水平井多段多簇极限限流压裂工艺设计方法.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CN112417644A(43)申请公布日2021.02.26(21)申请号202011098366.9E21B43/267(2006.01)(22)申请日2020.10.14G06F113/08(2020.01)G06F119/14(2020.01)(71)申请人中国石油化工股份有限公司地址100728北京市朝阳区朝阳门北大街22号申请人中石化重庆涪陵页岩气勘探开发有限公司(72)发明人刘尧文(74)专利代理机构重庆强大凯创专利代理事务所(普通合伙)50217代理人王典彪(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06F30/28(2020.01)G06F30/13(2020.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称水平井多段多簇极限限流压裂工艺设计方法(57)摘要本发明水平井压裂技术领域，具体是一种水平井多段多簇极限限流压裂工艺设计方法，包括以下步骤：(1)数据收集；(2)段簇间距设计；(3)单段簇数设计；(4)单段孔眼数量设计；(5)相位角设计；(6)施工排量与规模设计；(7)加砂方式设计。本发明能够解决现有压裂工艺存在的有效裂缝条数较低、泄气面积小、无法实现均匀改造、支撑剂铺置效果差、单井施工成本相对较高等问题，本发明通过采用的“细分段密分簇+极限限流+高强度加砂”压裂工艺，在不增加平均施工成本的基础上，有效地增加了泄气面积，提高了产能，提高了多簇段内射孔簇效率，实现了多簇裂缝均匀改造；通过对加砂方式优化和入井材料的优选，大幅提升支撑剂的铺置效果，提升了有效裂缝质量和改造强度。CN112417644ACN112417644A权利要求书1/2页1.水平井多段多簇极限限流压裂工艺设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)数据收集：收集地质参数，并建立地质模型；(2)段簇间距设计：根据收集的地质参数，模拟计算不同段簇间距下的压力场和应力场，以此为基础，在合适范围内缩小段簇间距；(3)单段簇数设计：利用裂缝诱导应力计算模型，结合加密井地质特征参数，分析不同净压力下地应力分布特征，同时根据软件模拟不同排量、不同射孔簇数下的缝内净压力，选取合适的单段的射孔簇数；(4)单段孔眼数量设计：利用孔眼摩阻计算模型算出总射孔数，同时根据限流压裂流量分配模型与三维裂缝延伸模型计算出各时间段内的裂缝延伸参数和各层流量的变化；(5)相位角设计：采用螺旋射孔工艺，能有效适应复杂地层环境，降低裂缝起裂压力，单簇孔眼周向均布；(6)施工排量与规模设计：通过分析不同净压力值下，缝网起裂和延伸情况，结合地质建模结果，采用离散裂缝网络模型(DFN)对压裂液量和加砂量进行优化设计；(7)加砂方式设计：采用连续加砂。2.根据权利要求1所述的水平井多段多簇极限限流压裂工艺设计方法，其特征在于，步骤(1)中所述地质参数包括储层埋深、孔隙压力、构造应力、矿物组分。3.根据权利要求1所述的水平井多段多簇极限限流压裂工艺设计方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(4)中根据限流压裂流量分配模型与三维裂缝延伸模型计算出各时间段内的裂缝延伸参数和各层流量的变化。4.根据权利要求3所述的水平井多段多簇极限限流压裂工艺设计方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(4)中需要使用到总流量守恒原理，即压裂液进入每条裂缝的流量之和等于施工总排量：式中，Qt为施工排量，m3/min；Qi为第i条裂缝缝内流量，m3/min。5.根据权利要求4所述的水平井多段多簇极限限流压裂工艺设计方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(4)中，压裂过程中每个射孔簇产生一条裂缝，若要实现多条裂缝同时起裂与扩展，还需要综合考虑水平段内各簇裂缝的缝内流体压力、沿程摩阻、破裂压力以及各射孔簇的孔眼摩阻之间的压力平衡：孔眼摩阻为：沿程井筒摩阻为：式中，pm,i为第条裂缝破裂压力，MPa；pf,i为第i簇射孔孔眼摩阻，MPa；pi,i-1为第i-1条裂缝到第i条裂缝沿程摩阻，MPa；ρf为写砂液密度，g/m3；Np为孔眼个数；dh为孔眼直径，cm；Cd为流量系数，λ为沿程阻力系数；ν为压裂液在水平井筒中的流速，m/s；D为水平井筒内径，m；l为从第i-1簇到第i簇沿程管路长度，cm。2CN112417644A权利要求书2/2页6.根据权利要求1所述的水平井多段多簇极限限流压裂工艺设计方法，其特征在于，步骤(5)中当单簇孔数大于4时，相位角为60°；当单簇孔数为4时，相位角为90°；当单簇孔数为3时，相位角为120°。7.根据权利要求1所述的水平井多段多簇极限限流压裂工艺设计方法，其特征在于，步骤(7)中连续加砂方式为采用三种支撑剂逐渐加入，先加入70/140目石英砂的设计砂比3-10％；后续加入40/70目石英砂进行充填，设计砂