CN115263262A - 一种水平井分段压裂温度分布预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水平井分段压裂温度分布预测方法，包括以下步骤：由质量、能量守恒建立水平井段井筒模型、裂缝模型和储层热学模型，对上述模型进行求解并进行模型耦合，运用真实数据来验证模型的输出结果，研究注入流量对水平井分段多簇压裂温度分布的影响，通过水平井压裂注液过程中的井筒温度剖面监测，对压裂段内形成的裂缝数量及进行准确诊断。本发明通过DTS测量压裂注液过程中动态温度数据，从而进行裂缝诊断，如裂缝位置识别、裂缝半长大小；通过本发明可对压裂段内形成的裂缝数量和位置进行准确诊断；本发明在考虑多种微量热效应的基础之上，实现了水平井分段压裂注液过程中的温度分布动态模拟预测。

Description

一种水平井分段压裂温度分布预测方法

技术领域

本发明涉及油气田开发评价领域，更具体地说，涉及一种水平井分段压裂温度分布预测方法。

背景技术

在过去几十年中，人们设计了监测和诊断裂缝效果和油井性能的技术，如非放射性示踪剂和生产测井。其技术具有局限性，基于现有技术的裂缝模拟分析具有很大的不确定性，近年来，光纤分布式温度传感器(DTS)在裂缝处理中得到了广泛的应用，能实时监测压裂过程中的动态温度场。温度数据与压裂诊断的其它井信息一起使用，可以提供识别裂缝位置和流速剖面的信息。

近年来，光纤分布式温度传感器(DTS)越来越多地用于水平井压裂动态监测，拟解决在水平井分段压裂过程中普遍面临的人工裂缝起裂位置不明、压裂液去向未知、裂缝扩展形态不清、压裂效果难以评价等技术难题，而温度预测模型是基于DTS监测进行压裂诊断的基础，但目前定量预测水平井压裂过程中的温度分布仍是一项巨大挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，供一种水平井分段压裂温度分布预测方法，通过使用温度预测模型，模拟温度分布来识别裂缝数量，并评价压裂井性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种水平井分段压裂温度分布预测方法，包括以下步骤：

S1、建立水平井井筒流动模型：

式中，t为时间；R为井筒内径；γ为井筒打开程度；ρ_l为井筒流入流体密度；v_l井筒中注入液速度；ρ_wb为井筒中的流体密度；

S2、设定井筒流动模型的初始和边界条件：

v_I＝v|_t＝0＝0 (2)

S3、建立水平井井筒热模型，瞬态井筒热模型的最终形式为：

式中，C_p为比热容；θ为水平井筒倾角；T_r表示储层温度；由储层热模型计算，T_l表示注入液温度；g为重力加速度；U_T为综合传热系数；T为温度；

S4、设定水平井井筒热模型的初始和边界条件：

T|_t＝0＝T_wf, (5)

S5、对裂缝几何形态进行如下假设：(1)发生在裂缝处的流体滤失与裂缝面呈线性垂直；(2)注入过程中裂缝具有无限的导流能力；(3)压裂液不可压缩；并对裂缝扩展过程进行了建模，裂缝的流动模型为：

式中，τ(x)是裂缝延伸长度x的时间之后，流体滤失开始；X_f是裂缝半长，m；w、h分别为任意微元段的宽和高；C是考虑流体压缩性效应C_c、流体粘度效应C_v和造壁性效应C_w的总流体滤失系数；

S6、设定裂缝流动模型的初始和边界条件为：

X_f|_t＝0＝0 (8)

S7、建立裂缝热学模型，计算裂缝扩展和关井过程中裂缝内压裂液温度分布；能量守恒的概念与体积微分方程上的裂缝流动模型相似：

S8、设定裂缝热学模型的初始和边界条件为:

T_l|_t＝0＝T_i (11)

式中，T_i表示初始储层温度；T为注入流体温度；v_I为x＝R和γ＝1时的流体速度；由井筒模型计算得出，在储层温度模型中，裂缝面边界与储层模型耦合；

S9、压裂液从裂缝面向储层滤失的距离可通过将滤失速度与滤失时间相结合来计算，储层流动模型为：

S10、建立了储层热学模型，并与井筒和裂缝模型相结合，根据能量平衡方程推导局部地层能量守恒方程，储层热学模型为：

式(14)为局部地层能量守恒方程；对于被压裂液侵入的网格块，其平均有效热容和有效热导率不是恒定的；上述方程左端为随时间t在微元段中的能量积累：右端第一项是由于流体滤失进入地层而产生的热转换；第二和第三项是二维流动系统中的热传导；其中，K_e是平均有效储层导热系数；T_r表示地层岩石温度；

S11、设定储层流动模型和储层热学模型的初始和边界条件为：

T_r|_t＝0＝T_i (18)

S12、将上述步骤中的井筒、裂缝和储层模型耦合并结合边界条件进行求解，获取实时模拟井筒温度分布。

按上述方案，通过DTS测量压裂注液过程中动态温度数据，从而进行裂缝诊断，实现裂缝位置识别、判断裂缝半长大小，并对压裂段内形成的裂缝数量和位置进行准确诊断。

实施本发明的水平井分段压裂温度分布预测方法，具有以下有益效果：

1、本发明通过DTS测量压裂注液过程中动态温度数据，从而进行裂缝诊断，如裂缝位置识别、裂缝半长大小；

2、通过本发明可对压裂段内形成的裂缝数量和位置进行准确诊断；

3、本发明在考虑多种微量热效应的基础之上，实现了水平井分段压裂注液过程中的温度分布动态模拟预测。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明水平井分段压裂温度分布预测方法的技术路线图；

图2是本发明水平井分段压裂温度分布预测模型的求解步骤示意图；

图3是裂缝温度分布示意图；

图4是储层温度分布示意图；

图5是压裂段内分别形成1条、2条裂缝时的温度分布云图(从左至右)。

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，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明提供了一种水平井分段压裂温度分布预测方法，如图1所示，该方法包括下列步骤：

S1、建立水平井井筒流动模型：

式中，t为时间，s；R为井筒内径，m；γ为井筒打开程度；ρl为井筒流入流体密度，kg/m³；vl井筒中注入液速度，m/s；ρ_wb为井筒中的流体密度，kg/m³。

S2、设定井筒流动模型的初始和边界条件：

v_I＝v|_t＝0＝0 (2)

S3、建立水平井井筒热模型，瞬态井筒热模型的最终形式为：

式中，C_p为比热容，J/(kg·K)；θ为水平井筒倾角，°；T_r表示储层温度，℃；由储层热模型计算，T_l表示注入液温度，℃；g为重力加速度，m/s²；U_T为综合传热系数，W/(m²·K)；T为温度，℃。

S4、设定水平井井筒热模型的初始和边界条件：

T|_t＝0＝T_wf, (5)

S5、为了简单起见，对裂缝几何形态进行如下假设：(1)发生在裂缝处的流体滤失与裂缝面呈线性垂直；(2)注入过程中裂缝具有无限的导流能力；(3)压裂液不可压缩。并对裂缝扩展过程进行了建模，裂缝的流动模型为：

式中，τ(x)是裂缝延伸长度x的时间之后，流体滤失开始。X_f是裂缝半长，m；w、h分别为任意微元段的宽和高，m；C是考虑流体压缩性效应C_c、流体粘度效应C_v和造壁性效应C_w的总流体滤失系数。

S6、设定裂缝流动模型的初始和边界条件为：

X_f|_t＝0＝0 (8)

S7、建立了裂缝热学模型，计算了裂缝扩展和关井过程中裂缝内压裂液温度分布。能量守恒的概念与体积微分方程上的裂缝流动模型相似。

S8、设定裂缝热学模型的初始和边界条件为:

T_l|_t＝0＝T_i (11)

式中，T_i表示初始储层温度，℃；T为注入流体温度，℃。v_I为x＝R和γ＝1时的流体速度，m/s；由井筒模型计算得出，在储层温度模型中，裂缝面边界与储层模型耦合。

S9、压裂液从裂缝面向储层滤失的距离可通过将滤失速度与滤失时间相结合来计算，因此，储层流动模型为：

S10、为了研究压裂过程中的储层温度，建立了储层热学模型，并与井筒和裂缝模型相结合。根据能量平衡方程推导了局部地层能量守恒方程，储层热学模型为：

式(14)为局部地层能量守恒方程。对于被压裂液侵入的网格块，其平均有效热容和有效热导率不是恒定的。上述方程左端为随时间t在微元段中的能量积累：右端第一项是由于流体滤失进入地层而产生的热转换。第二和第三项是二维流动系统中的热传导。其中，K_e是平均有效储层导热系数，(J/(m·s·K)；T_r表示地层岩石温度，℃。

S11、设定储层流动模型和储层热学模型的初始和边界条件为：

T_r|_t＝0＝T_i (18)

S12、为了实时模拟井筒温度分布，将上述步骤中的井筒、裂缝和储层模型耦合并结合边界条件进行求解。

通过模拟一口水平井分段压裂过程中的温度动态，分析水平井分段压裂过程中温度分布特征如图3和4所示，分别为该水平井压裂60分钟时储层和裂缝中的温度分布，验证了本文建立温度模型的可靠性。

温度预测模型可模拟分段多簇压裂时的温度分布，考虑到多簇裂缝同时扩展。为了研究注入流量对水平井分段多簇压裂温度分布的影响，将总注入量分配到压裂段的每个射孔簇，模拟结果如图5所示。

在理想条件下，段内形成单裂缝时，比段内形成多条裂缝时的温度响应更明显，而段内多簇起裂时，凡是有压裂液注入的位置，储层温度分布上都会形成一个“尖锥”，而“尖锥”的位置，就指示着裂缝起裂位置，对应地，井筒温度剖面中的温降清晰地指示了裂缝起裂的位置，据此，可以通过水平井压裂注液过程中的井筒温度剖面监测，对压裂段内形成的裂缝数量及进行准确诊断。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种水平井分段压裂温度分布预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立水平井井筒流动模型：

式中，t为时间；R为井筒内径；γ为井筒打开程度；ρ_l为井筒流入流体密度；v_l井筒中注入液速度；ρ_wb为井筒中的流体密度；

S2、设定井筒流动模型的初始和边界条件：

v_I＝v|_t＝0＝0 (2)

S3、建立水平井井筒热模型，瞬态井筒热模型的最终形式为：

式中，C_p为比热容；θ为水平井筒倾角；T_r表示储层温度；由储层热模型计算，T_l表示注入液温度；g为重力加速度；U_T为综合传热系数；T为温度；

S4、设定水平井井筒热模型的初始和边界条件：

T|_t＝0＝T_wf, (5)

S5、对裂缝几何形态进行如下假设：(1)发生在裂缝处的流体滤失与裂缝面呈线性垂直；(2)注入过程中裂缝具有无限的导流能力；(3)压裂液不可压缩；并对裂缝扩展过程进行了建模，裂缝的流动模型为：

式中，τ(x)是裂缝延伸长度x的时间之后，流体滤失开始；X_f是裂缝半长，m；w、h分别为任意微元段的宽和高；C是考虑流体压缩性效应C_c、流体粘度效应C_v和造壁性效应C_w的总流体滤失系数；

S6、设定裂缝流动模型的初始和边界条件为：

X_f|_t＝0＝0 (8)

S7、建立裂缝热学模型，计算裂缝扩展和关井过程中裂缝内压裂液温度分布；能量守恒的概念与体积微分方程上的裂缝流动模型相似：

S8、设定裂缝热学模型的初始和边界条件为:

T_l|_t＝0＝T_i (11)

式中，T_i表示初始储层温度；T为注入流体温度；v_I为x＝R和γ＝1时的流体速度；由井筒模型计算得出，在储层温度模型中，裂缝面边界与储层模型耦合；

S9、压裂液从裂缝面向储层滤失的距离可通过将滤失速度与滤失时间相结合来计算，储层流动模型为：

S10、建立了储层热学模型，并与井筒和裂缝模型相结合，根据能量平衡方程推导局部地层能量守恒方程，储层热学模型为：

式(14)为局部地层能量守恒方程；对于被压裂液侵入的网格块，其平均有效热容和有效热导率不是恒定的；上述方程左端为随时间t在微元段中的能量积累：右端第一项是由于流体滤失进入地层而产生的热转换；第二和第三项是二维流动系统中的热传导；其中，K_e是平均有效储层导热系数；T_r表示地层岩石温度；

S11、设定储层流动模型和储层热学模型的初始和边界条件为：

T_r|_t＝0＝T_i (18)

S12、将上述步骤中的井筒、裂缝和储层模型耦合并结合边界条件进行求解，获取实时模拟井筒温度分布。

2.根据权利要求1所述的水平井分段压裂温度分布预测方法，其特征在于，通过DTS测量压裂注液过程中动态温度数据，从而进行裂缝诊断，实现裂缝位置识别、判断裂缝半长大小，并对压裂段内形成的裂缝数量和位置进行准确诊断。

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