一种深层页岩气水平井缝口转向压裂暂堵球粒径优选方法技术

本发明专利技术公开了一种深层页岩气水平井缝口转向压裂暂堵球粒径优选方法，包括：获取储层地质参数、压裂施工参数、射孔布簇参数、暂堵转向参数；计算各条水力裂缝延伸长度、裂缝延伸高度、裂缝延伸开度以及裂缝缝内压力；计算水平井筒各簇射孔流量分配、暂堵球堵塞射孔概率、射孔簇暂堵球堵塞数量以及各簇射孔剩余的有效孔眼数量；计算各射孔孔眼流动速度与射孔孔眼直径；进行下一时步的计算，直到压裂时间结束，确定暂堵球粒径。本发明专利技术根据泵入暂堵剂时刻的孔眼直径大小，优选合适的暂堵球粒径，实现射孔孔眼的有效封堵，解决了深层页岩气水平井缝口转向压裂缺少暂堵球粒径定量优选手段的问题，进一步提高页岩气压裂设计的科学性和针对性。和针对性。和针对性。

【技术实现步骤摘要】
一种深层页岩气水平井缝口转向压裂暂堵球粒径优选方法


[0001]本专利技术涉及一种深层页岩气水平井缝口转向压裂暂堵球粒径优选方法，属于页岩气开发


技术介绍

[0002]深层页岩气水平井压裂具有射孔簇数多，簇间距小等特点，可在一定程度上扩大缝网体积，并提高压裂缝网复杂程度。但是，由于压裂时各条水力裂缝之间距离较近，延伸过程中存在显著的应力干扰效应，导致各条水力裂缝相互竞争，延伸速度快慢不一，延伸长度存在较大差异，严重影响深层页岩气水平井压裂增产效果。为此，深层页岩气水平井压裂时通常需要结合缝口转向工艺，即在压裂期间泵入暂堵球，利用暂堵球对延伸较快裂缝的射孔孔眼进行封堵，减小其缝口压裂液流入流量，减慢其延伸速度，最终实现各条裂缝均匀延伸的目的。
[0003]目前，国内外学者针对水平井缝口转向压裂开展了相关研究。龚蔚(2017)、丁邦春(2018)、夏海帮(2020)分别在高石梯
‑
磨溪区块、苏里格气田、川南页岩气区块开展了水平井缝口转向压裂工艺的矿场应用，并结合测井、微地震监测等手段证实了一部分暂堵球可对射孔孔眼进行封堵；金智荣(2019)、吕瑞华(2020)、刘明明(2020)、韩慧芬(2021)建立了暂堵球在井筒内运移与坐封射孔孔眼数学模型，可对泵入暂堵球时的压裂排量进行优化设计；FengZhang(2020)、Ming Chen(2020)、周彤(2020)、陈钊(2021)将暂堵球运移坐封模型与页岩气缝网压裂裂缝延伸模型结合，定量分析了暂堵球数量、暂堵时机、暂堵次数对压裂效果的影响，进而形成了一套暂堵球参数优化方法。
[0004]综上所述，目前水平井缝口转向压裂相关研究主要集中于暂堵球封堵各簇射孔孔眼情况下的水力裂缝延伸模拟，可用于暂堵球数量、暂堵时机、暂堵次数、暂堵排量等参数进行优化设计，但均未考虑深层页岩气水平井缝口转向压裂过程中支撑剂持续对射孔冲蚀导致其孔眼直径逐渐变化的行为，因此不能确定暂堵时刻各簇射孔孔眼直径大小，从而无法优选粒径合适的暂堵球对射孔孔眼进行有效封堵，使得深层页岩气水平井缝口转向压裂设计和工艺优化仍然存在一定盲目性。
[0005]因此，亟需建立一种适用于深层页岩气水平井缝口转向压裂暂堵球粒径优选方法，将有助于进一步提高深层页岩气水平井缝口转向压裂设计的科学性和针对性，改善深层页岩气压裂增产效果。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术中的问题，本专利技术提供一种解决深层页岩气水平井缝口转向压裂过程中考虑各簇射孔孔眼直径动态变化的情况下，缺少暂堵球粒径定量优选手段问题的深层页岩气水平井缝口转向压裂暂堵球粒径优选方法。
[0007]本专利技术解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种深层页岩气水平井缝口转向压裂暂堵球粒径优选方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一、获取储层地质参数、压裂施工参数、射孔布簇参数、暂堵转向参数；
[0009]步骤二、运用流固耦合理论建立深层页岩气水平井缝口转向压裂多簇裂缝延伸模型，并计算各条水力裂缝延伸长度、裂缝延伸高度、裂缝延伸开度以及裂缝缝内压力；
[0010]步骤三、运用流体力学理论建立深层页岩气水平井缝口转向压裂暂堵球封堵射孔模型，计算水平井筒各簇射孔流量分配、暂堵球堵塞射孔概率、射孔簇暂堵球堵塞数量以及各簇射孔剩余的有效孔眼数量；
[0011]步骤四、运用摩擦力学理论建立深层页岩气水平井缝口转向压裂射孔孔眼动态磨蚀模型，计算各射孔孔眼流动速度与射孔孔眼直径；
[0012]步骤五、将步骤三中计算得到的水平井筒各簇射孔流量分配、各簇射孔剩余的有效孔眼数量和步骤四中计算的得到的射孔孔眼直径作为下一时步的初始条件；从而重复步骤二而至步骤四进行下一时步的计算，直到压裂时间结束并分别绘制深层页岩气水平井缝口转向压裂多簇裂缝延伸图、各簇射孔有效孔眼数量随时间变化图、各簇射孔孔眼直径随时间变化图；
[0013]步骤六、根据各簇射孔孔眼直径随时间变化图确定暂堵球粒径。
[0014]进一步的技术方案是，所述层地质参数包括地层最小水平主应力、地层岩石断裂韧性、地层岩石杨氏模量、地层岩石泊松比；
[0015]所述压裂施工参数包括压裂排量、压裂液量、压裂时间、压裂液体粘度、压裂液滤失系数、压裂液密度、压裂注入支撑剂平均浓度；
[0016]所述射孔布簇参数包括射孔簇数、单簇射孔孔眼数量、射孔孔眼直径；
[0017]所述暂堵转向参数包括暂堵球密度、泵入暂堵球总数量、泵入暂堵球时间、射孔转向流动系数。
[0018]进一步的技术方案是，所述深层页岩气水平井缝口转向压裂多簇裂缝延伸模型包括单条裂缝内流体流动方程、单条裂缝延伸物质平衡方程、裂缝高度方程、裂缝开度方程、裂缝延伸边界条件与初始条件方程。
[0019]进一步的技术方案是，所述单条裂缝内流体流动方程为：
[0020][0021]式中：p
i
(s,t)—t时刻第i条裂缝内s位置处流体压力，Pa；q
i
(s,t)—t时刻第i条裂缝内s位置处流量，m3/s；h
i
(s,t)—t时刻第i条裂缝s位置处高度，m；w
i
(s,t)—t时刻第i条裂缝s位置处开度，m；s
i
—第i条裂缝长度方向坐标，m；μ—压裂液体粘度，Pa
·
s；
[0022]所述单条裂缝延伸物质平衡方程为：
[0023][0024]其中：
[0025][0026]式中：q
L,i
(s,t)—压裂液滤失速度，m/s；C
L
—压裂液滤失系数，m/s
0.5
；t—压裂时间，s；τ
i
—第i条裂缝s位置开始滤失时间，s；
[0027]所述裂缝高度方程为：
[0028][0029]式中：K
IC
—地层岩石断裂韧性，Pa
·
m
0.5
；σ
h
—地层最小水平主应力，Pa；
[0030]所述裂缝开度方程为：
[0031][0032]式中：ν—泊松比，无量纲；E—杨氏模量，Pa；
[0033]所述裂缝延伸边界条件与初始条件方程为：
[0034][0035]式中：Q
i
(t)—t时刻第i条裂缝缝口流量，m3/min；L
i
(t)—t时刻第i条裂缝半长，m；Q
T
—压裂排量，m3/min。
[0036]进一步的技术方案是，所述深层页岩气水平井缝口转向压裂暂堵球封堵射孔模型包括水平井筒各射孔簇流量分配方程、射孔簇内各孔眼流量分配方程、暂堵球堵塞射孔概率方程、射孔簇暂堵球堵塞数量方程。
[0037]进一步的技术方案是，所述所述水平井筒各射孔簇流量分配方程为：
[0038][0039]式中：p
heel
—水平井跟端压力，Pa；p
fi,i
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深层页岩气水平井缝口转向压裂暂堵球粒径优选方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、获取储层地质参数、压裂施工参数、射孔布簇参数、暂堵转向参数；步骤二、运用流固耦合理论建立深层页岩气水平井缝口转向压裂多簇裂缝延伸模型，并计算各条水力裂缝延伸长度、裂缝延伸高度、裂缝延伸开度以及裂缝缝内压力；步骤三、运用流体力学理论建立深层页岩气水平井缝口转向压裂暂堵球封堵射孔模型，计算水平井筒各簇射孔流量分配、暂堵球堵塞射孔概率、射孔簇暂堵球堵塞数量以及各簇射孔剩余的有效孔眼数量；步骤四、运用摩擦力学理论建立深层页岩气水平井缝口转向压裂射孔孔眼动态磨蚀模型，计算各射孔孔眼流动速度与射孔孔眼直径；步骤五、将步骤三中计算得到的水平井筒各簇射孔流量分配、各簇射孔剩余的有效孔眼数量和步骤四中计算的得到的射孔孔眼直径作为下一时步的初始条件；从而重复步骤二而至步骤四进行下一时步的计算，直到压裂时间结束并分别绘制深层页岩气水平井缝口转向压裂多簇裂缝延伸图、各簇射孔有效孔眼数量随时间变化图、各簇射孔孔眼直径随时间变化图；步骤六、根据各簇射孔孔眼直径随时间变化图确定暂堵球粒径。2.根据权利要求1所述的一种深层页岩气水平井缝口转向压裂暂堵球粒径优选方法，其特征在于，所述层地质参数包括地层最小水平主应力、地层岩石断裂韧性、地层岩石杨氏模量、地层岩石泊松比；所述压裂施工参数包括压裂排量、压裂液量、压裂时间、压裂液体粘度、压裂液滤失系数、压裂液密度、压裂注入支撑剂平均浓度；所述射孔布簇参数包括射孔簇数、单簇射孔孔眼数量、射孔孔眼直径；所述暂堵转向参数包括暂堵球密度、泵入暂堵球总数量、泵入暂堵球时间、射孔转向流动系数。3.根据权利要求1所述的一种深层页岩气水平井缝口转向压裂暂堵球粒径优选方法，其特征在于，所述深层页岩气水平井缝口转向压裂多簇裂缝延伸模型包括单条裂缝内流体流动方程、单条裂缝延伸物质平衡方程、裂缝高度方程、裂缝开度方程、裂缝延伸边界条件与初始条件方程。4.根据权利要求3所述的一种深层页岩气水平井缝口转向压裂暂堵球粒径优选方法，其特征在于，所述单条裂缝内流体流动方程为：式中：p
i
(s,t)—t时刻第i条裂缝内s位置处流体压力，Pa；q
i
(s,t)—t时刻第i条裂缝内s位置处流量，m3/s；h
i
(s,t)—t时刻第i条裂缝s位置处高度，m；w
i
(s,t)—t时刻第i条裂缝s位置处开度，m；s
i
—第i条裂缝长度方向坐标，m；μ—压裂液体粘度，Pa
·
s；所述单条裂缝延伸物质平衡方程为：
其中：式中：q
L,i
(s,t)—压裂液滤失速度，m/s；C
L
—压裂液滤失系数，m/s
0.5
；t—压裂时间，s；τ
i
—第i条裂缝s位置开始滤失时间，s；所述裂缝高度方程为：式中：K
IC
—地层岩石断裂韧性，Pa
·
m
0.5
；σ
h
—地层最小水平主应力，Pa；所述裂缝开度方程为：式中：ν—泊松比，无量纲；E—杨氏模量，Pa；所述裂缝延伸边界条件与初始条件方程为：式中：Q
i
(t)—t时刻第i条裂缝缝口流量，m3/min；L
i
(t)—t时刻第i条裂缝半长，m；Q
T
—压裂排量，m3/min。5.根据权利要求1所述的一种深层页岩气水平井缝口转向...

【专利技术属性】
技术研发人员：任岚，林然，赵金洲，胡东风，蒋廷学，付永强，吴建发，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：