CN114592823A - 暂堵转向材料用量的确定方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种暂堵转向材料用量的确定方法及应用，该确定方法包括：确定储层力学参数，并刻画天然裂缝的数量、产状，确定暂堵转向材料的承压能力、暂堵层渗透率和施工规模；确定水力裂缝尺寸和施工规模；当储层中天然裂缝的数量＞0，计算天然裂缝开启所需的净压力临界值，确定所述天然裂缝的开启条数；当储层中天然裂缝的数量为0，计算新的分支缝开启所需的净压力临界值；计算暂堵天然裂缝和水力裂缝所需的暂堵转向材料的用量。本发明还提供了上述方法在油气井压裂酸化施工中的应用。本发明提供的方法考虑不同产状天然裂缝的存在、不同暂堵转向材料暂堵承压能力对暂堵转向材料用量的影响，过程简单、结果准确且符合暂堵的实际情况。
Description
技术领域
本发明涉及油气井压裂施工技术领域，尤其涉及油气井压裂施工过程中进行暂堵施工时确定暂堵转向材料用量的确定方法及应用。
背景技术
在多层储层，较厚储层或长水平井井段的油气井中，一次压裂酸压的笼统施工仅能对某一部分储层进行改造，因此需要分层或分段进行改造，以保证所有储层层段得到有效改造。目前主要的方法有机械分割，使用暂堵球对射孔孔眼进行暂堵。但是，机械封隔操作复杂、耗时，对于高温深井工具分层存在较多风险。暂堵球暂堵工艺仅适用于射孔完井的油气井。而对裂缝进行暂堵可以解决上述难题。虽然目前有很多对裂缝暂堵的材料，但是其用量计算一直是一个难题。
CN109267985A提供了一种暂堵转向压裂暂堵转向材料用量的控制方法。该方法需要用到邻井生产动态资料，而且未考虑到天然裂缝对暂堵压裂酸压的影响。更重要的是计算公式为V暂堵剂＝V裂缝+V裂缝滤失+V近井筒滤失，不可能将水力裂缝的所有的体积全部堵住，采用此公式计算所得用量偏大。另外，不同暂堵转向材料的暂堵承压能力是不同的，无法采用同一个公式进行计算。
CN106194145A提供了一种多级暂堵深度网络酸压方法。该方法也未考虑到天然裂缝对暂堵压裂酸压的影响、并未考虑天然裂缝和水力裂缝的尺寸对暂堵转向材料用量的影响，而是考虑施工管柱内径截面积。而在实际施工中，暂堵转向材料需要进入裂缝内才能发挥作用。
CN110685657A提供了一种转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法。该方法是用颗粒架桥理论进行的计算，需要通过室内实验确定架桥颗粒水平运移速度，这与现场施工时的颗粒水平运移速度并不完全匹配。另外也不适用于纤维状暂堵转向材料。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种暂堵转向材料用量的确定方法及应用。该方法考虑了不同产状天然裂缝的存在、不同暂堵转向材料暂堵承压能力对暂堵转向材料用量的影响，计算过程简单、结果准确且符合暂堵的实际情况。
为了达到上述目的，本发明提供了一种暂堵转向材料用量的确定方法，包括：
步骤一，确定储层力学参数，并刻画天然裂缝的数量、天然裂缝的产状，确定暂堵转向材料的承压能力、暂堵层渗透率；
步骤二，根据储层力学参数，通过压裂模拟实验确定水力裂缝尺寸和施工规模；
步骤三，当储层中天然裂缝的数量＞0，根据所述储层力学参数和天然裂缝的产状计算天然裂缝开启所需的净压力临界值，再根据所述暂堵转向材料的承压能力确定所述天然裂缝的开启条数；
当储层中天然裂缝的数量为0，根据所述储层力学参数计算新的分支缝开启所需的净压力临界值；
步骤四，当储层中天然裂缝的数量＞0，根据施工规模、暂堵层渗透率、天然裂缝的产状、天然裂缝开启所需的净压力临界值和天然裂缝开启条数，计算暂堵天然裂缝和水力裂缝所需的暂堵转向材料的用量；
当储层中天然裂缝的数量＝0，根据施工规模、暂堵层渗透率、新的分支缝开启所需的净压力临界值，计算暂堵水力裂缝所需的暂堵转向材料的用量。
在上述方法中，所述天然裂缝开启所需的净压力是指含天然裂缝的储层岩体开启天然裂缝所需的暂堵净压力；所述水力裂缝是指人工水力压裂形成的裂缝；所述新的分支裂缝开启所需的净压力是指暂堵水力裂缝后开启新的分支裂缝的所需的暂堵净压力。
在上述方法中，所述暂堵天然裂缝和水力裂缝所需的暂堵转向材料的用量可以根据暂堵层渗透率模型结合达西公式进行计算。所述暂堵层渗透率模型为：
ΔP’≥Pnet，
其中，ΔP’为井筒憋压，其在数值上与缝内净压力相等；Pnet为裂缝开启所需的净压力临界值。该模型公式的含义为：井筒憋压大于等于裂缝开启所需的净压力临界值时，沟通天然裂缝或产生新的分支缝。
在上述暂堵层渗透率模型中，天然裂缝或新的分支缝的开启一般包括以下过程：填充量增大→暂堵层孔隙度减小→渗透率减小→流入裂缝流体量降低→井筒液体压缩→产生井筒憋压ΔP’→ΔP’≥Pnet(裂缝开启所需的净压力临界值)→沟通天然裂缝或产生新的分支缝。可以根据开启天然裂缝或新的分支缝所需的净压力的临界值，通过达西公式计算单缝暂堵转向材料用量，进而计算暂堵主缝(水力裂缝)和开启的天然裂缝的材料用量。
在本发明的具体实施方案中，所述储层力学参数一般包括最大水平应力、最小水平应力、抗拉强度、泊松比和内聚力。所述储层力学可以由地应力连续剖面分析软件对测井数据分析计算获得。
在本发明的具体实施方案中，所述天然裂缝的产状可以通过成像测井确定，一般包括天然裂缝的长度、天然裂缝的宽度、以及天然裂缝与最大水平主应力的逼近角等。所述天然裂缝的数量一般根据成像测井结果确定。
在本发明的具体实施方案中，所述暂堵转向材料的承压能力、暂堵层渗透率一般根据暂堵承压能力测试实验确定。
在本发明的具体实施方案中，所述天然裂缝开启的类型一般包括张性破坏和剪切破坏。
在本发明的具体实施方案中，所述天然裂缝张性破坏开启时所需的暂堵净压力临界值的计算一般遵循W-T规则，即P≥σn，其中，P为裂缝近壁面的孔隙压力、单位为MPa，σn为作用于天然裂缝面的正应力，单位为MPa。
在本发明的具体实施方案中，所述天然裂缝张性破坏开启时所需的净压力临界值的计算公式一般为：
其中，Pnet为裂缝开启所需的净压力临界值，单位为MPa；σH为最大水平应力，单位为MPa；σh为最小水平应力，单位为MPa；θ为天然裂缝与σH的逼近角；当裂缝近壁面的孔隙压力P满足P≥Pnet时，天然裂缝进行张性破坏开启。
在本发明的具体实施方案中，所述天然裂缝张性破坏开启时所需的净压力临界值的计算公式可以根据以下过程计算：
一般情况下，裂缝近壁面的孔隙压力P的限定条件为：P≥σn，
当水力裂缝与天然裂缝相交且连通后，液体进入天然裂缝，此时裂缝近壁面的孔隙压力P的临界条件为P＝σn，
其中，P的计算公式为：P＝σh+Pnet，
σn的计算公式为：
P为天然裂缝近壁面的孔隙压力，单位为MPa；Pnet为裂缝开启所需的净压力临界值，单位为MPa；σn为作用于天然裂缝面的正应力，单位为MPa；σH为最大水平应力，单位为MPa；σh为最小水平应力，单位为MPa；θ为天然裂缝与σH的逼近角；当P≥Pnet时，天然裂缝进行张性破坏开启。
在本发明的具体实施方案中，所述天然裂缝剪切性破坏开启时的净压力的计算一般遵循摩尔库伦准则，即
P为裂缝近壁面的孔隙压力、单位为MPa；σ0为内聚力、单位为MPa；μf为天然裂缝面的摩擦因数、无量纲；σ为作用于天然裂缝面的剪切力、单位为MPa；σn为作用于天然裂缝面的正应力，单位为MPa。
在本发明的具体实施方案中，所述天然裂缝剪切性破坏开启时的净压力临界值的计算公式一般为：
其中，Pnet为裂缝开启所需的净压力的临界值，单位为MPa；σH为最大水平应力，单位为MPa；σh为最小水平应力，单位为MPa；θ为天然裂缝与σH的逼近角；σ0为内聚力，单位为MPa；μf为天然裂缝面的摩擦因数，无量纲；当裂缝近壁面的孔隙压力P满足P≥Pnet时，天然裂缝进行剪切破坏开启。
在本发明的具体实施方案中，所述天然裂缝为剪切性破坏开启时的净压力的计算过程可以包括：
裂缝近壁面的孔隙压力P的临界限定条件为：
其中，当水力裂缝与天然裂缝相交且连通后，液体进入天然裂缝，此时天然裂缝近壁面的孔隙压力P的临界限定条件为：
P的计算公式为：P＝σh+Pnet，
σn的计算公式为：
P为天然裂缝近壁面的孔隙压力，单位为MPa；Pnet为裂缝开启所需的净压力的临界值，单位为MPa；σn为作用于天然裂缝面的正应力，单位为MPa；σH为最大水平应力，单位为MPa；σh为最小水平应力，单位为MPa；σ为作用于天然裂缝面的剪切力、单位为MPa；θ为天然裂缝与σH的逼近角；σ0为内聚力，单位为MPa；μf为天然裂缝面的摩擦因数，无量纲；当P≥Pnet时，天然裂缝进行剪切破坏开启。
在本发明的具体实施方案中，所述新的分支缝开启所需的净压力的临界值一般为：
Pnet＝(σH-σh)+St，
其中，Pnet为裂缝开启所需的净压力临界值，单位为MPa；σH为最大水平应力，单位为MPa；σh为最小水平应力，单位为MPa；St为岩石抗张强度，单位为MPa；当裂缝近壁面的孔隙压力P满足P≥Pnet时，新的分支缝开启。
在本发明的具体实施方案中，所述新的分支缝形成(即裂缝不发育岩体形成新分支裂缝)所需的净压力可以根据以下力学模型推导得到：
在平面无线域中椭圆形裂缝，长半轴为lf，短半轴为w，无限远处长轴方向受压应力σH，短轴方向受压应力σh，缝内有均匀压力Pnet(数值上与新的分支缝开启所需的净压力临界值相等)。该模型边界条件为：在y＝0,|x|≤lf处，σy＝-Pnet,σxy＝0；在
处，σx→σH,σy→σh,σxy→0；
根据弹性力学平面问题的求解方法,可以求得裂缝面上的应力分布为：
其中，θ为缝边界任意点与原点连线和x正半轴夹角；
σθ＝Pnet-σh+σH，
又根据弹性破坏准则有：
σθ＝-St，σθ为水力裂缝面上的应力；
将以上公式结合，最终可得：
Pnet＝(σH-σh)+St，
使岩石本体破裂产生新缝，需满足P≥(σH-σh)+St，也就是说天然裂缝不发育储层在岩体形成新的分支缝，需要满足裂缝近壁面的孔隙压力≥最大最小水平应力差和岩石抗张强度之和。
在本发明的具体实施方案中，所述天然裂缝的开启条数的限定条件一般为：ΔP≥Pnet，ΔP为暂堵转向材料的承压能力，Pnet为单条天然裂缝开启所需的净压力。
在本发明的具体实施方案中，利用步骤一中的储层参数(如最大水平应力、最小水平应力、抗拉强度、泊松比等参数)、结合Mangrove压裂设计与模拟软件(可以是斯伦贝谢公司的Mangrove 1.21)进行压裂模拟，可以确定水力裂缝的尺寸(如高度、宽度等)。
在本发明的具体实施方案中，所述暂堵转向材料的用量的计算公式一般包括：
M＝2Md0+Md1+Md2+…Mdi，
M为暂堵转向材料的总用量，Md0为暂堵单条水力裂缝(主裂缝)所需的暂堵转向材料用量，Mdi为暂堵第i条开启的天然裂缝所需的暂堵转向材料用量；
暂堵单条水力裂缝或天然裂缝所需的暂堵转向材料用量的计算公式为：
其中，Md为暂堵单条水力裂缝或天然裂缝所需的暂堵转向材料用量，单位为kg；ρd为暂堵转向材料表观密度，单位为kg/m3；Hf为水力裂缝或天然裂缝的高度，单位为m；Wf为水力裂缝或天然裂缝的宽度，单位为m；ΔP’为井筒憋压，单位为Pa，其数值与裂缝开启所需的净压力临界值相等；Kd为暂堵层渗透率(一般根据暂堵承压能力实验测量)，单位为m2；μ为携带液粘度，单位为Pa·s；Q为施工排量(即施工规模)，单位为m3/s；
其中，当天然裂缝开启的条数＞0时，计算暂堵单条水力裂缝和天然裂缝所需的暂堵转向材料用量采用的ΔP’与天然裂缝开启所需的净压力临界值相等；
当天然裂缝开启的条数＝0时，计算暂堵单条水力裂缝所需的暂堵转向材料用量采用的ΔP’与新的分支缝开启所需的净压力临界值相等。
在本发明的具体实施方案中，单条水力裂缝或天然裂缝所需暂堵转向材料用量的计算公式也可以是：
Md＝ρd×Hf×Wf×Ld
Md为暂堵单条水力裂缝或天然裂缝所需的暂堵转向材料的用量，单位为kg；ρd为暂堵转向材料表观密度，单位为kg/m3；Ld为裂缝暂堵段长度，单位为m；Hf为裂缝高度，单位为m；Wf为裂缝宽度，单位为m；
上述公式中Ld可以以达西公式
表示，ΔP’为井筒憋压，单位为Pa，其数值与裂缝开启所需的净压力临界值相等；Kd为暂堵层渗透率，单位为m2；μ为携带液粘度，单位为Pa·s；Q为施工排量，单位为m3/s；
其中，当天然裂缝开启的条数＞0时，计算暂堵单条水力裂缝和天然裂缝所需的暂堵转向材料用量采用的ΔP’与天然裂缝开启所需的净压力临界值相等；
当天然裂缝开启的条数＝0时，计算暂堵单条水力裂缝所需的暂堵转向材料用量采用的ΔP’与新的分支缝开启所需的净压力临界值相等。
在本发明的具体实施方案中，上述暂堵转向材料用量的确定方法可以如图1所示的流程进行，具体可以包括：
1、确定最大水平应力、最小水平应力、抗拉强度、泊松比和内聚力等储层力学参数，并刻画天然裂缝数量、天然裂缝产状；同时通过暂堵承压能力实验确定暂堵转向材料的承压能力、暂堵层渗透率；
2、根据储层力学参数，通过压裂模拟实验，确定水力裂缝的长度、宽度等尺寸以及施工规模；
3、(1)当储层中天然裂缝的数量＞0，根据储层力学参数计算天然裂缝张性破坏开启和剪切破坏开启所需的净压力临界值：
其中，天然裂缝张性破坏开启时所需的净压力临界值为：
天然裂缝剪切破坏开启时所需的净压力临界值为：
然后根据暂堵转向材料的承压能力，确定天然裂缝的开启条数，其中，天然裂缝的开启条数限定条件为：ΔP≥Pnet，ΔP为暂堵转向材料的承压能力，Pnet为天然裂缝开启所需的净压力临界值；
(2)当储层中天然裂缝的数量＝0时，新的分支缝开启所需的净压力临界值为：
Pnet＝(σH-σh)+St；
以上公式中，Pnet为裂缝开启所需的净压力临界值，MPa；σH为最大水平应力，单位为MPa；σh为最小水平应力，单位为MPa；θ为天然裂缝与σH的逼近角；σ0为内聚力，单位为MPa；μf为天然裂缝面的摩擦因数，无量纲；St为岩石抗张强度，单位为MPa；
5、按照以下公式计算暂堵天然裂缝和水力裂缝所需材料用量：
M＝2Md0+Md1+Md2+…Mdi，
其中，M为暂堵转向材料的总用量，Md0为暂堵水力裂缝(主裂缝)所需的暂堵转向材料用量，Mdi为暂堵第i条开启的天然裂缝所需的暂堵转向材料用量；
(1)当天然裂缝开启的条数＞0时，计算在含有天然裂缝的储层中暂堵天然裂缝和水力裂缝所需的材料用量，暂堵单条水力裂缝或天然裂缝所需的暂堵转向材料用量的计算公式为：
其中，ρd为暂堵转向材料表观密度，单位为kg/m3；Hf为水力裂缝或天然裂缝高度，单位为m；Wf为水力裂缝或天然裂缝宽度，单位为m；ΔP’为井筒憋压，单位为Pa，其与天然裂缝开启所需的净压力临界值相等；Kd为暂堵层渗透率，单位为m2；μ为携带液粘度，单位为Pa·s；Q为排量，单位为m3/s；
(2)当天然裂缝开启的条数＝0时，计算在不含天然裂缝的储层中暂堵水力裂缝所需的材料用量，
暂堵单条水力裂缝或天然裂缝所需的暂堵转向材料用量的计算公式为：
其中，ρd为暂堵转向材料表观密度，单位为kg/m3；Hf为水力裂缝高度，单位为m；Wf为水力裂缝宽度，单位为m；ΔP’为井筒憋压，单位为Pa，其与新的分支缝开启所需的净压力临界值相等；Kd为暂堵层渗透率，单位为m2；μ为携带液粘度，单位为Pa·s；Q为排量，单位为m3/s。
本发明还提供了上述暂堵转向材料用量的确定方法在油气井压裂酸化施工中的应用。例如，上述方法能够适用于碳酸盐岩、页岩、火山岩、砂岩、砂砾岩中的一种或两种以上的组合所在储层的压裂酸化施工；上述方法适用于采用油井、气井和油气同出井中的一种的压裂酸化施工；上述方法适用于直井、水平井和大斜度井中的一种的压裂酸化施工；同时，上述方法适用于多种形式的暂堵转向材料，如暂堵颗粒和暂堵纤维。
本发明的有益效果在于：
相比于本领域中采用架桥模型等方法，本发明采用了暂堵层渗透模型计算暂堵转向材料的用量；本发明提供的方法考虑了不同产状的天然裂缝的存在，并考虑了不同暂堵转向材料承压能力的影响，无需暂堵长度这一不确定性大的参数参与计算，计算过程简单、计算结果更加符合暂堵施工的实际情况。
附图说明
图1为本发明的一些实施方案中确定暂堵转向材料用量方法的流程示意图。
图2为实施例1中不同内聚力条件下天然裂缝剪切开启所需净压力的计算结果。
图3为实施例1中天然裂缝张性开启所需净压力的计算结果。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种暂堵转向材料用量的确定方法，该方法具体包括以下步骤：
1、确定储层力学参数：对A井储层段应力状态测试结果为最大水平应力σH>垂向应力σv>最小水平应力σh，测井解释σH-h为13.1MPa；内聚力σ0为24.1-92.4MPa、内聚力的平均值为69.3MPa；天然裂缝面的摩擦因数μf为0.89。
2、刻画天然裂缝的数量、产状：A井储层段7337-7370m漏失严重，成像测井解释储层段7337-7370m，天然裂缝的密度为0.52条/米，则该储层段共存在17条天然裂缝。天然裂缝平均高度为3m，宽度为3mm，每条天然裂缝与最大水平应力σH的逼近角θ为0-90°。
3、确定暂堵转向材料的承压能力：
室内暂堵实验的过程为：准备一个内径1英寸、外径1.5英寸、长度为2英寸的环形填充容器，该环形容器的一端焊接有孔径为200目的不锈钢网、并与直径1.2英寸、长度3英寸的圆柱形人造岩心相接。
将暂堵转向材料A的颗粒(密度为1200kg/m3)填充于环形填充容器中，流动后方连接有高渗透人造岩心，再放入岩心夹持器中，在岩心流动系统(Core Lab公司生产，型号AFS-870)中进行测试。开泵注入滑溜水，随着注入过程，压力逐渐上升，记录注入压力的稳定值为暂堵转向材料的承压能力。然后，在该暂堵转向材料的承压能力下，记录一定时间内流出的滑溜水的量，根据达西公式计算暂堵转向材料暂堵层的渗透率。
最终测得暂堵转向材料A的封堵能力为15MPa，该暂堵转向材料的暂堵层渗透率为8.37×10-10m2。
4、根据压力模拟实验确定水力裂缝尺寸和施工规模：
考虑天然裂缝存在的情况下，通过斯伦贝谢公司的Mangrove1.21压裂设计与模拟软件计算水力裂缝的缝宽为3mm、缝高为33m，又根据成像测井知天然裂缝平均高度为3m，宽度为3mm，每条天然裂缝与最大水平应力σH的逼近角θ为0-90°，暂堵施工排量(施工规模)为2m3/min(即0.033m3/s)，实验中所用液体的粘度为32mPa·s(即0.032Pa·s)。
5、本实施例的研究储层中含有天然裂缝，因此计算天然裂缝开启所需的暂堵临界净压力：
(1)天然裂缝剪切破坏开启时的暂堵净压力临界值为：
其中，Pnet为裂缝开启所需的净压力临界值，单位为MPa；σH为最大水平应力，单位为MPa；σh为最小水平应力，单位为MPa；θ为天然裂缝与σH的逼近角；σ0为内聚力，单位为MPa；μf为天然裂缝面的摩擦因数，无量纲。
图2为σH-h＝13.1MPa、内聚力分别为24.1MPa(低值)，69.3MPa(均值)，92.4MPa(均值)、且天然裂缝逼近角θ为0-90°时天然裂缝剪切开启所需净压力的计算结果。根据以上公式计算得到在17条天然裂缝中，每条天然裂缝剪切破坏开启的暂堵净压力均为22.2-116.9MPa，由于步骤3测得的暂堵转向材料的承压能力15MPa小于每条天然裂缝剪切破坏开启所需的暂堵净压力范围，因此判断无法实现天然裂缝的剪切破坏。
(2)天然裂缝张性破坏开启时的暂堵净压力临界值为：
其中，Pnet为裂缝开启所需的净压力临界值，MPa；σH为最大水平应力，单位为MPa；σh为最小水平应力，单位为MPa；θ为天然裂缝与σH的逼近角。
图3为σH-h＝13.1MPa、且天然裂缝逼近角θ为0-90°时天然裂缝张性破坏开启所需的临界净压力的计算结果，如图3所示，根据以上公式计算得到在17条天然裂缝中，每条天然裂缝张性破坏开启的暂堵净压力为0-13.1MPa，由于步骤3测得的暂堵转向材料的承压能力为15MPa整体大于每条天然裂缝张性破坏开启所需的暂堵净压力，因此判断17条天然裂缝可全部以张性破坏形式开启，将张性破坏形式开启的临界净压力统一取值为13.1MPa。
6、计算含有天然裂缝的储层中暂堵水力裂缝和天然裂缝所需的暂堵转向材料用量：
暂堵单条水力裂缝或单条天然裂缝所需的暂堵转向材料用量Md按照以下公式计算：
ρd为暂堵转向材料表观密度，单位为kg/m3；Hf为裂缝高度，单位为m；Wf为裂缝宽度，单位为m；ΔP’为井筒憋压，单位为Pa，其与天然裂缝开启所需的净压力临界值相等；Kd为暂堵层渗透率，单位为m2；μ为携带液粘度，单位为Pa·s；Q为排量，单位为m3/s。
将上述测量值代入，计算单条天然裂缝所需的暂堵转向材料用量为：
将上述测量值代入，计算单翼水力裂缝所需的暂堵转向材料用量为：
7、根据储层材料组合配方确定每种暂堵转向材料用量：
根据步骤6的计算结果，17条天然裂缝所需的暂堵转向材料总用量为17×0.999＝16.98kg，水力裂缝为双翼，暂堵水力裂缝所需的暂堵转向材料用量为2×120.9kg＝241.8kg。
由上可知，暂堵水力裂缝所需的暂堵转向材料用量为241.8kg，暂堵17条天然裂缝所需的暂堵转向材料用量为16.98kg，所需暂堵转向材料总量为258.78kg。按照计算的暂堵转向材料的用量对该井储层段7337-7370m进行压裂酸化施工，施工后该井出层段7337-7370m的天然气产量为38.05万方/天。
实施例2
本实施例提供了一种确定暂堵转向材料用量的方法，具体包括以下步骤：
1、确定储层力学参数：对B井储层段应力状态测试结果为最大水平应力σH>垂向应力σv>最小水平应力σh，测井解释σH-h为11.1MPa，岩石抗张强度为4MPa。
2、刻画天然裂缝的数量、产状：B井储层段6584-6631m未发生钻井液漏失，成像测井解释储层段6584-6631m没有天然裂缝发育。
3、确定暂堵转向材料的承压能力：
室内暂堵实验的过程为：准备一个内径1英寸、外径1.5英寸、长度为2英寸的环形填充容器，该环形容器的一端焊接有孔径为200目的不锈钢网、并与直径1.2英寸、长度3英寸的圆柱形人造岩心相接。
将暂堵转向材料B的颗粒(密度为1250kg/m3)填充于环形填充容器中，流动后方连接有高渗透人造岩心，再放入岩心夹持器中，在岩心流动系统(Core Lab公司生产，型号AFS-870)中进行测试。开泵注入滑溜水，随着注入过程，压力逐渐上升，记录注入压力的稳定值为暂堵转向材料的承压能力。然后，在该暂堵转向材料的承压能力下，记录一定时间内流出的滑溜水的量，根据达西公式计算暂堵转向材料暂堵层的渗透率。
最终测得暂堵转向材料B的封堵能力为16.5MPa，该暂堵转向材料的暂堵层渗透率为6.92×10-10m2。
4、根据压力模拟实验确定水力裂缝尺寸：
通过斯伦贝谢公司的Mangrove1.21压裂设计与模拟软件计算水力裂缝的缝宽为5mm、缝高为47m，暂堵施工排量为6m3/min(即0.01m3/s)，实验中所用液体的粘度为65mPa·s(即0.065Pa·s)。
5、本实施例的研究储层中不含天然裂缝，因此计算新的分支缝开启所述的暂堵净压力临界值：
Pnet＝(σH-σh)+St，
在上述公式中，Pnet为裂缝开启所需的净压力临界值，单位为MPa；σH为最大水平应力，单位为MPa；σh为最小水平应力，单位为MPa；St为岩石抗张强度，单位为MPa。
根据以上公式计算得到新的分支缝开启所需的净压力临界值为15.1MPa。在暂堵转向材料B的承压能力为16.5MPa的条件下能够完全暂堵人工水力裂缝、开启新的分支缝体。
6、计算在不含天然裂缝的储层中暂堵水力裂缝所需的暂堵转向材料用量：
暂堵单条水力裂缝所需的暂堵转向材料用量Md按照以下公式计算：
ρd为暂堵转向材料表观密度，单位为kg/m3；Ld为裂缝暂堵段长度，单位为m；Hf为水力裂缝高度，单位为m；Wf为水力裂缝宽度，单位为m；ΔP’为井筒憋压，单位为Pa，其与新的分支缝开启所需的净压力临界值相等；Kd为暂堵层渗透率，单位为m2；μ为携带液粘度，单位为Pa·s；Q为排量，单位为m3/s。
将上述测量值代入，计算单翼水力裂缝所需的暂堵转向材料用量Md为：
则双翼水力裂缝所需的暂堵转向材料用量为2×111kg＝222kg。
由上可知，暂堵水力裂缝所需的暂堵转向材料用量为222kg，按照计算的暂堵转向材料的用量对该井储层段6584-6631m进行压裂酸化施工，施工后该井出层段6584-6631m的天然气产量为25.6万方/天。
对比例1
本对比例提供了一种确定暂堵转向材料用量的方法，其计算过程如下：
与实施例1类似，使用暂堵转向材料A(真密度为1200kg/m3，堆积密度为900kg/m3)，但是未测定其封堵能力和暂堵层渗透率。A井储层段未利用测井解释应力状态、σH-h、σ0、μf的大小。
A井储层段7137-7175m漏失严重，成像测井解释储层段7137-7175m天然裂缝密度0.50条/米，发育天然裂缝19条，天然裂缝平均高度3m，宽度3mm，θ为0-90°。
暂堵时施工排量为2m3/min，所用液体粘度为32mPa·s，通过斯伦贝谢公司的Mangrove1.21压裂设计与模拟软件计算的水力裂缝缝宽为3mm，缝高为38m。假设封堵天然裂缝和水力裂缝深度S＝0.08m，能够起到暂堵的效果。
计算封堵裂缝体积V为：
V＝V水力+V天然＝2×38×0.003×0.08+19×3×0.003×0.08＝0.03192m3
根据暂堵转向材料的堆积密度900kg/m3，计算暂堵转向材料用量M为：M＝900V＝28.73kg，
在水力裂缝和天然裂缝规模都比实施例1大的情况下，计算暂堵转向材料的用量明显偏小，施工后该井储层段7137-7175m的天然气产量为3.21万方/天，产量明显低于实施例1的施工产量结果。
以上结果说明，本发明提供的确定暂堵转向材料用量的方法更加符合暂堵的实际情况，施工效果更好，可以准确指导油气井的压裂酸化施工、有效提高施工产量。
Claims (17)
1.一种暂堵转向材料用量的确定方法，其包括：
步骤一，确定储层力学参数，并刻画天然裂缝的数量、天然裂缝的产状，确定暂堵转向材料的承压能力、暂堵层渗透率；
步骤二，根据储层力学参数，通过压裂模拟实验确定水力裂缝尺寸和施工规模；
步骤三，当储层中天然裂缝的数量＞0，根据所述储层力学参数和天然裂缝的产状计算天然裂缝开启所需的净压力临界值，再根据所述暂堵转向材料的承压能力确定所述天然裂缝的开启条数；
当储层中天然裂缝的数量＝0，根据所述储层力学参数计算新的分支缝开启所需的净压力临界值；
步骤四，当储层中天然裂缝的数量＞0，根据施工规模、暂堵层渗透率、天然裂缝的产状、天然裂缝开启所需的净压力临界值和天然裂缝开启条数，计算暂堵天然裂缝和水力裂缝所需的暂堵转向材料的用量；
当储层中天然裂缝的数量＝0，根据施工规模、暂堵层渗透率、新的分支缝开启所需的净压力临界值，计算暂堵水力裂缝所需的暂堵转向材料的用量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述储层力学参数包括最大水平应力、最小水平应力、抗拉强度、泊松比和内聚力；
优选地，所述储层力学参数由地应力连续剖面分析软件对测井数据分析计算获得。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述天然裂缝的产状包括天然裂缝的长度、天然裂缝的宽度、以及天然裂缝与最大水平主应力的逼近角；
优选地，所述天然裂缝的数量根据成像测井结果确定。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述暂堵转向材料的承压能力、暂堵层渗透率根据暂堵承压能力测试实验确定。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述天然裂缝开启的类型包括张性破坏和剪切破坏。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述天然裂缝张性破坏开启时所需的暂堵净压力计算遵循W-T规则。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述天然裂缝张性破坏开启时所需的净压力临界值的计算公式为：
其中，Pnet为裂缝开启所需的净压力临界值，单位为MPa；σH为最大水平应力，单位为MPa；σh为最小水平应力，单位为MPa；θ为天然裂缝与σH的逼近角；
当裂缝近壁面的孔隙压力P满足P≥Pnet时，天然裂缝进行张性破坏开启。
8.根据权利要求5-7任一项所述的方法，其中，所述天然裂缝张性破坏开启时的净压力临界值的计算过程包括：
裂缝近壁面的孔隙压力P的临界限定条件为：P＝σn
其中，P的计算公式为：P＝σh+Pnet，
σn的计算公式为：
P为裂缝近壁面的孔隙压力，单位为MPa；Pnet为裂缝开启所需的净压力临界值，单位为MPa；σn为作用于天然裂缝面的正应力，单位为MPa；σH为最大水平应力，单位为MPa；σh为最小水平应力，单位为MPa；θ为天然裂缝与σH的逼近角；
当P≥Pnet时，天然裂缝进行张性破坏开启。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述天然裂缝为剪切性破坏开启时的净压力的计算遵循摩尔库伦准则。
10.根据权利要求5或9所述的方法，其中，所述天然裂缝剪切性破坏开启时的净压力临界值的计算公式为：
其中，Pnet为裂缝开启所需的净压力的临界值，MPa；σH为最大水平应力，单位为MPa；σh为最小水平应力，单位为MPa；θ为天然裂缝与σH的逼近角；σ0为内聚力，单位为MPa；μf为天然裂缝面的摩擦因数，无量纲；
当裂缝近壁面的孔隙压力P满足P≥Pnet时，天然裂缝进行剪切破坏开启。
11.根据权利要求5、9-10任一项所述的方法，其中，所述天然裂缝剪切性破坏开启时的净压力的计算过程包括：
裂缝近壁面的孔隙压力P的临界限定条件为：
其中，P的计算公式为：P＝σh+Pnet，
σn的计算公式为：
P为裂缝近壁面的孔隙压力，单位为MPa；Pnet为裂缝开启所需的净压力的临界值，单位为MPa；σn为作用于天然裂缝面的正应力，单位为MPa；σ为作用于天然裂缝面的剪切力、单位为MPa；σH为最大水平应力，单位为MPa；σh为最小水平应力，单位为MPa；θ为天然裂缝与σH的逼近角；σ0为内聚力，单位为MPa；μf为天然裂缝面的摩擦因数，无量纲；当P≥Pnet时，天然裂缝进行剪切破坏开启。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述新的分支缝开启所需的净压力的临界值为：
Pnet＝(σH-σh)+St，
其中，Pnet为裂缝开启所需的净压力，单位为MPa；σH为最大水平应力，单位为MPa；σh为最小水平应力，单位为MPa；St为岩石抗张强度，单位为MPa；
当裂缝近壁面的孔隙压力P满足P≥Pnet时，新的分支缝开启。
13.根据权利要求1、6-11任一项所述的方法，其中，所述天然裂缝的开启条数的限定条件为：
ΔP≥Pnet，
ΔP为暂堵转向材料的承压能力，Pnet为单条天然裂缝开启所需的净压力临界值。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，利用步骤一中的储层参数、结合Mangrove压裂设计与模拟软件进行压裂模拟，以确定水力裂缝的尺寸；
优选地，所述水力裂缝的尺寸包括所述水力裂缝的高度和宽度。
15.根据权利要求1或14所述的方法，其中，所述暂堵转向材料的用量的计算公式包括：
M＝2Md0+Md1+Md2+…Mdi，
其中，M为暂堵转向材料的总用量，Md0为暂堵单条水力裂缝所需的暂堵转向材料用量，Mdi为暂堵第i条开启的天然裂缝所需的暂堵转向材料用量；
暂堵单条水力裂缝或单条天然裂缝所需的暂堵转向材料用量的计算公式为：
其中，Md为暂堵单条水力裂缝或单条天然裂缝所需的暂堵转向材料用量，单位为kg；ρd为暂堵转向材料表观密度，单位为kg/m3；Hf为水力裂缝或天然裂缝的高度，单位为m；Wf为水力裂缝或天然裂缝的宽度，单位为m；ΔP’为井筒憋压，单位为Pa，其数值与裂缝开启所需的净压力临界值相等；Kd为暂堵层渗透率，单位为m2；μ为携带液粘度，单位为Pa·s；Q为施工排量，单位为m3/s；
其中，当天然裂缝条数＞0时，计算暂堵单条水力裂缝和天然裂缝所需的暂堵转向材料用量采用的ΔP’与天然裂缝开启所需的净压力临界值相等；
当天然裂缝条数＝0时，计算暂堵单条水力裂缝所需的暂堵转向材料用量采用的ΔP’与新的分支裂缝开启所需的净压力临界值相等。
16.根据权利要求1、14-15任一项所述的方法，其中，暂堵单条水力裂缝或天然裂缝所需的暂堵转向材料用量的计算公式为：
Md＝ρd×Hf×Wf×Ld
Md为暂堵单条水力裂缝或天然裂缝所需的暂堵转向材料的用量，单位为kg；ρd为暂堵转向材料表观密度，单位为kg/m3；Ld为裂缝暂堵段长度，单位为m；Hf为裂缝高度，单位为m；Wf为裂缝宽度，单位为m；
上述公式中，Ld的计算公式为：
ΔP’为井筒憋压，单位为Pa，其数值与裂缝开启所需的净压力临界值相等；Kd为暂堵层渗透率，单位为m2；μ为携带液粘度，单位为Pa·s；Q为施工排量，单位为m3/s；
其中，当天然裂缝开启的条数＞0时，计算暂堵单条水力裂缝和天然裂缝所需的暂堵转向材料用量采用的ΔP’与天然裂缝开启所需的净压力临界值相等；
当天然裂缝开启的条数＝0时，计算暂堵单条水力裂缝所需的暂堵转向材料用量采用的ΔP’与新的分支缝开启所需的净压力临界值相等。
17.权利要求1-16任一项所述的暂堵转向材料用量的确定方法在油气井压裂酸化施工中的应用；
优选地，所述压裂酸化施工所在储层的岩相包括碳酸盐岩、页岩、火山岩、砂岩、砂砾岩中的一种或两种以上的组合；
优选地，所述压裂酸化施工的井包括油井、气井和油气同出井中的一种；
优选地，所述压裂酸化施工的井包括直井、水平井和大斜度井中的一种；
优选地，所述压力酸化施工采用的暂堵转向材料包括暂堵颗粒和/或暂堵纤维。
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