一种用于射孔井的复合暂堵参数设计方法及系统与流程

1.本发明涉及石油天然气工程领域，尤其是涉及一种用于射孔井的复合暂堵参数设计方法及系统。


背景技术：

2.压裂酸化是有效动用低渗致密储层的关键技术手段。随着低品位油气的增加，以及页岩气等非常规储层的大规模开发，需要进一步增加压裂缝对储层的覆盖率，以提高增产效果，由此，多段多簇射孔压裂、重复压裂成为其中重要改造方式。
3.为充分实现多段多簇压裂、重复压裂，暂堵工艺必不可少。暂堵工艺通过在工作液中泵入暂堵材料(暂堵球、暂堵剂、纤维等)，临时封堵已压裂段的射孔孔眼或压裂缝，促使压裂液转向进入其它未改造段，达到增加起裂效率和增加分段的效果，最终提高储层的动用程度。该工艺具有操作灵活、工序简单、不受管柱条件限制等优点，在各大油田广泛应用。
4.由于射孔孔眼的形态不规则(受偏心、毛刺等影响)、尺寸难预测(携砂液对孔眼的冲蚀效果不明确)等原因，单一的暂堵球、暂堵剂、纤维等材料均难以有效封堵孔眼，暂堵效果不佳。复合暂堵是采用多种暂堵材料进行组合实施的一种暂堵工艺，可以发挥不同暂堵材料的优势，以提高封堵效果。如“暂堵球+暂堵剂”的复合暂堵工艺，采用尺寸较大的暂堵球封堵孔眼主体，采用尺寸较小的暂堵剂封堵暂堵球与孔眼之间的缝隙。
5.从暂堵工艺的作用原理来看，暂堵材料的尺寸选择是方案设计的关键参数。复合暂堵采用两种以上的暂堵材料，进一步增加了尺寸优化的设计难度，而在现有技术中，目前尚无准确有效的复合暂堵优化设计方法。
6.因此，现有技术中急需一种考虑待暂堵孔眼尺寸及形态特征的复合暂堵优化设计方法，以解决针对复合暂堵材料的尺寸优化问题。


技术实现要素：

7.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于射孔井的复合暂堵参数设计方法，所述方法包括：初始尺寸生成步骤，对完成目的层射孔的枪身的孔眼进行尺寸特征分析，得到表征所有孔眼整体性形态特征的平均孔眼尺寸及平均费雷特比；冲蚀尺寸生成步骤，基于所述平均孔眼尺寸，通过地面冲蚀实验对暂堵前压裂施工过程中的携砂液冲蚀过程进行模拟，确定冲蚀后目的层套管壁面孔眼的尺寸；暂堵参数生成步骤，根据套管壁面孔眼尺寸和所述平均费雷特比，得到对目的层进行复合暂堵时所需的各种暂堵材料的尺寸。
8.优选地，在所述初始尺寸生成步骤中，包括：按照预设的不同方向，对与所述目的层的射孔操作有关的每个枪身孔眼进行费雷特直径测量，确定所述每个枪身孔眼的最大费雷特直径和最小费雷特直径；根据所述最大费雷特直径和所述最小费雷特直径，计算所述每个枪身孔眼的枪眼初始孔径和枪眼费雷特比；根据所述枪眼初始孔径和枪眼费雷特比，得到所述平均孔眼尺寸和所述平均费雷特比。
9.优选地，在所述冲蚀尺寸生成步骤中，包括：根据表征目的层套管壁面孔眼的整体性初始孔径特征的所述平均孔眼尺寸和暂堵前的压裂施工排量，计算目的层待暂堵孔眼处的冲蚀速度；通过所述地面冲蚀实验，由所述冲蚀速度得到压裂施工过程中的冲蚀量；根据所述冲蚀量和所述平均孔眼尺寸，得到冲蚀后待暂堵孔眼的直径。
10.优选地，在所述暂堵参数生成步骤中，包括：通过室内暂堵实验，确定暂堵球的直径与所述目的层套管壁面孔眼的直径的第一关系系数；基于所述暂堵球和所述目的层套管壁面孔眼之间的缝隙宽度，通过室内暂堵实验，确定暂堵剂的尺寸与所述缝隙宽度的第二关系系数；根据所述套管壁面孔眼尺寸和所述第一关系系数，得到所述暂堵球的直径；根据所述套管壁面孔眼尺寸、所述平均费雷特比和所述第二关系系数，得到所述暂堵剂的直径。
11.优选地，利用如下表达式计算所述暂堵球和所述暂堵剂的直径：
[0012][0013]
其中，dq表示所述暂堵球的直径，dj表示所述暂堵剂的直径，k1表示所述第一关系系数，k1的范围为1.1～1.2，k2表示所述第二关系系数，k2的范围为0.2～0.7，dc表示所述套管壁面孔眼尺寸，rf表示所述平均费雷特比。
[0014]
另一方面，提供了一种用于射孔井的复合暂堵参数设计系统，所述系统包括：初始尺寸生成模块，其配置为对完成目的层射孔的枪身的孔眼进行尺寸特征分析，得到表征所有孔眼整体性形态特征的平均孔眼尺寸及平均费雷特比；冲蚀尺寸生成模块，其配置为基于所述平均孔眼尺寸，通过地面冲蚀实验对暂堵前压裂施工过程中的携砂液冲蚀过程进行模拟，确定冲蚀后目的层套管壁面孔眼的尺寸；暂堵参数生成模块，其配置为根据套管壁面孔眼尺寸和所述平均费雷特比，得到对目的层进行复合暂堵时所需的各种暂堵材料的尺寸。
[0015]
优选地，所述初始尺寸生成模块，包括：直径测量单元，其配置为按照预设的不同方向，对与所述目的层的射孔操作有关的每个枪身孔眼进行费雷特直径测量，确定所述每个枪身孔眼的最大费雷特直径和最小费雷特直径；单孔分析单元，其配置为根据所述最大费雷特直径和所述最小费雷特直径，计算所述每个枪身孔眼的枪眼初始孔径和枪眼费雷特比；枪孔整体分析单元，其配置为根据所述枪眼初始孔径和枪眼费雷特比，得到所述平均孔眼尺寸和所述平均费雷特比。
[0016]
优选地，所述冲蚀尺寸生成模块，包括：冲蚀速度计算单元，其配置为根据表征目的层套管壁面孔眼的整体性初始孔径特征的所述平均孔眼尺寸和暂堵前的压裂施工排量，计算目的层待暂堵孔眼处的冲蚀速度；冲蚀量模拟单元，其配置为通过所述地面冲蚀实验，由所述冲蚀速度得到压裂施工过程中的冲蚀量；冲蚀后孔径计算单元，其配置为根据所述冲蚀量和所述平均孔眼尺寸，得到冲蚀后待暂堵孔眼的直径。
[0017]
优选地，所述暂堵参数生成模块，包括：第一系数确定单元，其配置为通过室内暂堵实验，确定暂堵球的直径与所述目的层套管壁面孔眼的直径的第一关系系数；第二系数确定单元，其配置为基于所述暂堵球和所述目的层套管壁面孔眼之间的缝隙宽度，通过室内暂堵实验，确定暂堵剂的尺寸与所述缝隙宽度的第二关系系数；暂堵球尺寸计算单元，其配置为根据所述套管壁面孔眼尺寸和所述第一关系系数，得到所述暂堵球的直径；暂堵剂尺寸计算单元，其配置为根据所述套管壁面孔眼尺寸、所述平均费雷特比和所述第二关系
系数，得到所述暂堵剂的直径。
[0018]
优选地，在所述暂堵球尺寸计算单元和所述暂堵剂尺寸计算单元中，分别利用如下表达式计算所述暂堵球和所述暂堵剂的直径：
[0019][0020]
其中，dq表示所述暂堵球的直径，dj表示所述暂堵剂的直径，k1表示所述第一关系系数，k1的范围为1.1～1.2，k2表示所述第二关系系数，k2的范围为0.2～0.7，dc表示所述套管壁面孔眼尺寸，rf表示所述平均费雷特比。
[0021]
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
[0022]
本发明提出了一种用于射孔井的复合暂堵优化设计方法及系统。该方法及系统通过对出井射孔枪身的孔眼统计分析，明确井下目的层孔眼的初始尺寸及费雷特比；进而基于携砂液冲蚀模拟实验，计算冲蚀后的待暂堵孔眼尺寸；最后根据待暂堵孔眼尺寸和井下孔眼费雷特比，得到针对目的层复合暂堵施工所需的暂堵球和暂堵剂尺寸。本发明充分考虑了射孔孔眼的不规则特征、以及携砂液对井下射孔孔眼的冲蚀作用的影响效果，有效解决了暂堵球加暂堵剂的复合暂堵施工的优化设计问题，为复合暂堵施工所需的每种暂堵材料提供更加具有针对性的设计尺寸，从而为不同岩性、不同井型射孔井的复合暂堵优化设计提供技术支撑。
[0023]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0024]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0025]
图1为本技术实施例的用于射孔井的复合暂堵参数设计方法的步骤图。
[0026]
图2为本技术实施例的用于射孔井的复合暂堵参数设计方法中初始尺寸生成步骤的流程图。
[0027]
图3为本技术实施例的用于射孔井的复合暂堵参数设计方法中冲蚀尺寸生成步骤的流程图。
[0028]
图4为本技术实施例的用于射孔井的复合暂堵参数设计方法中暂堵参数生成步骤的流程图。
[0029]
图5为本技术实施例的用于射孔井的复合暂堵参数设计系统的模块框图。
具体实施方式
[0030]
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0031]
压裂酸化是有效动用低渗致密储层的关键技术手段。随着低品位油气的增加，以及页岩气等非常规储层的大规模开发，需要进一步增加压裂缝对储层的覆盖率，以提高增产效果，由此，多段多簇射孔压裂、重复压裂成为其中重要改造方式。
[0032]
为充分实现多段多簇压裂、重复压裂，暂堵工艺必不可少。暂堵工艺通过在工作液中泵入暂堵材料(暂堵球、暂堵剂、纤维等)，临时封堵已压裂段的射孔孔眼或压裂缝，促使压裂液转向进入其它未改造段，达到增加起裂效率和增加分段的效果，最终提高储层的动用程度。该工艺具有操作灵活、工序简单、不受管柱条件限制等优点，在各大油田广泛应用。
[0033]
由于射孔孔眼的形态不规则(受偏心、毛刺等影响)、尺寸难预测(携砂液对孔眼的冲蚀效果不明确)等原因，单一的暂堵球、暂堵剂、纤维等材料均难以有效封堵孔眼，暂堵效果不佳。复合暂堵是采用多种暂堵材料进行组合实施的一种暂堵工艺，可以发挥不同暂堵材料的优势，以提高封堵效果。如“暂堵球+暂堵剂”的复合暂堵工艺，采用尺寸较大的暂堵球封堵孔眼主体，采用尺寸较小的暂堵剂封堵暂堵球与孔眼之间的缝隙。
[0034]
从暂堵工艺的作用原理来看，暂堵材料的尺寸选择是方案设计的关键参数。复合暂堵采用两种以上的暂堵材料，进一步增加了尺寸优化的设计难度，而在现有技术中，目前尚无准确有效的复合暂堵优化设计方法。
[0035]
因此，为了解决现有技术中缺少针对复合暂堵技术的各类暂堵材料尺寸进行设计的技术方案，而提出了一种用于射孔井的复合暂堵参数设计方法及系统。该方法及系统首先对完成目的层射孔的枪身的孔眼进行尺寸特征分析，确定表征所有枪身孔眼整体性形态特征的平均初始尺寸及平均费雷特比；而后对压裂过程中的携砂液冲蚀过程进行模拟，计算冲蚀后的待暂堵孔眼尺寸；最后根据待暂堵孔眼尺寸和平均费雷特比，计算当前复合暂堵施工所需的暂堵球和暂堵剂尺寸。本发明充分考虑了射孔孔眼的不规则特征以及携砂液对孔眼的冲蚀影响，有效解决了暂堵球加暂堵剂的复合暂堵参数的优化设计问题，能够为不同岩性、不同井型射孔井的复合暂堵优化设计提供技术支撑。
[0036]
图1为本技术实施例的用于射孔井的复合暂堵参数设计方法的步骤图。下面参考图1对本发明所述的用于射孔井的复合暂堵参数设计方法(以下简称“暂堵材料尺寸设计方法”)进行详细说明。
[0037]
首先，在对本发明的具体过程进行说明之前，先对本发明所述的暂堵材料尺寸设计方法的技术原理进行说明。在实际应用过程，要想对目的层实施复合暂堵施工，就需要在复合暂堵施工之前，对目的层进行压裂施工之前的射孔操作，通过射孔枪在目的层的套管壁面进行射孔，使得壁面上形成为多个孔眼，这些孔眼便为待暂堵孔眼(射孔孔眼)的初始孔眼(此处的初始孔眼指的是具有冲蚀前初始尺寸形态的待暂堵孔眼)，从而在每个套管壁面孔眼处产生用于沟通储层天然裂缝的人造裂缝。此时，射孔枪对目的层进行射孔操作后所留下的每个枪身孔眼均在套管壁面上存在有尺寸相匹配的待暂堵孔眼的初始孔眼与其相对应。因此，本发明步骤s110就是在对目的层实施射孔操作后在枪身所留下的多个枪身孔眼的尺寸进行分析后，确定出所有枪身孔眼整体性尺寸特征，从而利用枪身孔眼的整体性尺寸特征表示井下目的层内的所有套管壁面孔眼的初始尺寸特征，也就是待暂堵孔眼的初始尺寸特征。
[0038]
随后，在井下套管壁面孔眼(即待暂堵孔眼的初始孔眼)形成后，会在后续的压裂施工过程中历经压裂工作液的冲蚀作用，以在完成整个压裂施工后，使得每个目的层的套
管壁面射孔在初始尺寸形态上发生了扩张变化，形成经过冲蚀作用后的真正的待暂堵孔眼(从待暂堵的初始孔眼变形为冲蚀后的待暂堵孔眼，二者在尺寸上是不同的)。因此，本发明步骤s120需要对整个压裂施工的冲蚀过程进行模拟，确定出井下目的层内的所有套管壁面孔眼的冲蚀后的尺寸特征。继而由步骤s130参考步骤s110得到的表征冲蚀前井下初始孔眼的不规则特征信息、以及步骤120得到的表征压裂施工的携砂液对井下目的层射孔(初始)孔眼的冲蚀影响，对暂堵球加暂堵剂的复合暂堵施工中的暂堵球尺寸和暂堵剂尺寸进行精细化的量化设计。
[0039]
参考图1，步骤s110对完成目的层射孔的枪身的孔眼进行尺寸特征分析，得到表征所有枪身孔眼整体性形态特征的平均孔眼尺寸、以及平均费雷特比。也就是说，在步骤s110中，需要根据对目的层进行射孔操作后，在射孔枪上留下的多个枪身孔眼进行尺寸特征分析，得到表征这些枪身孔眼整体性尺寸特征的平均孔眼尺寸、以及表征这些枪身孔眼整体性不规则形态特征的平均费雷特比，从而间接表示出井下目的层内所有套管壁面孔眼在冲蚀过程之前的整体性(初始)尺寸特征和整体性(初始)不规则形态特征。
[0040]
图2为本技术实施例的用于射孔井的复合暂堵参数设计方法中初始尺寸生成步骤的流程图。下面结合图1和图2对本发明实施例所述的暂堵材料尺寸设计方法中的初始尺寸生成步骤进行详细说明。
[0041]
步骤s201按照预设的不同方向，对与目的层射孔操作有关的每个枪身孔眼进行费雷特直径测量，确定每个枪身孔眼的最大费雷特直径和最小费雷特直径。费雷特直径定义为沿一定方向测得的孔眼轮廓两边界平行线间的距离。对每个枪身孔眼进行费雷特直径测量时，可采用游标卡尺按照预设的孔眼不同方向直接测量相应方向下孔眼轮廓两边界平行线之间的距离，获取多组费雷特直径数据(每组数据对应一个预设方向)，针对每个枪身孔眼得到一组直径数组。这样，便可以直接从每个枪身孔眼对应的一组直径数组中确定出当前枪身孔眼的最大费雷特直径和最小费雷特直径，从而进入到步骤s202中。
[0042]
步骤s202根据每个枪身孔眼的最大费雷特直径和最小费雷特直径，分别利用单孔孔径计算式和单孔费雷特比计算式，得到针对每个枪身孔眼的枪眼初始孔径和枪眼费雷特比，而后进入到步骤s203中。其中，上述单孔孔径计算式利用如下表达式表示：
[0043][0044]
其中，d
fmaxi
表示第i个枪身孔眼的最大费雷特直径，单位为mm；d
fmini
表示第i个枪身孔眼的最小费雷特直径，单位为mm；d
pi
表示第i个枪身孔眼的枪眼初始孔径，单位为mm。进一步，上述单孔费雷特比计算式利用如下表达式表示：
[0045]rfi
＝d
fmini
/d
fmaxi
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0046]
其中，r
fi
表示第i个枪身孔眼的枪眼费雷特比，无因次。
[0047]
步骤s203根据所有枪身孔眼的枪眼初始孔径，利用孔径整体特征计算式，计算平均孔眼尺寸，以及根据所有枪身孔眼的枪眼费雷特比数据，利用费雷特比整体特征计算式，计算平均费雷特比。由此，利用平均孔眼尺寸来表征这些枪身孔眼整体性尺寸特征，利用平均费雷特比来表征这些枪身孔眼整体性不规则形态特征，从而间接表示出井下目的层内所有套管壁面孔眼在冲蚀过程之前的整体性(初始)尺寸特征和整体性(初始)不规则形态特征。其中，上述孔径整体特征计算式利用如下表达式表示：
[0048][0049]
其中，n
t
表示枪身孔眼的总数量，单位为个；d
p
表示所有枪身孔眼的平均孔眼尺寸(平均初始孔径)，单位为mm。进一步，上述费雷特比整体特征计算式利用如下表达式表示：
[0050][0051]
其中，rf表示所有枪身孔眼的平均费雷特比，无因次。这样，通过上述步骤s201～步骤s203完成了表征所有孔眼整体性形态特征(形态特征包括尺寸特征和不规则形态特征)的平均孔眼尺寸及平均费雷特比的计算，此时，步骤s110结束，从而进入到步骤s120中。
[0052]
步骤s120基于步骤s110得到的平均孔眼尺寸，将平均孔眼尺寸作为井下目的层套管壁面孔眼的初始孔径，通过地面冲蚀实验，对暂堵施工之前的压裂施工过程中的携砂液冲蚀过程进行模拟，确定冲蚀后目的层套管壁面孔眼的尺寸，也就是得到冲蚀后待暂堵孔眼的孔径，从而完成了压裂施工中携砂液对井下目的层射孔(初始)孔眼的冲蚀过程的影响进行模拟。
[0053]
图3为本技术实施例的用于射孔井的复合暂堵参数设计方法中冲蚀尺寸生成步骤的流程图。下面结合图1和图3对本发明实施例所述的暂堵材料尺寸设计方法中的冲蚀尺寸生成步骤进行详细说明。
[0054]
步骤s301根据步骤s110得到的可将其表征为井下目的层套管壁面孔眼的整体性初始孔径特征的平均孔眼尺寸、和暂堵施工之前的压裂施工排量，利用冲蚀速度计算式，得到目的层待暂堵孔眼处的冲蚀速度(也可理解为压裂施工过程中工作液在注入到目的层所有待暂堵孔眼处的平均冲蚀速度)，而后进入到步骤s302中。其中，冲蚀速度计算式利用如下表达式表示：
[0055][0056]
其中，v表示目的层待暂堵孔眼处的冲蚀速度，单位为m/s；q表示暂堵前的压裂施工排量，单位为m3/min；nc表示目的层内待暂堵孔眼的总数量，单位为个。
[0057]
步骤s302通过地面冲蚀实验，利用携砂液冲蚀模型，由步骤s301得到的冲蚀速度，得到压裂施工过程中工作液的冲蚀量，从而进入到步骤s303中。其中，携砂液冲蚀模型的利用如下表达式表示：
[0058]
w＝16.67kvmt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0059]
其中，w表示压裂施工过程中携砂液对套管壁面孔眼的冲蚀量，单位为mm；k、m分别表示与冲蚀材料(工作液)相关的常数系数，优选地，m的范围为2～2.2；t表示暂堵前的压裂施工时间，单位为min。在本发明实施例中，冲蚀量表示压裂施工过程中套管壁面孔眼在携砂液的作用下的孔径扩张变化量，也可以理解为表示压裂施工过程中一个套管壁面孔眼在携砂液的作用下的孔径扩张变化量的平均值。
[0060]
步骤s303根据步骤s302得到的压裂施工过程中的冲蚀量和步骤s110得到的能够表征目的层套管壁面初始孔眼的整体性孔径特征的平均孔眼尺寸，利用冲蚀后孔径计算式，得到冲蚀后待暂堵孔眼的直径，并将该直径作为冲蚀后目的层套管壁面孔眼的尺寸。其中，冲蚀后孔径计算式利用如下表达式表示：
[0061]
dc＝d
p
+w
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0062]
其中，dc表示暂堵后经过携砂液冲蚀后的套管壁面孔眼直径，单位为mm。这样，通过上述步骤s301～步骤s303完成了对冲蚀后目的层套管壁面孔眼的孔径尺寸的准确估计，此时，步骤s120结束，从而进入到步骤s130中。
[0063]
步骤s130根据步骤s120得到的表征压裂施工的携砂液对井下目的层射孔(初始)孔眼的冲蚀影响效果的冲蚀后目的层套管壁面孔眼尺寸、以及步骤s110得到的表征冲蚀前井下套管壁面孔眼的初始不规则特征的平均费雷特比，得到在对目的层进行复合暂堵时所需的各种暂堵材料的尺寸。需要说明的是，由于本发明实施例中的复合暂堵施工优选地是指暂堵球加暂堵剂作为暂堵材料的施工，因此，本发明步骤s130最终可得到在对当前目的层进行复合暂堵时所需的暂堵球的准确的量化尺寸数据和暂堵剂的准确的量化尺寸数据。
[0064]
图4为本技术实施例的用于射孔井的复合暂堵参数设计方法中暂堵参数生成步骤的流程图。下面结合图1和图4对本发明实施例所述的暂堵材料尺寸设计方法中的暂堵参数生成步骤进行详细说明。
[0065]
步骤401通过室内暂堵实验，确定暂堵球的直径与目的层套管壁面孔眼的直径的第一关系系数，而后进入到步骤s402中。步骤s402基于暂堵球孔径与目的层套管壁面孔眼之间的缝隙宽度，进一步通过室内暂堵实验，确定暂堵剂的尺寸与当前缝隙宽度的第二关系系数。接着，步骤s403根据步骤s120得到的套管壁面孔眼尺寸和步骤s401得到的第一关系系数，利用暂堵球孔径计算式，得到暂堵球的直径。最后，根据步骤s120得到的套管壁面孔眼尺寸、步骤s110得到的平均费雷特比、以及步骤s402得到的第二关系系数，利用暂堵剂孔径计算式，得到暂堵剂的直径。
[0066]
进一步，上述暂堵球孔径计算式、和上述暂堵剂孔径计算式，分别利用下述表达式表示：
[0067]dq
＝k1*dcꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0068]dj
＝k2*(r
f-1)dcꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0069]
其中，dq表示暂堵球的直径，单位为mm；dj表示暂堵剂的直径，单位为mm；k1表示第一关系系数，k1的范围为1.1～1.2；k2表示第二关系系数，k2的范围为0.2～0.7。这样，利用上述得到的暂堵剂直径(孔径)和暂堵球直径(孔径)形成为针对目的层进行复合暂堵施工时所需的暂堵球孔径尺寸和暂堵剂孔径尺寸，从而通过上述步骤s401～步骤s404完成了针对射孔井的复合暂堵参数设计过程，此时，步骤s130结束。
[0070]
另外，由于本发明在步骤s403和步骤s404得到的暂堵球孔径尺寸和暂堵剂孔径尺寸均为小数，因此，在本发明步骤s130中的步骤s404之后，包括步骤s405，以分别对步骤s403和步骤s404得到的最终的尺寸结果进行优化。具体的，步骤s405结合暂堵球和暂堵剂的生产规格，将步骤s403得到的暂堵球孔径尺寸数据进行优化、同时将和步骤s404得到的暂堵剂孔径尺寸数据进行优化，以将优化后的暂堵球孔径尺寸和暂堵剂孔径尺寸数据作为最终的暂堵参数设计结果。
[0071]
举例来说，本发明实施例中所述的用于射孔井的复合暂堵参数设计方法应用于四川盆地x井，具体实施流程如下：
[0072]
步骤a：以x井出井某段射孔枪的其中20孔为例，现场逐一测量枪身孔眼的最大费雷特直径d
fmaxi
、最小雷特直径d
fmini
，按照式(1)、式(2)计算得每个孔眼的初始孔径d
pi
、费雷
特比r
fi
，结果如表1所示。
[0073]
表1射孔枪身孔眼尺寸统计表
[0074]
i1234567891011121314151617181920d
fmaxi
9.48.59.510.49.59.18.89.58.98.68.69.310.39.49.69.39.59.29.48.5d
fmini
97.97.47.98.58.68.18.18.58.18.28.88.998.28.98.58.297.9d
pi
9.28.28.459.1598.858.458.88.78.358.49.059.69.28.99.198.79.28.2r
fi
1.0441.0761.2841.3161.1181.0581.0861.1731.0471.0621.0491.0571.1571.0441.1711.0451.1181.1221.0441.076
[0075]
步骤b：根据步骤1所得的每个孔眼的初始孔径d
pi
、费雷特比r
fi
，按照式(3)、式(4)计算得该20个枪身孔眼的平均初始孔径d
p
为8.839mm，平均费雷特比rf为1.113。
[0076]
步骤c：根据步骤b所得平均初始孔径d
p
为8.839mm，结合暂堵前的压裂施工排量q为10m3/min，待暂堵段的射孔孔眼数nc为72个，按照式(5)计算孔眼处的冲蚀速度v为37.724m/s。
[0077]
步骤d：根据步骤c所得的冲蚀速度v为37.724m/s，结合暂堵前的压裂施工时间t为80min，通过冲蚀实验拟合得经验常数k为5.1
×
10-10
，m为2，按照式(6)计算暂堵前压裂施工过程中的孔眼冲蚀量w为3.484mm。
[0078]
步骤e：根据步骤b所得平均初始孔径d
p
为8.839mm，根据步骤d所得孔眼的冲蚀量w为3.484mm，按照式(7)计算冲蚀后的套管壁面孔眼直径dc为12.322mm。
[0079]
步骤f：根据步骤b所得平均费雷特比rf为1.113，根据步骤e所得套管壁面孔眼直径dc为12.322mm，按照式(8)计算所需的暂堵球直径dq为13.56～14.79mm(根据暂堵球规格选择13.5mm+15mm)，按照式(9)所需的暂堵剂尺寸dj为0.28～0.97mm(根据筛网规格选择20/50目，即0.3mm～0.9mm)。
[0080]
目前该复合暂堵设计方法在四川盆地某页岩气田应用190余井段，暂堵有效率达83.9％，相比前期增幅30.2％，应用效果显著。
[0081]
另外，基于上述用于射孔井的复合暂堵参数设计方法，本发明还提出了一种用于射孔井的复合暂堵参数设计系统(以下简称“暂堵材料尺寸设计系统”)。图5为本技术实施例的用于射孔井的复合暂堵参数设计系统的模块框图。如图5所示，本发明所述的暂堵材料尺寸设计系统包括：初始尺寸生成模块51、冲蚀尺寸生成模块52和暂堵参数生成模块53。
[0082]
其中，初始尺寸生成模块51按照上述步骤s110所述的方法实施，配置为对完成目的层射孔的枪身的孔眼进行尺寸特征分析，得到表征所有孔眼整体性形态特征的平均孔眼尺寸及平均费雷特比。冲蚀尺寸生成模块52按照上述步骤s120所述的方法实施，配置为基于当前平均孔眼尺寸，通过地面冲蚀实验对暂堵前压裂施工过程中的携砂液冲蚀过程进行模拟，确定冲蚀后目的层套管壁面孔眼的尺寸。暂堵参数生成模块53按照上述步骤s130所述的方法实施，配置为根据套管壁面孔眼尺寸和上述平均费雷特比，得到对目的层进行复合暂堵时所需的各种暂堵材料的尺寸。
[0083]
进一步，上述初始尺寸生成模块51包括：直径测量单元511、单孔分析单元512和枪孔整体分析单元513。直径测量单元511按照上述步骤s201所述的方法实施，配置为按照预设的不同方向，对与目的层的射孔操作有关的每个枪身孔眼进行费雷特直径测量，确定每个枪身孔眼的最大费雷特直径和最小费雷特直径。单孔分析单元512按照上述步骤s202所述的方法实施，配置为根据每个枪身孔眼的最大费雷特直径和最小费雷特直径，计算每个枪身孔眼的枪眼初始孔径和枪眼费雷特比。枪孔整体分析单元513按照上述步骤s203所述
的方法实施，配置为根据每个枪身孔眼的枪眼初始孔径和枪眼费雷特比，得到平均孔眼尺寸和平均费雷特比。
[0084]
进一步，上述冲蚀尺寸生成模块52包括：冲蚀速度计算单元521、冲蚀量模拟单元522和冲蚀后孔径计算单元523。冲蚀速度计算单元521按照上述步骤s301所述的方法实施，配置为根据表征目的层套管壁面孔眼的整体性初始孔径特征的平均孔眼尺寸和暂堵前的压裂施工排量，计算目的层待暂堵孔眼处的冲蚀速度。冲蚀量模拟单元522按照上述步骤s302所述的方法实施，配置为通过地面冲蚀实验，由上述冲蚀速度得到压裂施工过程中的冲蚀量。冲蚀后孔径计算单元523按照上述步骤s303所述的方法实施，配置为根据上述冲蚀量和上述平均孔眼尺寸，得到冲蚀后待暂堵孔眼的直径。
[0085]
进一步，上述暂堵参数生成模块53包括：第一系数确定单元531、第二系数确定单元532、暂堵球尺寸计算单元533和暂堵剂尺寸计算单元534。第一系数确定单元531按照上述步骤s401所述的方法实施，配置为通过室内暂堵实验，确定暂堵球的直径与当前目的层套管壁面孔眼的直径的第一关系系数。第二系数确定单元532按照上述步骤s402所述的方法实施，配置为基于暂堵球和目的层套管壁面孔眼之间的缝隙宽度，通过室内暂堵实验，确定暂堵剂的尺寸与当前缝隙宽度的第二关系系数。暂堵球尺寸计算单元533按照上述步骤s403所述的方法实施，配置为根据上述套管壁面孔眼尺寸和上述第一关系系数，得到当前复合暂堵施工所需的暂堵球的直径。暂堵剂尺寸计算单元534按照上述步骤s404所述的方法实施，配置为根据上述套管壁面孔眼尺寸、上述平均费雷特比和上述第二关系系数，得到当前复合暂堵施工所需的暂堵剂的直径。
[0086]
进一步，在暂堵球尺寸计算单元533和暂堵剂尺寸计算单元534中，分别利用如下表达式计算暂堵球和暂堵剂的直径：
[0087][0088]
其中，dq表示暂堵球的直径，dj表示暂堵剂的直径，k1表示第一关系系数，k1的范围为1.1～1.2，k2表示第二关系系数，k2的范围为0.2～0.7，dc表示套管壁面孔眼尺寸，rf表示平均费雷特比。
[0089]
本发明公开了一种用于射孔井的复合暂堵优化设计方法及系统。该方法及系统通过对出井射孔枪身的孔眼统计分析，明确井下目的层孔眼的初始尺寸及费雷特比；进而基于携砂液冲蚀模拟实验，计算冲蚀后的待暂堵孔眼尺寸；最后根据待暂堵孔眼尺寸和井下孔眼费雷特比，得到针对目的层复合暂堵施工所需的暂堵球和暂堵剂尺寸。本发明充分考虑了射孔孔眼的不规则特征、以及携砂液对井下射孔孔眼的冲蚀作用的影响效果，有效解决了暂堵球加暂堵剂的复合暂堵施工的优化设计问题，为复合暂堵施工所需的每种暂堵材料提供更加具有针对性的设计尺寸，从而为不同岩性、不同井型射孔井的复合暂堵优化设计提供技术支撑。
[0090]
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

技术特征：
1.一种用于射孔井的复合暂堵参数设计方法，其特征在于，所述方法包括：初始尺寸生成步骤，对完成目的层射孔的枪身的孔眼进行尺寸特征分析，得到表征所有孔眼整体性形态特征的平均孔眼尺寸及平均费雷特比；冲蚀尺寸生成步骤，基于所述平均孔眼尺寸，通过地面冲蚀实验对暂堵前压裂施工过程中的携砂液冲蚀过程进行模拟，确定冲蚀后目的层套管壁面孔眼的尺寸；暂堵参数生成步骤，根据套管壁面孔眼尺寸和所述平均费雷特比，得到对目的层进行复合暂堵时所需的各种暂堵材料的尺寸。2.根据权利要求1所述的复合暂堵参数设计方法，其特征在于，在所述初始尺寸生成步骤中，包括：按照预设的不同方向，对与所述目的层的射孔操作有关的每个枪身孔眼进行费雷特直径测量，确定所述每个枪身孔眼的最大费雷特直径和最小费雷特直径；根据所述最大费雷特直径和所述最小费雷特直径，计算所述每个枪身孔眼的枪眼初始孔径和枪眼费雷特比；根据所述枪眼初始孔径和枪眼费雷特比，得到所述平均孔眼尺寸和所述平均费雷特比。3.根据权利要求1或2所述的复合暂堵参数设计方法，其特征在于，在所述冲蚀尺寸生成步骤中，包括：根据表征目的层套管壁面孔眼的整体性初始孔径特征的所述平均孔眼尺寸和暂堵前的压裂施工排量，计算目的层待暂堵孔眼处的冲蚀速度；通过所述地面冲蚀实验，由所述冲蚀速度得到压裂施工过程中的冲蚀量；根据所述冲蚀量和所述平均孔眼尺寸，得到冲蚀后待暂堵孔眼的直径。4.根据权利要求1～3中任一项所述的复合暂堵参数设计方法，其特征在于，在所述暂堵参数生成步骤中，包括：通过室内暂堵实验，确定暂堵球的直径与所述目的层套管壁面孔眼的直径的第一关系系数；基于所述暂堵球和所述目的层套管壁面孔眼之间的缝隙宽度，通过室内暂堵实验，确定暂堵剂的尺寸与所述缝隙宽度的第二关系系数；根据所述套管壁面孔眼尺寸和所述第一关系系数，得到所述暂堵球的直径；根据所述套管壁面孔眼尺寸、所述平均费雷特比和所述第二关系系数，得到所述暂堵剂的直径。5.根据权利要求4所述的复合暂堵参数设计方法，其特征在于，利用如下表达式计算所述暂堵球和所述暂堵剂的直径：其中，d
q
表示所述暂堵球的直径，d
j
表示所述暂堵剂的直径，k1表示所述第一关系系数，k1的范围为1.1～1.2，k2表示所述第二关系系数，k2的范围为0.2～0.7，d
c
表示所述套管壁面孔眼尺寸，r
f
表示所述平均费雷特比。6.一种用于射孔井的复合暂堵参数设计系统，其特征在于，所述系统包括：初始尺寸生成模块，其配置为对完成目的层射孔的枪身的孔眼进行尺寸特征分析，得
到表征所有孔眼整体性形态特征的平均孔眼尺寸及平均费雷特比；冲蚀尺寸生成模块，其配置为基于所述平均孔眼尺寸，通过地面冲蚀实验对暂堵前压裂施工过程中的携砂液冲蚀过程进行模拟，确定冲蚀后目的层套管壁面孔眼的尺寸；暂堵参数生成模块，其配置为根据套管壁面孔眼尺寸和所述平均费雷特比，得到对目的层进行复合暂堵时所需的各种暂堵材料的尺寸。7.根据权利要求6所述的复合暂堵参数设计系统，其特征在于，所述初始尺寸生成模块，包括：直径测量单元，其配置为按照预设的不同方向，对与所述目的层的射孔操作有关的每个枪身孔眼进行费雷特直径测量，确定所述每个枪身孔眼的最大费雷特直径和最小费雷特直径；单孔分析单元，其配置为根据所述最大费雷特直径和所述最小费雷特直径，计算所述每个枪身孔眼的枪眼初始孔径和枪眼费雷特比；枪孔整体分析单元，其配置为根据所述枪眼初始孔径和枪眼费雷特比，得到所述平均孔眼尺寸和所述平均费雷特比。8.根据权利要求6或7所述的复合暂堵参数设计系统，其特征在于，所述冲蚀尺寸生成模块，包括：冲蚀速度计算单元，其配置为根据表征目的层套管壁面孔眼的整体性初始孔径特征的所述平均孔眼尺寸和暂堵前的压裂施工排量，计算目的层待暂堵孔眼处的冲蚀速度；冲蚀量模拟单元，其配置为通过所述地面冲蚀实验，由所述冲蚀速度得到压裂施工过程中的冲蚀量；冲蚀后孔径计算单元，其配置为根据所述冲蚀量和所述平均孔眼尺寸，得到冲蚀后待暂堵孔眼的直径。9.根据权利要求6～8中任一项所述的复合暂堵参数设计系统，其特征在于，所述暂堵参数生成模块，包括：第一系数确定单元，其配置为通过室内暂堵实验，确定暂堵球的直径与所述目的层套管壁面孔眼的直径的第一关系系数；第二系数确定单元，其配置为基于所述暂堵球和所述目的层套管壁面孔眼之间的缝隙宽度，通过室内暂堵实验，确定暂堵剂的尺寸与所述缝隙宽度的第二关系系数；暂堵球尺寸计算单元，其配置为根据所述套管壁面孔眼尺寸和所述第一关系系数，得到所述暂堵球的直径；暂堵剂尺寸计算单元，其配置为根据所述套管壁面孔眼尺寸、所述平均费雷特比和所述第二关系系数，得到所述暂堵剂的直径。10.根据权利要求9所述的复合暂堵参数设计系统，其特征在于，在所述暂堵球尺寸计算单元和所述暂堵剂尺寸计算单元中，分别利用如下表达式计算所述暂堵球和所述暂堵剂的直径：其中，d
q
表示所述暂堵球的直径，d
j
表示所述暂堵剂的直径，k1表示所述第一关系系数，k1的范围为1.1～1.2，k2表示所述第二关系系数，k2的范围为0.2～0.7，d
c
表示所述套管壁
面孔眼尺寸，r
f
表示所述平均费雷特比。

技术总结
本发明公开了一种用于射孔井的复合暂堵参数设计方法，包括：对完成目的层射孔的枪身的孔眼进行尺寸特征分析，得到表征所有孔眼整体性形态特征的平均孔眼尺寸及平均费雷特比；基于平均孔眼尺寸，通过地面冲蚀实验对暂堵前压裂施工过程中的携砂液冲蚀过程进行模拟，确定冲蚀后目的层套管壁面孔眼的尺寸；根据套管壁面孔眼尺寸和平均费雷特比，得到对目的层进行复合暂堵时所需的各种暂堵材料的尺寸。本发明有效解决了暂堵球加暂堵剂的复合暂堵施工的优化设计问题。的优化设计问题。的优化设计问题。


技术研发人员：刘言 林永茂 何颂根 尹琅 马健 宋燕高 林立世 李永明 栗铁峰
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司西南油气分公司
技术研发日：2020.11.06
技术公布日：2022/5/25