CN111794727A - 一种脉冲循环水力压裂的泵注频率选取方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本说明书实施例提供一种脉冲循环水力压裂的泵注频率选取方法及装置。所述方法包括：对压裂液进行性能测试，获得压裂液参数；所述压裂液参数包括压裂液的密度和弹性模量；根据脉冲泵的位置确定泵注环境参数；所述泵注环境参数包括表征裂缝物理性质的裂缝参数或表征井筒物理性质的井筒参数；基于脉冲泵的输出方式，根据所述压裂液参数和泵注环境参数求取压裂井的井筒或裂缝中液柱的多阶固有频率；利用预设模型模拟泵注频率为不同阶固有频率时井筒末端或裂缝缝尖位置的脉冲压力随时间的变化情况；选取所述脉冲压力随时间的变化情况中，预设时间内脉冲压力幅值最大所对应的固有频率作为泵注频率，从而提高压裂泵注施工效率。
Description
技术领域
本说明书实施例涉及岩石水力压裂领域，特别涉及一种脉冲循环水力压裂的泵注频率选取方法及装置。
背景技术
随着油田开发的深入，油气藏的开发难度逐渐加大，为了对油气井进行更加充分的开采，会对储层通常是指油层或气层进行压裂处理。在石油领域，压裂是指采油或采气过程中，利用水力作用，使油气层形成裂缝的一种方法，其中最常见的压裂方法是水力压裂。压裂是人为地使地层产生裂缝，改善油在地下的流动环境，使油井产量增加，对改善油井井底流动条件、减缓层间和改善油层动用状况可起到重要的作用。
对于本身渗透率极低的页岩、煤岩等致密储层，对储层进行压裂形成复杂缝网来增大流体在储层中的流动能力，是其有效开发的重要手段。脉冲循环水力压裂是近些年来新提出的一种新型压裂方法，其特征是对储层施加一定频率的脉冲压力，在该脉冲压力的作用下，岩石发生疲劳损伤，进而形成复杂缝网。
不同的脉冲压力频率对于同一储层的压裂效率是不同的，同一脉冲压力频率对于不同储层的压裂效率也是不同的。因此，在进行脉冲循环水力压裂之前，有必要选取一个最佳的脉冲压力频率，使得脉冲循环水力压裂的压裂效率最大化。
现有的选取脉冲压力频率的方法，通常是在现场施工时，由技术人员根据经验选取。或者在施工之前，通过软件模拟不同脉冲压力频率下的压裂效率，选取模拟出的压裂效率最高对应的脉冲压力频率。这些选取脉冲压力频率的方法，并没有相应的理论依据来支持，选取的脉冲压力频率往往不是最佳的脉冲压力频率，使得脉冲循环水力压裂的压裂效率不高。
发明内容
本说明书实施例的目的是提供一种脉冲循环水力压裂的泵注频率选取方法及装置，以提高压裂泵注施工效率。
为解决上述问题，本说明书实施例提供一种脉冲循环水力压裂的泵注频率选取方法，所述方法包括：对压裂液进行性能测试，获得压裂液参数；所述压裂液参数包括压裂液的密度和弹性模量；根据脉冲泵的位置确定泵注环境参数；所述泵注环境参数包括表征裂缝物理性质的裂缝参数或表征井筒物理性质的井筒参数；基于脉冲泵的输出方式，根据所述压裂液参数和泵注环境参数求取压裂井的井筒中或裂缝中的液柱的多阶固有频率；利用预设模型模拟泵注频率为不同阶固有频率时井筒末端或裂缝缝尖位置的脉冲压力随时间的变化情况；选取所述脉冲压力随时间的变化情况中，预设时间内脉冲压力幅值最大所对应的固有频率作为泵注频率。
为解决上述问题，本说明书实施例还提供一种脉冲循环水力压裂的泵注频率选取装置，所述装置包括：获得模块，用于对压裂液进行性能测试，获得压裂液参数；所述压裂液参数包括压裂液的密度和弹性模量；确定模块，用于根据脉冲泵的位置确定泵注环境参数；所述泵注环境参数包括表征裂缝物理性质的裂缝参数或表征井筒物理性质的井筒参数；求取模块，用于基于脉冲泵的输出方式，根据所述压裂液参数和泵注环境参数求取压裂井的井筒中或裂缝中的液柱的多阶固有频率；模拟模块，用于利用预设模型模拟泵注频率为不同阶固有频率时井筒末端或裂缝缝尖位置的脉冲压力随时间的变化情况；选取模块，用于选取所述脉冲压力随时间的变化情况中，预设时间内脉冲压力幅值最大所对应的固有频率作为泵注频率。
由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本说明书实施例中，可以对压裂液进行性能测试，获得压裂液参数；所述压裂液参数包括压裂液的密度和弹性模量；根据脉冲泵的位置确定泵注环境参数；所述泵注环境参数包括表征裂缝物理性质的裂缝参数或表征井筒物理性质的井筒参数；基于脉冲泵的输出方式，根据所述压裂液参数和泵注环境参数求取压裂井的井筒中或裂缝中的液柱的多阶固有频率；利用预设模型模拟泵注频率为不同阶固有频率时井筒末端或裂缝缝尖位置的脉冲压力随时间的变化情况；选取所述脉冲压力随时间的变化情况中，预设时间内脉冲压力幅值最大所对应的固有频率作为泵注频率。本说明书实施例提供的脉冲循环水力压裂的泵注频率选取方法，以泵注频率和固有频率对脉冲压力传播的影响为理论基础，可以模拟出不同阶固有频率下压裂末端的脉冲压力随时间变化情况，选取脉冲压力幅值最大所对应的固有频率作为泵注频率，从而提高泵注频率选取的准确性，进而提高压裂泵注施工效率。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本说明书实施例不同输入频率下井筒末端压力的最大值分布图；
图2为本说明书实施例一种脉冲循环水力压裂的泵注频率选取方法的流程图；
图3为本说明书实施例特征线解法示意图；
图4a为本说明书实施例泵注频率为一阶固定频率下井筒末端压力随时间变化情况；
图4b为本说明书实施例泵注频率为二阶固定频率下井筒末端压力随时间变化情况；
图4c为本说明书实施例泵注频率为三阶固定频率下井筒末端压力随时间变化情况；
图4d为本说明书实施例泵注频率为四阶固定频率下井筒末端压力随时间变化情况；
图4e为本说明书实施例泵注频率为五阶固定频率下井筒末端压力随时间变化情况；
图4f为本说明书实施例泵注频率为六阶固定频率下井筒末端压力随时间变化情况；
图5为本说明书实施例一种脉冲循环水力压裂的泵注频率选取装置的功能模块示意图。
具体实施方式
下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，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，都应当属于本说明书保护的范围。
在本说明书实施例中，所述脉冲循环水力压裂是一种压裂方法，其特征是对储层施加一定频率的脉冲压力，在该脉冲压力的作用下，岩石发生疲劳损伤，进而形成复杂缝网。所述泵注频率为脉冲泵提供的脉冲压力频率。
现有的选取脉冲压力频率的方法，通常是在现场施工时，由技术人员根据经验选取。或者在施工之前，通过软件模拟不同脉冲压力频率下的压裂效率，选取模拟出的压裂效率最高对应的脉冲压力频率。这些选取脉冲压力频率的方法，并没有相应的理论依据来支持，选取的脉冲压力频率往往不是最佳的脉冲压力频率，使得脉冲循环水力压裂的压裂效率不高。
在本说明书实施例中，脉冲循环水力压裂中，脉冲泵的位置可以放置在井口位置或放置于人工裂缝的缝口位置，即脉冲泵的位置可以是井口，也可以是裂缝口。如果放置在井口位置，即脉冲泵的位置为井口时，脉冲压力需要经过井筒传播到井筒末端位置；如果放置在人工裂缝的缝口位置，即脉冲泵的位置为裂缝口时，脉冲压力需要经过人工裂缝传播到裂缝缝尖位置。经研究发现脉冲压力在井筒和裂缝中的传播受到摩擦阻力会发生衰减，如果脉冲压力传播到井筒末端或缝尖位置衰减较少，则表明脉冲压力的传播效率较高，压裂效果也更好。考虑到如果将脉冲压力的传播效率与泵注频率和固有频率联系起来，确定泵注频率和固有频率对脉冲压力的传播效率的影响，进而通过对脉冲压力的传播效率分析，从而选取最佳的泵注频率，则有望解决现有技术中根据技术人员的经验选取泵注频率或通过软件模拟的方式选取泵注频率造成在不同储层进行脉冲循环水力压裂后的压裂效果差异明显的问题，提高泵注频率选取的准确性，改善脉冲循环水力压裂后的压裂效果。
在本说明书实施例中，所述固有频率也可以称为自然频率(natural frequency)，是指物体在受到初始扰动后，将按特定频率呈现自由振动，这个特定的频率被称为物体的固有频率。固有频率与外界激励没有关系，是物体的一种固有属性，不管外界有没有对物体进行激励，物体的固有频率都是存在的。若物体受到外界激励发生受迫振动，当外界激励频率与固有频率相等时，物体将达到共振状态，此时物体的振幅最大，也就是所受压力最大。在对物体进行固有频率测试时，通常可以得到多阶固有频率，这是由于多自由度系统中，有多少个自由度就对应多少阶固有频率。
在本说明书实施例中，对脉冲压力的传播效率与泵注频率和固有频率之间的关系进行了研究。具体的，如图1所示，图1为当井筒长度为2000m时，脉冲泵的位置为压裂井井口，泵的输出方式为以脉冲压力的方式输出，井筒粗糙度0.00001m，利用瞬变流模型模拟输入频率为0.01Hz到20Hz(步长为0.01Hz)时，120秒内井筒末端压力的最大值分布。从图1中可以看出，从0.16Hz起，每间隔0.32Hz，压力出现一次极值，这种极值就是由共振现象引起，发生共振现象时的输入频率称为共振频率，共振频率的值等于固有频率。由此可以看出，泵提供的脉冲压力频率距离固有频率越近，则井筒末端压力越大，脉冲压力的传播效率越高；相反，泵提供的脉冲压力频率距离固有频率越远，井筒末端压力越小，脉冲压力的传播效率越低。基于此理论结果，本说明书实施例提供了一种脉冲循环水力压裂的泵注频率选取方法。
图2为本说明书实施例一种脉冲循环水力压裂的泵注频率选取方法的流程图。如图2所示，所述脉冲循环水力压裂的泵注频率选取方法可以包括以下步骤。
S210：对压裂液进行性能测试，获得压裂液参数；所述压裂液参数包括压裂液的密度和弹性模量。
在一些实施例中，所述压裂液参数可以包括压裂液的物理参数，如压裂液的密度、压裂液的弹性模量等参数。脉冲压力在不同压裂液中的传播情况是不同的，因此可以对压裂液进行性能测试，获得压裂液参数。
在一些实施例中，可以利用液体密度测试仪对压裂液进行密度测试，获得压裂液的密度；可以利用流变仪对压裂液进行流变测试，获得压裂液的弹性模量。当然，还可以利用其它方法获得压裂液的密度和弹性模量，本说明书实施例对此不做限定。
S220：根据脉冲泵的位置确定泵注环境参数；所述泵注环境参数包括表征裂缝物理性质的裂缝参数或表征井筒物理性质的井筒参数。
在一些实施例中，脉冲循环水力压裂中，脉冲泵的位置可以放置在井口位置或放置于人工裂缝的缝口位置。
在一些实施例中，影响脉冲压力传播的因素有很多，所述泵注环境参数为当前脉冲泵的位置下影响脉冲压力传播的因素。若所述脉冲泵的位置为裂缝口，所述泵注环境参数可以包括用于表征裂缝物理性质的裂缝参数；所述裂缝参数可以包括岩石的杨氏模量、裂缝长度、裂缝直径、裂缝厚度和裂缝粗糙度等参数。其中，所述裂缝参数可以通过获取压裂井的测井数据，再根据根据所述测井数据得到。
在一些实施例中，若所述脉冲泵的位置为井口，所述泵注环境参数可以包括用于表征井筒物理性质的井筒参数；所述井筒参数可以包括井筒材料的弹性模量、井筒长度、井筒直径、井筒厚度和井筒粗糙度等参数。其中，所述井筒参数可以通过获取压裂井的井身结构信息，再根据所述井身结构信息得到。
S230：基于脉冲泵的输出方式，根据所述压裂液参数和泵注环境参数求取压裂井的井筒中或裂缝中的液柱的多阶固有频率。
在一些实施例中，脉冲泵的输出方式可以包括以脉冲压力边界的方式输出，即用户可以设置脉冲泵的输出压力和输出频率，脉冲泵以设置的输出压力和输出频率进行工作；脉冲泵的输出方式还可以包括以脉冲排量边界的方式输出，即用户可以设置脉冲泵的输出排量和输出频率，脉冲泵以设置的输出排量和输出频率进行工作。
在一些实施例中，所述液柱为压裂井的井筒中的流体或压裂井的裂缝中的流体，脉冲泵提供的脉冲压力频率可以依据井筒中的流体或裂缝中的流体的多阶固有频率确定。具体的，在脉冲泵的位置为井口的情况下，脉冲泵提供的脉冲压力频率可以依据井筒中的流体的多阶固有频率确定；在脉冲泵的位置为裂缝口的情况下，脉冲泵提供的脉冲压力频率可以依据裂缝中的流体的多阶固有频率确定。
在一些实施例中，所述基于脉冲泵的输出方式，根据所述压裂液参数和泵注环境参数求取液柱的多阶固有频率可以包括以下步骤。
S231：根据所述压裂液参数和泵注环境参数计算脉冲压力波传播速度；所述脉冲压力波传播速度根据以下公式计算得到：
其中，a表示脉冲压力波传播速度；K表示压裂液弹性模量；ρ表示压裂液密度；在所述脉冲泵的位置为裂缝口的情况下，E表示岩石的杨氏模量，D表示裂缝直径，e表示裂缝厚度，所述裂缝厚度可以取无限大；在所述脉冲泵的位置为井口的情况下，E表示井筒材料的杨氏模量，D表示井筒直径，e表示井筒厚度。
S232：基于泵的输出方式，根据脉冲压力波传播速度求取压裂井的井筒中或裂缝中的液柱的多阶固有频率。
在一些实施例中，由振动力学知识，具有一定边界条件的物体，当物体受到初始扰动后呈现的自由振动的频率即为物体的固有频率。将井筒中或裂缝中的液柱视为物体，利用波动方程的知识，来计算物体受到初始扰动后自由振动的频率。其中，所述波动方程为：
其中，Pt表示t时刻液柱某一截面的压力，a表示脉冲压力波传播速度，t表示时间，x表示位置。
在一些实施例中，公式(2)的复数解为：
其中，Pt *表示t时刻液柱某一截面压力的复数解；i表示虚数单位，A*和B*表示复数常数，可以由边界条件获得；e表示自然对数的底；ω表示脉动圆周率。
在一些实施例中，所述液柱的质量守恒方程为：
其中，
表示t时刻液柱某一截面的密度，
表示t时刻液柱某一截面的脉冲压力波传播速度。
在一些实施例中，所述液柱的动量守恒方程为：
其中，
表示t时刻液柱某一截面的脉冲压力。
在一些实施例中，根据公式(3)、(4)和(5)可以求解得到液柱的速度解：
其中，
表示t时刻液柱某一截面速度的复数解，j表示虚数单位，ρ0表示t＝0时液柱某一截面的密度。
在一些实施例中，根据公式(3)得到的t时刻液柱某一截面压力的复数解和根据公式(6)得到的t时刻液柱某一截面速度的复数解满足以下关系：
其中，M21表示转移矩阵，
k为脉动圆周率与脉冲压力波传播速度的比值；P1 *表示已知截面的脉冲压力，
表示已知截面的脉冲压力波传播速度，
表示未知截面的脉冲压力，
表示未知截面的脉冲压力波传播速度；l表示两截面之间的距离。
在一些实施例中，若所述泵的输出方式为以脉冲压力边界的方式输出时，以脉冲泵的位置为井口为例，井筒前端P1 *＝0，
井筒末端
代入公式(7)可以得到：
求解得：
其中，n表示自由度，n＝1,2,3……。在所述泵的输出方式为以脉冲压力的方式输出的情况下，液柱的固有频率为：
其中，fn表示压裂井的井筒中的液柱的第n阶固有频率；l表示两截面之间的距离；其中，在所述脉冲泵的位置为裂缝口的情况下，l为裂缝长度；在所述脉冲泵的位置为井口的情况下，l为井筒长度，fn表示裂缝中的液柱的第n阶固有频率。
在一些实施例中，若所述泵的输出方式以脉冲排量的方式输出时，以脉冲泵的位置为井口为例，井筒前端P1 *≠0，
井筒末端
代入公式(7)可以得到：
求解得：
其中，n表示自由度，n＝1,2,3…。在所述泵的输出方式为以脉冲排量的方式输出的情况下，液柱的固有频率为：
其中，fn表示液柱的第n阶固有频率；l表示两截面之间的距离；其中，在所述脉冲泵的位置为裂缝口的情况下，l为裂缝长度；在所述脉冲泵的位置为井口的情况下，l为井筒长度，fn表示裂缝中的液柱的第n阶固有频率。
在一些实施例中，由于共振线性在前几阶固有频率下比较明显，可以优选为计算算前六阶的固有频率。当然，也可以计算前五阶、前七阶的固有频率，本说明书对此不作限定。
S240：利用预设模型模拟泵注频率为不同阶固有频率时井筒末端或裂缝缝尖位置的脉冲压力随时间的变化情况。
在一些实施例中，在求取液柱的多阶固有频率后，可以利用预设模型模拟泵注频率为不同阶固有频率时压裂末端脉冲压力随时间的变化情况。具体的，若脉冲泵的位置为井口，则压裂末端为井筒末端，若脉冲泵的位置为裂缝口，则压裂末端为裂缝缝尖位置。
在一些实施例中，所述预设模型可以包括瞬变流数学模型。下面介绍以所述预设模型为瞬变流数学模型为例模拟泵注频率为不同阶固有频率时压裂末端脉冲压力随时间的变化情况。具体的，所述瞬变流数学模型可以通过公式(16)-(20)表示：
其中，H表示截面平均水头；V表示截面平均流速；x表示位置；τ0表示剪切应力系数；f表示Darcy-Weisbach摩擦系数；Re表示雷诺系数；D表示井筒直径或裂缝直径；d表示井筒厚度或裂缝厚度；m表示井筒或裂缝的粗糙度，井筒粗糙度可以根据井筒材料获得，裂缝粗糙度一般可以取值为0.001m。
在一些实施例中，可以利用特征线解法将公式(16)和(17)两个偏微分方程化为两个常微分方程组C+和C-进行求解：
在一些实施例中，由于所需结果为末端压力，可以将公式(21)和(22)中的截面平均水头H替换为截面脉冲压力P，其中P＝ρgH；进一步的，还可以将公式(21)和(22)中的截面平均流速V替换为截面平均流量Q，其中，Q＝SV，S表示截面面积。对公式(21)和(22)进行差分可以得到：
其中，SA和SB分别表示A点和B点的截面面积；QA、QB和QG分别表示A点、B点和G点的截面平均流量；PA、PB和PG分别表示A点、B点和G点的截面脉冲压力；Δx表示A点到P点或B点到P点的距离。
在一些实施例中，如图3所示，在泵注频率为某一阶固定频率的情况下，可以利用已知的当前时刻A点和B点的截面平均流量和截面脉冲压力，根据公式(23)和(24)求解得到下一时刻P点的截面平均流量和截面脉冲压力。基于此，可以求得井筒末端所有时刻的截面平均流量和截面脉冲压力，进而模拟出泵注频率为不同阶固有频率时压裂末端的脉冲压力传播情况。
S250：选取所述脉冲压力随时间的变化情况中，预设时间内脉冲压力幅值最大所对应的固有频率作为泵注频率
在一些实施例中，脉冲压力随时间的变化情况中脉冲压力幅值越大，表明脉冲压力传播的效率越高，因此可以选取脉冲压力传播情况中脉冲压力幅值最大所对应的固有频率作为泵注频率。
本说明书实施例提供的脉冲循环水力压裂的泵注频率选取方法，可以对压裂液进行性能测试，获得压裂液参数；所述压裂液参数包括压裂液的密度和弹性模量；根据脉冲泵的位置确定泵注环境参数；所述泵注环境参数包括表征裂缝物理性质的裂缝参数或表征井筒物理性质的井筒参数；基于脉冲泵的输出方式，根据所述压裂液参数和泵注环境参数求取压裂井的井筒中或裂缝中的液柱的多阶固有频率；利用预设模型模拟泵注频率为不同阶固有频率时井筒末端或裂缝缝尖位置的脉冲压力随时间的变化情况；选取所述脉冲压力随时间的变化情况中，预设时间内脉冲压力幅值最大所对应的固有频率作为泵注频率。本说明书实施例提供的脉冲循环水力压裂的泵注频率选取方法，以泵注频率和固有频率对脉冲压力传播的影响为理论基础，可以模拟出不同阶固有频率下压裂末端的脉冲压力随时间变化情况，选取脉冲压力幅值最大所对应的固有频率作为泵注频率，从而提高泵注频率选取的准确性，进而提高压裂泵注施工效率。
下面结合图4a-图4f说明本说明书实施例提供的脉冲循环水力压裂的泵注频率选取方法的一个具体实施例。
在本说明书实施例中，以页岩储层某一压裂井为例，脉冲泵的位置为井口，由井身结构信息得井筒垂直长度为800米，弯曲段长度600米，造斜率4.5°/30m，水平段长度600米，泵的输出方式为以脉冲压力边界的方式输出，其中，井筒入口端的脉冲压力：
P＝10(sin(finput×2πt))+10 (25)
其中，P表示井筒入口端的脉冲压力，单位MPa，finput表示泵注频率。
在本说明书实施例中，可以利用液体密度测试仪对压裂液进行密度测试，获得压裂液的密度为1153kg/m3；可以利用流变仪对压裂液进行流变测试，获得压裂液的弹性模量为2.2×109Pa。
在本说明书实施例中，由井身结构信息可以得出井筒长度为2000m，井筒半径为67.5mm，井筒厚度为5mm，粗糙度为0.00001m，井筒材料弹性模量为1.8×1011Pa。进一步的，可以根据公式(1)得出脉冲压力波在压裂液中的速度为1280m/s。
在本说明书实施例中，由于泵的输出方式为以脉冲压力边界的方式输出，可以将脉冲压力波的速度代入公式(11)中，计算得到的前六阶固有频率如表1所示。
表1
| 阶数 | 一阶 | 二阶 | 三阶 | 四阶 | 五阶 | 六阶 |
| 频率 | 0.16Hz | 0.48Hz | 0.8Hz | 1.12Hz | 1.44Hz | 1.76Hz |
在本说明书实施例中，可以利用瞬变流数学模型及特征线解法，根据公式(16)-(24)模拟出泵注频率为不同阶固有频率时压裂末端的脉冲压力传播情况。其中，当泵注频率分别为前六阶固有频率下，120秒内井筒末端压力变化如图4a-图4f所示。从图4a-图4f可以看出，在一阶固有频率0.16Hz下，井筒末端压力的幅值最大，因此将一阶固有频率0.16Hz作为泵注频率可使压裂泵注施工效率最高。
参阅图5，在软件层面上，本说明书实施例还提供了一种脉冲循环水力压裂的泵注频率选取装置，该装置具体可以包括以下的结构模块。
获得模块510，用于对压裂液进行性能测试，获得压裂液参数；所述压裂液参数包括压裂液的密度和弹性模量；
确定模块520，用于根据脉冲泵的位置确定泵注环境参数；所述泵注环境参数包括表征裂缝物理性质的裂缝参数或表征井筒物理性质的井筒参数；
求取模块530，用于基于脉冲泵的输出方式，根据所述压裂液参数和泵注环境参数求取压裂井的井筒中或裂缝中的液柱的多阶固有频率；
模拟模块540，用于利用预设模型模拟泵注频率为不同阶固有频率时井筒末端或裂缝缝尖位置的脉冲压力随时间的变化情况；
选取模块550，用于选取所述脉冲压力随时间的变化情况中，预设时间内脉冲压力幅值最大所对应的固有频率作为泵注频率。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例和设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本领域技术人员在阅读本说明书文件之后，可以无需创造性劳动想到将本说明书列举的部分或全部实施例进行任意组合，这些组合也在本说明书公开和保护的范围内。
在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(AlteraHardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog2。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本说明书可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本说明书的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本说明书各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本说明书可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
虽然通过实施例描绘了本说明书，本领域普通技术人员知道，本说明书有许多变形和变化而不脱离本说明书的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本说明书的精神。
Claims (10)
1.一种脉冲循环水力压裂的泵注频率选取方法，其特征在于，所述方法包括：
对压裂液进行性能测试，获得压裂液参数；所述压裂液参数包括压裂液的密度和弹性模量；
根据脉冲泵的位置确定泵注环境参数；所述泵注环境参数包括表征裂缝物理性质的裂缝参数或表征井筒物理性质的井筒参数；
基于脉冲泵的输出方式，根据所述压裂液参数和泵注环境参数求取压裂井的井筒中或裂缝中的液柱的多阶固有频率；
利用预设模型模拟泵注频率为不同阶固有频率时井筒末端或裂缝缝尖位置的脉冲压力随时间的变化情况；
选取所述脉冲压力随时间的变化情况中，预设时间内脉冲压力幅值最大所对应的固有频率作为泵注频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述脉冲泵的位置为裂缝口的情况下，所述泵注环境参数包括裂缝参数；所述裂缝参数包括岩石的杨氏模量、裂缝长度、裂缝直径、裂缝厚度和裂缝粗糙度中的至少一种；
相应的，所述根据脉冲泵的位置确定泵注环境参数包括：
获取压裂井的测井数据；
根据所述测井数据得到所述裂缝参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述脉冲泵的位置为井口的情况下，所述泵注环境参数包括井筒参数；所述井筒参数包括井筒材料的弹性模量、井筒长度、井筒直径、井筒厚度和井筒粗糙度中的至少一种；
相应的，所述确定当前脉冲泵的位置下的泵注环境参数包括：
获取压裂井的井身结构信息；
根据所述井身结构信息得到井筒参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述泵的输出方式包括以脉冲压力边界的方式输出和以脉冲排量边界的方式输出。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于脉冲泵的输出方式，根据所述压裂液参数和泵注环境参数求取压裂井的井筒中或裂缝中的液柱的多阶固有频率包括：
根据所述压裂液参数和泵注环境参数计算脉冲压力波传播速度；所述脉冲压力波传播速度根据以下公式计算得到：
其中，a表示脉冲压力波传播速度；K表示压裂液弹性模量；ρ表示压裂液密度；
在所述脉冲泵的位置为裂缝口的情况下，E表示岩石的杨氏模量，D表示裂缝直径，e表示裂缝厚度；
在所述脉冲泵的位置为井口的情况下，E表示井筒材料的杨氏模量，D表示井筒直径，e表示井筒厚度；
基于泵的输出方式，根据脉冲压力波传播速度求取压裂井的井筒中或裂缝中的液柱的多阶固有频率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述泵的输出方式为以脉冲压力的方式输出的情况下，根据以下公式求取压裂井的井筒中或裂缝中的液柱的多阶固有频率：
其中，fn表示压裂井的井筒中或裂缝中的液柱的第n阶固有频率，a表示脉冲压力波传播速度，n表示自由度，n＝1,2,3……；
在所述脉冲泵的位置为裂缝口的情况下，l表示裂缝长度；
在所述脉冲泵的位置为井口的情况下，l表示井筒长度。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述泵的输出方式为以脉冲排量的方式输出的情况下，根据以下公式求取压裂井的井筒中或裂缝中的液柱的多阶固有频率：
其中，fn表示压裂井的井筒中或裂缝中的液柱的第n阶固有频率，a表示脉冲压力波传播速度，n表示自由度，n＝1,2,3……；
在所述脉冲泵的位置为裂缝口的情况下，l表示裂缝长度；
在所述脉冲泵的位置为井口的情况下，l表示井筒长度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多阶固有频率至少包括前5阶固有频率。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设模型包括瞬变流数学模型。
10.一种脉冲循环水力压裂的泵注频率选取装置，其特征在于，所述装置包括：
获得模块，用于对压裂液进行性能测试，获得压裂液参数；所述压裂液参数包括压裂液的密度和弹性模量；
确定模块，用于根据脉冲泵的位置确定泵注环境参数；所述泵注环境参数包括表征裂缝物理性质的裂缝参数或表征井筒物理性质的井筒参数；
求取模块，用于基于脉冲泵的输出方式，根据所述压裂液参数和泵注环境参数求取压裂井的井筒中或裂缝中的液柱的多阶固有频率；
模拟模块，用于利用预设模型模拟泵注频率为不同阶固有频率时井筒末端或裂缝缝尖位置的脉冲压力随时间的变化情况；
选取模块，用于选取所述脉冲压力随时间的变化情况中，预设时间内脉冲压力幅值最大所对应的固有频率作为泵注频率。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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