一种水平井多簇转向压裂中暂堵绳结和暂堵球的优化方法与流程

1.本发明涉及非常规石油天然气增产技术领域，特别是涉及一种水平井多簇转向压裂中暂堵绳结和暂堵球的优化方法。


背景技术：

2.近年来，随着非常规油气的开采，压裂技术从常规加砂压裂转向大规模大排量体积压裂，再到密切割暂堵转向压裂，压裂技术逐渐完善、升级，更加符合非常规油气藏的增产要求。其中，密切割多簇转向压裂技术在页岩、致密油气开发过程中被广泛应用，主要是由于储层具有较高的启动压力梯度，裂缝间距过大会导致水平段内存在未改造区，不利于增产，密切割多簇的改造方式能最大化地改造储层。从施工方式上，密切割多簇的施工模式存在一定的改造盲点，由于各射孔簇间、射孔位置存在一定的非均质性，段内各射孔簇间或簇内各射孔炮眼间改造均匀程度不一，甚至存在未改造簇或簇内各方向未得到完全整体改造，为提高储层改造均匀程度，在压裂过程中可采用投入暂堵材料的方法封堵已压裂孔眼，促使流体转向未压开射孔簇或孔眼，从而实现段内多簇的均匀改造。从暂堵工艺来看，段内已压开射孔簇或孔眼的封堵效果密切关系着压裂整体的波及体积及压裂改造效果。
3.随着暂堵转向技术的发展，现有的暂堵材料主要分为暂堵绳结和暂堵球、暂堵剂两种类型，其中暂堵绳结和暂堵球粒径大，通常为5-30mm，主要作用是封堵已压开的射孔孔眼，从而提升井筒内净压力，使未开启射孔簇的地层破裂，实现液体转向，最终增大有效改造体积。暂堵绳结和暂堵球的用量及粒径选择密切关系着暂堵转向能否成功，但目前并没有一种与单井匹配性强的算法来求取暂堵绳结和暂堵球使用的最优解，而其中核心的问题是暂堵绳结和暂堵球的数量及粒径优选。因此，亟待一种方法能对暂堵绳结和暂堵球用量及粒径进行计算优化。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种水平井多簇转向压裂中暂堵绳结和暂堵球的优化方法，通过优化暂堵绳结和暂堵球的用量及粒径，提高暂堵转向压裂的成功率。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种水平井多簇转向压裂中暂堵绳结和暂堵球的优化方法，包括以下步骤：
7.步骤1)暂堵绳结和暂堵球用量的优化：
8.步骤1.1)在压裂过程中或结束前对已压裂层段进行阶梯降排量测试，求取不同排量下的稳定压力，得到降排量测试数据；
9.步骤1.2)将降排量测试数据导入专用数模软件，计算暂堵绳结和暂堵球的最佳用量；
10.步骤2)暂堵绳结和暂堵球粒径的优化：
11.步骤2.1)将第一阶段压裂顶替阶段末期再次进行阶梯降排量测试，求取不同排量下的稳定压力，并导入专用数模软件，计算加砂后有效开启进液孔数；
12.步骤2.2)将加砂后有效开启进液孔数与真实进液孔数的差值作为表征射孔孔眼的磨蚀程度，结合实验室前期物模实验的结果及现场炮眼的高清视觉成像分析数据推算射孔孔眼直径变化，结合各直径占比，选择暂堵绳结和暂堵球的最佳粒径。
13.可选的，步骤1.1)中所述阶梯降排量测试，具体为：设计在小型压裂测试末期停泵前进行3-5个不同排量的阶梯降排量测试，不同排量须持续至少15s以求取不同排量下的稳定压力。
14.可选的，步骤1.2)所述将降排量测试数据导入专用数模软件，计算暂堵绳结和暂堵球的用量，具体包括：
15.步骤1.2.1)计算孔眼摩阻δp
perf
和近井筒摩δp
near-wellbore
，公式为：
16.δp
perf
＝k
perf
q217.δp
near-wellbore
＝k
near-wellboreqβ
18.其中：k
near-wellbore
为近井筒摩擦系数，k
perf
为孔眼摩擦系数，q为泵注排量，β为近井筒摩阻指数，取值为0.5；
19.步骤1.2.2)计算有效开启进液孔数n
effective
，公式为：
20.n
effective
＝(n
shot2
/p
erfcoefficientmultiplier
)
0.5
21.其中：n
shot
为射孔枪发射的射孔孔眼数，p
erfcoefficient m
ultiplier
为实际孔眼摩阻与理论计算孔眼摩阻δp
perf
的比值；
22.步骤1.2.3)计算射孔孔眼有效率e，公式为：
23.e＝n
effective
/n
shot
24.步骤1.2.4)基于均质性假设，计算水平井任意一段的有效开启进液孔数m，公式为：
25.m＝e
×
单段射孔总数
26.步骤1.2.5)计算暂堵绳结和暂堵球的最佳用量z
用量
，公式为：
27.z
用量
＝m
×k28.其中：k为保证系数，取值为1.2～1.8。
29.可选的，步骤2.2)中所述实验室前期物模实验，具体包括：
30.步骤2.2.1)针对不同孔径的炮眼，选择符合耐压要求的临界暂堵绳结和暂堵球粒径；
31.步骤2.2.2)对炮眼冲蚀程度进行刻画和表征。
32.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的水平井多簇转向压裂中暂堵绳结和暂堵球的优化方法，通过优化暂堵绳结和暂堵球的用量及粒径，求取暂堵绳结和暂堵球使用的最优解，提高了暂堵转向压裂的成功率。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1a为本发明实施例数模软件模拟暂堵绳结封堵效率图；
35.图1b为本发明实施例数模软件模拟暂堵球封堵效率图；
36.图2为本发明实施例数模软件阶梯降排量测试曲线；
37.图3为本发明实施例暂堵压裂施工曲线。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.本发明的目的是提供一种水平井多簇转向压裂中暂堵绳结和暂堵球的优化方法，通过优化暂堵绳结和暂堵球的用量及粒径，提高暂堵转向压裂的成功率。
40.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
41.本发明实施例提供的水平井多簇转向压裂中暂堵绳结和暂堵球的优化方法，包括以下步骤：
42.步骤1)暂堵绳结和暂堵球用量的优化：
43.步骤1.1)在压裂过程中或结束前对已压裂层段进行阶梯降排量测试，求取不同排量下的稳定压力，得到降排量测试数据；
44.步骤1.2)将降排量测试数据导入专用数模软件，计算暂堵绳结和暂堵球的最佳用量；
45.步骤2)暂堵绳结和暂堵球粒径的优化：
46.步骤2.1)将第一阶段压裂顶替阶段末期再次进行阶梯降排量测试，求取不同排量下的稳定压力，并导入专用数模软件，计算加砂后有效开启进液孔数；
47.步骤2.2)将加砂后有效开启进液孔数与真实进液孔数的差值作为表征射孔孔眼的磨蚀程度，结合实验室前期物模实验的结果及现场炮眼的高清视觉成像分析数据推算射孔孔眼直径变化(扩大率)，结合各直径占比，选择暂堵绳结和暂堵球的最佳粒径。
48.步骤1.1)中，首先利用页岩油气水平井压裂首段的小型压裂测试计算地层的液体效率、渗透率、闭合压力、闭合时间等参数，计算这些参数需要用到小型压裂测试停泵后的压降数据；为后续暂堵绳结和暂堵球用量优化提供依据，设计所述阶梯降排量测试，具体为：设计在小型压裂测试末期停泵前进行3-5个不同排量的阶梯降排量测试，不同排量须持续至少15s以求取不同排量下的稳定压力。
49.步骤1.2)所述将降排量测试数据导入专用数模软件，计算可得到近井摩阻及孔眼摩阻，同时可依据孔眼摩阻求得有效开启进液孔数，最终得到暂堵绳结和暂堵球的用量，此处需要说明的是，水平井压裂过程中，常规上仅第一段采用小型压裂测试的方法求取地层参数，故假设整体水平段均质，即计算的射孔孔眼有效率适用于该井任意一段压裂，具体过程包括：
50.步骤1.2.1)计算孔眼摩阻δp
perf
和近井筒摩δp
near-wellbore
，公式为：
51.δp
perf
＝k
perf
q252.δp
near-wellbore
＝k
near-wellboreqβ
53.其中：k
near-wellbore
为近井筒摩擦系数，k
perf
为孔眼摩擦系数，q为泵注排量，β为近井筒摩阻指数，取值为0.5；
54.步骤1.2.2)计算有效开启进液孔数n
effective
(射孔层段压裂过程中有效进液的孔数)，公式为：
55.n
effective＝
(n
shot2
/p
erfcoefficientmultiplier
)
0.5
56.其中：n
shot
为射孔枪发射的射孔孔眼数，p
erfcoefficientmultiplier
为实际孔眼摩阻与理论计算孔眼摩阻δp
perf
的比值；
57.步骤1.2.3)计算射孔孔眼有效率e，公式为：
58.e＝n
effective
/n
shot
59.步骤1.2.4)基于均质性假设，计算水平井任意一段的有效开启进液孔数m，公式为：
60.m＝e
×
单段射孔总数
61.在条件允许情况下，可根据具体施工小层的分布进行多次阶梯降排量测试，可使射孔孔眼有效率e更具有准确性及针对性；
62.如图1a和图1b所示，步骤1.2.5)通过数模计算所得的射孔孔眼有效率，可进一步求得段内有效孔眼数，即所需封堵的孔眼数量，为保证暂堵效果，根据数模结果及现场施工经验值添加保证系数，计算暂堵绳结和暂堵球的最佳用量z
用量
，公式为：
63.z
用量
＝m
×k64.其中：k为保证系数，一般取值为1.2～1.8。
65.步骤2.1)中，加砂导致的孔眼磨蚀会使孔眼直径变大，在相同排量、相同有效开启进液孔数的前提下，孔眼摩阻会变小；将顶替末期的再次阶梯降排量测试数据导入数模软件中可以得到加砂后的有效开启进液孔数，需要注意的是此时的有效开启进液孔数并非为真实孔数，而是由于孔眼摩阻的降低导致的计算结果变大，步骤2.1)与步骤2.2)中有效开启进液孔数的差值可以表征射孔孔眼的磨蚀程度；
66.综合室内实验室前期物模实验及现场炮眼高清成像分析数据，对射孔炮眼的磨蚀刻画和表征，优选暂堵绳结和暂堵球粒径，步骤2.2)中所述实验室前期物模实验，具体包括：
67.步骤2.2.1)针对不同孔径的炮眼，选择符合耐压要求的临界暂堵绳结和暂堵球粒径；
68.步骤2.2.2)对炮眼冲蚀程度进行刻画和表征。
69.通过大量物模实验及现场炮眼高清成像分析数据，整体分析炮眼磨蚀规律性，得到一般意义上的炮眼磨蚀程度分布。依据有效开启进液孔数差值及物模实验结果，分析炮眼磨蚀程度分布和大小尺寸占比情况，进而可优化确定暂堵绳结和暂堵球粒径组合比例。
70.下面采用实例对本发明方法进行进一步说明：
71.施工井为某油田页岩储层水平井，共24段，其中第16段段内射孔3簇共6m、射孔数为96孔、射孔孔径为12.2mm，为达到更好的改造效果，设计进行多簇转向压裂。
72.如图2所示，施工前该段进行了小型压裂测试，依据阶梯降排量测试数据进行数模计算，求得结果为：有效开启进液孔数为36.92、射孔有效率为38％，即施工中有效进液通道为37孔，多簇转向压裂暂堵的目标为第一阶段加砂压裂后将该37孔暂堵，迫使液体转向压
开未措施射孔簇，实现段内簇间均匀改造。依据公式z
用量
＝m
×
k，选取k＝1.8，本段暂堵绳结和暂堵球设计用量为37
×
1.8＝66.6，即投球数量优化为67个。
73.第一阶段压裂顶替阶段末期再次进行了阶梯降排量测试，导入数模计算，第一阶段压后有效开启进液孔数为46.73孔、有效开启进液孔数差值达到10，即第一阶段压裂对孔眼磨蚀程度较大，粒径优选需考虑部分孔眼磨蚀程度高，孔径磨蚀变大的情况。
74.依据前后阶梯降排量测试结果差异性，综合考虑物模结果，对粒径进行了优选，射孔孔径为12.2mm，设计投入暂堵绳结和暂堵球粒径为13.5mm 15mm 20mm，其中以15mm为主粒径，数量分别为6、50、11。如图3所示，暂堵完成后，从压裂施工曲线观察，在暂堵前后同排量条件下，暂堵后施工压力上升4.5mpa，取得了较好的暂堵效果。井下高清成像分析系统显示炮眼均匀开启程度高，进液相对均匀，孔眼打磨后面积均在322.58mm2，孔眼直径由打磨前的12.2mm变为15-20mm，表明炮眼进砂进液后打磨效果明显，改造效果较好。
75.本发明提供的水平井多簇转向压裂中暂堵绳结和暂堵球的优化方法，通过优化暂堵绳结和暂堵球的用量及粒径，求取暂堵绳结和暂堵球使用的最优解，提高了暂堵转向压裂的成功率。
76.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。