一种水力压裂作业中高效铺置支撑剂的优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112761609A(43)申请公布日2021.05.07(21)申请号202110191568.6G06Q50/02(2012.01)(22)申请日2021.02.19(71)申请人西南石油大学地址610500四川省成都市新都区新都大道8号(72)发明人陈曦宇李勇明赵金洲文汇博付斌于智博(74)专利代理机构北京中索知识产权代理有限公司11640代理人唐亭(51)Int.Cl.E21B43/26(2006.01)E21B43/267(2006.01)E21B47/00(2012.01)G06F30/20(2020.01)权利要求书2页说明书10页附图2页(54)发明名称一种水力压裂作业中高效铺置支撑剂的优化方法(57)摘要本发明公开了一种水力压裂作业中高效铺置支撑剂的优化方法，包括以下步骤：步骤1：构建压裂过程的岩石变形控制方程和压裂液流动和支撑剂运移的物质平衡方程；步骤2：构建用于表征支撑剂的泵入体积分数的模型；步骤3：给定参数计算得到对应的裂缝几何尺寸和支撑剂体积浓度分布；步骤4：分别计算各组支撑剂的铺置效率；步骤5：分别计算各组的平均支撑剂铺置效率；步骤6：选择优化参数；步骤7：计算随时间变化的支撑剂泵入体积分数；将结果代入步骤1模型计算，将计算得到压裂后的支撑剂铺置效率，验证优化参数是否最优；本发明可提高水力压裂支撑剂铺置效果，提高油气产能。CN112761609ACN112761609A权利要求书1/2页1.一种水力压裂作业中高效铺置支撑剂的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构建压裂过程的岩石变形控制方程，构建压裂液流动和支撑剂运移的物质平衡方程，联立建立裂缝扩展模型用于求解水力裂缝几何形态和支撑剂体积浓度分布；步骤2：构建用于表征支撑剂的泵入体积分数的模型；步骤3：根据目标区域的地质与工程参数，给定总泵入支撑剂体积量；给定d个不同泵注支撑剂起始时间、d个不同泵注支撑剂阶梯段塞个数、d个不同支撑剂颗粒平均粒径；设置Ld×d正交模拟参数表；将d×d组参数分别代入步骤1和步骤2构建的模型得到对应的裂缝几何尺寸和支撑剂体积浓度分布；步骤4：根据步骤3得到的裂缝几何尺寸和支撑剂体积浓度分布，分别计算各组支撑剂的铺置效率；步骤5：根据步骤4得到的支撑剂铺置效率，分别计算每个泵注支撑剂起始时间下的平均支撑剂铺置效率Ti；每个泵注支撑剂段塞次数条件下的平均支撑剂铺置效率Ni和每个支撑剂颗粒平均粒径条件下的平均支撑剂铺置效率Ai；i＝1，2，…，d；步骤6：根据步骤5得到的结果，分别选择Ti、Ni和Ai中的最大值，根据最大值选择对应的泵注支撑剂起始时间，泵注支撑剂阶梯段塞个数和支撑剂颗粒平均粒径作为优化参数；步骤7：将步骤6得到的优化参数组合代入步骤2模型得到优化后的支撑剂泵入体积分数，代入步骤1构建的模型模拟，根据步骤4模型计算得到压裂后的支撑剂铺置效率，验证是否为最优。2.根据权利要求1所述的一种水力压裂作业中高效铺置支撑剂的优化方法，其特征在于，所述步骤1中压裂过程的岩石变形控制方程如下：p(x'，y')＝σ(y')+∫SC(x'‑x，y'‑y)w(x，y)dxdy式中：x，y为空间坐标位置，p为裂缝内净压力值，σ为地层最小主应力值，w为水力裂缝宽度，C为核函数，S为裂缝面积；其中，核函数为：式中：ν为储层岩石泊松比，E为储层岩石杨氏模量；压裂液流动和支撑剂运移的物质平衡方程为：式中：qs为压裂液流动流量，qp为支撑剂流量，Q0为压裂液泵入流量，为支撑剂泵入体积分数，为缝内支撑剂体积分数，t为时间；其中，2CN112761609A权利要求书2/2页式中：Qs为压裂液流变方程，μ为压裂液黏度，B为支撑剂的桥接堵塞方程，Qp为支撑剂流变方程，a为支撑剂颗粒平均粒径，g为重力加速度，Gp为支撑剂沉降方程；其中：式中：H为单位阶跃函数；裂缝尖端边界条件为：式中：KIC为断裂韧性，r为远离裂缝尖端的距离。3.根据权利要求2所述的一种水力压裂作业中高效铺置支撑剂的优化方法，其特征在于，所述步骤2中的模型如下：式中：Δtp为泵注每个支撑剂阶梯段塞的持续时间，T为压裂泵注时间，tc为泵注支撑剂起始时间，n为泵注支撑剂阶梯段塞个数，为支撑剂泵注阶梯上升量，Φ为总泵入支撑剂体积量，为支撑剂泵入体积分数，t为时间，Q0为压裂液泵入流量。4.根据权利要求3所述的一种水力压裂作业中高效铺置支撑剂的优化方法，其特征在于，所述步骤4中的支撑剂的铺置效率yi计算方法如下：式中：Φeff为压裂后成功铺置在油气产层位置的支撑剂体积量，Seff为压裂后支撑剂成功铺置在油气产层区域的覆盖面积，Steff为压裂后水力裂缝中含油气产层区域的总面积，Φ为泵入的支撑剂总体积量，m为参数组