壓后放噴參數的計算方法及裝置與流程

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本發(fā)明涉及石油開采領域，尤其涉及壓裂后放噴生產領域，具體涉及一種壓后放噴參數的計算方法及裝置。

背景技術：

油田一般采用壓裂作為主要的增產措施。而隨著油田勘探開發(fā)的不斷深入，地層石油資源品位越來越低，主要表現(xiàn)為孔隙度低、滲透率低、原始地層壓力低、原油物性差、儲層豐度低等特點，如何銜接好壓裂和壓后生產成為解決這些低品位油藏的關鍵之一。壓后放噴就是這個重要的銜接環(huán)節(jié)，精細優(yōu)化壓后放噴生產制度，一方面可以評價壓裂效果，指導壓裂工藝技術的改進；另一方面可以保證壓裂效果不被破壞，保證壓后高效生產。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決壓裂和壓后生產的銜接問題以及精細優(yōu)化壓后放噴生產制度，本發(fā)明提出了一種壓后放噴參數的計算方法及裝置。

為了達到上述目的，本發(fā)明實施例提出了一種壓后放噴參數的計算方法，用于計算壓裂后油井的井口壓力參數以及產液量參數，包括：

獲取包括壓裂設計數據、測井數據以及室內試驗數據在內的模型參數；

根據所述模型參數建立包括裂縫體積變化模型、產出液模型、壓裂液濾失模型、地層供液量模型在內的多個基礎模型，并計算所述各個基礎模型的代表參數；

根據所述各個基礎模型的代表參數、體積守恒定律和壓力守恒定律，建立壓力計算模型，并確定所述井口壓力參數；

根據所述產出液模型，確定所述產液量參數。

為了達到上述目的，相應的提出了一種壓后放噴參數的計算裝置，用于計算壓裂后油井的井口壓力參數以及產液量參數，包括：

參數獲取模塊，用于獲取包括壓裂設計數據、測井數據以及室內試驗數據在內的模型參數；

代表參數獲取模塊，用于根據所述模型參數建立包括裂縫體積變化模型、產出液模型、壓裂液濾失模型、地層供液量模型在內的多個基礎模型，并計算所述各個基礎模型的代表參數；

井口壓力參數計算模塊，用于根據所述各個基礎模型的代表參數、體積守恒定律和壓力守恒定律，建立壓力計算模型，并確定所述井口壓力參數；

產液量參數計算模塊，用于根據所述產出液模型，確定所述產液量參數。

本發(fā)明實施例的壓后放噴參數的計算方法及裝置，通過結合分段壓裂和體積壓裂的特點，將壓裂裂縫體積模型由以往的橢圓體修正為長圓柱體，更為接近真實體積；傳統(tǒng)計算壓力-產液量-油嘴尺寸的計算結果偏小，本發(fā)明的壓后放噴參數的計算方法及裝置考慮了地層供液對返排過程壓力和產量的影響，并結合多種計算模型進行比對修正，計算結果更為準確；并且，本發(fā)明給出的濾失量計算模型與以往的模型相比，更具可操作性，計算過程也表直觀，方便。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例的壓后放噴參數的計算方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明實施例的裂縫體積模型側視圖。

圖3為本發(fā)明實施例的裂縫體積模型俯視圖。

圖4為本發(fā)明實施例的壓裂液濾失過程示意圖。

圖5為本發(fā)明實施例的壓后放噴參數的計算裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

為了對本發(fā)明的表述方便，現(xiàn)將本發(fā)明實施例中出現(xiàn)的參數進行約定，具體參數與其表達的含義如下：

H_w表示最大裂縫高度，單位為m；L_p表示裂縫的長度，單位為m；H_p表示涉及壓裂底層的厚度，單位為m；L_n表示侵入厚度，單位為m；W_max表示裂縫的最大寬度，單位為m；P_w表示井底壓力，單位為MPa；P_n表示地層內壓力，單位為MPa；v表示巖石泊松比，無因次；E表示巖石巖性模量，Mpa；σ_{min 2}表示上下隔層最小主應力，單位為MPa；σ_{min 1}表示壓裂層的最小主應力，單位為MPa；a表示壓裂液降解指數，無因次；n表示壓裂液流變指數，無因次；μ_eⁿ表示壓裂液稠度系數；C_t表示綜合濾失系數，單位為m/min^-0.5；Z表示流體的壓縮系數，無因次；θ表示局部阻力系數，無因次；r為油嘴半徑，單位為m；R為油管半徑，單位為m；ρ_w表示流體密度，單位為kg/m³；k_d表示壓后裂縫平均滲透率，單位m²。

油田采用壓裂作為主要的增產措施，其中壓后放噴生產經歷如下過程：首先，壓后放噴初期由于壓裂裂縫內存有較高壓力，遠高于井口壓力和地層深部壓力，并形成兩個壓差，即生產壓差△P_w和濾失壓差△P_c；生產壓差△P_w使壓裂裂縫中的流體可以通過井筒排出地面，濾失壓差△P_c使壓裂裂縫中的流體向地層中濾失。然后，隨著壓裂裂縫內的流體不斷被排出和濾失，當井底壓力P_w＜裂縫壓力P_t＜地層壓力P_n時，地層停止濾失，并開始向壓裂裂縫內供液，其供液體積為V_供。最后，當井底壓力P_w＝裂縫壓力P_t＝地層壓力P_n時，整個系統(tǒng)停止供液，放噴結束。

圖1為本發(fā)明實施例的壓后放噴參數的計算方法的流程圖。如圖1所示，本發(fā)明實施例的壓后放噴參數的計算方法，用于計算壓裂后油井的井口壓力參數以及產液量參數，包括：

S100，獲取包括壓裂設計數據、測井數據以及室內試驗數據在內的模型參數；

S200，根據所述模型參數建立包括裂縫體積變化模型、產出液模型、壓裂液濾失模型、地層供液量模型在內的多個基礎模型，并計算所述各個基礎模型的代表參數；

S300，根據所述各個基礎模型的代表參數、體積守恒定律和壓力守恒定律，建立壓力計算模型，并確定所述井口壓力參數；

S400，根據所述產出液模型，確定所述產液量參數。

在本實施例的S100步驟中，獲取包括壓裂設計數據、測井數據以及室內試驗數據在內的模型參數。其中，壓裂設計數據包括：最大裂縫高度H_w、裂縫的長度L_p等數據參數；測井數據包括：涉及壓裂底層的厚度H_p、巖石泊松比v、巖石巖性模量E、上下隔層最小主應力σ_{min 2}、壓裂層的最小主應力σ_{min 1}等參數；室內試驗數據包括：壓裂液降解指數a、壓裂液流變指數n、壓裂液稠度系數μ_eⁿ、綜合濾失系數C_t、流體的壓縮系數Z、局部阻力系數θ、流體密度ρ_w、壓后裂縫平均滲透率k_d等參數。以上參數的具體獲取方式不限于傳感器測量、實驗或計算機模擬計算，本發(fā)明對此不作限定。

在本實施例的S200步驟中，根據所述模型參數建立包括裂縫體積變化模型、產出液模型、壓裂液濾失模型、地層供液量模型在內的多個基礎模型，并計算所述各個基礎模型的代表參數；

S200步驟中的裂縫體積變化模型，其代表參數為裂縫體積變化量ΔV_縫。隨著放噴過程的進行，裂縫體積隨壓力不斷變化，并同時受井井底壓力P_w和地層內壓力P_n大小的影響。主要表現(xiàn)為裂縫的最大寬度W_max和井底壓力P_w的對應關系，且

當H_w≤H_p時，

當H_w＞H_p時，

其中，Pw＝Pt+Ph，其中Pt為井口壓力，通過井口壓力表讀取，Ph為井筒液柱壓力嗎，Ph＝ρ_w gh，ρ_w為產出液密度，h為從油層中深到井口的垂直深度，單位為m。

在此說明的是，現(xiàn)有的橢球形模型針對直井單層單縫壓裂，而對于目前常見的直井多層多縫壓裂和水平井壓裂，不能考慮縫間的干擾性，而采用橢圓柱體模型模擬是將多條壓裂裂縫通盤考慮，在準確性上更具有優(yōu)勢。如圖2至圖4所示。則從t₁時刻到t₂時刻的裂縫體積變化量可根據橢圓體體積變化量計算，且：

當H_w≤H_p時，將式1帶入式3中，得：

其中，β_s為施工時縫內平均壓力與井底壓力的比值，無因次，計算式為式中n為壓裂液流變指數，無因次，a為壓裂液降解指數，無因次；M為中間變量，無因次，計算式為式中W_max(t₁)為t₁時刻的最大井底縫寬，W_max(t₂)為t₂時刻的最大井底縫寬。

當H_w＞H_p時，同樣將式2帶入式3中，即可得裂縫體積變化量ΔV_縫的表達式，在此不做贅述。

S200步驟中的產出液模型，其代表參數為產出液體積變化量ΔV_out。根據伯努利基本方程，考慮油嘴修正系數，從t₁時刻到t₂時刻的產出液體積變化量為：

其中，P_w(t₁)為t₁時刻時井底壓力，單位為MPa；P_w(t₂)為t₂時刻時井底壓力，單位為MPa；為返液過程中流體連續(xù)系數，無因次,該數據為采油現(xiàn)場經驗數據，一般連續(xù)生產無氣的常規(guī)稀油取0.8～1，稠油根據井口溫度和原油粘溫曲線綜合考慮放噴取0.3～0.6，含氣油井根據含氣量取0.4～0.9。

S200步驟中的壓裂液濾失模型，其代表參數為濾失量ΔV_濾。如圖4所示，壓裂裂縫內流體的濾失過程為發(fā)生濾失后，根據地層巖性的特性，首先在壓裂裂縫壁面上形成濾餅區(qū)，濾餅區(qū)由許多微小顆粒和地層原巖組成，滲透性差，可以阻止縫內流體向地層內濾失，但并不完全；然后濾失繼續(xù)發(fā)生，形成侵入區(qū)，直到壓力平衡。在壓裂裂縫長度方向上，每一點的濾失量受該點濾失壓差作用，并不相同，但符合一定的數學規(guī)律，從t₁時刻到t₂時刻的濾失量為這些點的濾失量之和，且：

其中，P_n’(t)為濾失后的實際底層壓力，單位為Mpa。

S200步驟中的地層供液量模型，其代表參數為地層供液體積ΔV_供。根據瞬態(tài)徑向點源擴散原理，地層任意點的注入或排出的體積，與壓力和時間呈指數關系，且：

對該等式左邊進行展開，可得：

進一步化簡變形，得：

其中，表示壓裂層平均孔隙度。

該計算地層供液體積ΔV_供的方法所需要的參數較多，而大部分參數對于同一層位或區(qū)塊來說，一般變化不大，比較相似，在油田勘探開發(fā)初期，地質資料不全的情況下，可以根據鄰井放噴生產數據，將地層供液體積ΔV_供可以簡化為：

其中，a和b可通過臨井生產數據擬合得到，為經驗系數，是對以往復雜產能模型的簡化，需要根據鄰井生產數據進行回歸擬合求取。

在本實施例的S300步驟中，根據所述各個基礎模型的代表參數、體積守恒定律和壓力守恒定律，建立壓力計算模型，并確定所述井口壓力參數；

該壓力計算模型為

將式4、式5、式6和式10同時代入式11的體積守恒等式ΔV_out＝ΔV_縫-ΔV_供+ΔV_濾中，可得：

在此，為了方便對式12的簡化，令：所以式12可以簡化為：

整理得：

由此可知，

根據對上式結果取其正，則：

將式11中的壓力守恒等式P_w(t)＝P_t(t)+P_h(t)代入式16中，得：

將代入至式17中，可得：

所以在給定壓后初始放噴壓力的情況下，通過式18即可計算出某一時間段內的井口壓力。

在本實施例的S400步驟中，根據所述產出液模型，確定所述產液量參數。通過式5可計算出對應時間段內的產液量，同時根據實際產液量控制的需要，采用湊數法，可計算對應需要的油嘴尺寸。

在介紹了本發(fā)明實施例的壓后放噴參數的計算方法之后，接下來，參考圖5對本發(fā)明實施例的壓后放噴參數的計算裝置進行介紹。該裝置的實施可以參見上述方法的實施，重復之處不再贅述。以下所使用的術語“模塊”、“單元”，可以是實現(xiàn)預定功能的軟件和/或硬件。

圖5為本發(fā)明實施例的壓后放噴參數的計算裝置的結構示意圖，如圖5所示。本發(fā)明實施例的壓后放噴參數的計算裝置，用于計算壓裂后油井的井口壓力參數以及產液量參數，包括：

參數獲取模塊100，用于獲取包括壓裂設計數據、測井數據以及室內試驗數據在內的模型參數；

代表參數獲取模塊200，用于根據所述模型參數建立包括裂縫體積變化模型、產出液模型、壓裂液濾失模型、地層供液量模型在內的多個基礎模型，并計算所述各個基礎模型的代表參數；

井口壓力參數計算模塊300，用于根據所述各個基礎模型的代表參數、體積守恒定律和壓力守恒定律，建立壓力計算模型，并確定所述井口壓力參數；

產液量參數計算模塊400，用于根據所述產出液模型，確定所述產液量參數。

在本實施例中，所述裂縫體積變化模型的代表參數為ΔV_縫，且：

其中，H_w為井底最大縫高，單位為m；L_p為裂縫長度，單位m；β_s為施工時縫內平均壓力與井底壓力的比值，無因次，計算式為式中n為壓裂液流變指數，無因次，a為壓裂液降解指數，無因次；M為中間變量，無因次，計算式為式中H_p為壓裂地層厚度，單位為m；W_max為最大井底縫寬，單位為m，W_max(t₁)為t₁時刻的最大井底縫寬，W_max(t₂)為t₂時刻的最大井底縫寬；

當H_w≤H_p時，

當H_w＞H_p時，

式中，v為巖石泊松比，無因次；E為巖石巖性模量，單位為MPa；H_p為壓裂地層厚度，單位為m；P_w為井底壓力，單位為MPa；σ_{min 2}為所述上下隔層最小主應力、σ_{min 1}為所述壓裂層的最小主應力，單位為MPa。

以上參數中，H_w、L_p來源于所述壓裂設計數據；H_p、v、E、σ_{min 2}、σ_{min 1}來源于所述測井數據；n、a來源于所述室內試驗數據。

在本實施例中，所述產出液模型的代表參數為ΔV_out，且：

其中，Z為流體的壓縮系數，無因次；為返液過程中流體連續(xù)系數，無因次；r為油嘴半徑，單位為m；R為油管半徑，單位為m；ρ_w為液體密度，單位為kg/m³；θ為局部阻力系數，無因次；P_w(t₁)為t₁時刻時井底壓力，單位為MPa；P_w(t₂)為t₂時刻時井底壓力，單位為MPa；

以上參數中，Z、ρ_w、θ來源于所述室內試驗數據；r、R來源于現(xiàn)場實際情況。

在本實施例中，所述壓裂液濾失模型的代表參數為ΔV_濾，且：

其中，k_d為壓后裂縫平均滲透率，單位為m²；μ_eⁿ為壓裂液稠度系數，n為流態(tài)指數；L_n＝C_t(t₂-t₁)^0.5為侵入厚度，單位為m，C_t為綜合濾失系數；P_n’(t)為t時刻濾失后的實際底層壓力，單位為MPa；P_w(t)為t時刻井底壓力，單位為MPa；H_p為壓裂地層厚度，單位為m；L_p為裂縫長度，單位m；