CN111963157A - 一种提高水平井分段多簇受效率的射孔参数优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高水平井分段多簇受效率的射孔参数优化方法，包括以下步骤：第一步、建立目标井的拟三维模型，根据拟三维模型确定目标井各条裂缝中的流量和各条裂缝的入口压力；第二步，建立目标井的各簇射孔参数限流压裂模型；第三步，通过拟三维模型和各簇射孔参数限流压裂模型，得出限流压裂各射孔簇孔径所应满足关系；第四步，根据限流压裂各射孔簇孔径所应满足关系，精确得出各射孔簇的孔眼数和簇长；第五步，按照得出的各射孔簇的孔眼数和簇长进行射孔，实现水平井段内各簇均匀起裂，进液增加裂缝与储层的接触面积，从而提高单井的产量。

Description

一种提高水平井分段多簇受效率的射孔参数优化方法
技术领域
本发明涉及采油工程领域，具体涉及一种提高水平井分段多簇受效率的射孔参数优化方法。
背景技术
水平井分段多簇压裂成为有效开发致密储层水平井的主要手段，但如何保证段内各簇开启并均匀进液是关键，从而提高裂缝与储层接触面积。根据限流压裂原理，为了实现多簇起裂效率，段内各簇射孔方案的优化至关重要，目前现有的多簇射孔方法存在如下主要问题：仅依据各簇厚度确定射孔数，再根据射孔数优化各层进液量和砂量；国内外文献关于多簇射孔优化大部分没有结合压裂改造关键参数和地层特性。因此需要找出一种结合水平段压裂工艺参数、地质差异性来优化提高多簇有效起裂的方法，通过大排量体积压裂实现多条裂缝同时开启形成缝网的目的，提高单井产量。
发明内容
本发明的目的是提供一种种提高水平井分段多簇受效率的射孔参数优化方法，以现水平井段内多簇均匀起裂、进液增加裂缝与储层接触面积，提高单井产量。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的，一种提高水平井分段多簇受效率的射孔参数优化方法，包括以下步骤：
第一步、建立目标井的拟三维模型，根据拟三维模型确定目标井各条裂缝中的流量和各条裂缝的入口压力；
第二步，建立目标井的各簇射孔参数限流压裂模型；
第三步，通过拟三维模型和各簇射孔参数限流压裂模型，得出限流压裂各射孔簇孔径所应满足关系；
第四步，根据限流压裂各射孔簇孔径所应满足关系得出各射孔簇的孔眼数和簇长；
第五步，按照得出的各射孔簇的孔眼数和簇长进行射孔，射孔完毕后进行压裂使得各射孔簇均匀起裂形成缝网，进液增加裂缝与储层的接触面积，从而提高单井的产量。
所述第一步和第三步中，拟三维模型由裂缝内流体的连续性方程、裂缝内流体压降方程组合建立。
各条裂缝中的流量，根据裂缝内流体的连续性方程为
Figure BDA0002583573430000021
式中：A(x,t)为裂缝缝长尺寸x处在t时刻时的截面积，m2；hu(x,t)，hd(x,t)分别为t时刻缝内x处的上缝高和下缝高，m；Γ(x)为压裂液从裂缝口运动到x处所需要的时间，s；C(x,t)为滤失系数，m·min-0.5；
所述各条裂缝的入口压力，根据裂缝内流体压降方程为
Figure BDA0002583573430000022
其中
Figure BDA0002583573430000023
式中：q为裂缝单翼的流量，m3/s；W(x,z)，W(x,0)分别为裂缝高度方向某一点z处和0处的裂缝半缝宽，m；z，x分别为裂缝高度方向和裂缝长度方向的量，m；H(x)为坐标x位置处裂缝的半缝高，m；n为射孔簇数。
所述第二步中，各簇射孔参数限流压裂模型包括孔眼的当量直径、孔眼个数和簇长，各簇射孔参数限流压裂模型是由压力平衡原理、质量平衡原理和射孔孔眼摩阻计算公式组合。
所述压力平衡原理为满足物质平衡即基尔霍夫第一定律：
Figure BDA0002583573430000031
式中：Qt为压裂施工作业的总排量，m3/min；Qi为各条裂缝中的流量，m3/min；m为裂缝条数；
质量平衡原理为对于每条裂缝，存在以下压力连续准则即基尔霍夫第二定律为：
pmi+pmfi＝pm(i+1)+pmf(i+1)+p1(i+1)
pm(i+1)+pmf(i+1)＝pm(i+2)+pmf(i+2)+p1(i+2)
…
pm(i+a)+pmf(i+a)＝pm(i+a+1)+pmf(i+a+1)+p1(i+a+1)
式中：pmi为第i个射孔簇的裂缝缝口压力；pmfi为第i个射孔簇的射孔孔眼摩阻；p1(i+1)为第1个射孔簇至第i+1个射孔簇之间的套管沿程摩阻；
射孔孔眼摩阻计算公式是指
Figure BDA0002583573430000032
其中
Figure BDA0002583573430000033
式中：Dnei为第i个射孔簇有效孔眼的当量直径，cm；n为单簇有效射孔孔眼的数量；di为各个有效孔眼的直径，cm；C为孔眼的流量阻力系数；ρ为压裂液的密度，g/cm3。
所述第三步中，利用地层力学参数代入拟三维和各簇射孔参数限流压裂的模型，用Matlab软件得出限流压裂各射孔簇孔径所应满足关系。
每个射孔簇所需的孔眼个数为：
Figure BDA0002583573430000041
每个射孔簇的长度为：
Figure BDA0002583573430000042
式中：ni为第i个射孔簇的孔眼个数；φ为有效孔眼在所有孔眼中所占的比例；ηi为第i个射孔簇的孔密，孔/m；Si为第i个射孔簇的簇长，m；di为各个有效孔眼的直径，cm。
本发明的有益效果在于：根据水平井段地层测井资料和压裂参数，使用拟三维模型得到段内各簇每一条裂缝所吸收的排量和缝口压力，再结合限流压裂的流量平衡和压力平衡关系，得出了各个射孔簇有效孔眼当量直径间的关系式，从而精确得出各簇与之对应的孔眼数和簇长，以便实现水平井段内多簇均匀起裂、进液增加裂缝与储层接触面积，达到提高单井产量的目的。
附图说明
图1为限流压裂压力平衡示意图；
图2为各个射孔簇有效孔眼当量直径关系图；
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
【实施例1】
如图1所示，一种提高水平井分段多簇受效率的射孔参数优化方法，包括以下步骤：
第一步、建立目标井的拟三维模型，根据拟三维模型确定目标井各条裂缝中的流量和各条裂缝的入口压力；
第二步，建立目标井的各簇射孔参数限流压裂模型；
第三步，通过拟三维模型和各簇射孔参数限流压裂模型，得出限流压裂各射孔簇孔径所应满足关系；
第四步，根据限流压裂各射孔簇孔径所应满足关系得出各射孔簇的孔眼数和簇长；
第五步，按照得出的各射孔簇的孔眼数和簇长进行射孔，射孔完毕后进行压裂使得各射孔簇均匀起裂形成缝网，进液增加裂缝与储层的接触面积，从而提高单井的产量。
【实施例2】
在实施例1的基础上，所述第一步和第三步中，拟三维模型由裂缝内流体的连续性方程、裂缝内流体压降方程组合建立。拟三维模型根据裂缝内流体的连续性方程以及裂缝内流体压降方程联合即可建立。
各条裂缝中的流量，根据裂缝内流体的连续性方程为
Figure BDA0002583573430000051
即为各条裂缝中的流量。
式中：A(x,t)为裂缝缝长尺寸x处在t时刻时的截面积，m2；hu(x,t)，hd(x,t)分别为t时刻缝内x处的上缝高和下缝高，m；Γ(x)为压裂液从裂缝口运动到x处所需要的时间，s；C(x,t)为滤失系数，m·min-0.5；
所述各条裂缝的入口压力，根据裂缝内流体压降方程为
Figure BDA0002583573430000061
即为各条裂缝的入口压力。
其中
Figure BDA0002583573430000062
式中：q为裂缝单翼的流量，m3/s；W(x,z)，W(x,0)分别为裂缝高度方向某一点z处和0处的裂缝半缝宽，m；z，x分别为裂缝高度方向和裂缝长度方向的量，m；H(x)为坐标x位置处裂缝的半缝高，m；n为射孔簇数。
【实施例3】
在实施例1或2的基础上，所述第二步中，各簇射孔参数限流压裂模型包括孔眼的当量直径、孔眼个数和簇长，各簇射孔参数限流压裂模型是由压力平衡原理、质量平衡原理和射孔孔眼摩阻计算公式组合。各簇射孔参数限流压裂模型由压力平衡原理、质量平衡原理和射孔孔眼摩阻计算公式组合建立。
所述压力平衡原理为满足物质平衡即基尔霍夫第一定律：
Figure BDA0002583573430000063
式中：Qt为压裂施工作业的总排量，m3/min；Qi为各条裂缝中的流量，m3/min；m为裂缝条数；
质量平衡原理为对于每条裂缝，存在以下压力连续准则即基尔霍夫第二定律为：
pmi+pmfi＝pm(i+1)+pmf(i+1)+p1(i+1)
pm(i+1)+pmf(i+1)＝pm(i+2)+pmf(i+2)+p1(i+2)
…
pm(i+a)+pmf(i+a)＝pm(i+a+1)+pmf(i+a+1)+p1(i+a+1)
式中：pmi为第i个射孔簇的裂缝缝口压力；pmfi为第i个射孔簇的射孔孔眼摩阻；p1(i+1)为第1个射孔簇至第i+1个射孔簇之间的套管沿程摩阻；
射孔孔眼摩阻计算公式是指
Figure BDA0002583573430000071
其中
Figure BDA0002583573430000072
式中：Dnei为第i个射孔簇有效孔眼的当量直径，cm；n为单簇有效射孔孔眼的数量；di为各个有效孔眼的直径，cm；C为孔眼的流量阻力系数；ρ为压裂液的密度，g/cm3。
假设有3条射孔簇，对于每条裂缝，存在以下压力连续准则即基尔霍夫第二定律为：
pm1+pmf1＝pm2+pmf2+p12
pm2+pmf2＝pm3+pmf3+p13
【实施例4】
在实施例2或实施例3的基础上，利用地层力学参数代入拟三维模型和各簇射孔参数限流压裂的模型，用Matlab软件得出限流压裂各射孔簇孔径所应满足关系。如图2所示，直线上任意一点的坐标就是各射孔簇孔径所应满足关系。
将拟三维模型和各簇射孔参数限流压裂模型带入参数，使用Matlab软件即可得出
孔径所应满足关系是指在各簇均匀进液、形成相同裂缝长度的情况下，各簇之间孔眼当量直径相互关系。
最后，在获得射孔簇有效孔眼的当量直径Dnei后，每个射孔簇所需的孔眼个数为：
Figure BDA0002583573430000081
每个射孔簇的长度为：
Figure BDA0002583573430000082
式中：ni为第i个射孔簇的孔眼个数；φ为有效孔眼在所有孔眼中所占的比例；ηi为第i个射孔簇的孔密，孔/m；Si为第i个射孔簇的簇长，m；di为各个有效孔眼的直径，cm。
即可得到每个射孔簇所需的孔眼个数以及每个射孔簇的长度。
【实施例5】
在实施例4的基础上，具体实践中，第一步，已知每一条裂缝的设计长度、压裂液性能、储层岩石力学参数的情况下，根据拟三维模型确定目标井各条裂缝中的流量和各条裂缝的入口压力，为下一步的限流压裂设计提供依据。
第二步，井口注入的压裂液通过井筒进入地层，整个井筒和裂缝为一个压力平衡体系，多条裂缝同时延伸时需要遵循压力平衡原理与质量平衡原理，得出各簇射孔参数限流压裂模型。
第三步，假设地层为均质油藏，设计缝长相等，利用地层力学参数代入拟三维和限流压裂的模型，用Matlab软件可以得出限流压裂各射孔簇孔径所应满足关系；
第四步，假设每个射孔簇的有效孔眼的数量所占的比例均为40％，每个孔眼的直径为1.3cm，孔密为20孔/m。根据各簇有效孔眼当量直径关系，得到每个射孔簇的孔眼数和簇长。其中有效孔眼的数量所占的比例，每个孔眼的直径，孔密均可根据目标井实际情况改变。
第五步，根据第四步得出的每个射孔簇的孔眼数和簇长进行射孔，射孔完毕后进行压裂使得各射孔簇均匀起裂形成缝网，进液增加裂缝与储层的接触面积，从而提高单井的产量。
具体的假设设计裂缝长度L1＝L2＝L3＝130m；射孔簇间距Sp1＝Sp2＝40m；孔眼的阻力系数C＝0.82；压裂液黏度μ＝30mPa·s；压裂液密度ρ＝1.03g/cm3；压裂作业时间T＝120min；套管直径Dc＝152.4mm；射孔簇数n＝3，地层参数见表1。
表1 地层数据
Figure BDA0002583573430000091
所得的3个射孔簇有效当量孔径之间关系的解析式为：
Figure BDA0002583573430000101
通过以上解析方程式，利用Matlab软件可以得出限流压裂各射孔簇孔径所应满足关系，如图2。
假设每个射孔簇的有效孔眼的数量所占的比例均为40％，每个孔眼的直径为1.3cm，孔密为20孔/m，从图2中取出1组数据(Dne1为3.291、Dne2为3.322、Dne3为3.331)为例，得出每个射孔簇的孔眼数和簇长结果如下：第1射孔簇孔眼数为23个，簇长1.15m；第2射孔簇孔眼数24个，簇长1.20m；第3射孔簇孔眼数24个，簇长1.25m。
以此数据为基础进行射孔，实现水平井段内多簇均匀起裂、进液增加裂缝与储层接触面积，多条裂缝同时开启形成缝网，达到提高单井产量的目的。
实施例没有详细叙述的部件和工艺属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (7)

1.一种提高水平井分段多簇受效率的射孔参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、建立目标井的拟三维模型，根据拟三维模型确定目标井各条裂缝中的流量和各条裂缝的入口压力；
第二步，建立目标井的各簇射孔参数限流压裂模型；
第三步，通过拟三维模型和各簇射孔参数限流压裂模型，得出限流压裂各射孔簇孔径所应满足关系；
第四步，根据限流压裂各射孔簇孔径所应满足关系得出各射孔簇的孔眼数和簇长；
第五步，按照得出的各射孔簇的孔眼数和簇长进行射孔，射孔完毕后进行压裂使得各射孔簇均匀起裂形成缝网，进液增加裂缝与储层的接触面积，从而提高单井的产量。
2.根据权利要求1所述的一种提高水平井分段多簇受效率的射孔参数优化方法，其特征在于：所述第一步和第三步中，拟三维模型由裂缝内流体的连续性方程、裂缝内流体压降方程组合建立。
3.根据权利要求1所述的一种提高水平井分段多簇受效率的射孔参数优化方法，其特征在于：
所述各条裂缝中的流量，根据裂缝内流体的连续性方程为
Figure FDA0002583573420000011
式中：A(x,t)为裂缝缝长尺寸x处在t时刻时的截面积，m2；hu(x,t)，hd(x,t)分别为t时刻缝内x处的上缝高和下缝高，m；Γ(x)为压裂液从裂缝口运动到x处所需要的时间，s；C(x,t)为滤失系数，m·min-0.5；
所述各条裂缝的入口压力，根据裂缝内流体压降方程为
Figure FDA0002583573420000021
其中
Figure FDA0002583573420000022
Figure FDA0002583573420000023
式中：q为裂缝单翼的流量，m3/s；W(x,z)，W(x,0)分别为裂缝高度方向某一点z处和0处的裂缝半缝宽，m；z，x分别为裂缝高度方向和裂缝长度方向的量，m；H(x)为坐标x位置处裂缝的半缝高，m；n为射孔簇数。
4.根据权利要求1所述的一种提高水平井分段多簇受效率的射孔参数优化方法，其特征在于：所述第二步中，各簇射孔参数限流压裂模型包括孔眼的当量直径、孔眼个数和簇长，各簇射孔参数限流压裂模型是由压力平衡原理、质量平衡原理和射孔孔眼摩阻计算公式组合。
5.根据权利要求4所述的一种提高水平井分段多簇受效率的射孔参数优化方法，其特征在于：所述压力平衡原理为满足物质平衡即基尔霍夫第一定律：
Figure FDA0002583573420000024
式中：Qt为压裂施工作业的总排量，m3/min；Qi为各条裂缝中的流量，m3/min；m为裂缝条数；
质量平衡原理为对于每条裂缝，存在以下压力连续准则即基尔霍夫第二定律为：
pmi+pmfi＝pm(i+1)+pmf(i+1)+p1(i+1)
pm(i+1)+pmf(i+1)＝pm(i+2)+pmf(i+2)+p1(i+2)
…
pm(i+a)+pmf(i+a)＝pm(i+a+1)+pmf(i+a+1)+p1(i+a+1)
式中：pmi为第i个射孔簇的裂缝缝口压力；pmfi为第i个射孔簇的射孔孔眼摩阻；p1(i+1)为第1个射孔簇至第i+1个射孔簇之间的套管沿程摩阻；
射孔孔眼摩阻计算公式是指
Figure FDA0002583573420000031
其中
Figure FDA0002583573420000032
式中：Dnei为第i个射孔簇有效孔眼的当量直径，cm；n为单簇有效射孔孔眼的数量；di为各个有效孔眼的直径，cm；C为孔眼的流量阻力系数；ρ为压裂液的密度，g/cm3。
6.根据权利要求1所述的一种提高水平井分段多簇受效率的射孔参数优化方法，其特征在于：所述第三步中，利用地层力学参数代入拟三维和各簇射孔参数限流压裂的模型，用Matlab软件得出限流压裂各射孔簇孔径所应满足关系。
7.根据权利要求1所述的一种提高水平井分段多簇受效率的射孔参数优化方法，其特征在于：每个射孔簇所需的孔眼个数为：
Figure FDA0002583573420000033
每个射孔簇的长度为：
Figure FDA0002583573420000034
式中：ni为第i个射孔簇的孔眼个数；φ为有效孔眼在所有孔眼中所占的比例；ηi为第i个射孔簇的孔密，孔/m；Si为第i个射孔簇的簇长，m；di为各个有效孔眼的直径，cm。
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