一种液体类转向剂用量计算方法

专利2025-04-25  17


本发明涉及油气田压裂增产技术,特别是涉及一种液体类转向剂用量计算方法,属于油气田增产改造领域。


背景技术:

1、对于脆性指数小、地应力差大、天然裂缝与水力裂缝高逼近角、天然裂缝不发育等这类低渗致密储层,常规水力压裂或酸压只能获得简单缝,改造体积很小,对单井产能的提升较小,产量递减速率快。因此,诸多学者提出了暂堵转向压裂技术,并在油田现场开展了试验,获得了一定效果,但总体成功率有待提升,其主要原因之一是转向剂(又称为暂堵剂)用量设计不准确,导致转向剂所形成的暂堵层突破压力低于暂堵压力,暂堵层被突破。固体类转向剂受自身固有尺寸限制,其难以通过防砂筛管,需与裂缝尺寸匹配,从井口至裂缝深部过程中运移过程难控制,且需流体携带。因此,液体类转向剂优势显著,其不受防砂完井工具和裂缝尺寸限制,无需流体携带,可独立泵送,从低黏液体变为高黏液体或固体受温度、ph、时间或离子浓度等控制,暂堵层承压可调,但其也存在用量设计不准确的问题。


技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述不足,提出一种液体类转向剂用量计算方法,具体技术方案如下,思路如图1所示。

2、步骤s1:获取储层和工程参数。储层参数包括井眼轨迹、测井数据、地应力、应力差异系数、岩石力学、天然裂缝、层理、脆性、物性等。工程参数包括射孔数据、注入流体性质、注入液量及排量等。

3、步骤s2:考虑天然裂缝、层理、脆性、应力差异系数、多层等因素的影响,运用fracman或kinetix压裂软件计算暂堵前储层压裂裂缝形态及尺寸参数,基于边界元法使用长a和宽b的矩形单元将裂缝划分为m个单元。

4、步骤s3:假定转向剂所形成的暂堵层不会被突破,在步骤s2的裂缝内不同位置进行暂堵,运用fracman压裂软件计算不同位置暂堵后储层压裂裂缝形态及尺寸参数,将所得的裂缝参数导入cmg油气藏模拟软件,模拟得到不同暂堵位置下所得产能,产能最高的案例所对应的暂堵位置为最佳暂堵位置lbest。

5、步骤s4:收集区块暂堵转向压裂矿场试验数据,结合微地震监测、井下光纤监测、井下电视监测等,分析压裂施工泵注曲线,以此确定区块暂堵转向压裂实际所需的暂堵压力ptem1;基于弹塑性力学理论,数值计算暂堵转向压裂所需的暂堵压力ptem2;暂堵压力ptem取二者较大值,即:

6、ptem=max(ptem1,ptem2)       (1)

7、式中:ptem——暂堵压力,pa;ptem1——矿场试验获得的暂堵压力,pa;ptem2——理论计算获得的暂堵压力,pa。

8、步骤s5:初选多种(w种)液体类转向剂,室内实验获得各种液体类转向剂的突破压力梯度pbre-k,计算各种液体类转向剂的暂堵长度ltem-k,根据步骤s3获得的最佳暂堵位置确定暂堵长度最大值ltem-max,选择满足ltem-k<ltem-max条件的液体类转向剂。不同液体类转向剂的暂堵长度ltem-k为:

9、

10、步骤s6:计算液体类转向剂从井底运移到最佳暂堵位置过程中的总滤失体积。在运移过程中,液体类转向剂性质在不断发生变化,经典的cater滤失模型无法准确计算该滤失,将液体类转向剂的总注入时间t划分为n个时间步,单个时间步长为δt;在第i个δt内,液体类转向剂已流到了ri个裂缝单元,借鉴达西流动思想,第i个δt内液体类转向剂滤失体积为:

11、

12、式中:km-j——第j个裂缝单元壁面附近基质渗透率,m2;μj——第j个裂缝单元处液体类转向剂黏度,pa·s;pf-j——第j个裂缝单元处液体类转向剂压力,pa;pm-j——第j个裂缝单元壁面附近基质孔隙压力,pa;lm-j——第j个裂缝单元附近滤失深度,m。

13、则,液体类转向剂从井底运移到最佳暂堵位置过程中的总滤失体积为:

14、

15、n-s方程表征缝内流体流动,有限体积法求解缝内流体压力;等效渗透率张量法考虑基质中的天然裂缝,渗透率全张量表示的darcy方程表征基质流体流动,十九点有限差分法求解裂缝附近基质孔隙压力。

16、步骤s7:计算液体类转向剂从井口运移到最佳暂堵位置过程中的总混相体积。考虑黏性指进现象,运用格子-玻尔兹曼方法计算液体类转向剂运移过程中与其他流体的混相带长度:

17、

18、其中:

19、

20、式中:c*——液体类转向剂无量纲浓度;t*——无量纲时间;u*——无量纲流速;pe——peclet数,表征液体类转向剂扩散强弱。

21、则,总混相体积为:

22、

23、式中:l——缝长,m;h——缝高,m;w——缝宽,m。

24、步骤s8:计算步骤s5中优选出的不同液体类转向剂的用量vtem-k,以液体类转向剂的总价最低和其对储层伤害最小为目标,优选确定出最终的液体类转向剂及其用量vtem。液体类转向剂的用量vtem为:

25、

26、发明人发现,现有专利“cn106194145b一种多级暂堵深度网络酸压方法”、“cn113935093b基于页岩地质-工程参数内转向压裂暂堵剂用量设计方法”、“cn110685657b一种转向压裂用暂堵颗粒用量计算方法”、“cn111980652b缝内暂堵剂类型、尺寸组合及用量确定方法”,均有描述暂堵剂(又称为转向剂)用量计算方法,但其是针对固体类暂堵剂(如,颗粒、纤维、粉末等),固体类暂堵剂需依靠流体携带泵注,暂堵机理为滤饼或滤网(大颗粒或长纤维桥架、小颗粒或短纤维充填),突破压力主要由滤饼或滤网坚韧程度决定;cn106194145b和cn110685657b需要分别计算桥架颗粒用量和充填颗粒用量;cn111980652b和cn113935093b利用api标准导流室装置模拟暂堵过程,暂堵长度较短,最大为15.85cm,且认为现场压裂所需转向剂用量为室内实验用量简单乘以储层裂缝高度和宽度与实验高度和宽度的比值,室内实验结果受岩板尺寸、携带液类型等因素影响,装置模拟的暂堵过程较为简单,与现场实际施工复杂的暂堵转向过程有较大差距。现有专利“cn115898324a一种优化暂堵转向剂用量的方法”,通过多元回归分析暂堵转向压裂效果较好的井的储层特征数据、设计裂缝特征数据、转向剂携带液特征数据、转向剂特征数据与压裂实际用暂堵剂用量之间的表观关联性,从而预测未来待压裂井的转向剂用量。现有专利“cn109267985b一种暂堵转向压裂暂堵剂用量的控制方法”,其认为转向剂将充满从暂堵位置至裂缝尖端部分,缝口暂堵时转向剂用量就是整个裂缝体积,裂缝缝端1/3处暂堵时转向剂用量就是从缝端1/3处至裂缝尖端的体积,显然该计算方式得到的转向剂用量明显偏大,并没有真正计算实际所需求的转向剂用量,有一定浪费。现有专利“cn113468831a一种压裂缝内暂堵材料用量设计方法”,其步骤s3中计算堵层上作用的支撑力pplug公式为pplug=(pfmousewplug_mouse-pftipwplug_tip)/[2a(1-φ)tanδ3],其步骤s5判断是否满足缝封堵层摩擦失稳强度准则,若否便重复步骤s3-步骤s5,但其步骤s5中缝封堵层摩擦失稳强度准则为hpfmousewplug_mouse-hpftipwplug_tip≤hpplug2a(1-φ)tanδ3,该公式左右两端同时除以h,整理后为pplug≥(pfmousewplug_mouse-pftipwplug_tip)/[2a(1-φ)tanδ3],显然,在执行步骤s3后将自动满足步骤s5的条件,此外,其未考虑注入过程中转向剂滤失以及黏性指进造成的转向剂与其他流体混相。现有专利“cn114592823a暂堵转向材料用量的确定方法及应用”和“cn114592840a暂堵压裂方法及其应用”,该两个专利部分
技术实现要素:
一致,均认为转向剂用量与裂缝长度及宽度的二次方、转向剂密度及其形成的暂堵层渗透率成正比,与携带液黏度及排量成反比,理论依据不充分,液体类转向剂所形成的暂堵层渗透率几乎为0,用量无法计算,因此,其仅适用于固体类转向剂。

27、本发明与现有专利相比,主要区别有:(1)适用对象不同,暂堵机理不同,用量设计思路不同:现有专利主要针对固体类转向剂,其需要依靠流体携带泵注,暂堵机理为滤饼或滤网(大颗粒或长纤维桥架、小颗粒或短纤维充填),突破压力主要由滤饼或滤网坚韧程度决定,需分别计算桥架的大颗粒或长纤维、充填的小颗粒或短纤维的用量;本发明针对液体类转向剂,其可独立泵注,暂堵机理为体积暂堵,突破压力主要由暂堵长度决定,只需计算一种液体类转向剂用量即可;(2)用量计算方法不同:现有专利大多通过室内实验获得转向剂用量,再通过简单相似原理放大至矿场所需用量,室内实验的暂堵长度较短,且实验结果受诸多实验因素影响,或者,通过简单多元回归分析现场压裂试验数据得出储层、裂缝、转向剂特征与转向剂用量之间的表观关联性,从而预测其他井的压裂所需转向剂用量,未从机理上分析实际所需转向剂用量;本发明通过数值理论计算和现场压裂试验数据相结合综合确定出暂堵压力,再结合液体类转向剂特性、暂堵位置、裂缝参数,考虑液体类转向剂注入过程中的滤失和混相,科学计算出转向剂用量,计算所得转向剂用量准确合理,无浪费。

28、本发明的有益之处在于:本发明针对液体类转向剂,通过理论计算和现场压裂数据相结合,再基于液体类转向剂特性、暂堵位置、裂缝参数,考虑注入过程中的滤失和混相,科学计算出转向剂用量,结果合理,无浪费。本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。


技术特征:

1.一种液体类转向剂用量计算方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.如权利要求1所述的一种液体类转向剂用量计算方法,其特征在于,步骤s6中,将液体类转向剂的总注入时间t划分为n个时间步,单个时间步长为δt;在第i个δt内,液体类转向剂已流到了ri个裂缝单元,第i个δt内液体类转向剂滤失体积为:

3.如权利要求1所述的一种液体类转向剂用量计算方法,其特征在于,步骤s7中,考虑黏性指进现象,运用格子-玻尔兹曼方法计算液体类转向剂运移过程中与其他流体的混相带长度:

4.如权利要求1所述的一种液体类转向剂用量计算方法,其特征在于,步骤s8中,液体类转向剂的用量vtem为:


技术总结
本发明公开了一种液体类转向剂用量计算方法,具体步骤包括:(1)获取基础数据;(2)计算暂堵前储层压裂裂缝形态及尺寸参数;(3)以产能为目标,优化缝内最佳暂堵位置;(4)暂堵转向压裂矿场试验和数值理论计算两种手段确定转向压裂所需的暂堵压力;(5)优选几种符合条件的液体类转向剂;(6)计算液体类转向剂从井底运移到最佳暂堵位置过程中的总滤失体积;(7)计算转向剂从井口运移到最佳暂堵位置过程中的总混相体积;(8)以总价最低和储层伤害最小为目标,确定最终的转向剂及用量。本发明通过理论计算和现场压裂数据相结合,基于转向剂特性、暂堵位置、裂缝参数,考虑注入过程中的滤失和混相,科学计算出转向剂用量。

技术研发人员:陈祥,左梓轩,刘平礼,杜娟,唐洪明,胡海泰,卢霄,袁瑶顺,王承杰,刘金明,王冠,黄其胜,吴庾,左承未,李金龙,李垚辰,田文豪,于智涵
受保护的技术使用者:西南石油大学
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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