CN111997579A

CN111997579A - 一种用于孔眼开启的阶梯升排量压裂自动控制方法

Info

Publication number: CN111997579A
Application number: CN202010766887.0A
Authority: CN
Inventors: 祝磊; 马双富
Original assignee: Sichuan Honghua Electric Co ltd
Current assignee: Sichuan Honghua Electric Co ltd
Priority date: 2020-08-03
Filing date: 2020-08-03
Publication date: 2020-11-27
Anticipated expiration: 2040-08-03
Also published as: CN111997579B

Abstract

本发明公开了一种用于孔眼开启的阶梯升排量压裂自动控制方法，包括以下步骤：S1，向井筒内注入第一预设排量的压裂液；S2，实时获取井筒内压裂液的压力值和泵注排量；S3，实时计算时间窗内的压力特征值，并分析压力变化特征；S4，根据时间窗内所述压力特征值和所述压力变化特征，确定排量提升量和排量提升时刻；S5，当满足排量提升条件时，执行排量提升操作；S6，定义S2‑S5为一个阶段，当泵注排量小于设计的最终排量值，重复至少一个阶段。本发明能有效改善压裂液对油/气储层的破裂效果，提高射孔孔眼的利用率，降低近井筒裂缝的复杂程度，使得压裂过程中的多簇裂缝均匀延伸，并增加储层有效改造体积和裂缝导流能力，从而增加了油/气井产能。

Description

一种用于孔眼开启的阶梯升排量压裂自动控制方法

技术领域

本发明涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种用于孔眼开启的阶梯升排量压裂自动控制方法。

背景技术

压裂是指通过地面高压泵组，向油/气储层注入压裂液和支撑剂以改造储层，形成具有一定体积和导流能力的人工裂缝，石油或天然气可通过裂缝向井筒渗透，以此提高油/气井产量。目前，有多种压裂施工工艺能够用于油气井开发，对于同一种压裂施工工艺，泵注排量的控制对裂缝导流能力和储层有效改造体积影响很大，而这两个参数决定了压裂施工后油/气井的产能。

页岩气开发过程中较常用的压裂工艺是水平井分段多簇射孔压裂工艺，其特点是每口井的水平段被分为多段进行压裂施工；每个施工段内有多簇射孔，簇与簇之间保持一定距离；其中每一簇有多个射孔孔眼，射孔孔眼相位一般为60度(或其它角度)分布。同一施工段内的各个射孔段或簇均可能形成压裂裂缝，且压裂裂缝同时延伸。该工艺能产生复杂缝网，提高储层有效改造体积，增加产气量。但是，由于储层的垂向主应力、水平横向主应力和水平纵向主应力各不相等，使得同一簇的射孔孔眼位于井筒不同方位时，其破裂压力一般不同。此外，在裂缝诱导应力的影响下，优势裂缝会抑制劣势裂缝的发展造成各簇裂缝延伸不均衡；已经开启的孔眼会抑制未开启的孔眼，造成未开启的孔眼破裂压力更高。如果在孔眼开启阶段泵注排量控制不当，会导致部分孔眼未能开启，使部分射孔层段未得到充分改造，从而影响储层有效改造体积，进而影响压后产能。也会导致近井筒裂缝形态复杂，增大后期加砂压裂施工过程中的砂堵或井筒脱砂的风险，严重时可能导致压裂失败。

压裂过程中，对于近井筒附近形成的裂缝，理想情况应该是形态简单、次生裂缝较少、裂缝宽度较大且裂缝比较平直，从而能有效沟通压裂液从井筒进入储层深处的通道，提高近井筒处裂缝的导流能力。对于远离井筒的裂缝，理想情况是裂缝形态复杂，并沟通天然裂缝形成缝网。在孔眼开启过程中如果过快地提高排量以达到目标排量，使储层迅速破裂和延伸；所造成的结果可能包括部分孔眼不能有效开启、各簇裂缝延伸不均匀、近井筒裂缝形态复杂或后期加砂困难等。

当压裂中形成的近井筒裂缝过于复杂，或产生的次生裂缝较多时，会增大压裂液的滤失，抑制主裂缝的发展，减小主裂缝的宽度，使得后续加砂压裂过程中的近井筒脱砂或砂堵风险增大，裂缝的有效改造体积和导流能力减小，从而影响油气井的产能。因此，通过阶梯升排量以达到控制孔眼开启过程，增加孔眼开启数量、降低近井筒裂缝复杂程度和增加近井筒裂缝宽度显得尤为重要。目前国内还没有根据压裂施工过程中的压力曲线实时分析，以控制孔眼开启的阶梯升排量自动控制技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于孔眼开启的阶梯升排量压裂自动控制方法，通过压力曲线实时分析以控制阶梯升排量泵注过程，实现储层破裂或孔眼开启的自动控制。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于孔眼开启的阶梯升排量压裂自动控制方法，包括以下步骤：

S1，向井筒内注入第一预设排量的压裂液；

S2，实时获取井筒内压裂液的压力值和泵注排量；

S3，实时计算时间窗内的压力特征值，并分析压力变化特征；

S4，根据时间窗内所述压力特征值和所述压力变化特征，确定排量提升量和排量提升时刻；

S5，当满足排量提升条件时，执行排量提升操作；

S6，定义S2-S5为一个阶段，当泵注排量小于设计的最终排量值，重复至少一个阶段。

可选地，与所述排量提升量对应的所述压力特征值包括压力平均变化率、压力变化量、压力曲线斜率、最大压力值、最小压力值中的至少一种。

可选地，所述排量提升量的确定依据包括压力快速上升期间的压力增加量或上升斜率、压力下降期间的压力减少量或下降斜率，所述排量提升量的计算公式包括：

其中，

ΔQ(t+1)为下一阶段的排量提升量，ΔQ(t)为当前阶段的排量；ΔP_r为压力平均变化率；Φ_min为压力变化率的阈值最小值；Φ_max为压力变化率的阈值最大值。

可选地，所述排量提升量包括由历史经验而来的第二预设排量或由压力曲线实时计算而得。

可选地，所述压力变化特征包括压力变化趋势，所述压力变化趋势包括压力曲线先上升后下降、压力曲线先快速上升后缓慢上升、压力曲线先上升后趋于平稳中的至少一种。

可选地，与所述排量提升时刻对应的所述压力特征值包括时间窗口内的压力变化值、压力曲线斜率以及压力平均变化率。

可选地，S51，当一个阶段耗时大于第一预设时间且当前排量值小于最终排量值；

S52，若一个阶段耗时小于第二预设时间，且当压力变化值大于压力变化值阈值，或当压力曲线斜率的绝对值大于压力曲线斜率阈值，或当压力平均变化率大于压力平均变化率阈值时，执行排量提升操作，其中，第二预设时间大于第一预设时间；

S53，若一个阶段耗时大于或等于最大阶段耗时，执行排量提升操作。

可选地，所述第一预设时间和第二预设时间随所述压力曲线斜率或者所述压力平均变化率的变化而变化。

本发明的有益效果：上述这种排量控制方法，根据压力曲线的变化情况决定排量的阶梯泵注方式，能有效改善压裂液对油/气储层的破裂效果，提高射孔孔眼的利用率，降低近井筒裂缝的复杂程度，使得压裂过程中的多簇裂缝均匀延伸，并增加储层有效改造体积和裂缝导流能力，从而增加了油/气井产能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的自动控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的泵注系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的压力-时间、排量-时间的示意图；

图4是本发明实施例提供的确定排量提升量的流程示意图；

图5是本发明实施例提供的排量自动控制的示意图；

图6是本发明实施例提供的确定排量提升时刻的流程示意图；

图7是本发明实施例提供的阶梯升排量压裂自动控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

参照图1，本发明实施例提供一种排量自动控制系统，该排量自动控制系统包括主控制器、配液系统、混砂系统和泵注系统，配液系统可以包括液罐和混配装置，用于配置压裂液，且能够响应主控制器的指令；混砂系统包括混砂装置、支撑剂存储装置、支撑剂输送装置，用于配置混砂液，且能够响应主控制器的指令；泵注系统包括泵控制器以及一台或者多台压裂泵，能够根据主控制器给定的泵注排量，向井口注入指定排量的压裂液。

参照图7，本发明实施例还提供一种用于孔眼开启的阶梯升排量压裂自动控制方法，包括以下步骤：

S1，向井筒内注入第一预设排量的压裂液；

S2，实时获取井筒内压裂液的压力值和泵注排量；

S5，当满足排量提升条件时，执行排量提升操作；

在本发明实施例中，首先通过泵注系统向井筒内注入第一预设排量的压裂液，其中，泵注系统具有泵注通道，压力值可以通过泵注通道中的压力传感器测量而来，泵注排量可以通过泵注通道中的流量传感器测量而来。

利用实时测量到的压力值，可以计算出至少一个时间窗内的压力特征值，再根据压力特征值分析压力变化特征，进而根据压力特征值和压力变化特征来确定排量提升量和排量提升时刻，当满足排量提升条件，也即满足排量提升量和排量提升时刻的要求之后，由泵注系统执行排量提升操作，最终，根据泵注排量与设计的最终排量值进行对比，当泵注排量小于设计的最终排量值时，重复步骤S2-S5。

上述这种排量控制方法，根据压力曲线的变化情况决定排量的阶梯泵注方式，能有效改善压裂液对油/气储层的破裂效果，提高射孔孔眼的利用率，降低近井筒裂缝的复杂程度，使得压裂过程中的多簇裂缝均匀延伸，并增加储层有效改造体积和裂缝导流能力，从而增加了油/气井产能。

参照图2，在本实施例中，基于压力曲线变化特征，主控制器向泵注系统给出下一刻的总泵注排量Q，泵控制器根据给定的总排量Q,采用闭环控制的方法调整泵1、泵2到泵n各自的输出排量q1，q2…qn，各台泵的排量输出可以是相同的，也可以是不同的，但输出的总排量之和为Q。每台泵将当前的泵压p1，p2…pn和排量q1*，q2*…qn*反馈给泵控制器，采用闭环控制实现输出排量的精确控制。井口处的压力值被反馈到主控制器和泵控制器以用于压力曲线实时分析和泵压安全控制。泵控制器可以根据设定的井口压力阈值来控制压裂泵的输出，当前泵压力等于或超出最大压力阈值(压裂泵能承受的最大压力值)时，泵控制器控制各台泵进行急停，以保护设备安全。各台压裂泵的压力值p1，p2…pn也被反馈到泵控制器，当某台压裂泵的压力异常时，泵控制器能单独操作该压裂泵，使之急停或减少其排量输出。

可选地，与所述排量提升量对应的所述压力特征值包括压力平均变化率、压力变化量、压力曲线斜率、最大压力值、最小压力值中的至少一种。也就是说，压力特征值可以选取压力平均变化率、压力变化量、压力曲线斜率、最大压力值、最小压力值中的至少一种，从而根据压力特征值和压力变化特征确定排量提升量和排量提升时刻。

其中，

ΔQ(t+1)为下一阶段的排量提升量，ΔQ(t)为当前阶段的排量；ΔP_r为压力平均变化率；Φ_min为压力变化率的阈值最小值；Φ_max为压力变化率的阈值最大值。基于时间窗内压力平均变化率ΔP_r，主控制器能够决定下一阶段排量提升量的大小。

将ΔP_r与预先设定的阈值或阈值范围进行比较，以确定排量提升量。比如压力平均变化率的阈值范围可以为(0.5MPa/min-1MPa/min)，当ΔP_r大于1MPa/min时，下一个阶段的排量提升量将减少50％。并且，阈值范围不限于(0.5MPa/min-1MPa/min)，也可以是(0.3MPa/min-1.2MPa/min)，还可以是其它范围。

主控制器能根据ΔP_r决定何时提升排量，比如一个时间窗内压力平均变化率为负时，表明压力正在下降，此时可以进行排量提升操作。此外，在压力一直处于上升的情况下，如果时间窗内ΔP_r低于压力平均变化率阈值范围时，也需要进行排量提升操作。主控制器设置了排量最大提升量和最小提升量，排量变化范围应介于其间。施工过程中，可以每隔一个采样周期计算时间窗口内压力平均变化率ΔP_r，也可以每隔5秒、10秒或20秒进行周期性计算。

可选地，所述排量提升量包括由历史经验而来的第二预设排量或由压力曲线实时计算而得，第二预设排量可以在0.5m³/min-5m³/min之间。

在阶梯升排量控制过程中，以排量开始变化的时刻为当前阶段的起点，下一次排量变化的时刻为当前阶段的终点和下一阶段的起点，在阶梯升排量控制过程中，阶段数量既可以是预先设定的，也可以是根据实际情况调整的，每个阶段的压力曲线变化情况也不一定相同，所述压力变化特征包括压力变化趋势，例如，所述压力变化趋势包括压力曲线先上升后下降、压力曲线先快速上升后缓慢上升、压力曲线先上升后趋于平稳中的至少一种。下一阶段的排量提升量和排量提升时刻，可以根据当前阶段或者前几个阶段的压力变化情况和当前排量值综合决定。

图3为排量自动控制技术的一个控制示例示意图，上面的3个图为压力-时间图，下面的3个图为排量-时间图。压力曲线图包含了三种压力的变化情况①、②、③，这三种压力变化情况分别对应了下一阶段排量控制的三种策略④、⑤、⑥。压裂开始时，主控制器给定第一次排量提升的第一预设排量(第一预设排量的范围可以为0.5m³/min-5m³/min)，第一次排量提升时的第一预设排量可以根据历史经验得到的，或根据储层条件得到的。

具体而言，参照图3，第一种情况是压力曲线先上升后下降，在时间窗(t2，t3)内的压力平均变化率ΔP_r为负。如果时间窗内ΔP_r为负且超过了压力下降情况下的阈值范围，则下一阶段的排量提升量可以增大20％。例如，当前阶段的排量提升量为5m³/min，则下一阶段排量提升量为6m³/min，若当前阶段排量为5m³/min时，则下一阶段目标排量为11m³/min。假如提升排量后，压力上升过快，则主控制器将在下一个排量提升阶段减小排量提升量。

第二种情况是压力曲线先快速上升后缓慢上升，比如(t4，t5)段内，压力平均变化率ΔP_r＝0.7MPa/min，处于阈值范围之内(阈值范围为0.5MPa/min-1MPa/min)，则根据(t4，t5)这段时间内的ΔP_r，决定下一阶段排量提升量可以减少33％。(t5，t6)段内压力没有下降，但是ΔP_r低于压力上升情况下的阈值范围，满足排量提升要求，在t6时刻进行排量提升操作。如果当前阶段排量提升量为6m³/min，则下一阶段的排量提升量为4m³/min。

第三种情况是压力曲线先上升后趋于平稳，比如(t7，t8)时间段内，压力平均变化率为1.2MPa/min，高于阈值范围(阈值范围为0.5MPa/min-1MPa/min)，因此，下一阶段排量提升量可以减少50％。(t8，t9)时间段内压力下降，满足提升排量的条件，在t9时刻进行排量提升操作。如果当前阶段排量提升量为4m³/min，则下一阶段排量提升量应该为2m³/min。

图4是孔眼开启过程中排量提升量确定过程的示意图，主控制器根据压力曲线变化特征决定排量提升量。

第1步，主控制器收到排量提升的指令，开始执行排量提升操作。对于各阶段的排量提升量的决定，一共有三种类型：第一种类型是系统第一次进行排量提升操作，此时的目标排量即为第一预设排量。这个值可以是经验值，或根据历史数据拟合得到的值，或其它值。第二种类型是最后一次排量提升操作，此时的目标排量值是设计的最终排量值，如16m³/min或其它值。第三种类型是除第一、二种类型之外的情况，此时，下一阶段的目标排量值是根据当前阶段压力曲线的变化情况得到的。

第2步，计算当前阶段压力上升期间时间窗内的压力平均变化率。此时，主控制器监测多个时间窗口内的压力曲线，时间窗可以是滑动时间窗，每隔一个或多个数据采样周期向前滑动一次，多个时间窗的区间可以互不相同，也可以有重叠部分，比如区间可以为(0s-10s)，也可以为(15s-20s)或(5s-10s)。主控制器计算当前时间窗压裂液的压力平均变化率ΔP_r，这个压力可以是从泵口、井口或地层反馈回来的压力值。

第3步，主控制器判断当前是否满足计算下一阶段排量提升量的条件，如果满足条件，则进入第4步。通过将当前时间窗的压力平均变化率ΔP_r与设定的阈值范围进行比较来判断条件是否满足，比如当前的ΔP_r大于或小于阈值范围，则满足计算下一阶段排量提升量的要求。第4步，根据当前的压力平均变化率ΔP_r计算下一阶段的排量提升量。值得注意的是，排量提升量可以是根据当前压力平均变化率计算得到的，也可以是预先设定的。结合当前阶段的排量提升量，下一阶段的排量提升量为：

公式中ΔQ(t+1)为下一阶段的排量提升量，ΔQ(t)为当前阶段的排量；ΔP_r为压力平均变化率；Φ_min为压力变化率的阈值最小值(如0.5MPa/min)，Φ_max为压力变化率的阈值最大值(如2MPa/min)。

第5步，判断下一阶段的目标排量是否超过设计的最终排量值，如果超过最终排量值，则下一阶段的目标排量应该为设计的最终排量值。如果未超过最终排量值，则系统等待下一次排量提升指令，并循环第2、3、4、5步。

第6步，若当前排量等于设计的最终排量值时，阶梯升排量自动控制过程结束，标志着储层初始破裂过程基本完成，之后维持排量稳定即可。

在一些实施例中，主控制器也可以是根据排量提升后的压力振幅ΔP_a来决定下一阶段排量提升量。排量提升后，压力先上升后下降，则压力振幅ΔP_a为当前阶段的压力最大值减去当前阶段排量开始提升时刻的压力值。

在一些实施例中，排量提升后压力一直上升，不会出现下降趋势，则压力振幅ΔP_a为排量上升的时间段内压力变化量，排量上升的时间段是指主控制器发出排量提升指令到泵控制器控制泵的输出排量刚好等于下一阶段的目标排量这一段时间。当ΔP_a较大时，对应着下一个阶段排量提升量将会减小，ΔP_a较小时，对应着下一阶段排量提升量将会增大。主控制器也可以根据ΔP_a与阈值范围的比值来确定下一阶段的排量提升量。比如ΔP_a超过压力振幅的阈值范围时(可以为2.5MPa)，则下一阶段的排量提升量应该比当前阶段的排量提升量减小(如减小30％或更多)。当ΔP_a低于阈值范围时，对应的下一阶段排量提升量应该比当前阶段排量提升量更大。

在一些实施例中，各个阶段的排量提升量可以是相同的，也可以是不同的；参照图5，比如在t1时刻排量增加值可以与t3时刻、t5时刻的排量增加值可以相同，也可以互不相同，或某些相同某些不同。排量提升量可以是预先设定的；也可以是根据压力曲线得到的，即在t3、t5时刻排量的增加量可以分别根据阶段2和阶段3的压力-时间曲线的变化情况来决定。

在一些实施例中，下一阶段的排量提升量可以根据当前阶段的压力下降情况来决定，参照图5，如t3时刻排量的增加量取决于t2到t3时刻压力的下降程度。如果当前阶段的压力下降斜率较小，则下一阶段的排量提升量相对较小；若当前阶段的压力下降斜率较大，则下一阶段排量提升量相对较大。

孔眼开启过程中排量自动控制的一个示意图如图5所示，图中包含了两条曲线，一条是压力-时间曲线，一条是排量-时间曲线。示意图中的这两条曲线从时间上被分为了4个区间，表示了4个排量控制阶段。值得注意的是，本发明包括但不限于4个排量控制阶段。

阶段1对应的时间段为压裂开始时刻到第一次排量提升时刻之间的时间，即t1之前，当前阶段的排量为0，表示系统处于准备阶段。此时压裂液未进入地层，地层也未破裂，井口压力基本保持稳定。

阶段2对应的时间段为第一次排量提升时刻到第二次排量提升时刻之间，即t1-t3，当前阶段排量先从0变化为q1，之后保持排量到下一阶段。排量q1可以是经验值或历史数据拟合得到的值，通常情况下需要预先设定。排量增大后，井筒压力持续上升，并在t2时刻达到最大值，之后压力开始下降。此外，压力变化情况也可能是先快速上升后缓慢上升、或者先快速上升后基本保持平稳等。这是可能是由于向地层注入压裂液后，井筒先压力先快速增大，直到压力达到孔眼的开启压力，部分孔眼开启，压裂液通过已开启的孔眼进入裂缝导致压力下降或其他变化。

阶段3对应的时间段为第二次排量提升时刻到第三次排量提升时刻之间，即t3-t5，当前阶段排量先从q1变化到q2,之后保持排量到下一阶段。主控制器可以根据前一阶段的压力上升斜率、压力下降斜率等决定当前阶段的排量提升幅度和提升时刻。当前阶段中，排量增加后压力开始上升，并在t4达到最大压力值，之后的压力变化情况可能下降、也可能缓慢上升、或者基本保持平稳。当压力变化情况满足排量提升要求时，则进行下一阶段的排量提升操作。

阶段4对应的时间段为最后一次排量提升时刻之后，即t5之后。在当前阶段，排量先从q2变化到q3，之后排量维持在q3。值得注意的是，q3是设计的最终排量值。

在一些实施例中，压力下降的时间段可以是预先设定的，即t2到t3之间的时间长度(或t4到t5之间的时间长度)可以是预先设定的，比如2秒、6秒、12秒、20秒或其它值。而这个预设的时间长度与历史经验，或储层特性等因素有关。此时的排量提升时刻决定方法是，若当前阶段的压力是先上升后下降类型，在压力下降时间达到预先设定的时间时，开始提升排量，并进入下一个阶段。

在一些实施例中，当前阶段的压力最大值对应的时刻到下一个排量提升时刻之间的时间长度，即t2到t3之间的时间长度(或t4到t5之间的时间长度)，可以根据当前阶段排量提升时刻到压力达到最大值对应的时刻之间的时间长度来决定，即根据t1到t2之间的时间长度(或t3到t4之间的时间长度)决定排量提升时刻t3(或t5)。在这种情况下，t2到t3之间的长度(或t4到t5之间的长度)可以等于t1到t2之间的时间长度(或t3到t4之间的时间长度)的倍数。

在一些实施例中，压力曲线的某个阶段不会出现压力下降的情况。在这种情况下，主控制器则根据第二预设时间T_max(即该阶段的最大耗时)来决定排量提升时刻。比如在某一阶段中，压力值持续上升或先上升后平稳，若当前阶段的总耗时大于T_max时，则进行下一阶段的排量提升操作。如果压裂施工过程中经常出现某些阶段的总耗时超过T_max，压力也没有下降这种情况，则需要考虑对主控制器重新编程，改变T_max的大小。某些情况下，第二预设时间T_max可以是预先设定的值，比如5秒、10秒、20秒、或30秒等。某些情况下，第二预设时间T_max也可以是根据压力曲线的斜率来决定；某些情况下，T_max也可以等于上一阶段消耗的时间，或前几个阶段消耗的时间的平均值。某些情况下，T_max还可以是上面提到的两种或多种情况的组合。

图6是排量自动控制技术的用于确定排量提升时刻的流程示意图，值得注意的是，示意图6仅仅是排量自动控制技术的一个示例，不应该将其用于限制本发明的范围。

可选地，S51，当一个阶段耗时大于第一预设时间T_w(即当前阶段排量保持不变所持续的时间)且当前排量值小于最终排量值；

S52，若一个阶段耗时小于第二预设时间，且当压力变化值大于压力变化值阈值，或当压力曲线斜率的绝对值大于压力曲线斜率阈值，或当压力平均变化率大于压力平均变化率阈值时，执行排量提升操作，其中，第二预设时间大于第一时间；

第1步，启动压裂，此时泵注排量为0，控制系统对各部分功能进行配置。

第2步，主控制器发出指令，给定第一次排量提升的目标值q1或第n次排量提升的目标值q_n，排量提升量为Q_step1或Q_step_n。

第3步，泵控制器对各台压裂泵的输出进行反馈控制，使输出排量能快速达到目标值。

第4步，保持排量值不变，最小保持时间为T_w，T_w的值必须大于泵的排量调整时间(定义为T_a，即排量从q_n-1变为q_n所消耗的时间)，小于当前阶段的第二预设时间(可以是T_max＝5*T_w)。

第5步，若当前阶段耗时大于T_w时，主控制器需要周期性判断当前阶段的压力变化是否满足排量提升的条件。对于压力变化先上升后下降的情况，条件是时间窗内压力下降值大于压降阈值ΔP_d；对于压力变化一直上升或先上升后平稳的情况，条件是时间窗内压力变化量小于压力变化量阈值ΔP_c。若满足条件，则进入第7步。

若第5步条件不满足，进入第6步，接着判断当前阶段耗时是否大于T_max，如果当前阶段耗时小于T_max，则跳到第5步重新判断是否满足排量提升的条件，否则跳到第7步。第5步、第6步循环判断的时间间隔可以是一个采样周期、5秒、10秒或其它值。压裂过程中，T_max可以根据压力曲线变化情况进行调整；比如将当前时间窗内压力平均变化率ΔP_r与历史的压力平均变化率进行比较，如果当前时间窗内的ΔP_r更大，则T_max也应该增大(如增加30秒，或按照当前时间窗的ΔP_r与历史的压力平均变化率百分比增加)；相应的，如果ΔP_r小于历史的压力平均变化率，则T_max应该减小，以便更早地进入下一阶段。

第7步，当前排量是否达到设计排量(即最终排量值)。

如果当前阶段压力变化满足排量提升的条件时，进入第7步，判断当前排量是否达到最终排量值。

如果当前排量未达到最终排量值，则返回第2步进行下一阶段的排量提升控制，循环步骤2、3、4、5、6、7，直到排量达到最终排量值位为止；如果当前排量达到最终排量值，则保持排量稳定，这表明储层初始破裂控制过程基本结束。

可选地，所述第一预设时间和第二预设时间随所述压力曲线斜率或者所述压力平均变化率的变化而变化。比如排量提升后，压力上升过快，则第一预设时间和第二预设时间相应的减小。若当前阶段的压力平均变化率较小，相应的第一预设时间和第二预设时间相应的增大。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种用于孔眼开启的阶梯升排量压裂自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，向井筒内注入第一预设排量的压裂液；

S2，实时获取井筒内压裂液的压力值和泵注排量；

S5，当满足排量提升条件时，执行排量提升操作；

S6，定义S2-S5为一个阶段，若当前的泵注排量小于设计的最终排量值，重复至少一个阶段。

2.根据权利要求1所述的一种用于孔眼开启的阶梯升排量压裂自动控制方法，其特征在于，与所述排量提升量对应的所述压力特征值包括压力平均变化率、压力变化量、压力曲线斜率、最大压力值、最小压力值中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的一种用于孔眼开启的阶梯升排量压裂自动控制方法，其特征在于，所述排量提升量的确定依据包括压力快速上升期间的压力增加量或上升斜率、压力下降期间的压力减少量或下降斜率，所述排量提升量的计算公式包括：

其中，

4.根据权利要求2所述的一种用于孔眼开启的阶梯升排量压裂自动控制方法，其特征在于，所述排量提升量包括由历史经验而来的第二预设排量或由压力曲线实时计算而得。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于孔眼开启的阶梯升排量压裂自动控制方法，其特征在于，所述压力变化特征包括压力变化趋势，所述压力变化趋势包括压力曲线先上升后下降、压力曲线先快速上升后缓慢上升、压力曲线先上升后趋于平稳中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的一种用于孔眼开启的阶梯升排量压裂自动控制方法，其特征在于，与所述排量提升时刻对应的所述压力特征值包括时间窗口内的压力变化值、压力曲线斜率以及压力平均变化率。

7.根据权利要求6所述的一种用于孔眼开启的阶梯升排量压裂自动控制方法，其特征在于，S51，当一个阶段耗时大于第一预设时间且当前排量值小于最终排量值；

S52，若一个阶段耗时小于第二预设时间，且当压力变化值大于压力变化值阈值，或当压力曲线斜率小于压力曲线斜率阈值，或当压力平均变化率大于压力平均变化率阈值时，执行排量提升操作，其中，第二预设时间大于第一预设时间；

8.根据权利要求7所述的一种用于孔眼开启的阶梯升排量压裂自动控制方法，其特征在于，所述第一预设时间和第二预设时间随所述压力曲线斜率或者所述压力平均变化率的变化而变化。