。

2.根据权利要求1所述的一种针对天然裂缝发育气藏水力压裂的支撑剂精准置放方法，其特征在于，所述步骤S40中的计算公式如下：

H＝(v_p+v_f)t_p

式中：H为支撑剂在裂缝中的沉降高度，m；v_f为支撑剂在返排时的运移速度，m/s；v_p为携砂液在裂缝中垂直向下的运移速度，m/s；t_p为停泵后裂缝闭合时间，s。

3.根据权利要求2所述的一种针对天然裂缝发育气藏水力压裂的支撑剂精准置放方法，其特征在于，所述步骤S50中的计算公式如下：

式中：c为合滤失系数；r为油嘴半径，mm；p₀为反排初始井口压力，MPa；ρ为压裂液液体密度，kg/m³；ξ为局部阻力系数，无量纲；R为井筒半径，m；h_t为t时刻形成裂缝高度，m；o＝0.5L_t；L_t为t时刻形成裂缝长度，m。

4.根据权利要求3所述的一种针对天然裂缝发育气藏水力压裂的支撑剂精准置放方法，其特征在于，所述步骤S60中携砂液泵送时间t_b的计算公式如下：

式中：H为支撑剂在裂缝中的沉降高度，m；v_f为支撑剂在返排时的运移速度，m/s；v_p为携砂液在裂缝中垂直向下的运移速度，m/s；t_p为停泵后裂缝闭合时间，s；t_b为携砂液泵送时间，s；h为射孔厚度，m。

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