CN115898352A - 一种井筒炮眼压裂效率定量评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井筒炮眼压裂效率定量评价方法，包括以下步骤：步骤一、将井筒套管分为若干段，每段设若干炮眼簇，每个炮眼簇设若干个炮眼；步骤二、向井筒高压注入压裂液和压裂支撑剂，压裂液和压裂支撑剂从炮眼进入地层，冲蚀炮眼；步骤三、对井筒洗井后，通过图像采集设备采集炮眼图像数据；步骤四、对炮眼图像数据进行分析，获得炮眼冲蚀角、每个炮眼冲蚀面积与压裂支撑剂进入量的关系、各段/簇内炮眼冲蚀面积与各段/簇内压裂支撑剂进入量的关系以及各段/簇内炮眼压裂效率的定量值。本发明方法简单、精确的计算了炮眼压裂效率和分布情况，能极大的推进本领域的研究。

Description

一种井筒炮眼压裂效率定量评价方法

技术领域

本发明涉及炮眼检测的技术领域，尤其涉及一种井筒炮眼压裂效率定量评价方法。

背景技术

每年有数十亿美元投资于水力压裂。作业公司明白，不同的压裂体积、不同的孔簇设计都会影响产能。然而，如何优化孔簇设计参数，如段间距和簇间距、每段簇数、每簇孔数；如何优化压裂设计参数，每级压裂液和压裂支撑剂体积、和暂堵等，目前仍不清楚。该领域的研究，目前国内也尚在起步阶段，未见诸报端。为解决国内相关技术的空白，本发明提出了一种定量评价井筒炮眼压裂效率的新方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中提及的问题，提供一种井筒炮眼压裂效率定量评价方法。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为

一种井筒炮眼压裂效率定量评价方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤一、将井筒套管分为若干段，每段设若干炮眼簇，每个炮眼簇设若干个炮眼；

步骤二、向井筒高压注入压裂液和压裂支撑剂，压裂液和压裂支撑剂从炮眼进入地层，冲蚀炮眼；

步骤三、对井筒洗井后，通过图像采集设备采集炮眼图像数据；

步骤四、对炮眼图像数据进行分析，获得炮眼冲蚀角、每个炮眼冲蚀面积与压裂支撑剂进入量的关系、各段/簇内炮眼冲蚀面积与各段/簇内压裂支撑剂进入量的关系以及各段/簇内炮眼压裂效率的定量值。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

步骤三中，图像采集设备为具备环绕成像技术包括光学、X射线、声波或者阵列传感器等测井工具。

图像采集设备为阵列环扫高清成像测井仪器，所述的阵列环扫高清成像测井仪器具有多个环扫镜头，相邻环扫镜头具有重叠的视野，能够捕捉井筒管壁360°圆周的高分辨率图像。

步骤四中，采用炮眼冲蚀理论模型，确定炮眼冲蚀角，所述的炮眼冲蚀理论模型为：

dL_m(t)＝ρ_m·c(t)dt＝ρ_m·H·(1ε(t))·a_e(t)·dt

其中，

当

有tanθ₂(t)≈tanθ₁(t)＝tanθ(t)，tanθ(t)为炮眼冲蚀角；

L_m(t)：t时刻金属冲蚀损失质量，单位为g，

ρ_m：金属密度，常数，取7.8g/cm³，

c(t)：(t，t+dt)时间间隔，冲蚀金属损失体积，

H：套管厚度，单位为cm，

ε(t)：冲蚀系数，

a_e(t)：(t，t+dt)时间间隔炮眼冲蚀面积，

h：无穷小体积计算的高度，h∈[0,H]，

θ₁(t),θ₂(t)：t和t+dt时刻的冲蚀角，

当

有tanθ₂(t)≈tanθ₁(t)＝tanθ(t)，tanθ(t)为炮眼冲蚀角，

e(t)：t时刻炮眼冲蚀宽度，单位为cm，

A_e：单个炮眼冲蚀面积，即单个炮眼测量面积与基值炮眼面积之差，单位为cm²，

e(T)：最终冲蚀宽度，单位为cm，

d(T)：最终炮眼直径，单位为cm，

d_BH：基值炮眼直径，单位为cm。

步骤四中，井筒单个炮眼冲蚀面积与压裂支撑剂进入量的关系采用PSE公式计算，所述的PSE公式为：

M_s＝γA_e

其中，

γ：冲蚀进砂系数，即井筒单个炮眼冲蚀面积与压裂支撑剂量的关系，

A_e：单个炮眼冲蚀面积，即单个炮眼测量面积与基值炮眼面积之差，

M_s：稳态冲蚀过程单个炮眼支撑剂进入量，

C_p：释放系数的平均值，稳态冲蚀过程，取值0.95-0.9且稳定为常数，

冲蚀面积均值加权冲蚀系数，

该炮眼λP_pf均值，

λ：冲蚀系数，常数，

P_pf：炮眼冲蚀压降，

ρ_s：压裂支撑剂密度，常数。

步骤四中，段/簇内炮眼冲蚀面积与段/簇内压裂支撑剂进入量的关系采用SED公式计算，所述的SED 公式为：

M_s,SCP＝γ_SCPA_e,SCP

其中

A_e,SCP：段/簇内所有炮眼最终冲蚀面积，即段/簇内所有炮眼测量面积与对应基值炮眼之差，

γ_SCP：段/簇内冲蚀进砂系数，即各段/簇内炮眼冲蚀面积与各段/簇内压裂支撑剂进入量的关系，

M_s,SCP：段/簇内所有炮眼支撑剂进入量，

段/簇内冲蚀面积均值加权冲蚀系数，

段/簇内λP_pf的均值。

步骤四中，段/簇内炮眼压裂效率采用FEI指数计算或EGI指数计算，所述的FEI指数为段/簇内单个炮眼的支撑剂进入量标准方差与段/簇内单个炮眼的支撑剂进入量平均值之比，所述的EGI指数为段/簇内单个炮眼的最终冲蚀面积标准方差与段/簇内单个炮眼的最终冲蚀面积平均值之比。

段/簇内炮眼压裂效率根据FEI的范围不同，分为展布进砂分布、选择性进砂分布、离散进砂分布和脉冲进砂分布，

展布进砂分布意味着大概率砂液突破段内某个炮眼后，向周边扩展并最终形成较为均匀的进砂量分布，不论从空间上，还是支撑剂进入量上，都展示为均衡的分配，从裂缝看，大概率形成多条裂缝，且缝间应力云干扰低，故存在较为复杂的主缝联通，从储层看，裂缝间存在复杂缝网，SRV体积显著提高，压裂效率好；

选择性进砂分布在段内的某个区域呈现为展布进砂，而其他区域则没有足够的进砂，反映出孔间或簇间应力云效应弱，在选择进支撑剂的炮眼或炮眼簇，井筒外形成复杂缝网及充分的压裂缝网体积，但在未选择进支撑剂的炮眼或炮眼簇，支撑剂进入量低，无法形成复杂缝网，压裂缝网体积低，从裂缝看，选择性进砂分布只在某个区域形成复杂缝网，其他区域没有有效缝网，从储层看，选择性进砂分布只在段内的某个区域实现了体积改造，有一定的SRV规模，但从整个段来看，其压裂效率中等，细分为中等偏好，中等和中等偏差；

离散进砂分布有一定展布或选择性分布，总体进砂分布离散，反映出孔间或簇间应力云效应强，导致起裂的裂缝之间耦合困难，井筒外多数空间无法形成复杂缝网，压裂缝网体积低，从储层看，SRV 体积有限，压裂效率中等偏差；

脉冲进砂分布反映1-5个炮眼强烈过度进砂，占用了整个进砂量的30％以上，导致本段内其他炮眼无法进砂，或者进砂十分有限，从裂缝看，脉冲进砂分布是线性缝的具象表现，表明某些炮眼被突破后，不能实现周边扩展而过量进砂，导致其他炮眼严重欠压，从储层看，应力云效应严重，导致单缝无法形成鱼刺效应，只能沿最大主应力垂直面向远端不断延伸，有导致井间干扰的概率，也不会形成规模SRV体积，压裂效率差。

所述的展布进砂分布的FEI在0～0.7范围内，总体评价为压裂效果好，选择性进砂分布分为强选择性进砂分布、选择性进砂分布和弱选择性进砂分布，弱选择性进砂分布的FEI在0.7～1.0范围内，总体评价为压裂效果中等偏好，选择性进砂分布的FEI在1.0～1.4，总体评价为压裂效果中等，离散进砂分布或强选择性进砂分布的FEI在1.4～1.8范围内，总体评价为压裂效果中等偏差，脉冲进砂分布的FEI大于1.8，总体评价为压裂效果差。EGI指数与FEI指数具有同样的划分定义。

所述的压裂支撑剂为石英砂或陶粒或化学包覆改性支撑剂或石英砂、陶粒以及化学包覆改性支撑剂的组合。

本发明的优点在于：

本发明公开了炮眼冲蚀理论模型、PSE公式、SED公式、FEI指数，借助高分辨率光学成像技术，准确测量和解释压裂前后的炮眼尺寸，利用炮眼冲蚀理论模型定量计算炮眼冲蚀角，利用PSE公式定量计算单个炮眼冲蚀面积与支撑剂进入量的关系，利用SED公式定量计算段/簇内炮眼冲蚀面积与段/ 簇内压裂支撑剂进入量的关系，利用FEI指数定量评价段/簇内炮眼压裂效率。本发明公开的方法简单、精确的计算了炮眼压裂效率和分布情况，能极大的推进本领域的研究。

本发明将进砂分布分为四种，即展布进砂分布、选择性进砂分布、离散进砂分布和脉冲进砂分布，通过FEI指数可以简单、快速地判断井筒炮眼的压裂效率。

附图说明

图1是井A的结构示意图；

图2为13段分布图，选择性进砂分布；

图3为14段分布图，展布进砂分布；

图4为15段分布图，脉冲进砂分布；

图5为16段分布图，选择性进砂分布；

图6为17段分布图，选择性进砂分布；

图7为18段分布图，离散或强选择进砂分布；

图8为19段分布图，离散或强选择进砂分布；

图9为20段分布图，离散或强选择进砂分布；

图10为21段分布图，选择性进砂分布。

图11是过压炮眼的示意图；

图12是饱压炮眼示意图；

图13是欠压炮眼示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

本发明的一种井筒炮眼压裂效率定量评价方法，包括以下步骤：

步骤一、将井筒套管分为若干段，每段设若干炮眼簇，每个炮眼簇设若干个炮眼；

步骤二、向井筒高压注入压裂液和压裂支撑剂，压裂液和压裂支撑剂从炮眼进入地层，冲蚀炮眼；

步骤三、对井筒洗井后，通过图像采集设备采集炮眼图像数据；

步骤四、对炮眼图像数据进行分析，获得炮眼冲蚀角、每个炮眼冲蚀面积与压裂支撑剂进入量的关系、各段/簇内炮眼冲蚀面积与各段/簇内压裂支撑剂进入量的关系以及各段/簇内炮眼压裂效率的定量值。

步骤一和二为现有的井筒炮眼压裂步骤，本发明的创新点在于步骤三和步骤四。

步骤三中，采用的图像采集设备优选阵列侧视高清成像测井仪器，井下光学成像技术的最新发展使得在常规作业中进行压裂炮眼前后的测量成为可能。目前已知两类井下成像技术工具：一类是使用前置摄像头进行炮眼评价，这种镜头会严重扭曲图像，炮眼测量需要模型反演，测试精度存疑。另一类是工具带有一个侧视摄像头，可以定点旋转，测量周期太长，存在井控风险。为了准确测量炮眼图像，优先使用平行于套管壁的阵列侧视环扫测井仪器镜头捕捉整个套管360度周长的炮眼图像。

本发明采用炮眼冲蚀理论模型，确定炮眼冲蚀角，炮眼冲蚀理论模型的推理步骤如下：

由于暂态冲蚀过程不会扩大炮眼孔眼，而只会使炮眼外周变得光滑，因此在这个过程中，支撑剂进入量可以忽略不计。事实上，这个过程中的支撑剂进入量可以描述如下，

M_L：金属损失质量，单位为g，

θ_i：暂态冲蚀过程冲蚀角，单位为度，

ρ：金属密度，单位为g/cm³，

μ：暂态冲蚀过程质量冲蚀系数，cm³/度，

根据测量，在暂态冲蚀过程结束时，θi很小，不能超过π/12。M_L较小，孔与孔之间变化不大。我们假设在此过程中，所有炮眼的支撑剂进入量都很小，可以忽略不计。我们的目标将集中在稳态冲蚀过程，它平滑了炮眼，并扩大了炮眼。

假设炮眼直径为d(t)，套管厚度为H，t时刻的冲蚀角为θ1(t)。

在较小的时间间隔(t，t+dt)内，冲蚀使炮眼进一步平滑，孔洞扩大。设冲蚀角从θ1(t)变为θ2(t)，炮眼孔径从d变为d(t)+e(t)。

在此时间间隔内套管金属损失质量为损失体积乘以金属密度。为了计算体积损失，我们将使用有限元分析(FEA)方法将锥体分成无限层。每一层的高度都是dh。体积损失等于t+dt时刻锥体体积减去 t时刻锥体体积。然后从h＝0到h＝H进行微积分计算。给出了在时间区间(t，t+dt)内的总体积损失。为了计算总体积损失，需要继续从t＝0到t＝t(总压裂时间)进行积分。将给出由于冲蚀造成的金属总损失。

ae(t)：(t，t+dt)时间间隔炮眼冲蚀面积，单位为cm²，

d(t)：t时刻炮眼直径，单位为cm，

e(t)：t时刻炮眼冲蚀宽度，单位为cm，

基于以上理论，我们可写作微元体积损失：

c(t)：(t，t+dt)时间间隔，冲蚀金属损失体积，

θ₁(t),θ2(t)：t和t+dt时刻的冲蚀角，

h：无穷小体积计算的高度，

对h∈[0,H]积分，我们可以得到冲蚀金属体积(t，t+dt)，

当

我们有tanθ₂(t)≈tanθ₁(t)＝tanθ(t)

把

定义为冲蚀系数，我们有

c(t)＝H·(1+ε(t))·a_e(t) (3)

冲蚀引起的金属损失可以写为：

dL_m(t)＝ρ_m·c(t)dt＝ρ_m·H·(1+ε(t))·a_e(t)·dt (4)

其中

L_m(t)：t时刻金属冲蚀损失质量，单位为g，

ρ_m：金属密度，常数，取7.8g/cm³，

ε(t)：冲蚀系数，

H：套管厚度，单位为cm，

a_e(t)：t时刻冲蚀面积，单位为cm²，

方程(4)代表冲蚀套管金属损失和冲蚀系数、冲蚀面积的关系。该方法适用于整个压裂过程，且具有时变特性。

对方程(4)积分，我们有

A_e：单个炮眼冲蚀面积，即单个炮眼测量面积与基值炮眼面积之差，

冲蚀面积均值加权冲蚀系数

用于工程应用，我们将通过基值炮眼直径和最终炮眼半径差来估计ε，

通过测量e(t)比d(t)小，所以我们要忽略二次方程中的所有项

注意到

当

我们简化方程(6)为

因此，我们写作

e(T)：最终冲蚀宽度，单位为cm，

d(T)：最终炮眼直径，单位为cm，

由于

由(8)和(5)，我们推导出，

(9)和(10)是我们最终得到的表示最终冲蚀面积和金属损失之间关系的方程。由于所有参数都可以测量和计算，我们可以计算每个炮眼的炮眼冲蚀角。

本发明采用PSE公式计算井筒整体炮眼冲蚀面积与压裂支撑剂用量的关系，其推导过程为：

冲蚀主要是由流体动能引起的。根据Cramer(D.D.Cramer，1988)的研究，流体渗透地层产生的金属冲蚀主要是由压裂液的砂蚀造成的。压裂液对金属冲蚀无影响。通过实验验证了本文的结论。基于这种理解，我们可以简单地写

dL_m(t)＝λ·m_s(t)·v_s ²(t)·dt (11)

L_m(t)：t时刻套管金属损失，单位为g，

λ：冲蚀动态系数，段内是常数，

m_s(t)：t时刻炮眼支撑剂进入量，单位为MT，

v_s(t)：t时刻压裂支撑剂流速，单位为m/s，

根据Veatch(R.W.Veatch 1983)提出的炮眼压降计算公式，

其中

P_pf(t)：炮眼冲蚀压降，单位为psi，

Q(t)：t时刻泵排，单位为m³/min，

A(t)：t时刻炮眼面积，单位为cm²，

C_p(t)：t时刻释放系数，时变，

ρ_s：压裂支撑剂密度，常数，可取2.65g/cm²，

由于我们现在研究的是单个炮眼，支撑剂进入速度等于砂体积除以炮眼面积，我们得到

结合方程(7)和(6)

将冲蚀过程分为暂态冲蚀过程和稳态冲蚀过程。详见Grose的详细分析。在暂态冲蚀过程中，冲蚀不会扩大炮眼，只会使套管内径变光滑、增加斜度。在此过程中，释放系数C_p(t)和冲蚀压降P_pf(t) 随时间变化而变化。然而，与稳态冲蚀过程相比，这一过程持续的时间短。在稳态冲蚀过程中，炮眼扩大，同时使炮眼周围变得光滑。在此过程中，释放系数保持在0.9～0.95，冲蚀压降保持在150～300psi 之间稳定。由于暂态过程并未扩大炮眼孔径，因此本文定义的冲蚀面积为零。我们有

其中

L_m：压裂过程中套管金属冲蚀质量损失，单位为g，

M_s：稳态冲蚀过程单个炮眼支撑剂进入量，单位为MT，

C_p：释放系数的均值，稳态冲蚀过程，释放系数为0.9-0.95，

该炮眼λP_pf的平均值，

结合(10)和(15)

定义

作为冲蚀进砂系数，方程(14)可写作

M_s＝γA_e (17)

其中，

A_e：单个炮眼冲蚀面积，即单个炮眼测量面积与基值炮眼面积之差，

M_s：稳态冲蚀过程单个炮眼支撑剂进入量，单位为MT，

冲蚀面积均值加权冲蚀系数，

该炮眼λP_pf均值，

γ：冲蚀进砂系数(SEC)，

(17)称为炮眼进砂(PSE)公式，简称PSE公式。该方法应用于单个炮眼，表明进砂量与冲蚀面积的比例有关。

PSE公式描述了单个炮眼进砂量与冲蚀面积之间的近线性关系。

由于最新的井下摄像技术可以准确测量基值炮眼和压裂前后炮眼直径和面积。利用实测数据可以计算PSE公式中的参数。

本发明采用SED公式计算段/簇内炮眼冲蚀面积与段/簇内压裂支撑剂进入量的关系，推导过程为：

定义：

M_s,SCP＝γ_SCPA_e,SCP (18)

其中，A_e,SCP：段/簇炮眼最终冲蚀面积，即段/簇内所有炮眼测量面积与对应基值炮眼之差，单位为cm²，

γ_SCP：段/簇冲蚀进砂系数(ESEC)，可变，

M_s,SCP：段/簇炮眼支撑剂进入量，MT，

段/簇内λP_pf的均值，

(18)称为进砂分布(SED)公式，简称SED公式。

SED公式揭示了炮眼簇、炮眼段的进砂分布。10余项现场工作数据显示了较好的准确性。

让我们把整个段的支撑剂进入量加起来。这是

从(8)可得

通过(8)和(9)，可以获得

结合(17)，我们用

表示段内炮眼平均值，有

是压裂段总支撑剂进入量。

由于A_e,SCP和

可测量可计算，

可计算，

因此，段/簇冲蚀进砂系数，即段/簇内炮眼冲蚀面积与段/簇内压裂支撑剂进入量的关系可以写作

由于可以测量每个段/簇炮眼的冲蚀面积，因此每段/簇炮眼的支撑剂进入量可以用SED公式给出。

本发明FEI指数用来计算段/簇内炮眼压裂效率，FEI指数基本上与EGI指数非常相似，EGI指数是一个段的冲蚀面积标准方差除以一个段每个炮眼的平均冲蚀面积。这两个指标在一个段的差异较小，往往小于2％-5％的偏差。物理上，EGI指数是描述某一段冲蚀面积分布均匀性的参数，而FEI指数是描述支撑剂进入量均匀性的参数。这两个指标之所以如此相似，是因为大多数情况下不同炮眼间冲蚀进砂系数γ变化不大。对某一段的每个炮眼进行γ计算表明，炮眼之间的数值变化很小。

I_FEI,SC：段/簇的压裂效率，也称作FEI指数，

Var_SC：段/簇的炮眼支撑剂进入量标准方差，

段或簇炮眼支撑剂进入量平均值，

100多个作业证明，FEI在0～0.7范围内，压裂效率较好，在0.7～1范围内压裂效率中等偏好，在1～1.4范围内压裂效率中等，在1.4～1.8范围内压裂效率中等偏差在1.8以上范围内压裂效率差。

关于本发明的部分名词定义：

本文定义的冲蚀面积是指因冲蚀而扩大的面积。它不包括炮眼周边冲蚀平滑造成的套管质量损失。实践表明，许多被冲蚀的炮眼都有平滑的步骤。饱压炮眼往往伴随着平滑的过渡。因此确定平滑区域是困难和不准确的。测量压裂前后的炮眼面积相对容易。所以，我们定义

冲蚀面积：压裂后炮眼测量面积与基值炮眼面积之差。

根据Grose(R.Grose，1985)、Cramer(D.D.Cramer，1988)、Crump和Conway(J.B.Crump， M.W.Conway 1988)的研究，冲蚀过程可以分为以下两个阶段(暂态冲蚀过程和稳态冲蚀过程)。

暂态冲蚀过程：这种冲蚀发生在压裂初始阶段，只会导致炮眼圆周平滑，不会导致炮眼扩大。与整个压裂过程相比，这一过程所需的时间较短。

稳态冲蚀过程：这种冲蚀出现在暂态冲蚀之后，导致炮眼扩大并进一步平滑。这一过程占用了压裂周期的大部分时间，并以稳定的冲蚀压降和稳定的进砂速度接近稳定的冲蚀。

欠压炮眼：炮眼支撑剂进入量低于平均炮眼支撑剂进入量。

饱压炮眼：炮眼支撑剂进入量大于平均炮眼支撑剂进入量但小于设计最大设计量。

过压炮眼：炮眼支撑剂进入量超过最大设计量。

脉冲进砂分布：少量炮眼(比如1-5个炮眼)在一个压裂段支撑剂进入量超过泵送总支撑剂进入量的30％或更多，进砂分布在整个压裂段内看起来像delta函数。脉冲进砂分布压裂效率差。它反映了压裂体积从一个点突破，无法扩展到其他炮眼。脉冲进砂分布的FEI指数值往往大于1.8，表明某一段进砂分布具有较强的差异性。压裂段储层非均质性强，炮眼与簇间应力场较强。压裂液和压裂支撑剂不能在一个压裂段的所有炮眼中共享，而是集中在少数几个炮眼中。那些过压炮眼的裂缝应该是长而线性的。SRV体积应小于预期。

离散进砂分布：许多炮眼进砂，但压裂后的进支撑剂炮眼并不是在一个段内连续分布的。离散进砂分布压裂效率较差。它反映压裂体积从多个点突破，但无法扩展到附近的炮眼。离散进砂分布的FEI 指数通常在1.4-1.8之间。同时也表明炮眼间存在应力场。压裂液和压裂支撑剂在一个压裂段内被多个炮眼共享，但有些炮眼由于应力场的原因无法携带足够的压裂支撑剂。这些井增产炮眼的裂缝应该是非线性的，并提供一定的SRV。

选择性进砂分布：一些簇出现进支撑剂现象，簇内炮眼显示连续进支撑剂。选择性进砂分布是指中等或平均的压裂效率。它反映了压裂体积在井段内的不均匀分布。然而，在这些簇之间，炮眼不能进行足够的进支撑剂。选择性进砂分布的FEI指数通常在0.7-1.8之间。这也表明，在这些簇之间存在应力云。有价值的压裂液和压裂支撑剂可以在井眼压裂簇的大多数炮眼中共享。在这些压裂效果好的簇之间，应力云阻塞了相互连接。这些压裂簇的裂缝较为复杂，SRV体积较高。

展布进砂分布：所有簇和炮眼均显示连续进支撑剂。展布进砂分布具有良好的压裂效率。反映了压裂体积段内分布均匀。展布进砂分布的FEI指数值低于0.7，表明储层均质好，应力场效应最小。压裂液和压裂支撑剂在该段的大多数炮眼中共用。整个段的裂缝复杂，具有良好的总SRV体积。

进砂分布是压裂效率的集中反映。由于测量总是会有一些误差，单个炮眼测量可能不准确。但是，少量的炮眼测量不准确，也不会影响分布。总之，与单个炮眼测量相比，SED能够更准确地判断压裂效率。它还揭示了压裂体积是如何与地层抗争的，以及它是如何沿着压裂段进行突破的。显然，较好的分布，无疑比分布较差(低均匀度)的要好。由于在不存在堵塞问题的情况下，泵入地层的支撑剂量是确定的，因此在大部分产油层都可以得到更好的分布。从这一点来看，SED可以成为评估压裂是否有效的主要指标。

作业案例：

图1为井A示意图。水平井从3400mMD的跟部开始，延伸到4700m的趾部。共记录和分析了9个段。测量段从第13段开始到第21段。在第21段之上，射了16个未压裂的“基础”炮眼，也称作“基值炮眼”，并将其命名为第22段进行分析。

表1

表1为井A压裂设计。每个压裂段都包含压裂簇的数量、每个簇的炮眼数量、每个压裂段的炮眼总数、压裂簇和压裂段的深度、桥塞座封深度、每米的炮眼数量、压裂液体积和支撑剂质量，以及每个压裂段的暂堵剂。

作业公司设计了9个压裂段，每个压裂段48个炮眼。在这些段设计了6、8或12簇。压裂液体积和支撑剂体积分为低体积和高体积。其中一段不泵送任何暂堵剂，而其他段都泵送暂堵剂。

经过充分的井筒冲洗，成功完成作业。在448个设计的炮眼中，实际测量385个炮眼，271个炮眼为测量冲蚀孔。对所有冲蚀炮眼进行了测量，SED分析给出了表2所示的数据。

表2

从FEI和EGI指数来看，第14段的平均分布趋于良好。第13段的平均分布较差。其他所有段的分布都很差。从欠压-饱压-过压的比例来看，14段最佳，13段在过压和饱压比例中表现较好，但在欠压比例评价较差。15段在过压中表现良好，在饱压和欠压表现为平均或低于平均水平。18段在饱压和欠压中表现良好，在过压表现平均。但从进砂层分布来看，15段为脉冲分布，进砂效率较低。第18 段是离散的，趾部没有进砂。

所有9个压裂段的进砂分布如图2-10所示。其中，

图2为13段分布图，选择性进砂分布；

图3为14段分布图，展布进砂分布；

图4为15段分布图，脉冲进砂分布；

图5为16段分布图，选择性进砂分布；

图6为17段分布图，选择性进砂分布；

图7为18段分布图，离散或强选择进砂分布；

图8为19段分布图，离散或强选择进砂分布

图9为20段分布图，离散或强选择进砂分布；

图10为21段分布图，选择性进砂分布。

通过对以上作业成果分析：

a.第14段裂缝分布较广，平均压裂效率接近较好的水平。第13，17,16，21段具有选择性进砂分布，压裂效率中等,第18,19,20段为离散或强选择进砂分布，压裂效率中等偏差。第15段脉冲进砂分布，压裂效率差。第13段和第14段均采用8x6(炮眼孔数x炮眼簇数)设计。在一个段，减少而不是增加簇将有助于改善均布。

b.第13和14段压裂用量较低。这也表明，高压裂体积可能无助于提供良好的进砂分布。

c.第13段的SED水平一般，但没有注入暂堵剂！从该井的分析中，我们不能证明暂堵剂能改善均布。相反，它可能会恶化均布。

最后，图11-13给出了过压、饱压、欠压炮眼的情况。这些图像是由井下测井仪器拍摄的，对操作人员来说也非常清楚。

SED公式中的段/簇冲蚀进砂系数γ_SCP在同一段炮眼中随炮眼次数的变化不大。特别是对于这口井，所有炮眼孔的γ_SCP计算结果总结为每个段的最小值、平均值和最大值。此外，还计算了各段γ_SCP的标准方差。见表3：

SED分析提供了每个炮眼支撑剂进入量的综合数据分析。显示每个压裂段的进砂分布。从SED来看，第14段是9个段中相对最好的，第13段次之。15、18、19、20段是9个段中最差的段。特别是对于第15段，压裂能量从第11簇的第1个炮眼突破，整个压裂过程中支撑剂不断进入该炮眼。这反映了地层应力可能是非均匀的，压裂能只能通过该炮眼克服，不能向其他炮眼扩散。结果是，该炮眼共进支撑剂74MT，约占总支撑剂用质量的23％。根据这些信息，该段裂缝长度和裂缝高度将远远超过数值模拟数据，并可能达到地层远端。在这口井附近的井可能会出现意想不到的低产能，因为油气会通过这种意想不到的长线性裂缝长度和高度排出。

总的来说，A井的压裂效率并不令人满意。压裂效率较低可能与压裂体积有关。井A设计时，压裂液体积和支撑剂含量大。大多数高压裂段并没有产生更好的SED。SED分析确定，在一个段中，簇数越少，均布越好。而暂堵剂并没有增加均布。

通过SED分析，作业者可以精心设计压裂施工参数，通过SED数据确定压裂效率，优化油藏及工程参数后，再使用SED数据确定压裂效率。如此不断优化油藏及工程参数，以期达到较为优化的压裂设计。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明 的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种井筒炮眼压裂效率定量评价方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤一、将井筒套管分为若干段，每段设若干炮眼簇，每个炮眼簇设若干个炮眼；

步骤二、向井筒高压注入压裂液和压裂支撑剂，压裂液和压裂支撑剂从炮眼进入地层，冲蚀炮眼；

步骤三、对井筒洗井后，通过图像采集设备采集炮眼图像数据；

步骤四、对炮眼图像数据进行分析，获得炮眼冲蚀角、每个炮眼冲蚀面积与压裂支撑剂进入量的关系、各段/簇内炮眼冲蚀面积与各段/簇内压裂支撑剂进入量的关系以及各段/簇内炮眼压裂效率的定量值。

2.根据权利要求1所述的一种井筒炮眼压裂效率定量评价方法，其特征是：步骤三中，图像采集设备为具备环绕成像技术包括光学、X射线、声波或者阵列传感器等测井工具。

3.根据权利要求2所述的一种井筒炮眼压裂效率定量评价方法，其特征是：图像采集设备为阵列环扫高清成像测井仪器，所述的阵列环扫高清成像测井仪器具有多个环扫镜头，相邻环扫镜头具有重叠的视野，能够捕捉井筒管壁360°圆周的高分辨率图像。

4.根据权利要求2所述的一种井筒炮眼压裂效率定量评价方法，其特征是：步骤四中，采用炮眼冲蚀理论模型，确定炮眼冲蚀角，所述的炮眼冲蚀理论模型为：

dL_m(t)＝ρ_m·c(t)dt＝ρ_m·H·(1+ε(t))·a_e(t)·dt

其中，

当

有tanθ₂(t)≈tanθ₁(t)＝tanθ(t)，tanθ(t)为炮眼冲蚀角；

L_m(t)：t时刻金属冲蚀损失质量，单位为g，

ρ_m：金属密度，常数，取7.8g/cm³，

c(t)：(t，t+dt)时间间隔，冲蚀金属损失体积，

H：套管厚度，单位为cm，

ε(t)：冲蚀系数，

a_e(t)：(t，t+dt)时间间隔炮眼冲蚀面积，

h：无穷小体积计算的高度，h∈[0，H]，

θ₁(t)，θ₂(t)：t和t+dt时刻的冲蚀角，

当

有tanθ₂(t)≈tanθ₁(t)＝tanθ(t)，tanθ(t)为炮眼冲蚀角，

e(t)：t时刻炮眼冲蚀宽度，单位为cm，

A_e：单个炮眼冲蚀面积，即单个炮眼测量面积与基值炮眼面积之差，单位为cm²，

e(T)：最终冲蚀宽度，单位为cm，

d(T)：最终炮眼直径，单位为cm，

d_BH：基值炮眼直径，单位为cm。

5.根据权利要求3所述的一种井筒炮眼压裂效率定量评价方法，其特征是：步骤四中，井筒单个炮眼冲蚀面积与压裂支撑剂进入量的关系采用PSE公式计算，所述的PSE公式为：

M_s＝γA_e

其中，

γ：冲蚀进砂系数，即井筒单个炮眼冲蚀面积与压裂支撑剂量的关系，

A_e：单个炮眼冲蚀面积，即单个炮眼测量面积与基值炮眼面积之差，

M_s：稳态冲蚀过程单个炮眼支撑剂进入量，

C_p：释放系数的平均值，稳态冲蚀过程，取值0.95-0.9且稳定为常数，

冲蚀面积均值加权冲蚀系数，

该炮眼λP_pf均值，

λ：冲蚀系数，常数，

P_pf：炮眼冲蚀压降，

ρ_s：压裂支撑剂密度，常数。

6.根据权利要求5所述的一种井筒炮眼压裂效率定量评价方法，其特征是：步骤四中，段/簇内炮眼冲蚀面积与段/簇内压裂支撑剂进入量的关系采用SED公式计算，所述的SED公式为：

M_s，SCP＝γ_SCpA_e，SCP

其中

A_e，SCP：段/簇内所有炮眼最终冲蚀面积，即段/簇内所有炮眼测量面积与对应基值炮眼之差，

γ_SCP：段/簇内冲蚀进砂系数，即各段/簇内炮眼冲蚀面积与各段/簇内压裂支撑剂进入量的关系，

M_s，SCP：段/簇内所有炮眼支撑剂进入量，

段/簇内冲蚀面积均值加权冲蚀系数，

段/簇内λP_pf的均值。

7.根据权利要求6所述的一种井筒炮眼压裂效率定量评价方法，其特征是：步骤四中，段/簇内炮眼压裂效率采FEI指数计算或EGI指数计算，所述的FEI指数为段/簇内单个炮眼的支撑剂进入量标准方差与段/簇内单个炮眼的支撑剂进入量平均值之比，所述的EGI指数为段/簇内单个炮眼的最终冲蚀面积标准方差与段/簇内单个炮眼的最终冲蚀面积平均值之比。

8.根据权利要求7所述的一种井筒炮眼压裂效率定量评价方法，其特征是：段/簇内炮眼压裂效率根据FEI的范围不同，分为展布进砂分布、选择性进砂分布、离散进砂分布和脉冲进砂分布，

展布进砂分布意味着大概率砂液突破段内某个炮眼后，向周边扩展并最终形成较为均匀的进砂量分布，不论从空间上，还是支撑剂进入量上，都展示为均衡的分配，从裂缝看，大概率形成多条裂缝，且缝间应力云干扰低，故存在较为复杂的主缝联通，从储层看，裂缝间存在复杂缝网，SRV体积显著提高，压裂效率好；

选择性进砂分布在段内的某个区域呈现为展布进砂，而其他区域则没有足够的进砂，反映出孔间或簇间应力云效应弱，在选择进支撑剂的炮眼或炮眼簇，井筒外形成复杂缝网及充分的压裂缝网体积，但在未选择进支撑剂的炮眼或炮眼簇，支撑剂进入量低，无法形成复杂缝网，压裂缝网体积低，从裂缝看，选择性进砂分布只在某个区域形成复杂缝网，其他区域没有有效缝网，从储层看，选择性进砂分布只在段内的某个区域实现了体积改造，有一定的SRV规模，但从整个段来看，其压裂效率中等，细分为中等偏好，中等和中等偏差，

离散进砂分布有一定展布或选择性分布，总体进砂分布离散，反映出孔间或簇间应力云效应强，导致起裂的裂缝之间耦合困难，井筒外多数空间无法形成复杂缝网，压裂缝网体积低，从储层看，SRV体积有限，压裂效率中等偏差；

脉冲进砂分布反映1-5个炮眼强烈过度进砂，占用了整个进砂量的30％以上，导致本段内其他炮眼无法进砂，或者进砂十分有限，从裂缝看，脉冲进砂分布是线性缝的具象表现，表明某些炮眼被突破后，不能实现周边扩展而过量进砂，导致其他炮眼严重欠压，从储层看，应力云效应严重，导致单缝无法形成鱼刺效应，只能沿最大主应力垂直面向远端不断延伸，有导致井间干扰的概率，也不会形成规模SRV体积，压裂效率差。

9.根据权利要求8所述的一种井筒炮眼压裂效率定量评价方法，其特征是：所述的展布进砂分布的FEI在0～0.7范围内，总体评价为压裂效果好，选择性进砂分布分为强选择性进砂分布、选择性进砂分布和弱选择性进砂分布，弱选择性进砂分布的FEI在0.7～1.0范围内，总体评价为压裂效果中等偏好，选择性进砂分布的FEI在1.0～1.4，总体评价为压裂效果中等，离散进砂分布或强选择性进砂分布的FEI在1.4～1.8范围内，总体评价为压裂效果中等偏差，脉冲进砂分布的FEI大于1.8，总体评价为压裂效果差，EGI指数与FEI指数具有同样的划分定义。

10.根据权利要求9所述的一种井筒炮眼压裂效率定量评价方法，其特征是：所述的压裂支撑剂为石英砂或陶粒或化学包覆改性支撑剂或石英砂、陶粒以及化学包覆改性支撑剂的组合。

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