CN112112609B - 一种实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法，包括以下步骤：S1：收集井身结构数据和压裂工程数据；S2：监测井口数据，获得井口的气体体积流速、液体体积流速、以及油压；S3：进行气液两相管流模拟计算，获得井底处的井底流压和气液体积流速；S4：井底缝口流压梯度校核，计算比较井底缝口气液流压梯度与缝内支撑剂回流临界压力梯度，判断支撑剂回流可能性；S5：油嘴尺寸调控，评估下一级油嘴下的支撑剂回流可能性，确定油嘴调控方案。本发明能够准确指导控制或调整油嘴尺寸，避免因压裂返排过程中井底缝口处流压梯度超过支撑剂临界回流压力梯度而导致支撑剂回流，具有广阔的市场前景。

Description

一种实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法

技术领域

本发明涉及气藏开发技术领域，特别涉及一种实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法。

背景技术

目前水力压裂技术已经成为了非常规油气资源开发过程中的主要技术手段。施工过程中，压裂液携带支撑剂进入裂缝，在储层中形成有一定宽度、长度和导流能力的支撑裂缝。水力压裂中的压裂液返排是让油气井在压后形成产能的关键一步，要及时将压裂液排出地层才能降低压裂液对地层的伤害。这一过程中，压裂液返排速度过大，则会引起支撑剂回流；而返排速度过小，则会引起储层损害。因此，合理控制返排速度能有效提升油气井产能。

目前调节油嘴尺寸是控制压后返排速度的主要方法，但在返排油嘴尺寸的选择上，主要的方法还是依据现场经验来判断，这使得油嘴尺寸选择的针对性降低，不同油气井的返排效果也会出现较大的差异。除经验法外，其他确定返排油嘴尺寸的方法则没有将返排参数的动态变化纳入考虑范围。压后返排过程中的气、液体积流速和井口流压均是动态变化的，在不同的返排时间节点会有最佳的油嘴尺寸，若返排过程中的参数出现较大的变化时，而油嘴尺寸不变，则可能引起支撑剂回流等不利情况。

目前还没有一种动态调整压裂返排油嘴尺寸的方法。为本发明提出了实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法，能够动态调整压裂返排油嘴尺寸，弥补现有技术油嘴尺寸确定方法的不足。

本发明的技术方案如下：

一种实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法，包括以下步骤：

S1：收集井身结构数据和压裂工程数据。所述井身结构数据包括长度、管径、粗糙度、倾斜角；所述压裂工程数据包括裂缝高度、裂缝宽度、支撑剂平均粒径、闭合应力、支撑剂砂堆绝对渗透率。

S2：监测井口数据，获得井口的气体体积流速、液体体积流速、以及油压。作为优选，井口的气体体积流速和液体体积流速通过地面气液分离器分离气液后用流量计测得；所述油压通过压力计监测获得。

S3：进行气液两相管流模拟计算，获得井底处的井底流压、井底气体体积流速和井底液体体积流速。作为优选，所述气液两相管流模拟计算的具体步骤如下：

S301：根据目标区块压裂井特点，选择气液两相管流计算方法。作为优选，所述气液两相管流计算方法为Orkiszewski、Ros&Duns、Griffith&Wallis等方法，选择时根据目标区块压裂井特点，凭经验进行选择，或者通过模拟计算得到各气液两相管流计算方法的计算结果，选择计算结果更准确的方法作为所述目标区块压裂井的气液两相管流计算方法。

S302：以井口为起点，已知井口油压P_wh、井口温度T_wh、井底温度T_wf及井口起始深度H₁。

S303：假定由井口至井底分段计算的单元管段长度ΔH，并假定所述单元管段区间的压降Δp。

S304：计算所述单元管段区间的平均压力及平均温度，并计算所述平均压力及平均温度条件下的物性参数及流动形态界限参数。

S305：根据选择的气液两相管流计算方法的流型界限判断方法进行流态判别，确定流态。

S306：根据流态对应的计算方法计算混合物密度及压力梯度和摩阻压力梯度，计算获得压降Δp'。

S307：比较Δp与Δp'，若在允许误差范围内则进行下一管段的计算，即H₂＝H₁+ΔH；若超过允许误差范围则令Δp＝Δp'，返回S304开始迭代计算，直至Δp与Δp'在允许误差范围内。所述允许误差范围为经验范围，一般可取值在1‰-1％之间。

S308：重复步骤S304-S307，直至计算深度大于等于井筒深度。

S309：计算井底流压，根据所述井底流压及气体压缩性，计算井底气体体积流速和井底液体体积流速。作为优选，在忽略射孔压差情况下，所述井底流压为井底缝口处的流压。

S4：分别计算井底缝口气液流压梯度一、以及缝内支撑剂回流临界压力梯度一。

作为优选，所述井底缝口气液流压梯度一的计算公式如下：

式中：

和

分别表示井底缝口气液两相流动对应的压力梯度，Pa/m；Q_gbh和Q_lbh分别表示井底气体体积流速和井底液体体积流速，m³/s；μ_g和μ_l分别表示井底气液粘度，Pa·s；H_f表示压裂裂缝高度，m；w_f表示压裂裂缝宽度，m；K表示井底缝口支撑剂充填层绝对渗透率，m²；K_rg和K_rl分别表示井底缝口气液两相相对渗透率，无量纲；S_w表示含液饱和度，无量纲。

所述井底缝口气液流压梯度一具体实施计算时，先通过式(3)计算得到含液饱和度，然后将所述含液饱和度代入式(1)、式(2)中计算获得井底缝口气液两相压力梯度。

作为优选，所述缝内支撑剂回流临界压力梯度一的计算公式如下：

W_T＝32.1789exp(-1.0483W_r) (5)

式中：

表示支撑剂在有效闭合压力下可承受临界压力梯度，MPa/m；W_T表示与缝宽有关的函数，无量纲；P_c,net表示有效闭合压力，MPa；S_MAX表示支撑剂名义强度，MPa；W_r表示缝宽与支撑剂颗粒粒径之比，无量纲；w_f表示压裂裂缝宽度，m；d_p表示支撑剂颗粒平均粒径，mm。所述有效闭合压力为裂缝闭合应力与裂缝内流体压力之差。

S5：比较步骤S4中两者梯度的大小，判断是否发生支撑剂回流，并根据支撑剂的回流情况预设/调控油嘴尺寸：

若所述井底缝口气液流压梯度一小于所述缝内支撑剂回流临界压力梯度一，则未发生支撑剂回流，预设油嘴尺寸增大至下一级，进入步骤S6；

若所述井底缝口气液流压梯度一大于等于所述缝内支撑剂回流临界压力梯度一，则发生支撑剂回流，调控油嘴尺寸减小至上一级。需要说明的是，由于现场上油嘴一般都是一级一级进行调控，因此，此处调回上一级就不会引起回流，即调控结束。若特殊情况未按照一级一级进行调控，或是假设的当次油嘴尺寸及其他条件等，则将油嘴尺寸减小至上一级后也进入步骤S6。

S6：根据嘴流速度计算公式，预测预设的油嘴尺寸对应的产气速度、排液速度。作为优选，所述嘴流速度计算公式包括纯液嘴流速度计算公式和气液两相嘴流速度计算公式，所述纯液嘴流速度计算公式为：

式中：q表示流量，ft³/s；C_D表示嘴流系数，无量纲；A表示嘴流面积，ft²；g_c表示单位转换因子，32.17lbm-ft/lbf-s²；Δp表示油嘴前后压差，psi；ρ表示液体密度，lbm/ft³；d₁表示管径，in；d₂表示油嘴尺寸，in；N_Re表示基于油嘴尺寸的雷诺数，无量纲。

所述气液两相嘴流速度计算公式为：

q_g＝q_lR_p (10)

式中：q_l和q_g表示液体流速和气体流速，m³/d；a、b、c表示经验常数，无量纲；R_p表示生产气液比，m³/m³；p_wh表示油压，MPa。

S7：重复步骤S3，获得预设油嘴的井底气体体积流速和井底液体体积流速；重复步骤S4，获得预设油嘴的井底缝口气液流压梯度二、以及缝内支撑剂回流临界压力梯度二。

S8：比较步骤S7中两者梯度的大小，判断是否发生支撑剂回流，并根据支撑剂的回流情况预设/调控油嘴尺寸：

若所述井底缝口气液流压梯度二小于所述缝内支撑剂回流临界压力梯度二，则未发生支撑剂回流，预设油嘴尺寸增大至下一级，重复步骤S6-S8；

若所述井底缝口气液流压梯度二大于等于所述缝内支撑剂回流临界压力梯度二，则发生支撑剂回流，保持预设前的油嘴尺寸不变。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明考虑了返排参数的动态变化，能够更准确地指导控制或调整油嘴尺寸，避免因压裂返排过程中井底缝口处流压梯度超过支撑剂临界回流压力梯度而导致支撑剂回流，具有广阔的市场前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法的流程示意图；

图2为实施例1计算得到的井底流压；

图3为实施例1计算得到的井底气体流速、液体流速的结果示意图；

图4为实施例1油嘴直径6mm条件下的井底缝口气液流压梯度与缝内支撑剂回流临界压力梯度；

图5为实施例1油嘴直径7mm条件下的井口产气速度、排液速度；

图6为实施例1油嘴直径7mm条件下的井底气相体积流速、液相流速；

图7为实施例1油嘴直径7mm条件下的井底缝口气液流压梯度与缝内支撑剂回流临界压力梯度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。除非另外定义，本发明公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明公开使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

实施例1

一种实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法，包括以下步骤：

S1：收集井身结构数据和压裂工程数据，结果如表1所示：

表1井身结构数据和压裂工程数据

S2：监测井口数据，获得井口的气体体积流速、液体体积流速、以及油压，结果如表2所示：

表2压裂工程参数

S3：根据目标区块压裂井特点，选择Orkiszewski气液两相管流计算方法进行气液两相管流模拟计算，通过以下步骤获得井底处的井底流压、井底气体体积流速和井底液体体积流速：

(1)以井口为起点，已知井口油压P_wh、井口温度T_wh、井底温度T_wf及井口起始深度H₁；

(2)假定由井口至井底分段计算的单元管段长度ΔH为40m；

(3)假定所述单元管段区间的压降Δp＝0.6MPa；

(4)计算出所述单元管段区间的平均压力及平均温度，计算所述平均压力及平均温度条件下的物性参数及流动形态界限参数L_B、L_S、L_M；

(5)根据Orkiszewski方法的流型界限判断表(表3)进行流态判别，确定流态；

表3Orkiszewski方法组成与流型界限

表3中，q_g、q_m为目标单元管段的气体体积流速和混合体积流速；N_GV为无因次气相速度。

(6)根据流态对应的计算方法计算混合物密度及压力梯度和摩阻压力梯度，计算获得压降Δp'；

(7)比较Δp与Δp'，若在允许误差范围内则进行下一管段的计算，即H₂＝H₁+ΔH；若超过允许误差则令Δp＝Δp'，返回第(4)步开始迭代计算，直至计算收敛；

(8)重复上述步骤，直到计算深度等于或大于井筒深度为止；

(9)计算井底流压，计算结果如图2所示；根据所述井底流压及气体压缩性，计算井底气体体积流速和井底液体体积流速，计算结果如图3所示。

S4：根据式(1)-式(3)计算井底缝口气液流压梯度一，结果如图4中正方形标记曲线所示；根据式(4)-式(6)计算井底缝内支撑剂回流临界压力梯度一，结果如图4中三角形标记曲线所示。

S5：比较步骤S4中两者梯度的大小，由图4可知，井底缝口气液流压梯度一始终小于缝内支撑剂回流临界压力梯度一，判断此时不会发生支撑剂回流，将油嘴尺寸预设至下一级即7mm。

S6：根据嘴流速度计算公式(9)-(10)，计算预测油嘴直径7mm条件下的井口产气速度、排液速度，结果如图5所示。

S7：依据Orkiszewski气液两相管流计算方法，计算井底气相体积流速、液相流速，结果如图6所示；根据式(1)-式(3)计算预设油嘴的井底缝口气液流压梯度二，结果如图7中正方形标记曲线所示；根据式(4)-式(6)计算预设油嘴的井底缝内支撑剂回流临界压力梯度二，结果如图7中三角形标记曲线所示。

S8：比较步骤S7中两者梯度的大小，由图7可知，油嘴直径7mm条件下井底缝口气液流压梯度二总体高于缝内支撑剂回流临界压力梯度二，判断油嘴直径7mm条件下会引起支撑剂回流，因此保持预设前的油嘴尺寸6mm不变。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，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做出些许更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 (10)

1.一种实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：收集井身结构数据和压裂工程数据；

S2：监测井口数据，获得井口的气体体积流速、液体体积流速、以及油压；

S3：进行气液两相管流模拟计算，获得井底处的井底流压、井底气体体积流速和井底液体体积流速；

S4：分别计算井底缝口气液流压梯度一、以及缝内支撑剂回流临界压力梯度一；

S5：比较步骤S4中两者梯度的大小，判断是否发生支撑剂回流，并根据支撑剂的回流情况预设/调控油嘴尺寸；

若所述井底缝口气液流压梯度一小于所述缝内支撑剂回流临界压力梯度一，则未发生支撑剂回流，预设油嘴尺寸增大至下一级，进入步骤S6；

若所述井底缝口气液流压梯度一大于等于所述缝内支撑剂回流临界压力梯度一，则发生支撑剂回流，调控油嘴尺寸减小至上一级；

S6：根据嘴流速度计算公式，预测预设的油嘴尺寸对应的产气速度、排液速度；

S7：重复步骤S3，获得预设油嘴的井底气体体积流速和井底液体体积流速；重复步骤S4，获得预设油嘴的井底缝口气液流压梯度二、以及缝内支撑剂回流临界压力梯度二；

S8：比较步骤S7中两者梯度的大小，判断是否发生支撑剂回流，并根据支撑剂的回流情况预设/调控油嘴尺寸；

若所述井底缝口气液流压梯度二小于所述缝内支撑剂回流临界压力梯度二，则未发生支撑剂回流，预设油嘴尺寸增大至下一级，重复步骤S6-S8；

若所述井底缝口气液流压梯度二大于等于所述缝内支撑剂回流临界压力梯度二，则发生支撑剂回流，保持预设前的油嘴尺寸不变。

2.根据权利要求1所述的实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法，其特征在于，步骤S1中，所述井身结构数据包括长度、管径、粗糙度、倾斜角；所述压裂工程数据包括裂缝高度、裂缝宽度、支撑剂平均粒径、闭合应力、支撑剂砂堆绝对渗透率。

3.根据权利要求1所述的实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法，其特征在于，步骤S2中，井口的气体体积流速和液体体积流速通过地面气液分离器分离气液后用流量计测得；所述油压通过压力计监测获得。

4.根据权利要求1所述的实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法，其特征在于，步骤S3中，气液两相管流模拟计算的具体步骤如下：

S301：根据目标区块压裂井特点，选择气液两相管流计算方法；

S302：以井口为起点，已知井口油压P_wh、井口温度T_wh、井底温度T_wf及井口起始深度H₁；

S303：假定由井口至井底分段计算的单元管段长度ΔH，并假定所述单元管段区间的压降Δp；

S304：计算所述单元管段区间的平均压力及平均温度，并计算所述平均压力及平均温度条件下的物性参数及流动形态界限参数；

S305：根据选择的气液两相管流计算方法的流型界限判断方法进行流态判别，确定流态；

S306：根据流态对应的计算方法计算混合物密度及压力梯度和摩阻压力梯度，计算获得压降Δp'；

S307：比较Δp与Δp'，若在允许误差范围内则进行下一管段的计算，即H₂＝H₁+ΔH；若超过允许误差范围则令Δp＝Δp'，返回S304开始迭代计算，直至Δp与Δp'在允许误差范围内；

S308：重复步骤S304-S307，直至计算深度大于等于井筒深度；

S309：计算井底流压，根据所述井底流压及气体压缩性，计算井底气体体积流速和井底液体体积流速。

5.根据权利要求4所述的实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法，其特征在于，在忽略射孔压差情况下，所述井底流压为井底缝口处的流压。

6.根据权利要求1所述的实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法，其特征在于，步骤S4中，所述井底缝口气液流压梯度一的计算公式如下：

式中：

和

分别表示井底缝口气液两相流动对应的压力梯度，Pa/m；Q_gbh和Q_lbh分别表示井底气体体积流速和井底液体体积流速，m³/s；μ_g和μ_l分别表示井底气液粘度，Pa·s；H_f表示压裂裂缝高度，m；w_f表示压裂裂缝宽度，m；K表示井底缝口支撑剂充填层绝对渗透率，m²；K_rg和K_rl分别表示井底缝口气液两相相对渗透率，无量纲；S_w表示含液饱和度，无量纲。

7.根据权利要求1所述的实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法，其特征在于，步骤S4中，所述缝内支撑剂回流临界压力梯度一的计算公式如下：

W_T＝32.1789exp(-1.0483W_r) (5)

式中：

表示支撑剂在有效闭合压力下可承受临界压力梯度，MPa/m；W_T表示与缝宽有关的函数，无量纲；P_c,net表示有效闭合压力，MPa；S_MAX表示支撑剂名义强度，MPa；W_r表示缝宽与支撑剂颗粒粒径之比，无量纲；w_f表示压裂裂缝宽度，m；d_p表示支撑剂颗粒平均粒径，mm。

8.根据权利要求1所述的实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法，其特征在于，步骤S6中，所述嘴流速度计算公式包括纯液嘴流速度计算公式和气液两相嘴流速度计算公式。

9.根据权利要求8所述的实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法，其特征在于，所述纯液嘴流速度计算公式为：

式中：q表示流量，ft³/s；C_D表示嘴流系数，无量纲；A表示嘴流面积，ft²；g_c表示单位转换因子，32.17lbm-ft/lbf-s²；Δp表示油嘴前后压差，psi；ρ表示液体密度，lbm/ft³；d₁表示管径，in；d₂表示油嘴尺寸，in；N_Re表示基于油嘴尺寸的雷诺数，无量纲。

10.根据权利要求8所述的实现气藏压后返排油嘴尺寸调控的方法，其特征在于，所述气液两相嘴流速度计算公式为：

q_g＝q_lR_p (10)

式中：q_l和q_g表示液体流速和气体流速，m³/d；a、b、c表示经验常数，无量纲；R_p表示生产气液比，m³/m³；p_wh表示油压，MPa。

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