CN112145167B - 一种基于施工数据的压裂动态井底压力计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于施工数据的压裂动态井底压力计算方法，包括以下步骤：获取目标井数据、压裂施工数据等；计算不同时刻下井筒内各液体单元的液体体积、砂浓度；计算井筒内各液体单元液柱压力；计算井筒内各液体单元摩阻；计算压裂施工过程中的动态井底压力。本发明采用“化整为零”的思想，时刻追踪井筒内液体单元的液体体积、砂浓度，并考虑井筒井斜角的变化，同时采用目标井实际施工摩阻校正室内实验拟合的摩阻计算公式，摩阻计算结果更为精确；本发明根据动态的井口油压等施工数据，计算得到动态的井底压力，计算结果更直观、更符合压裂施工实际情况。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，尤其涉及一种基于施工数据的压裂动态井底压力计算方法。
背景技术
水力压裂技术作为油气井增产、水井增注措施中的一种，目前在我国得到了广泛的应用。水力压裂是通过对目的储层泵注具有一定黏度的前置液，高压形成裂缝并延伸，随后注入带有支撑剂的混砂液，使支撑剂充填于水力裂缝中，从而在地层中形成足够长、足够宽的高导流填砂裂缝。
水力压裂施工结束后，常常需要计算井底压力，用于净压力拟合、分析裂缝延伸情况、分析储层地应力等，以便优化后续井段的压裂施工泵注程序。压裂施工过程中，施工排量、砂浓度等不断变化，而施工排量影响井筒摩阻，砂浓度影响井筒液柱压力、井筒摩阻，故井筒压力增量也是动态变化的，使得井底压力的计算过程较为复杂。
目前一般做法是将整个井筒看做一个整体，井筒内压裂液密度取均值、不考虑井斜角的变化，计算静态井筒液柱压力，同时井筒摩阻采用理论公式计算，从而使得井底压力计算值与实际值有较大的偏差。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的不足，提供一种基于施工数据的压裂动态井底压力计算方法，用于解决现有压裂施工过程中井底压力计算不准确的问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案包括以下内容：
一种基于施工数据的压裂动态井底压力计算方法，包括以下步骤：
S1.获取目标井的井身结构数据、井斜数据、压裂施工数据、压裂材料数据；
S2.基于物质守恒原则，计算不同时刻下井筒内各液体单元的液体体积、砂浓度；
S3.基于井筒内各液体单元的液体体积、砂浓度、井斜角，计算井筒内各液体单元液柱压力；
S4.采用目标井实际施工摩阻校正室内实验拟合的摩阻计算公式，计算井筒内各液体单元摩阻；
S5.基于压力叠加原则及压力平衡原则，计算压裂施工过程中的动态井底压力。
步骤S2中计算不同时刻下井筒内各液体单元的液体体积、砂浓度的方法为：
1)初始化井筒液体单元及井筒内不同液体单元的液体体积、砂浓度；
2)根据施工排量、加砂量，计算单位时间泵入井筒的液体单元体积Vin、砂浓度cin；
3)基于单位时间内流入、流出井筒液体体积相等原理，根据井底液体单元体积Vend及泵入井筒的液体单元体积Vin，更新井筒液体单元及不同井筒液体单元的液体体积、砂浓度；
4)重复步骤2)至3)，直至获得不同时刻下井筒内各液体单元的液体体积、砂浓度。
步骤S3中计算井筒内各液体单元液柱压力的方法为：
1)计算井筒内各液体单元的液柱高度：
式中，hi为液体单元i的液柱高度，m；Vi为液体单元i的液体体积，m3，r为井筒半径，m；
2)计算井筒内各液体单元的混砂液密度：
式中，ρi为液体单元i的混砂液密度，kg/m3；ci为液体单元i的砂浓度，kg/m3；ρsr为支撑剂的真密度，kg/m3；ρl为压裂基液的密度，kg/m3；
3)计算井筒内各液体单元的液柱压力：
phi＝10-6ρighicosθi
式中，phi为液体单元i的液柱压力，MPa；g为重力加速度，m/s2；θi为液体单元i对应的井筒井斜角，rad。
步骤S4中计算井筒内各液体单元摩阻的方法为：
1)计算最大排量下的井筒压裂液摩阻理论值：
pfl＝σpf0
式中，pfl为最大排量下的井筒压裂液摩阻理论值，MPa；σ为降阻比，无量纲；pf0为最大排量下的井筒清水摩阻理论值，MPa；
其中，降阻比的计算公式为：
式中，d为井筒直径，mm；Qmax为施工过程中的最大排量，m3/min；G为稠化剂浓度，kg/m3；
其中，最大排量下的井筒清水摩阻理论值计算公式为：
式中，H为油气井深度，m；
2)根据现场施工时的瞬时停泵压降，计算最大排量下的井筒压裂液摩阻实际值pfr；
3)计算摩阻校正系数：
f＝pfr/pfl
式中，f为摩阻校正系数，无量纲；pfr为最大排量下的井筒压裂液摩阻实际值，MPa。
4)计算排量Qt下液体单元i的压裂液摩阻理论值：
pfli＝σipf0i
式中，pfli为排量Qt下液体单元i的压裂液摩阻理论值，MPa；σi为液体单元i的降阻比，无量纲；pf0i为排量Qt下液体单元i的清水摩阻理论值，MPa；
其中，液体单元i降阻比的计算公式为：
式中，Qt为不同时刻下的施工排量，m3/min；ci为液体单元的砂浓度，kg/m3；
其中，排量Qt下的液体单元i的清水摩阻理论值计算公式为：
5)计算排量Qt下液体单元i的压裂液摩阻实际值：
pfri＝f·pfli
式中，pfri为排量Qt下液体单元i的压裂液摩阻实际值，MPa。
步骤S5中计算压裂施工过程中的动态井底压力的方法为：
1)计算井筒内各液体单元的压力增量，具体为：
Δpi＝phi-pfri
式中，Δpi为井筒内液体单元i的压力增量，MPa；
2)计算不同时刻的井底压力：
式中，Pwt为不同时刻下的井底压力，MPa；Ptt为不同时刻下的井口油压，MPa；n为不同时刻下井筒内液体单元的总数量。
本发明的有益效果是：
本发明采用“化整为零”的思想，将井筒划分为众多的液体单元，时刻追踪井筒内液体单元的液体体积、砂浓度，并考虑井筒井斜角的变化，使得井筒内液柱压力的计算结果更为精准；采用目标井实际施工摩阻校正室内实验拟合的摩阻计算公式，摩阻计算结果更为精确；同时根据动态的井口油压、施工排量、砂浓度等施工数据，计算得到动态的井底压力，计算结果更直观、更符合压裂施工实际情况。
附图说明
图1是本发明的整体流程示意图。
图2是实施例中目标井的井斜数据。
图3是实施例中目标井的压裂施工曲线。
图4是施工时间为30min时各液体单元的液体体积及砂浓度。
图5是施工时间为30min时各液体单元的液柱高度、混砂液密度及液柱压力。
图6是各液体单元摩阻求解流程示意图。
图7是目标井压裂施工过程中的井筒液柱压力及井筒摩阻。
图8是目标井压裂施工过程中的井口压力及井底压力计算值对比图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种基于施工数据的压裂动态井底压力计算方法，包括以下步骤：
S1.获取目标井的井身结构数据、井斜数据、压裂施工数据、压裂材料数据；
S2.基于物质守恒原则，计算不同时刻下井筒内各液体单元的液体体积、砂浓度；
S3.基于井筒内各液体单元的液体体积、砂浓度、井斜角，计算井筒内各液体单元液柱压力；
S4.采用目标井实际施工摩阻校正室内实验拟合的摩阻计算公式，计算井筒内各液体单元摩阻；
S5.基于压力叠加原则及压力平衡原则，计算压裂施工过程中的动态井底压力。
本发明的整体流程见图1。
步骤S2中计算不同时刻下井筒内各液体单元的液体体积、砂浓度的方法为：
1)初始化井筒液体单元及井筒内不同液体单元的液体体积、砂浓度；
2)根据施工排量、加砂量，计算单位时间泵入井筒的液体单元体积Vin、砂浓度cin；
3)基于单位时间内流入、流出井筒液体体积相等原理，根据井底液体单元体积Vend及泵入井筒的液体单元体积Vin，更新井筒液体单元及不同井筒液体单元的液体体积、砂浓度；
4)重复步骤2)至3)，直至获得不同时刻下井筒内各液体单元的液体体积、砂浓度。
步骤S3中计算井筒内各液体单元液柱压力的方法为：
1)计算井筒内各液体单元的液柱高度：
式中，hi为液体单元i的液柱高度，m；Vi为液体单元i的液体体积，m3，r为井筒半径，m；
2)计算井筒内各液体单元的混砂液密度：
式中，ρi为液体单元i的混砂液密度，kg/m3；ci为液体单元i的砂浓度，kg/m3；ρsr为支撑剂的真密度，kg/m3；ρl为压裂基液的密度，kg/m3；
3)计算井筒内各液体单元的液柱压力：
phi＝10-6ρighicosθi (3)
式中，phi为液体单元i的液柱压力，MPa；g为重力加速度m/s2，θi为液体单元i对应的井筒井斜角，rad。
步骤S4中计算井筒内各液体单元摩阻的方法为：
1)计算最大排量下的井筒压裂液摩阻理论值：
pfl＝σpf0 (4)
式中，pfl为最大排量下的井筒压裂液摩阻理论值，MPa；σ为降阻比，无量纲；pf0为最大排量下的井筒清水摩阻理论值，MPa；
其中，降阻比的计算公式为：
式中，d为井筒直径，mm；Qmax为施工过程中的最大排量，m3/min；G为稠化剂浓度，kg/m3；
其中，最大排量下的井筒清水摩阻理论值计算公式为：
式中，H为油气井深度，m；
2)根据现场施工时的瞬时停泵压降，计算最大排量下的井筒压裂液摩阻实际值pfr；
3)计算摩阻校正系数：
f＝pfr/pfl (7)
式中，f为摩阻校正系数，无量纲；pfr为最大排量下的井筒压裂液摩阻实际值，MPa；
4)计算排量Qt下液体单元i的压裂液摩阻理论值：
pfli＝σipf0i (8)
式中，pfli为排量Qt下液体单元i的压裂液摩阻理论值，MPa；σi为液体单元i的降阻比，无量纲；pf0i为排量Qt下液体单元i的清水摩阻理论值，MPa；
其中，液体单元i降阻比的计算公式为：
式中，Qt为不同时刻下的施工排量，m3/min；ci为液体单元的砂浓度，kg/m3；
其中，排量Qt下的液体单元i的清水摩阻理论值计算公式为：
5)计算排量Qt下液体单元i的压裂液摩阻实际值：
pfri＝f·pfli (11)
式中，pfri为排量Qt下液体单元i的压裂液摩阻实际值，MPa。
步骤S5中计算压裂施工过程中的动态井底压力的方法为：
1)计算井筒内各液体单元的压力增量，具体为：
Δpi＝phi-pfri (12)
式中，Δpi为井筒内液体单元i的压力增量，MPa；
2)计算不同时刻的井底压力：
式中，Pwt为不同时刻下的井底压力，MPa；Ptt为不同时刻下的井口油压，MPa，n为不同时刻下井筒内液体单元的总数量。
在一个具体的实施例中，目标储层为低渗的致密砂岩储层，目标水平井W井完钻斜深4198m、垂深3232m，其井斜角见图2。施工过程中采用油管压裂，油管内径为95mm，所使用的压裂基液的密度为1020kg/m3、支撑剂视密度为1500kg/m3、支撑剂真密度为2700kg/m3。压裂施工曲线见图3，确定施工过程的动态井底压力。
基于物质守恒原则，计算得到了施工过程中不同时刻下井筒内各液体单元的液体体积、砂浓度。由于数据是动态变化的，取施工时间30min进行示例说明。井筒内各液体单元的液体体积、砂浓度见图4。
根据液体单元的体积计算液体单元的液柱高度，根据液体单元的砂浓度计算液体单元的混砂液密度，进一步计算可以得到不同时刻下的液体单元的液柱压力。30min时液体单元的液柱高度、混砂液密度、液柱压力见图5。
摩阻的求解步骤见图6。由图2可知，施工瞬时停泵压降为17.8MPa，施工过程中恒定的最大排量为6m3/min。当排量为6m3/min时，公式(6)计算得到井筒清水摩阻理论值为44.3MPa，公式(5)计算得到降阻比为0.413，故由公式(4)得到井筒压裂液摩阻理论值为18.3MPa。故进一步可由公式(7)计算得到摩阻校正系数为0.974。进一步地，可由公式(9)计算得到液体单元的降阻比、公式(10)计算得到液体单元的清水摩阻理论值、公式(11)计算得到液体单元的压裂液摩阻实际值。
根据上述计算结果，计算得到了压裂施工整个过程中动态的井筒液柱压力及井筒摩阻，见图7。
结合动态的井口压力得到了不同时刻下的动态井底压力，见图8。与井底压力计监测的井底压力相比，计算结果的平均误差控制在2％以内，说明了本发明提供的动态井底压力计算方法的正确性。
本发明采用“化整为零”的思想，将井筒划分为众多的液体单元，时刻追踪井筒内液体单元的液体体积、砂浓度，并考虑井筒井斜角的变化，使得井筒内液柱压力的计算结果更为精准；采用现场施工摩阻校正室内实验拟合的摩阻计算公式，摩阻计算结果更为精确；同时根据动态的井口油压、施工排量、砂浓度等施工数据，计算得到动态的井底压力，计算结果更直观、更符合压裂施工实际情况。
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 (1)
1.一种基于施工数据的压裂动态井底压力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.获取目标井的井身结构数据、井斜数据、压裂施工数据、压裂材料数据；
S2.基于物质守恒原则，计算不同时刻下井筒内各液体单元的液体体积、砂浓度，具体步骤为：
1)初始化井筒液体单元及井筒内不同液体单元的液体体积、砂浓度，
2)根据施工排量、加砂量，计算单位时间泵入井筒的液体单元体积Vin、砂浓度cin，
3)基于单位时间内流入、流出井筒液体体积相等原理，根据井底液体单元体积Vend及泵入井筒的液体单元体积Vin，更新井筒液体单元及不同井筒液体单元的液体体积、砂浓度，
4)重复步骤2)至3)，直至获得不同时刻下井筒内各液体单元的液体体积、砂浓度；
S3.基于井筒内各液体单元的液体体积、砂浓度、井斜角，计算井筒内各液体单元液柱压力，具体步骤为：
1)计算井筒内各液体单元的液柱高度：
式中，hi为液体单元i的液柱高度，m，Vi为液体单元i的液体体积，m3，r为井筒半径，m，
2)计算井筒内各液体单元的混砂液密度：
式中，ρi为液体单元i的混砂液密度，kg/m3，ci为液体单元i的砂浓度，kg/m3，ρsr为支撑剂的真密度，kg/m3，ρl为压裂基液的密度，kg/m3，
3)计算井筒内各液体单元的液柱压力：
phi＝10-6ρighicosθi
式中，phi为液体单元i的液柱压力，MPa，g为重力加速度，m/s2，θi为液体单元i对应的井筒井斜角，rad；
S4.采用目标井实际施工摩阻校正室内实验拟合的摩阻计算公式，计算井筒内各液体单元摩阻，具体步骤为：
1)计算最大排量下的井筒压裂液摩阻理论值：
pfl＝σpf0
式中，pfl为最大排量下的井筒压裂液摩阻理论值，MPa，σ为降阻比，无量纲，pf0为最大排量下的井筒清水摩阻理论值，MPa，
其中，降阻比的计算公式为：
式中，d为井筒直径，mm，Qmax为施工过程中的最大排量，m3/min，G为稠化剂浓度，kg/m3，
其中，最大排量下的井筒清水摩阻理论值计算公式为：
式中，H为油气井深度，m，
2)根据现场施工时的瞬时停泵压降，计算最大排量下的井筒压裂液摩阻实际值pfr，
3)计算摩阻校正系数：
f＝pfr/pfl
式中，f为摩阻校正系数，无量纲，pfr为最大排量下的井筒压裂液摩阻实际值，MPa，
4)计算排量Qt下液体单元i的压裂液摩阻理论值：
pfli＝σipf0i
式中，pfli为排量Qt下液体单元i的压裂液摩阻理论值，MPa，σi为液体单元i的降阻比，无量纲，pf0i为排量Qt下液体单元i的清水摩阻理论值，MPa，
其中，液体单元i降阻比的计算公式为：
式中，Qt为不同时刻下的施工排量，m3/min，ci为液体单元的砂浓度，kg/m3，
其中，排量Qt下的液体单元i的清水摩阻理论值计算公式为：
5)计算排量Qt下液体单元i的压裂液摩阻实际值：
pfri＝f·pfli
式中，pfri为排量Qt下液体单元i的压裂液摩阻实际值，MPa；
S5.基于压力叠加原则及压力平衡原则，计算压裂施工过程中的动态井底压力，具体步骤为：
1)计算井筒内各液体单元的压力增量，具体为：
Δpi＝phi-pfri
式中，Δpi为井筒内液体单元i的压力增量，MPa，
2)计算不同时刻的井底压力：
式中，Pwt为不同时刻下的井底压力，MPa，Ptt为不同时刻下的井口油压，MPa，n为不同时刻下井筒内液体单元的总数量。
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