壓後放噴參數的計算方法及裝置與流程
2023-12-12 23:35:52 2
本發明涉及石油開採領域，尤其涉及壓裂後放噴生產領域，具體涉及一種壓後放噴參數的計算方法及裝置。
背景技術：
油田一般採用壓裂作為主要的增產措施。而隨著油田勘探開發的不斷深入，地層石油資源品位越來越低，主要表現為孔隙度低、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後生產成為解決這些低品位油藏的關鍵之一。壓後放噴就是這個重要的銜接環節，精細優化壓後放噴生產制度，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，保證壓後高效生產。
技術實現要素：
為了解決壓裂和壓後生產的銜接問題以及精細優化壓後放噴生產制度，本發明提出了一種壓後放噴參數的計算方法及裝置。
為了達到上述目的，本發明實施例提出了一種壓後放噴參數的計算方法，用於計算壓裂後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，並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、體積守恆定律和壓力守恆定律，建立壓力計算模型，並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後放噴參數的計算裝置，用於計算壓裂後油井的井口壓力參數以及產液量參數，包括：
參數獲取模塊，用於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，用於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，並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，用於根據所述各個基礎模型的代表參數、體積守恆定律和壓力守恆定律，建立壓力計算模型，並確定所述井口壓力參數；
產液量參數計算模塊，用於根據所述產出液模型，確定所述產液量參數。
本發明實施例的壓後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；傳統計算壓力-產液量-油嘴尺寸的計算結果偏小，本發明的壓後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，並結合多種計算模型進行比對修正，計算結果更為準確；並且，本發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明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現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明的一些實施例，對於本領域技術人員來講，在不付出創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為本發明實施例的壓後放噴參數的計算方法的流程圖。
圖2為本發明實施例的裂縫體積模型側視圖。
圖3為本發明實施例的裂縫體積模型俯視圖。
圖4為本發明實施例的壓裂液濾失過程示意圖。
圖5為本發明實施例的壓後放噴參數的計算裝置的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發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明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
為了對本發明的表述方便，現將本發明實施例中出現的參數進行約定，具體參數與其表達的含義如下：
Hw表示最大裂縫高度，單位為m；Lp表示裂縫的長度，單位為m；Hp表示涉及壓裂底層的厚度，單位為m；Ln表示侵入厚度，單位為m；Wmax表示裂縫的最大寬度，單位為m；Pw表示井底壓力，單位為MPa；Pn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；σmin 2表示上下隔層最小主應力，單位為MPa；σmin 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；μen表示壓裂液稠度係數；Ct表示綜合濾失係數，單位為m/min-0.5；Z表示流體的壓縮係數，無因次；θ表示局部阻力係數，無因次；r為油嘴半徑，單位為m；R為油管半徑，單位為m；ρw表示流體密度，單位為kg/m3；kd表示壓後裂縫平均滲透率，單位m2。
油田採用壓裂作為主要的增產措施，其中壓後放噴生產經歷如下過程：首先，壓後放噴初期由於壓裂裂縫內存有較高壓力，遠高於井口壓力和地層深部壓力，並形成兩個壓差，即生產壓差△Pw和濾失壓差△Pc；生產壓差△Pw使壓裂裂縫中的流體可以通過井筒排出地面，濾失壓差△Pc使壓裂裂縫中的流體向地層中濾失。然後，隨著壓裂裂縫內的流體不斷被排出和濾失，當井底壓力Pw＜裂縫壓力Pt＜地層壓力Pn時，地層停止濾失，並開始向壓裂裂縫內供液，其供液體積為V供。最後，當井底壓力Pw＝裂縫壓力Pt＝地層壓力Pn時，整個系統停止供液，放噴結束。
圖1為本發明實施例的壓後放噴參數的計算方法的流程圖。如圖1所示，本發明實施例的壓後放噴參數的計算方法，用於計算壓裂後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，並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、體積守恆定律和壓力守恆定律，建立壓力計算模型，並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Hw、裂縫的長度Lp等數據參數；測井數據包括：涉及壓裂底層的厚度Hp、巖石泊松比v、巖石巖性模量E、上下隔層最小主應力σmin 2、壓裂層的最小主應力σmin 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、壓裂液稠度係數μen、綜合濾失係數Ct、流體的壓縮係數Z、局部阻力係數θ、流體密度ρw、壓後裂縫平均滲透率kd等參數。以上參數的具體獲取方式不限於傳感器測量、實驗或計算機模擬計算，本發明對此不作限定。
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，並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，並同時受井井底壓力Pw和地層內壓力Pn大小的影響。主要表現為裂縫的最大寬度Wmax和井底壓力Pw的對應關係，且
當Hw≤Hp時，
當Hw＞Hp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＝ρw gh，ρw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，現有的橢球形模型針對直井單層單縫壓裂，而對於目前常見的直井多層多縫壓裂和水平井壓裂，不能考慮縫間的幹擾性，而採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Hw≤Hp時，將式1帶入式3中，得：
其中，βs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Wmax(t1)為t1時刻的最大井底縫寬，Wmax(t2)為t2時刻的最大井底縫寬。
當Hw＞Hp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ΔVout。根據伯努利基本方程，考慮油嘴修正係數，從t1時刻到t2時刻的產出液體積變化量為：
其中，Pw(t1)為t1時刻時井底壓力，單位為MPa；Pw(t2)為t2時刻時井底壓力，單位為MPa；為返液過程中流體連續係數，無因次,該數據為採油現場經驗數據，一般連續生產無氣的常規稀油取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生濾失後，根據地層巖性的特性，首先在壓裂裂縫壁面上形成濾餅區，濾餅區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，但並不完全；然後濾失繼續發生，形成侵入區，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，並不相同，但符合一定的數學規律，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，Pn』(t)為濾失後的實際底層壓力，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係，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，而大部分參數對於同一層位或區塊來說，一般變化不大，比較相似，在油田勘探開發初期，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，為經驗係數，是對以往複雜產能模型的簡化，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、體積守恆定律和壓力守恆定律，建立壓力計算模型，並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的體積守恆等式ΔVout＝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中的壓力守恆等式Pw(t)＝Pt(t)+Ph(t)代入式16中，得：
將代入至式17中，可得：
所以在給定壓後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，採用湊數法，可計算對應需要的油嘴尺寸。
在介紹了本發明實施例的壓後放噴參數的計算方法之後，接下來，參考圖5對本發明實施例的壓後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，重複之處不再贅述。以下所使用的術語「模塊」、「單元」，可以是實現預定功能的軟體和/或硬體。
圖5為本發明實施例的壓後放噴參數的計算裝置的結構示意圖，如圖5所示。本發明實施例的壓後放噴參數的計算裝置，用於計算壓裂後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，用於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，用於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，並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，用於根據所述各個基礎模型的代表參數、體積守恆定律和壓力守恆定律，建立壓力計算模型，並確定所述井口壓力參數；
產液量參數計算模塊400，用於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，Hw為井底最大縫高，單位為m；Lp為裂縫長度，單位m；βs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Hp為壓裂地層厚度，單位為m；Wmax為最大井底縫寬，單位為m，Wmax(t1)為t1時刻的最大井底縫寬，Wmax(t2)為t2時刻的最大井底縫寬；
當Hw≤Hp時，
當Hw＞Hp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；Hp為壓裂地層厚度，單位為m；Pw為井底壓力，單位為MPa；σmin 2為所述上下隔層最小主應力、σmin 1為所述壓裂層的最小主應力，單位為MPa。
以上參數中，Hw、Lp來源於所述壓裂設計數據；Hp、v、E、σmin 2、σmin 1來源於所述測井數據；n、a來源於所述室內試驗數據。
在本實施例中，所述產出液模型的代表參數為ΔVout，且：
其中，Z為流體的壓縮係數，無因次；為返液過程中流體連續係數，無因次；r為油嘴半徑，單位為m；R為油管半徑，單位為m；ρw為液體密度，單位為kg/m3；θ為局部阻力係數，無因次；Pw(t1)為t1時刻時井底壓力，單位為MPa；Pw(t2)為t2時刻時井底壓力，單位為MPa；
以上參數中，Z、ρw、θ來源於所述室內試驗數據；r、R來源於現場實際情況。
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，kd為壓後裂縫平均滲透率，單位為m2；μen為壓裂液稠度係數，n為流態指數；Ln＝Ct(t2-t1)0.5為侵入厚度，單位為m，Ct為綜合濾失係數；Pn』(t)為t時刻濾失後的實際底層壓力，單位為MPa；Pw(t)為t時刻井底壓力，單位為MPa；Hp為壓裂地層厚度，單位為m；Lp為裂縫長度，單位m；
以上參數中，Lp來源於所述壓裂設計數據；Hp、Pn』(t)來源於所述測井數據；kd、μen、n來源於所述室內試驗數據。
在本實施例中，所述地層供液量模型的代表參數為ΔV供，且：
其中，a、b為鄰井生產數據回歸擬合求得的參數；Pw為井底壓力，Pw(t1)為t1時刻井底壓力，Pw(t2)為t2時刻井底壓力，單位為MPa；
以上參數中，a來源於所述室內試驗數據。
在本實施例中，所述壓力計算模型為
其中，ΔVout為所述產出液模型的代表參數；ΔV縫為所述裂縫體積變化模型的代表參數；ΔV供為所述地層供液量模型的代表參數；ΔV濾為所述壓裂液濾失模型的代表參數；Pw(t)為t時刻的井底壓力，Pt(t)為t時刻的井口壓力，Ph(t)為t時刻的液柱壓力。
在本實施例中，還包括：油嘴尺寸確定模塊，用於根據實際產液量控制的需要，確定油嘴尺寸參數。
在此說明的是，雖然上述提及了壓後放噴參數的計算裝置的若干模塊，但是所屬領域技術人員應該知道以上模塊並非強制限定的，在實際的實施過程中多個模塊的特徵和功能可以在一個模塊中集成實現。
本發明實施例的壓後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；傳統計算壓力-產液量-油嘴尺寸的計算結果偏小，本發明的壓後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，並結合多種計算模型進行比對修正，計算結果更為準確；並且，本發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。
本發明中應用了具體實施例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。